非線(xiàn)性理論第八講ppt課件(存儲(chǔ)版)
【正文】 約它們的是復(fù)雜的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)規(guī)律，因此，非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)正可以大行其道，交通系統(tǒng)中充滿(mǎn)著 自組織 （系統(tǒng)自行進(jìn)入最佳臨界狀態(tài)）、 混沌、分叉 、失穩(wěn) （進(jìn)入擁堵）等非線(xiàn)性現(xiàn)象。非線(xiàn)性科學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用 Nonlinear Dynamics and its applications Chapter 7 趙小梅 8613室 51684265 第七章 交通流中非線(xiàn)性 現(xiàn)象與研究 Chapter 7 Nonlinear Phenomena in traffic systems 主要內(nèi)容 ACC系統(tǒng)中的應(yīng)用 （ 1） ? 交通流理論是研究交通流狀態(tài)隨時(shí)間和空間變化規(guī)律的模型和方法體系。 ? 交通系統(tǒng)的相變中也存在著 回滯 （ hysteresis： 交通流量隨密度變化的回路特性）、 成簇 （ clustering： 擁堵集簇的形成）、 相分離 （ phase separation： 交通流態(tài)時(shí)斷時(shí)續(xù)）等現(xiàn)象。 流量密度關(guān)系與回滯現(xiàn)象（ 2） ? 回滯現(xiàn)象 1) 自由流區(qū)和擁擠區(qū)不是完全孤立的，二者之間存在著一個(gè)相互重疊的部分，這一區(qū)域被稱(chēng)為亞穩(wěn)態(tài)區(qū)。 有匝道的道路系統(tǒng)中的相變 交通相變的形式 ? 從自由流到同步流的相變； ? 從自由流到寬運(yùn)動(dòng)堵塞的相變； ? 自由流 ?同步流 ? 同步流中的收縮效應(yīng) （ pinch effect） ?窄堵塞 ?窄堵塞逐漸融合為寬運(yùn)動(dòng)堵塞 混沌與分岔現(xiàn)象 ? Chaos and headway distribution of shuttle buses that pass each other freely Physica A 323 (2022) 686 – 694 ? A Nonlinear Temporal Headway Model of Traffic Dynamics Nonlinear Dynamics 16: 127–151, 1998. Original model: New model: 自組織現(xiàn)象 ?自組織是指系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的非線(xiàn)性相互作用，在一定的條件下，自發(fā)產(chǎn)生在時(shí)間、空間和功能上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 ? 為了使車(chē)輛能夠自動(dòng)預(yù)防交通碰撞事故，設(shè)計(jì)人員在汽車(chē)上安裝了各種主動(dòng)安全裝臵，例如測(cè)距雷達(dá)和后視鏡盲點(diǎn)探測(cè)器等，這些裝臵在必要時(shí)可以通過(guò)聲光的形式提醒駕駛者，并通過(guò)車(chē)載系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)車(chē)速和車(chē)輛間距等行車(chē)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，從而有效地避免交通事故的發(fā)生。 ACC的工作原理與結(jié)構(gòu) ? 汽車(chē)自適應(yīng)巡航控制根據(jù)駕駛員設(shè)定的車(chē)間時(shí)距，通過(guò)控制自車(chē)的節(jié)氣門(mén)和制動(dòng)器來(lái)控制自車(chē)的速度和加速度，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)車(chē)頭距，從而進(jìn)行自適應(yīng)巡航控制。當(dāng)前各研究單位研究的目標(biāo)都集中在控制器上。 ? 它主要包含 (1)目標(biāo)車(chē)頭距計(jì)算，決定自車(chē)與前車(chē)的距離； (2)車(chē)頭距控制器，它計(jì)算獲得目標(biāo)車(chē)頭距的車(chē)速、加速度命令； (3)車(chē)速控制器，它決定制動(dòng)作動(dòng)器和節(jié)氣門(mén)作動(dòng)器的工作。 ? 駕駛員可通過(guò)設(shè)臵在儀表盤(pán)上的人機(jī)交互界面(MMI)啟動(dòng)或清除自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng) ? 啟動(dòng) ACC 系統(tǒng)時(shí)，要設(shè)定主車(chē)在巡航狀態(tài)下的車(chē)速和與目標(biāo)車(chē)輛間的安全距離，否則 ACC系統(tǒng)將自動(dòng)設(shè)臵為默認(rèn)值，但所設(shè)定的安全距離不可小于設(shè)定車(chē)速下交通法規(guī)所規(guī)定的安全距離 ? 當(dāng)主車(chē)前方無(wú)行駛車(chē)輛時(shí)，主車(chē)將處于普通的巡航行駛狀態(tài)， ACC 系統(tǒng)按照設(shè)定的行駛車(chē)速對(duì)車(chē)輛進(jìn)行勻速控制 ? 當(dāng)主車(chē)前方有目標(biāo)車(chē)輛，且目標(biāo)車(chē)輛的行駛速度小于主車(chē)的行駛速度時(shí)， ACC系統(tǒng)將控制主車(chē)進(jìn)行減速，確保兩車(chē)間的距離為所設(shè)定的安全距離 ? 當(dāng) ACC 系統(tǒng)將主車(chē)減速至理想的目標(biāo)值之后采用跟隨控制，與目標(biāo)車(chē)輛以相同的速度行駛 ? 當(dāng)前方的目標(biāo)車(chē)輛發(fā)生移線(xiàn)，或主車(chē)移線(xiàn)行駛使得主車(chē)前方又無(wú)行駛車(chē)輛時(shí)， ACC系統(tǒng)將對(duì)主車(chē)進(jìn)行加速控制，使主車(chē)恢復(fù)至設(shè)定的行駛速度。 密度波 ? 在交通過(guò)程中，交通暢行、堵塞是交替發(fā)生的，類(lèi)似于波動(dòng)現(xiàn)象，可以用密度（或車(chē)間距等）隨時(shí)間（或空間）的變化來(lái)表示各種類(lèi)型的密度波。 交通相 ? 自由流相 每輛車(chē)均以期望速度運(yùn)動(dòng)，因此，車(chē)流量隨車(chē)輛密度線(xiàn)性增加 ? 同步流相 ? 寬運(yùn)動(dòng)堵塞流相 交通相變 交通流的相變過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程 ? 它是指交通流狀態(tài)在不同交通相（包括自由流相、同步流相及交通堵塞流相）之間的 轉(zhuǎn)變過(guò)程 。 在德國(guó)高速公路 A43上測(cè)得的交通流量 — 密度關(guān)系 基本圖 2) 實(shí)測(cè)的流量密度關(guān)系是間斷的，看起來(lái)像是一個(gè)反 ?。 ? 近年來(lái)，研究的結(jié)果指出，對(duì)交通流理論的研究最重要的是能夠描述交通系統(tǒng)中觀察到的非線(xiàn)性現(xiàn)象。 （ 1） ? 道路交通狀態(tài)大致可以分成 3種：低密度的 暢行交通 （即自由流）、各車(chē)道的車(chē)輛齊頭并進(jìn)的高密度 同步交通 、更高密度的 擁堵交通 。 這個(gè)反 ?的兩個(gè)分支分別用來(lái)定義自由流和擁擠流。 ? 在真實(shí)的交通中，每一種交通相的出現(xiàn)都伴隨著較為復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。 密度波 3. 交通流模型的穩(wěn)定性分析 ? 交通安全、城市環(huán)境等方面都造成了極大的負(fù)面作用，因而交通阻塞問(wèn)題已成為交通領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題； ? 交通阻塞問(wèn)題可以看作一種交通相變和交通流不穩(wěn)定的現(xiàn)象，交通流穩(wěn)定性的分析是研究交通阻塞現(xiàn)象的重要理論工具之一。在恢復(fù)行駛速度后， ACC系統(tǒng)又轉(zhuǎn)入對(duì)主車(chē)的勻速控制。 ? 首先，根據(jù)雷達(dá)測(cè)試結(jié)果判斷前方是否存在汽車(chē)等障礙物，如果沒(méi)有，進(jìn)入傳統(tǒng)巡航控制，按照駕駛員設(shè)定的車(chē)速控制汽車(chē)，汽車(chē)在設(shè)定速度上行駛。 ? ACC 系統(tǒng)的研究主要集中在車(chē)載傳感器及其信息融合技術(shù)，以及 ACC 系統(tǒng)控制策略選取等軟硬件
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