改進分子動力學的車輛跟馳模型

楊龍海，王 暉，李 帥，仇曉赟

(哈爾濱工業大學 交通科學與工程學院，哈爾濱 150090)

車輛跟馳理論是利用動力學方法，研究無法超車的單一車道上車輛排隊行駛的場景，并以數學模型表達跟馳過程中發生的各種狀態的理論[1]。自20世紀50年代以來，國內外學者對車輛跟馳模型進行了大量的研究，Chandler等[2]提出GM模型，該模型清楚地反映車輛跟馳行為中存在的制約性、延遲性以及傳遞性。Kometani等[3]利用經典牛頓力學提出車輛跟馳期望安全間距，并對期望安全間距進行分析。Kikuchi等[4]利用駕駛員預期邏輯推理，提出基于模糊推理的車輛跟馳模型。Michaels等[5]用駕駛過程中的一系列閾值和期望間距，建立基于生理-心理的車輛跟馳模型。Cremer等[6]利用元胞自動機理論研究道路交通行為，該模型將道路定義為離散的元胞空間，并設置一定的規則對道路跟馳行為進行仿真。Bando等[7]提出優化速度模型，利用車輛間距與優化速度函數描述交通流中的定性特征。目前，由于硬件設備的升級，車輛跟馳行為數據的獲取變得更加便捷，基于非參數方法的數據驅動類跟馳模型逐漸發展起來[8-10]，這類模型對跟馳數據信息進行挖掘，有助于建立高精度的跟馳模型。

近年來，有學者提出將車輛在道路上的跟馳行為類比為分子之間的相互作用，利用分子動力學原理描述車輛間的跟馳特性與交通流特性。曲大義等[11]利用分子動力學描述了駕駛員對各類刺激反應同向性的狀態方程并建立分子跟馳模型，該模型可以更好地描述真實車輛運行狀態。……