[发明专利]一种引入最大吸引力位置的元胞自动机换道仿真方法

权利要求书

1.一种引入最大吸引力位置的元胞自动机换道仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)判断车辆是否产生换道需求；

通过比较当前车速和前车距，若前车距小于车速，则产生换道需求，否则不产生换到需求，即反应当前车道能否满足驾驶员对速度的追求，如果前车距小于车速，则驾驶员不能保持或追求更高车速；

2)计算车辆最大横向车速；

由车辆当前车速及最大车头倾角计算其最大横向车速；取车辆换道时车头转向的最大倾角为α，当前车速为V，所以最大横向车速＝V*sinα；

3)确定车辆的横向运动空间；

由车辆最大横向车速确定横向运动空间，横向运动空间是车辆下一时间步内横向运动能够到达的范围，在元胞自动机中为一个离散的横向位置集合；

4)计算车辆最大纵向车速；

4-1)车辆速度＝min(车辆当前车速，前车距，最大车速)

4-2)随机生成小数如果小于随机慢化概率，则：

车辆速度＝max(1,车辆车速-纵向加速度)

5)确定车辆的纵向运动空间；

由车辆最大纵向车速确定纵向运动空间，纵向运动空间是车辆下一时间步内纵向运动能够到达的范围，在元胞自动机中为一个离散的横向位置集合；

6)搜索最大吸引力位置；

由横向运动空间和纵向运动空间得到车辆下一时间步可能到达的所有空间位置，在此空间位置集合中计算每一位置对驾驶员的吸引力，吸引力最大的位置即为最大吸引力位置；

7)位置更新；

车辆位置变更为最大吸引力位置，模型采用周期边界条件，即若一辆车从右边边界驶出，其左边边界对应位置有相同车辆驶入，保证道路上车辆数目守恒。

2.根据权利要求1所述的一种引入最大吸引力位置的元胞自动机换道仿真方法，其特征在于：所述步骤1)判断车辆是否产生换道需求，具体为：

判断当前车道是否能满足驾驶员对速度的需求，若当前前车距小于车辆车速，使车辆不能保持或追求更高车速，则车辆产生换道需求，否则车辆继续在当前横向位置行驶。

3.根据权利要求2所述的一种引入最大吸引力位置的元胞自动机换道仿真方法，其特征在于：所述步骤3)确定车辆的横向运动空间，具体为：

模型中车辆的形式为一个占有二维矩形面积的对象，具有四个属性：位置、长度、宽度、速度，其中，位置为车辆面积中点的位置，在元胞空间中以该位置为中点，做长、宽分别为车辆长度、宽度的矩形，即得到车辆在元胞空间中所占据的空间；

由车辆最大横向车速确定横向运动空间的步骤包括：

3-1)横向运动空间最小值＝max(1,车辆横向位置-横向车速)；

3-2)横向运动空间最大值＝min(车道最大横向位置,车辆横向位置+横向车速)；

3-3)横向运动空间即为从横向运动空间最小值到横向运动空间最大值以1为间隔的整数集合，表示车辆下一时间步横向运动的位置范围。

4.根据权利要求3所述的一种引入最大吸引力位置的元胞自动机换道仿真方法，其特征在于：所述步骤5)确定车辆的纵向运动空间，具体为：

纵向运动空间即为从纵向运动空间最小值到纵向运动空间最大值以1为间隔的整数集合，表示车辆下一时间步纵向运动的位置范围。

5.根据权利要求4所述的一种引入最大吸引力位置的元胞自动机换道仿真方法，其特征在于：所述步骤6)搜索最大吸引力位置，具体为：

得到由横向运动空间和纵向运动空间得到搜索空间S，S为二维空间位置矩阵，row(S)为S的行数，遍历S中的每一行，即一个横向空间A，在横向空间范围内寻找换道车辆的目标横向位置，即在横向空间范围内计算每个位置对驾驶员的吸引力，搜索完整个空间中吸引力最大的位置即为最大吸引力位置。

6.根据权利要求5所述的一种引入最大吸引力位置的元胞自动机换道仿真方法，其特征在于：吸引力的计算包括：

①不满足安全条件，吸引力为0；

②满足安全条件，吸引力为前车距；

具体过程包括：

6-1)搜索变量初始化：

j＝1

Loc＝0

d_max＝0

其中，j为遍历横向空间的循环变量；

Loc用于存储最大吸引力位置；

d_max用于存储最大吸引力位置的前车距；

6-2)更新横向空间：

A＝S[j,:]

其中，A为S中第j行既一个横向空间；

6-3)中间变量初始化：

i＝min(A)

m_aim＝m

d_aim＝0

i_range＝m

其中，i为检测横向空间位置，即遍历横向空间时的循环变量；

m_aim用于储存目标横向位置；

m为车辆当前横向位置；

d_aim用于储存目标横向位置的前车距；

i_range用于区分循环变量位于车辆左方还是右方；

6-4)判断i处是否满足安全条件，即判断i处前车距和后车距是否满足安全车距；如果满足则转到6-5，如果不满足转到步骤6-6；

6-5)判断i处前车距是否大于d_aim，如果是，则：

m_aim＝i

d_aim＝d(i)

其中，d(i)为i处前车距；

如果不是则转到6-6；

6-6)判断ii_range？如果是，i＝i+1,并转到步骤6-4，如果不是则转到6-7；6-7)判断i_range＝m？如果是，则：

i＝m+1

i_range＝max(A)

转到步骤7-4

如果否，则转到步骤7-8；

6-8)更新最大吸引力位置；

判断d_maxd_aim？如果是，则：

Loc＝m_aim；

判断jrow(S)？如果否，则：

j＝j+1

转到步骤6-2；

如果是，则搜索完成，Loc即为最大吸引力位置。