[發(fā)明專利]一種引入最大吸引力位置的元胞自動(dòng)機(jī)換道仿真方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110666750.2
• 申請(qǐng)日: 2021-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN113536539A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張波;張欣;趙恩澤;黃祿鳳;龐小雅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 南京千語(yǔ)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32394
• 代理人: 尚于杰;祁文彥

1.一種引入最大吸引力位置的元胞自動(dòng)機(jī)換道仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)判斷車輛是否產(chǎn)生換道需求；

通過比較當(dāng)前車速和前車距，若前車距小于車速，則產(chǎn)生換道需求，否則不產(chǎn)生換到需求，即反應(yīng)當(dāng)前車道能否滿足駕駛員對(duì)速度的追求，如果前車距小于車速，則駕駛員不能保持或追求更高車速；

2)計(jì)算車輛最大橫向車速；

由車輛當(dāng)前車速及最大車頭傾角計(jì)算其最大橫向車速；取車輛換道時(shí)車頭轉(zhuǎn)向的最大傾角為α，當(dāng)前車速為V，所以最大橫向車速＝V*sinα；

3)確定車輛的橫向運(yùn)動(dòng)空間；

由車輛最大橫向車速確定橫向運(yùn)動(dòng)空間，橫向運(yùn)動(dòng)空間是車輛下一時(shí)間步內(nèi)橫向運(yùn)動(dòng)能夠到達(dá)的范圍，在元胞自動(dòng)機(jī)中為一個(gè)離散的橫向位置集合；

4)計(jì)算車輛最大縱向車速；

4-1)車輛速度＝min(車輛當(dāng)前車速，前車距，最大車速)

4-2)隨機(jī)生成小數(shù)如果小于隨機(jī)慢化概率，則：

車輛速度＝max(1,車輛車速-縱向加速度)

5)確定車輛的縱向運(yùn)動(dòng)空間；

由車輛最大縱向車速確定縱向運(yùn)動(dòng)空間，縱向運(yùn)動(dòng)空間是車輛下一時(shí)間步內(nèi)縱向運(yùn)動(dòng)能夠到達(dá)的范圍，在元胞自動(dòng)機(jī)中為一個(gè)離散的橫向位置集合；

6)搜索最大吸引力位置；

由橫向運(yùn)動(dòng)空間和縱向運(yùn)動(dòng)空間得到車輛下一時(shí)間步可能到達(dá)的所有空間位置，在此空間位置集合中計(jì)算每一位置對(duì)駕駛員的吸引力，吸引力最大的位置即為最大吸引力位置；

7)位置更新；

車輛位置變更為最大吸引力位置，模型采用周期邊界條件，即若一輛車從右邊邊界駛出，其左邊邊界對(duì)應(yīng)位置有相同車輛駛?cè)耄ＷC道路上車輛數(shù)目守恒。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種引入最大吸引力位置的元胞自動(dòng)機(jī)換道仿真方法，其特征在于：所述步驟1)判斷車輛是否產(chǎn)生換道需求，具體為：

判斷當(dāng)前車道是否能滿足駕駛員對(duì)速度的需求，若當(dāng)前前車距小于車輛車速，使車輛不能保持或追求更高車速，則車輛產(chǎn)生換道需求，否則車輛繼續(xù)在當(dāng)前橫向位置行駛。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種引入最大吸引力位置的元胞自動(dòng)機(jī)換道仿真方法，其特征在于：所述步驟3)確定車輛的橫向運(yùn)動(dòng)空間，具體為：

模型中車輛的形式為一個(gè)占有二維矩形面積的對(duì)象，具有四個(gè)屬性：位置、長(zhǎng)度、寬度、速度，其中，位置為車輛面積中點(diǎn)的位置，在元胞空間中以該位置為中點(diǎn)，做長(zhǎng)、寬分別為車輛長(zhǎng)度、寬度的矩形，即得到車輛在元胞空間中所占據(jù)的空間；

由車輛最大橫向車速確定橫向運(yùn)動(dòng)空間的步驟包括：

3-1)橫向運(yùn)動(dòng)空間最小值＝max(1,車輛橫向位置-橫向車速)；

3-2)橫向運(yùn)動(dòng)空間最大值＝min(車道最大橫向位置,車輛橫向位置+橫向車速)；

3-3)橫向運(yùn)動(dòng)空間即為從橫向運(yùn)動(dòng)空間最小值到橫向運(yùn)動(dòng)空間最大值以1為間隔的整數(shù)集合，表示車輛下一時(shí)間步橫向運(yùn)動(dòng)的位置范圍。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種引入最大吸引力位置的元胞自動(dòng)機(jī)換道仿真方法，其特征在于：所述步驟5)確定車輛的縱向運(yùn)動(dòng)空間，具體為：

縱向運(yùn)動(dòng)空間即為從縱向運(yùn)動(dòng)空間最小值到縱向運(yùn)動(dòng)空間最大值以1為間隔的整數(shù)集合，表示車輛下一時(shí)間步縱向運(yùn)動(dòng)的位置范圍。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種引入最大吸引力位置的元胞自動(dòng)機(jī)換道仿真方法，其特征在于：所述步驟6)搜索最大吸引力位置，具體為：

得到由橫向運(yùn)動(dòng)空間和縱向運(yùn)動(dòng)空間得到搜索空間S，S為二維空間位置矩陣，row(S)為S的行數(shù)，遍歷S中的每一行，即一個(gè)橫向空間A，在橫向空間范圍內(nèi)尋找換道車輛的目標(biāo)橫向位置，即在橫向空間范圍內(nèi)計(jì)算每個(gè)位置對(duì)駕駛員的吸引力，搜索完整個(gè)空間中吸引力最大的位置即為最大吸引力位置。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種引入最大吸引力位置的元胞自動(dòng)機(jī)換道仿真方法，其特征在于：吸引力的計(jì)算包括：

①不滿足安全條件，吸引力為0；

②滿足安全條件，吸引力為前車距；

具體過程包括：

6-1)搜索變量初始化：

j＝1

Loc＝0

d_max＝0

其中，j為遍歷橫向空間的循環(huán)變量；

Loc用于存儲(chǔ)最大吸引力位置；

d_max用于存儲(chǔ)最大吸引力位置的前車距；

6-2)更新橫向空間：

A＝S[j,:]

其中，A為S中第j行既一個(gè)橫向空間；

6-3)中間變量初始化：

i＝min(A)

m_aim＝m

d_aim＝0

i_range＝m

其中，i為檢測(cè)橫向空間位置，即遍歷橫向空間時(shí)的循環(huán)變量；

m_aim用于儲(chǔ)存目標(biāo)橫向位置；

m為車輛當(dāng)前橫向位置；

d_aim用于儲(chǔ)存目標(biāo)橫向位置的前車距；

i_range用于區(qū)分循環(huán)變量位于車輛左方還是右方；

6-4)判斷i處是否滿足安全條件，即判斷i處前車距和后車距是否滿足安全車距；如果滿足則轉(zhuǎn)到6-5，如果不滿足轉(zhuǎn)到步驟6-6；

6-5)判斷i處前車距是否大于d_aim，如果是，則：

m_aim＝i

d_aim＝d(i)

其中，d(i)為i處前車距；

如果不是則轉(zhuǎn)到6-6；

6-6)判斷ii_range？如果是，i＝i+1,并轉(zhuǎn)到步驟6-4，如果不是則轉(zhuǎn)到6-7；6-7)判斷i_range＝m？如果是，則：

i＝m+1

i_range＝max(A)

轉(zhuǎn)到步驟7-4

如果否，則轉(zhuǎn)到步驟7-8；

6-8)更新最大吸引力位置；

判斷d_maxd_aim？如果是，則：

Loc＝m_aim；

判斷jrow(S)？如果否，則：

j＝j(luò)+1

轉(zhuǎn)到步驟6-2；

如果是，則搜索完成，Loc即為最大吸引力位置。