[發(fā)明專利]一種基于混合道路切換控制器的改良交通流分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111151905.5
• 申請(qǐng)日: 2021-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113920724B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙敏;黃欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): G08G1/01
• 分類號(hào): G08G1/01;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 張俊俊

1.一種基于混合道路切換控制器的改良交通流分析方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

S1：在格子流體力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)切換控制函數(shù)項(xiàng)，該函數(shù)項(xiàng)體現(xiàn)了車輛控制器會(huì)根據(jù)道路類型自動(dòng)切換至相應(yīng)的控制器，使交通流仿真貼近于真實(shí)交通流；

所述步驟S1具體包括以下步驟：

步驟1.1：確定直道上格子流體力學(xué)模型的微分方程：

步驟1.2：確定直道上帶有最大速度和臨界密度的最優(yōu)速度函數(shù)項(xiàng)為：

其中v_max為最大速度，ρ_c為臨界密度，ρ＝ρ_c為臨界點(diǎn)，最優(yōu)速度V_s(ρ)隨著ρ的增大單調(diào)遞減；

步驟1.3：考慮彎道因子的密度方程：

其中，r_j為彎道的局部密度，為彎道的平均密度；

步驟1.4：構(gòu)建一個(gè)彎道上的最優(yōu)速度函數(shù)項(xiàng)為：

其中，r_c為臨界密度，r₀為平均密度，為彎道上的最大速度，e為彎道上最大速度的控制參數(shù)，μ為彎道上摩擦系數(shù)的控制參數(shù)，g為重力加速度；

步驟1.5：確定的基于混合道路固定控制器的格子流體力學(xué)模型：

其中，q_j為通量流，且q_j＝ρ_jv_j，m和n分別為直道和彎道的比例，λ為反應(yīng)系數(shù)，u_j為固定的控制信號(hào)；

步驟1.6：確定基于混合道路切換控制器的格子流體力學(xué)模型：

其中，u_j,β為考慮估計(jì)最優(yōu)通量與當(dāng)前通量差的切換控制器，β為切換系數(shù)，當(dāng)β＝1時(shí)，切換控制器自動(dòng)切換至直道控制器，ρ₀V_s(ρ₀)-ρ_j為直道上估計(jì)最優(yōu)通量與當(dāng)前通量之差；當(dāng)β＝0時(shí)，切換控制器自動(dòng)切換至彎道控制器，為彎道上估計(jì)最優(yōu)通量與當(dāng)前通量之差，k為反饋增益；

S2：利用控制理論分析，研究切換控制器中反饋增益、彎道弧度以及彎道曲率半徑對(duì)交通流的影響；

所述步驟S2具體包括以下步驟：

步驟2.1：假設(shè)直道上的穩(wěn)態(tài)均勻交通流是[ρ_n,q_n]^T，其期望密度和通量為[ρ^*,q^*]^T且[ρ_n,q_n]^T＝[ρ^*,q^*]^T，彎道上的穩(wěn)態(tài)均勻交通流是[r_n,q_n]^T，其期望密度和通量為[r^*,q^*]^T且[r_n,q_n]^T＝[r^*,q^*]^T，在格子流體力學(xué)模型中添加小擾動(dòng)[ρ⁰,q⁰]和[r⁰,q⁰]，并對(duì)格子流體力學(xué)模型進(jìn)行線性化，得到：

其中

步驟2.2：對(duì)格子流體力學(xué)模型進(jìn)行化簡(jiǎn)，得到：

步驟2.3：對(duì)格子流體力學(xué)模型進(jìn)行拉普拉斯變換，并進(jìn)行泰勒展開(kāi)，得到：

其中P_j+1(s)＝L(ρ_j+1)，Q_j(s)＝L(q_j)，Q_j+1(s)＝L(q_j+1)，R_j+1(s)＝L(r_j+1)，L(·)為拉普拉斯變換函數(shù)，s為復(fù)數(shù)變量；

步驟2.4：通過(guò)對(duì)格子流體力學(xué)模型消除項(xiàng)P_j+1(s)后，得到Q_j(s)和Q_j+1(s)的通量方程為：

其中特征多項(xiàng)式為

步驟2.5：令傳遞函數(shù)G(s)為構(gòu)建Q_j+1(s)和Q_j(s)的關(guān)系式為：

Q_j(s)＝G(s)Q_j+1(s)

步驟2.6：當(dāng)Λ₁＜0、Λ₂＜0、k+a＞0時(shí)，特征多項(xiàng)式D(s)保持穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)D(s)處于穩(wěn)定狀態(tài)且傳遞函數(shù)G(s)滿足||G(s)||_∞≤1時(shí)，車流量系統(tǒng)中不發(fā)生交通擁堵現(xiàn)象，即交通流處于穩(wěn)定狀態(tài)；

步驟2.7：假設(shè)s＝j(luò)ω，得到：

步驟2.8：當(dāng)β＝1時(shí)，切換控制器自動(dòng)切換至直道控制器，假設(shè)則交通流的充分性條件轉(zhuǎn)化為g₁(ω)≤1，即：

步驟2.9：忽略ω²項(xiàng)后，β＝1時(shí)即直道上交通流的充分性條件簡(jiǎn)化為：

步驟2.10：當(dāng)β＝0時(shí)，切換控制器自動(dòng)切換至彎道控制器，假設(shè)則交通流的充分性條件轉(zhuǎn)化為g₀(ω)≤1，即：

步驟2.11：忽略ω²項(xiàng)后，β＝0時(shí)即彎道上交通流的充分性條件簡(jiǎn)化為：