自动驾驶车辆交通的物理学

我们发现，发生在三种交通相（自由流（F）、同步流（S）和宽移动阻塞（J））之间的多种相变，决定了由 100% 自动驾驶车辆组成、在带有匝道瓶颈的双车道道路上行驶的交通的时空动力学。这意味着三相交通理论是描述交通状态（无论车辆交通中行驶的是人驾还是自动驾驶车辆）的通用框架。为证明这一点，我们利用广泛运用于自动驾驶车辆运动的经典 Helly 模型（1959）研究了自动驾驶车辆交通。尽管道路车道中自动驾驶车辆的运动动态规则与人驾车辆有质的不同，我们仍揭示了自由流到同步流的相变（F$\rightarrow$S 相变）呈现出成核特性，该特性在由 100% 人驾车辆组成的交通实测田野数据中被观测到。自动驾驶交通中 F$\rightarrow$S 相变成核特性的物理学，与换道率的间断有关，后者导致了过度加速率的间断。这种过度加速的不连续特性，既导致了自动驾驶车辆交通中瓶颈处同步流的存在与自维持，也导致了任意时刻都存在介于某最小与最大通行能力之间的高速公路通行能力范围。在该通行能力范围内，可诱发 F$\rightarrow$S 相变；然而，当超过最大通行能力时，经过一定时延后瓶颈处会发生自发的 F$\rightarrow$S 相变。相 F、S 和 J 可在空间与时间上相互共存。