(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210762461.7 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 费蓉　杨璐　黑新宏　李爱民　 马梦阳　王战敏　 (74)专利代理 机构 北京中济纬天专利代理有限 公司 11429 专利代理师 张莹 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06Q 10/04(2012.01)G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于最优速度的车辆跟驰模型及其安 全性分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于最优速度的车辆跟 驰模型及其安全性分析方法， 包括： 基于交通场 景中的的车辆和驾驶员信息， 构建最优速度模 型； 引入车头时距确定最优速度模型的临界情 况， 分析得到跟驰模型的加速度受限条件； 对跟 驰模型进行稳定性分析， 得到跟驰模 型的稳定条 件； 将所得到的稳定的跟驰模型与其他跟驰模型 进行对比， 验证模型的拟合精度； 仿真模拟三个 典型的交通场景： 车 队启动过程、 车队停止过程 和车队匀速过程， 验证跟驰模型安全性。 本发明 解决了现有技术中存在的微观交通流模型中未 兼顾跟驰状态与驾驶 安全性的问题。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115081227 A 2022.09.20 CN 115081227 A 1.一种基于最优速度的车辆跟驰模型及其安全性分析方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤1： 基于交通场景中的车辆和驾驶员信息， 构建最优速度模型； 步骤2： 引入车头时距确定最优速度模型的临界情况， 分析得到跟驰模型的加速度受限 条件； 步骤3： 对跟驰模型进行 稳定性分析， 得到跟驰模型的稳定条件； 步骤4： 将所 得到的稳定的跟驰模型与其 他跟驰模型进行对比， 验证模型的拟合精度； 步骤5： 仿真模拟三个典型的交通场景： 车队启动过程、 车队停止过程和车队匀速过程， 验证跟驰模型安全性。 2.根据权利要求1所述基于最优速度的车辆跟驰模型及其安全性分析方法， 其特征在 于： 所述步骤1中最优速度模型为： an+1(t)＝α {V[ΔXn(t)‑vn+1(t)]} 其中， t为时间， Δ Xn(t)为车间距， α 为驾驶员敏感系数； V为优 化速度函数vn+1(t)表示第 n+1辆车的速度， an+1表示第n+1辆车的加速度； 其中， 车间距ΔXn(t)计算方法如下： ΔXn(t)＝xn(t)‑xn+1(t) 式中， xn(t)与xn+1(t)分别表示在t时刻引导车距和跟驰的位置 。 3.根据权利要求2所述基于最优速度的车辆跟驰模型及其安全性分析方法， 其特征在 于： 所述步骤2中计算出跟驰车期望车间距Dn+1与实际车间距ΔXn(t)之间的偏离差εn(t)， 其中 ΔXn(t)＝xn(t)‑xn+1(t)， εn(t)＝ ΔXn(t)‑Dn(t)， 式中， x ′n(t)、 x′n+1(t)分别代表引导车和跟驰车在t时刻的车距， x ′n(t)、 x′n+1(t)分别代表引导车和跟驰车在t时刻的速度， τ代表反应时间， L表示引导车的车长距 离， k表示停车后两车之间的缓冲距离， an(t)、 an+1(t)分别表示引导车和跟驰车的最大减速 度。 4.根据权利要求3所述基于最优速度的车辆跟驰模型及其安全性分析方法， 其特征在 于， 所述步骤2中加速度受限条件： 步骤2.1： 确定在引导车速度变化后得 出跟驰车期望车间距与实际车间距偏离 差： 其中， t+τ 时刻至t+τ+T时刻之间， 跟驰车以an+1(t+τ )的加速度行驶， 在t+τ+T时刻， 跟驰 车的偏离差 εn(t+τ +T)的值最接近于0， 即min| εn(t+τ +T)|， 式只有跟驰车加速度an+1(t+τ )是权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115081227 A 2未知量； 步骤2.2： 合并常数项， 偏离 差 εn(t+τ +T)可化简为： 其中， α 、 β 、 μ、 λ、 κ、 γ均是常数， 具体 计算公式分别如下： α ＝xn(t)+x′n(t)·τ‑xn+1(t)‑x′n+1(t)·τ +x′n(t)·T‑x′n+1(t)·T， κ ＝L+k； 步骤2.3： 利用牛 顿迭代法得到跟驰车加速度受限条件。 5.根据权利要求4所述基于最优速度的车辆跟驰模型及其安全性分析方法， 其特征在 于， 所述步骤3的具体实现步骤： 步骤3.1： 假设车队稳定行驶， 得到车辆n的稳态位置Xn(t)＝(n‑1)ds+vst， 其中， 车辆的 速度为vs， 相邻车辆的车头间距为ds； 步骤3.2： 假设引导车在t时刻受到微弱干扰 其中， xn(t)为车辆n 在时刻t的实际位置,z为特 征值,ωj为第j个傅里叶展开 参数， 具体公式为 步骤3.3： 令an+1(t+τ )＝g(dn(t),x′n+1(t),x′a(t))， 对y ″a+1(t+τ )进行线性化处理， 可得 y″n+1(t+τ )＝g1[yn(t)‑yn+1(t)]+g2y′n+1(t)+g3y′n(t)， 其中 步骤3.4： 利用泰勒展开近似函数， 得到跟驰模型 稳定性条件为： 6.根据权利要求5所述基于最优速度的车辆跟驰模型及其安全性分析方法， 其特征在 于， 所述步骤4的具体实现步骤： 步骤4.1： 使用真实数据集， 筛 选可用跟驰对； 步骤4.2： 利用所筛选的可用跟驰对数据， 根据本文所提出的模型， 进行仿真实验， 得到 t+τ 时刻跟驰车与引导车的车间距； 步骤4.3： 利用所筛选的可用跟驰对数据， 根据其他模型， 进行仿真实验， 计算得到t+τ 时刻跟驰车与引导车的车间距； 步骤4.4： 计算本文所提出的模型、 其他模型及真实数据集中车间距的均值、 中位数、 最 小值、 最大值， 进行对比。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115081227 A 3