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毕业论文-快速路系统车辆换道行为建模与分析，共107页，
中文摘要
本文主要研究快速路系统中车辆换道行为，对车辆换道过程中驾驶员的行
为模式进行了有益的探索和研究。
首先从 NGSIM 提供的车辆的运行轨迹出发，提出了对车辆换道轨迹的辨别
和提取的算法，对换道持续时间进行了统计和分析，提出采用 5 次多项式对换
道轨迹进行描述。
此后，从车辆横向运动模型出发，分别采用了拉氏变换法、“滑动优化法”
以及直接求解微分方程的方法，对换道轨迹进行分析和处理，从中提取出在换
道过程中车辆前轮转向角的变化。
在得到了所有轨迹对应的转向角曲线之后，对转向角曲线的一些特征进行
了统计和分析。对转向角幅度与速度的关系进行了探讨，并给出了两个模型。
本文的工作着眼于换道过程中驾驶员行为模式，有助于设计更好的控制器，
对于今后的协同换道和自由驾驶，有很大的帮助。
关键词：NGSIM 数据库，换道轨迹，驾驶行为，驾驶模式

ABSTRACT
In this paper we mainly focus on the Discretionary Lane Changing (DLC) in the
highway systems and make a basic exploration to the driving behavior of the drivers
during the DLC process.
An approach is raised at the beginning to filter out those Discretionary Lane
Changing (DLC) trajectories of vehicles from all the observed trajectories, which is
provided by the open source program NGSIM database. Then we discuss the
definition of the begin/end point of a DLC trajectory and check the distribution of
duration time of a DLC process. We examine the geometric feature of DLC
trajectories and prove that the kernel part of every normal DLC trajectories can be
approximately described by a certain 5th-order polynomials.
Based on the lateral dynamic mechanical model of vehicles three methods are
proposed to estimate the steering action of the drivers using the empirical DLC
trajectories and these methods are well studied in this paper. Results show that all
drivers share certain patterns in some way.
This paper can be a simple guidance to auto-driving or cooperative driving in
the future.
Key words: NGSIM database, DLC trajectory, steering action, driving patterns

目录
第 1 章 引言 ......... 1
1.1 背景和意义 .. 1
1.2 国内外研究现状 ....... 2
1.2.1 换道行为 ............ 2
1.2.2 换道轨迹 ............ 5
1.3 本文结构安排 ........... 7
第 2 章 换道轨迹分析 ........ 9
2.1 研究基础 ...... 9
2.2 换道轨迹的提取 ..... 10
2.2.2 轨迹初步预处理 ............11
2.2.3 基于层次聚类的轨迹筛选 ........ 12
2.3 换道持续时间 ......... 14
2.3.1 计算方法 .......... 14
2.3.2 统计分析 .......... 15
2.4 轨迹形状建模 ......... 19
2.4.1 衡量指标 .......... 19
2.4.2 实验结果 .......... 20
2.5 本章小结 .... 22
第 3 章 基于实际轨迹的驾驶行为计算方法研究...... 23
3.1 车辆横向运动模型 . 23
3.2 拉氏变换法 27
3.2.1 求解传递函数 .. 27
3.2.2 频域分析 .......... 29
3.2.3 初值问题 .......... 31
3.2.4 实验结果 .......... 32
3.3 间接求解法 34
3.3.1 问题转化 .......... 34
3.3.2 算法描述 .......... 36
3.3.3 实验结果 .......... 38
3.4 微分方程解法 ..........39
3.4.1 微分方程 ...........39
3.4.2 光滑性分析 .......41
3.4.3 B 样条光滑 ........42
3.4.4 参数敏感性分析 ............47
3.5 本章小结 .....50
第 4 章 驾驶行为模式分析 ............53
4.1 统计特征 .....53
4.1.1 转向角与速度的关系 ....53
4.1.2 换道持续时间 ...56
4.2 主成分分析 .59
4.2.1 方法介绍 ...........59
4.2.2 应用结果 ...........61
4.2.3 鲁棒主成分分析 ............63
4.3 独立成分分析 ..........66
4.3.1 方法介绍 ...........66
4.3.2 应用结果 ...........67
4.4 本章小结 .....69
第 5 章 总结 ........71
插图索引 ..73
表格索引 ..77
参考文献 ..79
致谢 ..83
声明 ..85
附录 A 外文资料的书面翻译 ...........87
在学期间参加课题的研究成果 .........97