基于路由選擇的城市道路車輛轉(zhuǎn)向換道區(qū)域設(shè)置

原志路， 張宜坤， 賈洪飛， 賀 彪

(1. 深圳大學(xué) 智慧城市研究院， 廣東 深圳 518060； 2. 公安部交通管理科學(xué)研究所， 江蘇 無錫 214151； 3. 吉林大學(xué) 交通學(xué)院， 吉林 長春 130022)

車輛的換道行為是常見的交通現(xiàn)象，交通流運(yùn)行狀況在很大程度上受車輛換道行為的影響，尤其在某些交通量較大的路段，頻繁的換道增加了車輛總的行程時(shí)間，也降低了車輛通行效率及安全性.因此，制定合理的車輛換道策略，引導(dǎo)車輛高效運(yùn)行是交通流研究領(lǐng)域迫切需要解決的問題.

科學(xué)制定道路的限速以及換道控制策略，對(duì)于城市路網(wǎng)的運(yùn)行效率有顯著提升效果[1-3].現(xiàn)有針對(duì)換道策略的研究或是對(duì)路徑規(guī)劃的研究，其共同目的都是使換道車輛(車隊(duì))在滿足換道約束條件的前提下完成車道變換，換道大部分都是在動(dòng)態(tài)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的.車輛換道策略的制定則是基于換道模型及路徑引導(dǎo)的研究[4].國內(nèi)外對(duì)于路徑引導(dǎo)方面的研究，根據(jù)路徑引導(dǎo)的實(shí)時(shí)性可分為靜態(tài)路徑引導(dǎo)和動(dòng)態(tài)路徑引導(dǎo)2類，其主要實(shí)現(xiàn)形式包括預(yù)定路徑、循跡路徑和自規(guī)劃路徑3類，應(yīng)用場景也主要針對(duì)于多條路段或區(qū)域路網(wǎng)[5-6].而局部路徑規(guī)劃則是通過傳感器測得障礙物與車輛的位置關(guān)系，然后再進(jìn)行實(shí)時(shí)的路徑規(guī)劃，它是建立在動(dòng)態(tài)規(guī)劃的環(huán)境中，即在一定條件下完成車輛換道行為，實(shí)現(xiàn)路徑轉(zhuǎn)換.此時(shí)的換道行為相對(duì)隨機(jī)，即換道時(shí)間隨機(jī)、地點(diǎn)隨機(jī)，在系統(tǒng)判斷出有合適的插車間隙時(shí)完成換道，換道次數(shù)不受限制.

對(duì)于車輛換道行為的研究，目前主要是從駕駛員個(gè)人角度出發(fā)，模擬駕駛員的換道行為以及受換道規(guī)則影響的反應(yīng)過程，并通過仿真試驗(yàn)檢驗(yàn)相關(guān)規(guī)則的適用性[7-9].NIE J. Q.等[10]提出了一種基于激勵(lì)的車輛候選換道決策框架，并假定在車間通信條件下實(shí)現(xiàn)車輛間的協(xié)同換道，仿真結(jié)果證明這種方法實(shí)現(xiàn)換道過程的穩(wěn)定性、效率、均勻性和安全性等方面都存在較大的潛力.WANG M.等[11]利用微分博弈理論預(yù)測駕駛員換道行為，提出一種適用于自動(dòng)駕駛汽車的滾動(dòng)時(shí)域控制法，該方法能夠在滿足安全性和舒適性要求的前提下產(chǎn)生高效的變道方案，通過預(yù)測生成最優(yōu)的未來行駛策略，包括超車、并道和選擇安全空間.XU H. L.等[12]提出了一種基于群組的協(xié)同驅(qū)動(dòng)策略對(duì)車輛的換道過程進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)一些車間距相對(duì)近的車輛進(jìn)行分組，并調(diào)整組之間的換道順序，仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了該策略能夠在較短的計(jì)算時(shí)間內(nèi)獲得滿意的協(xié)調(diào)性能，具有一定的實(shí)用價(jià)值.當(dāng)路段流量達(dá)到某一數(shù)量時(shí)，對(duì)于自由換道的車輛而言，換道獲得的速度、空間優(yōu)勢(shì)往往只是暫時(shí)的，因?yàn)樽杂蓳Q道的發(fā)生不能解決其行駛的方向性問題，可能部分自由換道車輛在“換入換出”的過程中改變了其在整個(gè)路段行駛的便捷性，但同樣也存在部分車輛因自由換道暫時(shí)實(shí)現(xiàn)車速收益而增加了其在整個(gè)路段上行程時(shí)間的可能.同時(shí)，自由換道車輛對(duì)目標(biāo)車道后方來車的影響是必然存在的.

基于路由選擇的車輛換道區(qū)域設(shè)置是從管理者的角度出發(fā)，制定車輛換道策略，通過預(yù)定路徑的方式，使車輛在固定區(qū)域完成換道，旨在減少路段車輛換道總次數(shù)，規(guī)劃車輛在區(qū)域路網(wǎng)上的行駛路徑，從而降低區(qū)域路網(wǎng)總體延誤，提高通行效率.

1 局部路由換道行為分析

車輛的路由選擇決定了其運(yùn)行的起終點(diǎn)及方向性，體現(xiàn)在路網(wǎng)上是指路徑的規(guī)劃、路段的選擇.局部路由是指在某一路段上，車輛在該路段前后2個(gè)交叉口的路由選擇，表現(xiàn)為車輛在下一交叉口轉(zhuǎn)向與否，即在區(qū)域路段上車輛行駛車道的選擇.車輛的路由選擇在一定程度上影響了其行進(jìn)過程中的換道行為及換道次數(shù).

廣義上講，車輛換道應(yīng)用場景可分為有出入口路段、無出入口路段2大類，并具體應(yīng)用在高速路、快速路及城市干路等特定路段.按照駕駛員意圖，將車道變換分為強(qiáng)制車道變換(mandatory lane-changing)和自由車道變換(discretionary lane-changing)2類.

強(qiáng)制換道指車輛具有確定的目標(biāo)車道，在一定區(qū)間內(nèi)必須實(shí)施換道的行為，如匝道的分流、合流或道路事故引起的車輛被動(dòng)換道，因存在轉(zhuǎn)向換道意圖導(dǎo)致的車輛主動(dòng)換道等.自由換道則是車輛為了得到更好的駕駛體驗(yàn)而產(chǎn)生的換道行為.

文中依據(jù)城市路段上車輛是否存在轉(zhuǎn)向換道意圖，將仿真場景中的換道行為分為2類：存在轉(zhuǎn)向換道意圖導(dǎo)致發(fā)生換道行為的稱為轉(zhuǎn)向換道，主要是因路由選擇而必然發(fā)生的必然性換道行為；其他換道行為統(tǒng)稱為隨機(jī)換道，產(chǎn)生這種換道行為的原因是駕駛員試圖獲得更快的行駛速度或更大的行駛空間.

在城市道路上，車輛當(dāng)前行駛車道與其目標(biāo)車道不一致時(shí)，則必然以轉(zhuǎn)向或隨機(jī)的方式發(fā)生換道行為，換道行為發(fā)生的數(shù)量、位置、方式(轉(zhuǎn)向或是隨機(jī)換道行為)都將對(duì)路段交通流產(chǎn)生較大影響.

2 換道區(qū)域設(shè)置方案

2.1 車輛換道過程

方案根據(jù)初定車道數(shù)、各車道流量、速度及左轉(zhuǎn)比例的不同，給出各換道區(qū)域最佳設(shè)置長度，并結(jié)合車輛可變限速設(shè)定，以預(yù)定路徑的方式實(shí)現(xiàn)車輛基于路由選擇的靜態(tài)路徑規(guī)劃策略.

選擇城市道路雙向6車道(單向3車道)建立仿真場景，規(guī)定車輛行駛方向的最右側(cè)車道為1車道，1車道為直右車道，2車道為直行車道，3車道為左轉(zhuǎn)車道，且各車道均有左轉(zhuǎn)、直行與右轉(zhuǎn)車流.針對(duì)上述仿真場景，根據(jù)車輛的路由選擇，將該路段分為4部分固定換道區(qū)域及3段連接路段，路段功能分區(qū)示意圖見圖1.

圖1 路段功能分區(qū)示意圖

每部分換道區(qū)域的長度根據(jù)上游各車道車流的速度、密度及轉(zhuǎn)向比例的不同而有所差異.在各換道區(qū)域之間的連接路段上，以可變限速及禁止車道變換等方式加以控制，協(xié)同局部車流的行駛速度及安全車距，減少車輛的換道次數(shù)，從而提升該路段流量下的車輛通行效率.

其中，連接路段可變限速的實(shí)施是依托可變限速點(diǎn)的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)的.在車輛完成換道至下一個(gè)換道區(qū)域之間的路段禁止車道變換，可變限速點(diǎn)分別設(shè)置在連接路段的首端及鄰近下一個(gè)換道區(qū)域之前，如圖2所示.

圖2 可變限速點(diǎn)設(shè)置示意圖

圖2中紅色區(qū)域表示減速變速點(diǎn)，車輛經(jīng)過該點(diǎn)后開始降速行駛；綠色代表提速變速點(diǎn)，車輛經(jīng)過該點(diǎn)開始提速.圖中第1段換道執(zhí)行區(qū)域之前為換道變速區(qū)，1、2車道上行駛車輛經(jīng)過紅色區(qū)域開始減速，減速至既定車速開始換道，換道結(jié)束后車輛在增速變速點(diǎn)增速，在不受其他車道車流影響的前提下保持較高車速行駛.通過期望速度的范圍約束調(diào)整路段車輛的行駛速度，使得車輛在完成換道后速度在約束范圍內(nèi)有所提升，并在下一換道區(qū)域之前恢復(fù)至換道準(zhǔn)備速度.

連接路段的長度取決于車輛(車流)的期望速度、期望加速度與期望減速度.換道區(qū)域連接段最小長度計(jì)算式為

(1)

式中：LC為換道區(qū)域連接段長度；vE為期望速度；vF為換道完成速度；vP為換道準(zhǔn)備速度；aa為期望加速度,aa>0；ad為期望減速度,ad<0.

假定各車道車流均有直行、右轉(zhuǎn)與左轉(zhuǎn)比例，在固定換道區(qū)域設(shè)置及連接路段設(shè)置完成以后，則各車道的車流就有了基于路由選擇的靜態(tài)行駛路徑.各車道車流流向分布見表1，根據(jù)車輛左右轉(zhuǎn)向順序，可以將行駛路徑分為“先左后右”、“先右后左”2種，靜態(tài)路徑示意圖見圖3、4.

表1 各車道車流流向分布

圖3 “先左后右”車輛路徑示意圖

圖4 “先右后左”車輛路徑示意圖

2.2 仿真參數(shù)選取

固定換道區(qū)域的長度、連接路段的長度及可變限速點(diǎn)的設(shè)置位置等都與仿真參數(shù)的選取有直接關(guān)系，為了避免因參數(shù)選取造成對(duì)比試驗(yàn)產(chǎn)生的結(jié)論偏差，在仿真場景中車輛及路段的屬性應(yīng)統(tǒng)一取值.VISSIM仿真參數(shù)可分為輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)2大類.

2.2.1輸入?yún)?shù)選取

2.2.1.1車輛構(gòu)成

車輛構(gòu)成可以描述為路段輸入車輛中各車型的輸入比例，此次仿真試驗(yàn)將車輛車型分為大型車與小型車2類.現(xiàn)實(shí)場景中大車運(yùn)行速度相對(duì)小車較慢，或者同類型車輛前后2車速度差距較大，是車輛隨機(jī)換道現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因.試驗(yàn)中初定大、小車比例為1 ∶9.

2.2.1.2轉(zhuǎn)向比例

各路段初始流量車輛轉(zhuǎn)向比例的大小決定了參與轉(zhuǎn)向換道的車輛數(shù)量，而轉(zhuǎn)向換道車輛數(shù)也影響了固定換道區(qū)域的設(shè)置長度.假設(shè)1-3車道初始流量分別為a，b，cveh·h-1，各車道流量左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的比例為xp∶yp∶zp，p為車道編號(hào)，且xp+yp+zp=1.根據(jù)換道策略可得出各區(qū)域路段的通過流量，“先左后右”換道策略具體數(shù)值見表2.

表2 “先左后右”換道策略區(qū)域路段流量

對(duì)于因轉(zhuǎn)向換道次序不同產(chǎn)生的2種換道路徑控制策略，選擇的依據(jù)是策略對(duì)應(yīng)的路段最大飽和度xmax，即Vmax/C；對(duì)應(yīng)xmax值較小的則為仿真試驗(yàn)采用的靜態(tài)規(guī)劃路徑.Vmax是指區(qū)域路段最大交通量，“先左后右”換道策略的Vmax值為表2中對(duì)應(yīng)的最大值.

假定各車道的通行能力相同，路段初始流量值相同，即a=b=c，給定一組xp、yp、zp取值，則可求得2種路徑對(duì)應(yīng)的最大飽和度，從而確定出相應(yīng)的靜態(tài)路徑.此次仿真各車道的轉(zhuǎn)向比例取值及最大飽和度見表3，對(duì)比選擇“先左后右”路徑控制策略作為此次仿真場景搭建的基礎(chǔ).

表3 轉(zhuǎn)向比例參數(shù)

2.2.2輸出參數(shù)選取

仿真輸出參數(shù)用于對(duì)比有、無控制策略的仿真效果，包括車輛的行程時(shí)間、行駛距離、行駛速度、車輛延誤、車道編號(hào)、換道次數(shù)及車輛的加速度和減速度等.在對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)，統(tǒng)計(jì)2種場景下所有車輛的平均行程時(shí)間與平均行駛距離，基于此計(jì)算不同策略下區(qū)域車輛平均行程速度，根據(jù)車輛的加速度、減速度分布與行駛車道編號(hào)分布，可分析車輛的運(yùn)行軌跡及車輛換道時(shí)對(duì)周邊車輛的影響.VISSIM輸出評(píng)價(jià)指標(biāo)見圖5.

圖5 仿真評(píng)價(jià)輸出指標(biāo)

3 換道仿真場景初建與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)固定換道區(qū)域的設(shè)置個(gè)數(shù)，將仿真路段分為4段依次進(jìn)行仿真試驗(yàn).每一段道路的仿真場景對(duì)應(yīng)的車輛初始速度相同，輸入流量及轉(zhuǎn)向比例不同，第2段固定換道區(qū)域的輸入流量及轉(zhuǎn)向比例的取值取決于上一換道區(qū)域的初始流量及轉(zhuǎn)向比例.統(tǒng)計(jì)分析各階段仿真數(shù)據(jù)，借助MATLAB數(shù)據(jù)擬合，得出各段換道區(qū)域的最佳設(shè)置長度.

此次仿真場景以“先左后右”靜態(tài)路徑為基礎(chǔ)，且各車道仿真初始流量值相同，根據(jù)各車道擬定的轉(zhuǎn)向比例，可以求出4段仿真路段各車道的輸入、輸出流量及轉(zhuǎn)向比例.

3.1 第1段換道區(qū)域設(shè)置與數(shù)據(jù)分析

第1段換道區(qū)域部分車輛由1車道左轉(zhuǎn)變道至2車道，準(zhǔn)備區(qū)長度30 m，恢復(fù)區(qū)長度20 m，第1段換道區(qū)域示意圖見圖6.

圖6 第1段換道區(qū)域示意圖

各車道初始流量相同，大、小車比例均為1 ∶9，速度v為50 km·h-1，波動(dòng)范圍為48～58 km·h-1.自變量包括換道區(qū)域長度L(10 m≤L≤200 m)、輸入流量aveh·h-1(50≤a≤1 200)，L每隔5 m取一次值，a每隔50 veh取一次值，其他輸入?yún)?shù)見表4.仿真中小型車長度范圍為4.11～4.76 m，大型車長度為10.21 m；當(dāng)L取5 m時(shí)，仿真車輛會(huì)因車身長度大于固定換道區(qū)域長度而在部分路段堵塞不動(dòng)，因此取Lmin=10 m.

表4 第1段換道區(qū)域輸入?yún)?shù)

第1段換道區(qū)域的仿真場景中，換道車輛不會(huì)對(duì)3車道車輛產(chǎn)生影響，因此該階段數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)只對(duì)1，2車道的車輛數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)處理.為了方便比較換道區(qū)域長度變化對(duì)該流量背景下路段行駛車輛的影響，選擇路段平均行程速度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，由車輛行駛距離與車輛路段平均行程時(shí)間求得.

統(tǒng)計(jì)初始流量由50增至1 200 veh·h-1、換道區(qū)域長度由10增至200 m的仿真數(shù)據(jù)，匯總結(jié)果見圖7.

圖7 第1段換道區(qū)域平均行程速度匯總圖

由圖7可見，當(dāng)輸入流量一定時(shí)，隨著固定換道區(qū)域長度的增加，路段平均車速趨于穩(wěn)定；且當(dāng)換道區(qū)域達(dá)到一定長度時(shí)，初始流量的增加對(duì)路段平均車速的影響較小，說明此時(shí)的換道區(qū)域能基本滿足路段車輛的換道需求.

當(dāng)輸入流量在50～800 veh·h-1時(shí)趨勢(shì)曲線波動(dòng)較小，路段運(yùn)行較為穩(wěn)定，說明路段車輛運(yùn)行狀況主要受換道區(qū)域長度設(shè)置的影響；當(dāng)輸入流量在850～1 200 veh·h-1時(shí)趨勢(shì)曲線波動(dòng)明顯，尤其當(dāng)單車道流量增至1 000 veh·h-1以上時(shí)，平均速度波動(dòng)幅度增加，說明車輛在該路段運(yùn)行受交通量影響較大，即交通量是影響路段通行效率的主要因素，而換道區(qū)域長度次之.

“先左后右”路徑控制策略對(duì)應(yīng)的單車道最大區(qū)域交通量為1.4aveh·h-1，且要小于單車道通行能力，城市道路主干路單車道通行能力為1 117 veh·h-1，結(jié)合初步仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)，第1段換道區(qū)域的初始流量aveh·h-1確定為800 veh·h-1.根據(jù)擬合趨勢(shì)曲線函數(shù)(如圖8所示)，求得當(dāng)換道區(qū)域長度L=40 m時(shí)，車輛平均速度趨于平緩，由此確定第1段換道區(qū)域的最佳設(shè)置長度為40 m.

圖8 第1段換道區(qū)域平均行程速度 變化趨勢(shì)圖(a=800 veh·h-1)

3.2 第2、3、4段換道區(qū)域設(shè)置與數(shù)據(jù)分析

第2段換道區(qū)域部分車輛由2車道左轉(zhuǎn)變道至3車道，第3段換道區(qū)域部分車輛由3車道右轉(zhuǎn)變道至2車道，第4段換道區(qū)域部分車輛由2車道右轉(zhuǎn)變道至1車道.輸入流量跟轉(zhuǎn)向比例有所變化，大小車比例均為1 ∶9，速度v為50 km·h-1，波動(dòng)范圍為48～58 km·h-1.自變量為換道區(qū)域長度L(10 m≤L≤200 m)，L每隔5 m取一次值.其他輸入?yún)?shù)見表5.

表5 第2段換道區(qū)域輸入?yún)?shù)

第2、3段換道區(qū)域的仿真場景中，換道車輛不會(huì)對(duì)1車道車輛產(chǎn)生影響，因此該階段數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)只對(duì)2、3車道的車輛數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)處理；第4段換道區(qū)域的仿真場景中，換道車輛不會(huì)對(duì)3車道車輛產(chǎn)生影響，因此該階段數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)只對(duì)1、2車道的車輛數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)處理.根據(jù)擬合趨勢(shì)曲線函數(shù)，可求得第2、3、4段換道區(qū)域的最佳設(shè)置長度分別為45、40、40 m.

4 試驗(yàn)的場景搭建與數(shù)據(jù)分析

4.1 有控制策略的城市路段仿真分析

各階段最佳換道區(qū)域長度已確定的情況下，建立合并的路段仿真場景，還需要求得連接路段的長度.連接路段長度計(jì)算見式(1)，其中換道準(zhǔn)備速度、換道完成速度均為50 km·h-1，期望速度為60 km·h-1，期望加速度、減速度為±1 m·s-2，計(jì)算求得LCmin=84.88 m,仿真場景中3段連接路段長度均取整LC=100 m.仿真路段示意圖見圖9.

圖9 有控制策略仿真路段示意圖

根據(jù)得到的各階段最佳換道區(qū)域長度與連接路段長度，結(jié)合期望車速設(shè)置策略，合并至整條路段(圖9).路段全長(565±0.2)m，采用“先左后右”的換道策略，輸入?yún)?shù)見表6.統(tǒng)計(jì)整條路段車輛數(shù)據(jù)并加以分析，數(shù)據(jù)匯總見表7.

該路段所有車輛平均行駛距離565.17 m，平均路段行程時(shí)間36.85 s，平均行駛速度55.21 km·h-1，總換道次數(shù)167次.

表6 有控制策略仿真路段輸入?yún)?shù)

表7 有控制策略仿真路段輸出數(shù)據(jù)

4.2 無控制策略的城市路段仿真分析

無控制策略路段不設(shè)置固定換道區(qū)域，路段車輛不設(shè)置可變限速及靜態(tài)路徑規(guī)劃策略的約束，車輛換道地點(diǎn)隨機(jī)、換道時(shí)間隨機(jī).路段全長(565.0±0.2)m，無換道控制策略，車輛根據(jù)仿真場景的跟馳模型與換道模型參數(shù)約束行駛，圖10為該仿真路段示意圖，主要輸入?yún)?shù)見表8，該路段車輛換道部分?jǐn)?shù)據(jù)匯總見表9.

圖10 無控制策略仿真路段示意圖

表8 無控制策略仿真路段輸入?yún)?shù)

表9 無控制策略仿真路段車輛換道部分?jǐn)?shù)據(jù)

該路段所有車輛平均行駛距離565.04 m，平均路段行程時(shí)間41.31 s，平均行駛速度49.24 km·h-1，總換道次數(shù)273次.

4.3 數(shù)據(jù)對(duì)比與分析

對(duì)比有、無控制策略仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制基于路由選擇的車輛速度對(duì)比圖，如圖11所示.當(dāng)大小車比例為1 ∶9時(shí)，有控制策略的路段相比于無控制策略路段，車輛平均行程速度增加了12.13%，平均行程時(shí)間減少了10.80%，換道次數(shù)減少了106次.證明固定換道區(qū)域設(shè)置效果明顯，策略有效.

圖11 有無控制策略的車輛速度對(duì)比圖

車輛自由換道是為了獲得更大的行駛空間與更快的行駛速度，仿真試驗(yàn)中無控制策略換道次數(shù)比有控制策略多了106次，而車輛平均行程時(shí)間卻有所增加.分析認(rèn)為，無策略控制時(shí)，車輛轉(zhuǎn)向換道很大一部分發(fā)生在路段后半段，對(duì)前半段利用率低是造成延誤增加的一個(gè)原因；另一方面，車輛在換入目標(biāo)車道后，其后方車輛會(huì)基于安全車距的判定做出減速與否的行為.

車輛自由換道得到的提速只是暫時(shí)的，自由換道的發(fā)生并不能解決車輛行駛的方向性問題.可能部分自由換道車輛在“換入換出”的過程中改變了自身在整個(gè)路段行駛的便捷性，但同樣也存在部分車輛因自由換道暫時(shí)實(shí)現(xiàn)車速收益而增加了整個(gè)路段上車輛總行程時(shí)間的可能，此時(shí)的換道行為可視為無效換道.

同時(shí)，無法保證自由換道車輛順利換出后能順利換入，且自由換道車輛對(duì)目標(biāo)車道后方車輛的影響是必然存在的，下面以仿真試驗(yàn)中車輛V84在無控制策略路段上車輛記錄數(shù)據(jù)加以分析.

V84車輛經(jīng)過2次自由換道，先由2車道換至1車道，行駛一段距離后又換回2車道，換道過程如圖12所示.

圖12 V84換道過程示意圖

由圖12可見，V84再回到2車道時(shí)，仍然處在V83之后，并沒有擺脫V83的干擾，同時(shí)也對(duì)V89、V90、V96產(chǎn)生了影響.車輛速度變化過程如圖13所示.

圖13 V84及周邊車輛速度變化

由圖13可見，V84在155.6 s時(shí)開始第1次換道，由2車道換至1車道，157.4 s時(shí)換道完成.V84換至1車道后速度有所提升，但目標(biāo)車道后方車輛V89車速受到影響，V89車速降低42.36%.另外，V84在1車道行駛一段距離后，減速尋找換回2車道的可插車間隙，這一過程對(duì)其后方車輛V90產(chǎn)生影響，V90車速降低58.21%.還可發(fā)現(xiàn)，V84在172.6 s時(shí)開始第2次換道，由1車道換回至2車道，174.4 s時(shí)換道完成.V84第2次換道行為對(duì)目標(biāo)車道后方車輛V96產(chǎn)生影響，V96車速降低14.70%.

相較于2次自由換道之前的車速，V84在換回2車道后，自身車速降低了31.74%.V84在該路段上的自由換道行為，不僅沒有獲得更快的速度收益，反而增加了路段上其他車輛的總體延誤，其自由換道行為是無效的.

5 結(jié) 論

1) 文中基于路由選擇的車輛換道控制策略(即合理的換道區(qū)域設(shè)置、高效的路徑引導(dǎo))能有效減少車輛換道次數(shù)，降低因隨機(jī)換道造成的延誤，提高車輛路段平均行程速度，優(yōu)化區(qū)域路網(wǎng)的通行能力，從而提高交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率及安全性.

2) 用“先左后右”靜態(tài)路徑及車輛控制策略的仿真試驗(yàn)仍不能避免車輛換道時(shí)對(duì)目標(biāo)車道后方來車產(chǎn)生的影響，尤其當(dāng)流量增大到一定水平時(shí)，固定換道區(qū)域沒有足夠的可穿插間隙，此時(shí)車輛若轉(zhuǎn)向換道則必然會(huì)使后車降速運(yùn)行.

3) 此種控制策略只是減少了因部分自由換道車輛無效換道產(chǎn)生的系統(tǒng)延誤，提升了車輛在連接路段的通行效率，沒有實(shí)現(xiàn)車輛間的相互協(xié)同.