基于分子力场的网联自主车辆跟驰安全特性及模型

来源：交通运输系统工程与信息杂志2023年第6期北京时间：

作者：曲大义, 孟奕名, 王韬, 宋慧, 陈意成

单位：1. 青岛理工大学，a. 机械与汽车工程学院，b. 土木工程学院，山东 青岛 266520；2. 淄博职业学院，人工智能与大数据学院，山东 淄博 255314

摘要：为更精准地描述人车路复杂环境下网联异质车流多维感知与交互所呈现的动态特性，本文提出运用分子动力学势场函数定量描述车辆间相互作用关系的车辆跟驰行为模型，从分子力场角度剖析网联自主车辆的自驱动粒子特性和车车交互行为安全特性，独辟系统分析网联异质车群协同关系和安全态势演化规律的新思路。首先，类比复杂交通场景的网联自主车辆为自驱动粒子，基于分子动力学势场理论推导出网联自主车辆跟驰行为模型表达式，引入速度协同项，建立网联自主车辆跟驰行为的分子力场模型；其次，运用人工蜂群算法，采用High_D车辆轨迹数据对已有的跟驰模型和智能驾驶员模型进行参数标定，验证分析分子力场跟驰模型的合理性及安全性；设计数值仿真实验检验分子力场模型对真实车辆跟驰行为的拟合效果及稳定性表现。数值仿真结果表明，分子力场模型得出的车辆加速度结果与实际数据的平均值绝对误差与均方根误差更低，且受到扰动时波动更小，该模型提升了网联自主车辆跟随行驶的安全和效率，宏观车流运行具有更好的稳定性。网联自主车辆的分子力场跟驰模型可系统描述网联异质车群的动态特性、微观车辆跟驰行为和车车安全交互作用关系，为提高行车安全性及通行效率提供理论基础。

关键词：智能交通,网联自主车辆,跟驰行为模型,分子力场,稳定性分析

基金资助：国家自然科学基金(52272311，51678320)。