<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">19855</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2022.019855</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Modeling and Analyzing for a Novel Continuum Model Considering Self-Stabilizing Control on Curved Road with Slope</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Modeling and Analyzing for a Novel Continuum Model Considering Self-Stabilizing Control on Curved Road with Slope</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Modeling and Analyzing for a Novel Continuum Model Considering Self-Stabilizing Control on Curved Road with Slope</alt-title>
</title-group>
<contrib-group content-type="authors">
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Lei</surname><given-names>Li</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
</contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Wang</surname><given-names>Zihao</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref><email>wangzihao621@mail.sdu.edu.cn</email>
</contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Wu</surname><given-names>Yong</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref>
</contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>School of Energy and Power Engineering, Shandong University</institution>, <addr-line>Jinan, 250061</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>School of Control Science and Engineering, Shandong University</institution>, <addr-line>Jinan, 250061</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-3"><label>3</label><institution>Department of Logistics Management, Ningbo University of Finance and Economics</institution>, <addr-line>Ningbo, 315175</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Zihao Wang. Email: <email>wangzihao621@mail.sdu.edu.cn</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub" date-type="pub" iso-8601-date="2022-04-15"><day>15</day>
<month>04</month>
<year>2022</year></pub-date>
<volume>131</volume>
<issue>3</issue>
<fpage>1815</fpage>
<lpage>1830</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>20</day><month>10</month><year>2021</year></date>
<date date-type="accepted"><day>12</day><month>11</month><year>2021</year></date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2022 Lei et al.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Lei et al.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_19855.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>It is essential to fully understand master the traffic characteristics of the self-stabilizing control effect and road characteristics to ensure the regular operation of transportation. Traffic flow on curved roads and slopes is irregular and more complicated than that on the straight road. However, most of the research only considers the effect of self-stabilizing in the straight road. This study attempts to bridge this deficiency from the following three aspects. First, we review the potential influencing factors of traffic flow stability, which are related to the vehicle&#x0027;s steady velocity, history velocity, and the turn radius of the road and the slope of the road. Based on the above review, an extended continuum model accounting for the self-stabilizing effect on a curved road with slope is proposed. Second, the linear stability criterion of the new model is derived by applying linear stability theory, and the neutral stability curve is obtained in detail. The modified KdV equation describing the evolution characteristics of traffic congestion is derived by using the nonlinear analysis method. Upon the theoretical analysis, the third aspect focuses on simulating the self-stabilizing effect under different slopes and radius, which demonstrates that the self-stabilizing effect is conducive to reducing congestion of the curved road with slope.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Traffic flow</kwd>
<kwd>KdV equation</kwd>
<kwd>self-stabilizing effect</kwd>
<kwd>gradient highway</kwd>
<kwd>curved road</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1"><label>1</label><title>Introduction</title>
<p>The accelerated development of modern intelligent transportation system not only alleviates traffic congestion, but also improves the stability of the transportation system [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>]. However, the stability of traffic system is also easily affected by various driver characteristics, such as self-stabilizing, memory, backward-looking, and road geometry (e.g., slope and curved road). Therefore, it is a critical and urgent task to improve the stability of traffic flow by fully considering the driver characteristics and road geometry.</p>
<p>Generally speaking, there are three types of traffic models: microscopic models [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>], lattice models [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>], and macroscopic hydrodynamic models [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>]. The macro model mainly refers to the continuous medium model of traffic flow, which regards a large number of vehicles as compressible continuous medium and studies the comprehensive average behavior of the vehicle group. This type of model tries to characterize the traffic flow with the average density <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, average speed <italic>v</italic>, and flow <italic>q</italic> and study the functional relationship it satisfies. As early as 70 years ago, Lighthill et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>] first proposed the continuous medium model of traffic flow. Later in 1956, Richards [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>] independently proposed the LWR model, which is analogous with continuum model. According to the basic idea of car-following theory, the motion equation (i.e., acceleration equation) is introduced into the continuous medium model to form a high-order continuous medium model of traffic flow mechanics [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>]. Whihtma established a similar model, so the model is often called Pyane-Whihtam (PW) model [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>].</p>
<p>Traffic flow theory has been the focus of scientific research since it was put forward. Countless scientific and technological workers have devoted a lot of effort to exploration and research. Jiang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>] proposed a full velocity difference model (FVDM) considering the positive and negative speed difference comprehensively. Zhang et al. proposed a macroscopic model considering the speed difference between adjacent vehicles on the slope [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>]. Sun et al. developed an extended micro model is proposed considering the driver&#x0027;s desire for smooth driving on a curved road [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>]. Gong et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>] designed a hybrid system and simulated human driving and autonomous vehicles. By using Gamma-convergence, it is proved that the optimal control problem of the mean-field can be solved at the microscopic level. Peng et al. analyzed the impact of self-stabilization on traffic stability considering the current lattice&#x0027;s historic flux for a two-lane freeway [<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>]. Although these papers attempt to use simulation platforms to develop vehicle dynamics models, they did not connect driver characteristics with geometric characteristics of the road. Therefore, this study attempts to bridge this critical defect.</p>
<p>The paper is organized as follows: <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> proposes a new continuum model considering the effect of self-stabilizing is constructed on the curved road with slope. <xref ref-type="sec" rid="s3">Sections 3</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s4">4</xref> present the linear and nonlinear analysis, and then the neutral stability curve and the KdV equation describing the nonlinear density wave are obtained. <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref> carries out numerical experiments that demonstrate how the stability of traffic flow is affected by self-stabilizing, curved and slopes. Finally, the concludes are provided in <xref ref-type="sec" rid="s6">Section 6</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2"><label>2</label><title>The Extended Continuum Traffic Flow Model</title>
<p>In 2001, Jiang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>] proposed the FVDM to solve the problem of vehicle retrogression based on previous studies. The model equation is
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where the headway and velocity difference between two adjacent vehicles are <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; <italic>a</italic> denotes driver&#x0027;s distance sensitivity coefficient; <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the sensitivity coefficient of driver to speed difference; <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is optimal velocity function.</p>
<p>Based on the FVD model, Li et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>] proposed a new car-following model. They considered the impact of the driver&#x0027;s desire and the self-stabilizing control on traffic flow stability, and the extended model can be expressed as
<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the headway difference between two adjacent vehicles; <italic>h</italic> is the average space headway distance on the straight road; <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the driver&#x0027;s desire for smooth driving; <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the self-stabilizing control effect in the difference between the current and history velocity; <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denote the reaction coefficients of two introduced factors, respectively; <italic>p</italic> is the reaction coefficient reflecting the uncertainty of vehicle&#x0027;s speed; <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is desired optimal velocity of vehicle <italic>n</italic>.</p>
<p>For the sake of avoiding more fuel caused by frequent changes in driving speed during driving, drivers can hope to drive more smoothly. On account of the FVDM, Sun et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>] proposed a new car-following model of curve road and considered the impact of driver&#x0027;s desire on traffic flow stability, and the extended model can be expressed as
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the headway between the vehicle <italic>n</italic> and vehicle <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> on the curve road; <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the history time; <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> represents the drive&#x0027;s desire for smooth driving.</p>
<p>Zhou et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>] consider a situation such that vehicles are running on a single-lane gradient highway under a periodic boundary condition, which is described in <?A3B2 "fig1",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>. <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref> shows the gravitational force acts upon vehicles on the slope of the gradient.</p>
<fig id="fig-1"><label>Figure 1</label><caption><title>Vehicles move on a gradient highway: uphill and downhill situation: uphill &#x2212; and downhill &#x002B;</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19855-fig-1.png"/></fig>
<p>Kaur et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>] make full use of road geometry to study driver&#x0027;s anticipation effect and further presented a new lattice model as follows:
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is control parameter; <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the radius of curvature, <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is slope; <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the angle for the curved road at <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> site; <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the necessary distance between two cars to avoid collision on the slope road; <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <italic>g</italic> mean the friction coefficient and gravitational acceleration, respectively.</p>
<p>Through research on driver characteristics and control signals, the stability of traffic flow can be improved to a certain extent under certain conditions. However, road geometric characteristics also affect the stability of traffic flow, allowing of no to neglect. Distinguished with traditional studies, a modified car-following model on a single-lane gradient highway with curved is proposed with the consideration of the self-stabilizing effect as follows:
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the angular velocity of car <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> at time <italic>t</italic>; <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <italic>r</italic> represent the radius and radian of the curved road.</p>
<p>The highlight of our proposed model is to study the influence of self-stabilizing control and curved road with the slope on traffic flow stability from a macro perspective. Here, we can convert the micro variables in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">Eq. (8)</xref> into macro variables through the method proposed by Liu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-41">41</xref>], as follows:
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are macroscopic density and velocity on the curved with slope, respectively; <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the equilibrium velocity and <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>For simplification, we carry out time first-order Taylor expansion for <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> while ignoring the non-linear terms, i.e.,
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Substituting macro variables into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">Eq. (8)</xref>, we derive
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3"><label>3</label><title>Linear Stability Analysis</title>
<p>In the literature, the theory of fluid dynamics is used to describe the traffic flow state, and its continuity fluid dynamics equation is established to study [<xref ref-type="bibr" rid="ref-42">42</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>]. By combining the above formula with the continuous conservative equation, we have
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>The equations are rewritten into matrices to simplify the analysis as follows:
<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">U</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-14">Eq. (14)</xref>, it is obvious that the average velocity <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is equal to the characteristic velocity <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which proves that the model satisfies the characteristics of traffic flow anisotropy.</p>
<p>Slight interference caused by driver behavior characteristics or external factors will spread upward with the traffic flow, and the traffic-free flow will develop into congestion flow gradually. If the slight disorder tends to be stable or disappear, the traffic flow can run smoothly, therefore controlling traffic congestion. Assuming that the traffic system is a homogeneous flow at the initial time, constants <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represent the initial density and speed in the uniform state. Therefore, the steady-state solution of the uniform flow is
<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>By substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">Eq. (16)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">Eq. (12)</xref> and neglecting the nonlinear higher-order terms, we obtain the following equation:
<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>The necessary and sufficient condition for the stability of linear systems is that the determinant of matrix coefficients returns to zero, i.e.,
<disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Regarding <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as the unknown parameters in the equations, then we can get that <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies the following quadratic equation:
<disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>According to the criterion of control theory, the neutral stable condition for the traffic flow is obtained
<disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Performing the Taylor expansion for <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as follows:
<disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>o</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-21">Eq. (21)</xref>, we infer that
<disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>This is similar to the velocity gradient model [<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>] and modified model.</p>
<p>The neutral stability lines for different slopes of the gradient road are plotted in <?A3B2 "fig2",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>. The neutral stability curves for uphill and downhill situations on the road, respectively, as shown in the illustration. In <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2a</xref>, the stability region becomes more significant and more prominent with the addition of slope <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> on the uphill slope. In contract, in <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2b</xref>, in the downhill situations the stable area becomes larger and larger with the decrease of the slope.</p>
<fig id="fig-2"><label>Figure 2</label><caption><title>Neutral stability lines for different slopes in two situations: patterns (a) and (b) are corresponding to uphill and downhill situations respectively</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19855-fig-2.png"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4"><label>4</label><title>Nonlinear Analysis</title>
<p>For the sake of explore the nonlinear analysis of the new model, we adopt a new coordinate system as follows [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]:
<disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>By substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-23">Eq. (23)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">(12)</xref>, we obtain the following equation:
<disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Here, traffic flow is defined as the product of density and velocity of traffic flow as <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which can be obtained from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-23">Eq. (23)</xref>:
<disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Applying second-order Taylor expansion to <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> yields
<disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Substituting the <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-25">Eq. (25)</xref> into the second row of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">Eq. (12)</xref>, it can be written as
<disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>The coefficients <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are determined by balancing the terms <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-27">Eq. (27)</xref>, so we get
<disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p><xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-26">Eq. (26)</xref> can be rewritten with Taylor expansions near the neutral stability condition
<disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi></mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi></mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Substituting the <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">Eq. (24)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">Eq. (29)</xref>, and turning the <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we obtain the following equation:
<disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Aiming at obtaining the standard KdV-Burgers equation, we perform the following transformations:
<disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Considering <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">Eq. (24)</xref>, the KdV-Burgers equation is obtained as follows:
<disp-formula id="eqn-32"><label>(32)</label><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>One analytical solution of the above KdV-Burgers equation is
<disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>25</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>25</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>25</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
in which <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an arbitrary constant.</p>
</sec>
<sec id="s5"><label>5</label><title>Numerical Simulation</title>
<p>This section presents simulation studies to illustrate the effect of self-stabilizing of our developed dynamic model on a single-lane highway with slope. According to the time forward difference and space centre difference, the space and time are divided into space step <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and time step <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, for numerical simulation
<disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-35"><label>(35)</label><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> represent density and speed on the condition of <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and the space and time section are represented by <italic>i</italic> and <italic>j</italic>, respectively.</p>
<sec id="s5_1"><label>5.1</label><title>Shock Waves and Rarefaction Waves</title>
<p>Traffic wave is a kind of nonlinear wave, which can evolve into so-called &#x201C;traffic shock&#x201D; as time goes on. Therefore, we study the influence of small disturbance on the spatiotemporal evolution of density and velocity under crowding and sparsity. The Riemann initial conditions are considered as follows:
<disp-formula id="eqn-36"><label>(36)</label><mml:math id="mml-eqn-36" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.04</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>veh</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.18</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>veh</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-37"><label>(37)</label><mml:math id="mml-eqn-37" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.18</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>veh</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.04</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>veh</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the density of upstream and downstream, respectively. The corresponding initial speeds are expressed as follows:
<disp-formula id="eqn-38"><label>(38)</label><mml:math id="mml-eqn-38" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Then, we adopted equilibrium velocity function by Castillo et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-45">45</xref>] as follows:
<disp-formula id="eqn-39"><label>(39)</label><mml:math id="mml-eqn-39" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the density of vehicle under congestion flow; <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> respectively denote free flow speed and the propagation speed of density wave under congestion density. Thus, we can obtain the evolution of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-35">Eqs. (36)</xref>--<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-38">(39)</xref> (see <?A3B2 "fig3",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-3">Figs. 3</xref> and <?A3B2 "fig4",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-4">4</xref>). The propagation of shock-wave and rarefaction-wave patterns can be smooth and backward in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Figs. 3</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-4">4</xref>. As time goes on, the resulting rarefaction wave disturbance propagates in the negative direction of <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and is not amplified, which further validates that our proposed model satisfies the anisotropy.</p>
<fig id="fig-3"><label>Figure 3</label><caption><title>The shock wave in the initial Riemann condition <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-36">(36)</xref>: (a) time-space evolution of density and (b) time-space evolution of speed</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19855-fig-3.png"/></fig>
<fig id="fig-4"><label>Figure 4</label><caption><title>The rarefaction wave in the initial Riemann condition <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-37">(37)</xref>: (a) time-space evolution of density and (b) time-space evolution of speed</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19855-fig-4.png"/></fig>
</sec>
<sec id="s5_2"><label>5.2</label><title>Local Cluster Effect</title>
<p>In this section, for clarity, we will verify the effects of self-stabilizing control strategy and different slopes and radius by conducting numerical simulation. The traditional method of stability simulation is to check the anti-disturbance ability of homogeneous traffic flow. In the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>], the average density <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a generalized form as follows:
<disp-formula id="eqn-40"><label>(40)</label><mml:math id="mml-eqn-40" display="block"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>160</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cosh</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>32</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
where the road length <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>32.2</mml:mn><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>km</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is density perturbation. We adopt the periodic boundary conditions as follows:
<disp-formula id="eqn-41"><label>(41)</label><mml:math id="mml-eqn-41" display="block"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Based on Kerner et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-47">47</xref>], we introduce the equilibrium speed-density relationship as follows:
<disp-formula id="eqn-42"><label>(42)</label><mml:math id="mml-eqn-42" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.25</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0.06</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3.72</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>First of all, <?A3B2 "fig5",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref> is the nonlinear density wave of traffic flow with self-stabilizing control in the proposed macro traffic model on the uphill and downhill slope with curved roads. <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Figs. 5a</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-5">5c</xref> are the uphill angle, when the road slope is sight, the influence of minor disturbance on the stability of traffic flow will not be amplified. However, <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Figs. 5e</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-5">5g</xref> are the downhill angle, with the increase of slope angle, the impact of disruption is more and more prominent, and the traffic flow is more unstable. Therefore, with the change of a time, there will be time stop effect or traffic flow cluster effect.</p>
<fig id="fig-5"><label>Figure 5</label><caption><title>The evolution of the temporal and spatial on a downhill scenario with different <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> when <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.055</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>veh/m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.6</mml:mn></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>6</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>o</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19855-fig-5a.png"/><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19855-fig-5b.png"/></fig>
<p>To explore the second case of road geometric characteristics: the influence of curve on traffic flow, our numerical simulation is shown in <?A3B2 "fig6",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref>. It shows the evolution of traffic flow density with different curved road radii. Numerical simulation shows that when other conditions remain unchanged, the radius is large, the centripetal force is large, and the traffic flow is more unstable. It can be proved that the larger curve radius has a negative influence on the traffic stability.</p>
<p>Next, we explore the effect of self-stabilizing control strategy on traffic flow stability as <?A3B2 "fig7",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref>. It shows that with the increasing control coefficient, the nonlinear density wave of traffic flow becomes more stable, which indicates that the stop and go phenomenon gradually disappears. Numerical simulation results illustrate that the effect of self-stability is helpful to improve the stability of traffic flow.</p>
<fig id="fig-6">
	<label>Figure 6</label><caption><title>Space-time evolution of the headway for different radius <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>40</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>60</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>80</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> when <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.055</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>veh/m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>(Downhill). <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>40</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>60</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>80</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula></title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19855-fig-6a.png"/><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19855-fig-6b.png"/></fig>
<fig id="fig-7"><label>Figure 7</label><caption><title>Space-time evolution of the headway for different <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:math></inline-formula> values when <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.055</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>veh/m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>(Downhill). <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.6</mml:mn><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:math></inline-formula></title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19855-fig-7a.png"/>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19855-fig-7b.png"/></fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s6"><label>6</label><title>Conclusion</title>
<p>This paper introduces the effect of self-stabilizing control strategy and road geometric characteristics on traffic flow stability from a macro perspective. According to the maximum limit of the actual road slopes, different slope <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:msubsup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:msubsup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:msubsup><mml:mn>6</mml:mn><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and different radius <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>40</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>60</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>80</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are set. At the same time, the control strategy is obtained by using the historical speed and the current speed difference of the considered vehicles. We prove that the proposed traffic flow macro model guarantees the anisotropic characteristics. Under certain conditions, the model is analyzed theoretically, including linear and nonlinear stability analysis. Through Matlab simulation, the new model can accurately simulate traffic flow phenomena such as shock-wave and rarefaction-wave. The numerical simulation clearly verifies that the self-stabilizing strategy can effectively resist the influence of disturbance on the traffic flow and reduce the immense traffic pressure in the traffic flow. Road characteristic is also closely related to the stability of traffic flow, which is consistent with the theoretical study in this paper.</p>
</sec>
</body>
<back>
<fn-group>
<fn fn-type="other"><p><bold>Funding Statement:</bold> This work is supported by the Natural Science Foundation of Zhejiang Province, China (Grant No. LY19A010002).</p></fn>
<fn fn-type="conflict"><p><bold>Conflicts of Interest:</bold> We declare that we have no financial and personal relationships with other people or organizations that can inappropriately influence our work, there is no professional or other personal interest of any nature or kind in any product, service and/or company that could be construed as influencing the position presented in the manuscript entitled &#x201C;Modeling and analyzing for a novel continuum model considering self-stabilizing control on curved road with slope&#x201D;.</p></fn>
</fn-group>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>W. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gong</surname>, <given-names>Y. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>W. N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dou</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>An agile vehicle-based dynamic user equilibrium scheme for urban traffic signal control</article-title>. <source>IET Intelligent Transport Systems</source><italic>,</italic> <volume>15</volume><italic>,</italic> <fpage>619</fpage>&#x2013;<lpage>634</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1049/itr2.12049</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liao</surname>, <given-names>H. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>K. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zavadskas</surname>, <given-names>E. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Soft computing techniques and their applications in intelligent industrial control systems: A survey</article-title>. <source>International Journal of Computers Communications &#x0026; Control</source><italic>,</italic> <volume>16</volume><italic>,</italic> <fpage>4142</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Veres</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Moussa</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Deep learning for intelligent transportation systems: A survey of emerging trends</article-title>. <source>IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems</source><italic>,</italic> <volume>21</volume><italic>,</italic> <fpage>3152</fpage>&#x2013;<lpage>3168</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TITS.6979</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lu</surname>, <given-names>X. X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Vehicle communication network in intelligent transportation system based on Internet of Things</article-title>. <source>Computer Communications</source><italic>,</italic> <volume>160</volume><italic>,</italic> <fpage>799</fpage>&#x2013;<lpage>806</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.comcom.2020.03.041</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mu</surname>, <given-names>S. D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xiong</surname>, <given-names>Z. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tian</surname>, <given-names>Y. X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Intelligent traffic control system based on cloud computing and big data mining</article-title>. <source>IEEE Transactions on Industrial Informatics</source><italic>,</italic> <volume>15</volume><italic>,</italic> <fpage>6583</fpage>&#x2013;<lpage>6592</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TII.9424</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>J. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Y. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lu</surname>, <given-names>G. Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Impact of heterogeneity of car-following behavior on a rear-end crash risk</article-title>. <source>Accident; Analysis and Prevention</source><italic>,</italic> <volume>125</volume><italic>,</italic> <fpage>275</fpage>&#x2013;<lpage>289</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aap.2019.02.018</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yao</surname>, <given-names>Z. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>T. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>Y. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hu</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Linear stability analysis of heterogeneous traffic flow considering degradations of connected automated vehicles and reaction time</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>561</volume><italic>,</italic> <fpage>125218</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2020.125218</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jin</surname>, <given-names>Y. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Meng</surname>, <given-names>J. W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Dynamical analysis of an optimal velocity model with time-delayed feedback control</article-title>. <source>Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation</source><italic>,</italic> <volume>90</volume><italic>,</italic> <fpage>105333</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cnsns.2020.105333</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lin</surname>, <given-names>Y. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>F. Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Long memory is important: A test study on deep-learning based car-following model</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>514</volume><italic>,</italic> <fpage>786</fpage>&#x2013;<lpage>795</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2018.09.136</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yu</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cao</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dang</surname>, <given-names>P. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cui</surname>, <given-names>S. H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>An extended visual angle car-following model considering the vehicle types in the adjacent lane</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>566</volume><italic>,</italic> <fpage>125665</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2020.125665</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>X. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>X. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hassanin</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chai</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Calibration and evaluation of the responsibility-sensitive safety model of autonomous car-following maneuvers using naturalistic driving study data</article-title>. <source>Transportation Research Part C--Emerging Technologies</source><italic>,</italic> <volume>123</volume><italic>,</italic> <fpage>102988</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.trc.2021.102988</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Tian</surname>, <given-names>J. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>C. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>D. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>G. Y.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Car following behavioral stochasticity analysis and modeling: Perspective from wave travel time</article-title>. <source>Transportation Research Part B--Methodological</source><italic>,</italic> <volume>143</volume><italic>,</italic> <fpage>160</fpage>&#x2013;<lpage>176</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.trb.2020.11.008</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>C. T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>R. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ge</surname>, <given-names>H. X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>An improved lattice hydrodynamic model considering the &#x201C;backward looking&#x201D; effect and the traffic interruption probability</article-title>. <source>Nonlinear Dynamics</source><italic>,</italic> <volume>91</volume><italic>,</italic> <fpage>777</fpage>&#x2013;<lpage>784</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11071-017-3908-0</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>X. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Song</surname>, <given-names>H. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xin</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yu</surname>, <given-names>S. W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Effects of the prevision relative velocity on traffic dynamics in the ACC strategy</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>515</volume><italic>,</italic> <fpage>192</fpage>&#x2013;<lpage>198</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2018.09.172</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>J. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>F. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ge</surname>, <given-names>H. X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>An improved lattice hydrodynamic model considering the driver&#x0027;s desire of driving smoothly</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>515</volume><italic>,</italic> <fpage>119</fpage>&#x2013;<lpage>129</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2018.09.155</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhai</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>W. T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Designing continuous delay feedback control for lattice hydrodynamic model under cyber-attacks and connected vehicle environment</article-title>. <source>Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation</source><italic>,</italic> <volume>95</volume><italic>,</italic> <fpage>105667</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cnsns.2020.105667</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Y. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>D. H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Analysis of mixed traffic with connected and non-connected vehicles based on lattice hydrodynamic model</article-title>. <source>Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation</source><italic>,</italic> <volume>94</volume><italic>,</italic> <fpage>105541</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cnsns.2020.105541</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Madaan</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sharma</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A lattice model accounting for multi-lane traffic system</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>564</volume><italic>,</italic> <fpage>125446</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2020.125446</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Y. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>D. H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A new feedback control scheme for the lattice hydrodynamic model with drivers&#x2019; sensory memory</article-title>. <source>International Journal of Modern Physics C</source><italic>,</italic> <volume>32</volume><italic>,</italic> <fpage>2150022</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0129183121500224</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Pan</surname>, <given-names>D. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Delay-independent traffic flux control for a discrete-time lattice hydrodynamic model with time-delay</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>563</volume><italic>,</italic> <fpage>125440</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2020.125440</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Z. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>R. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ge</surname>, <given-names>H. X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Nonlinear analysis of an improved continuum model considering mean-field velocity difference</article-title>. <source>Physics Letters A</source><italic>,</italic> <volume>383</volume><italic>,</italic> <fpage>622</fpage>&#x2013;<lpage>629</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2019.01.011</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Z. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ge</surname>, <given-names>H. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>R. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Nonlinear analysis for a modified continuum model considering driver&#x0027;s memory and backward looking effect</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>508</volume><italic>,</italic> <fpage>18</fpage>&#x2013;<lpage>27</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2018.05.072</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Z. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ge</surname>, <given-names>H. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>R. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>An extended macro model accounting for the driver&#x0027;s timid and aggressive attributions and bounded rationality</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>540</volume><italic>,</italic> <fpage>122988</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2019.122988</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Tang</surname>, <given-names>T. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shi</surname>, <given-names>W. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>H. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>W. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Song</surname>, <given-names>Z. Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A Route-based traffic flow model accounting for interruption factors</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>514</volume><italic>,</italic> <fpage>767</fpage>&#x2013;<lpage>785</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2018.09.098</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kawecki</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nowack</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A proxy-based approach to predict spatially resolved emissions of macro-and microplastic to the environment</article-title>. <source>Science of the Total Environment</source><italic>,</italic> <volume>748</volume><italic>,</italic> <fpage>141137</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.scitotenv.2020.141137</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mei</surname>, <given-names>Y. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>X. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qian</surname>, <given-names>Y. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>S. Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ni</surname>, <given-names>Y. C.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Analyses of self-stabilizing control strategy effect in macroscopic traffic model by utilizing historical velocity data</article-title>. <source>Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation</source><italic>,</italic> <volume>74</volume><italic>,</italic> <fpage>55</fpage>&#x2013;<lpage>68</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cnsns.2019.02.017</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Molnar</surname>, <given-names>T. G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Upadhyay</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hopka</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Delayed lagrangian continuum models for on-board traffic prediction</article-title>. <source>Transportation Research Part C--Emerging Technologies</source><italic>,</italic> <volume>123</volume><italic>,</italic> <fpage>102991</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.trc.2021.102991</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>28.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lighthill</surname>, <given-names>M. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Whitham</surname>, <given-names>G. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>1955</year>). <article-title>On kinematic waves. I. Flood movement in long rivers</article-title>. <source>Proceedings of the Royal Society of London Series A</source><italic>,</italic> <volume>229</volume><italic>,</italic> <fpage>281</fpage>&#x2013;<lpage>316</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>29.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lighthill</surname>, <given-names>M. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Whitham</surname>, <given-names>G. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>1955</year>). <article-title>On kinematic waves. II. A theory of traffic flow on long crowded roads</article-title>. <source>Proceedings of the Royal Society of London Series A</source><italic>,</italic> <volume>229</volume><italic>,</italic> <fpage>317</fpage>&#x2013;<lpage>345</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>30.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Richards</surname>, <given-names>P. I.</given-names></string-name></person-group> (<year>1955</year>). <article-title>Shock waves on the highway</article-title>. <source>Operation Research</source><italic>,</italic> <volume>4</volume><italic>,</italic> <fpage>42</fpage>&#x2013;<lpage>51</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1287/opre.4.1.42</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>31.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Payne</surname>, <given-names>H. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>1971</year>). <article-title>Models of freeway traffic and control</article-title>. <source>Mathematical Methods of Publish Systems</source><italic>,</italic> <volume>1</volume><italic>,</italic> <fpage>51</fpage>&#x2013;<lpage>61</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>32.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Whitham</surname>, <given-names>G. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>1974</year>). <source>Linear and nonlinear waves</source><italic>.</italic> <publisher-name>John Wiley and Sons</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>33.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Q. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Z. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Full velocity difference model for a car-following theory</article-title>. <source>Physical Review E</source><italic>,</italic> <volume>64</volume><italic>,</italic> <fpage>017101</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.64.017101</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>34.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xue</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Y. C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A macroscopic traffic flow model considering the velocity difference between adjacent vehicles on uphill and downhill slopes</article-title>. <source>Modern Physics Letters B</source><italic>,</italic> <volume>34</volume><italic>,</italic> <fpage>2050217</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0217984920502176</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-35"><label>35.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>Y. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ge</surname>, <given-names>H. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>R. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>An extended car-following model considering driver&#x0027;s desire for smooth driving on the curved road</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>527</volume><italic>,</italic> <fpage>121426</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2019.121426</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-36"><label>36.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gong</surname>, <given-names>X. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Piccoli</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Visconti</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Mean-field of optimal control problems for hybrid model of multilane traffic</article-title>. <source>IEEE Control Systems Letters</source><italic>,</italic> <volume>5</volume><italic>,</italic> <fpage>1964</fpage>&#x2013;<lpage>1969</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LCSYS.2020.3046540</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-37"><label>37.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Peng</surname>, <given-names>G. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>H. Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>X. Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>The impact of self-stabilization on traffic stability considering the current lattice&#x0027;s historic flux for two-lane freeway</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>515</volume><italic>,</italic> <fpage>31</fpage>&#x2013;<lpage>37</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2018.09.173</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-38"><label>38.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>S. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>R. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ge</surname>, <given-names>H. X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>An extended car-following model considering the driver&#x0027;s desire for smooth driving and self-stabilizing control with velocity uncertainty</article-title>. <source>Mathematical Problems in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>2020</volume><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>17</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2020/6614920</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-39"><label>39.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shi</surname>, <given-names>Z. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cao</surname>, <given-names>J. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>An extended traffic flow model on a gradient highway with the consideration of the relative velocity</article-title>. <source>Nonlinear Dynamics</source><italic>,</italic> <volume>78</volume><italic>,</italic> <fpage>1765</fpage>&#x2013;<lpage>1779</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11071-014-1553-4</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-40"><label>40.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kaur</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sharma</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Modeling and simulation of driver&#x0027;s anticipation effect in a two lane system on curved road with slope</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source><italic>,</italic> <volume>499</volume><italic>,</italic> <fpage>110</fpage>&#x2013;<lpage>120</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2017.12.101</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-41"><label>41.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>G. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lyrintzis</surname>, <given-names>A. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Michalopoulos</surname>, <given-names>P. G.</given-names></string-name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Improved high-order model for freeway traffic flow</article-title>. <source>Traffic Flow Theory</source><italic>,</italic> <volume>1644</volume><italic>,</italic> <fpage>37</fpage>&#x2013;<lpage>46</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.3141/1644-05</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-42"><label>42.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sidwell</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Beer</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Casleton</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ferguson</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Woodruff</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Optically accessible pressurized research combustor for computational fluid dynamics model validation</article-title>. <source>Aiaa Journal</source><italic>,</italic> <volume>44</volume><italic>,</italic> <fpage>434</fpage>&#x2013;<lpage>443</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.2514/1.15197</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-43"><label>43.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Richards</surname>, <given-names>K. S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Simulation of flow geometry in a riffle pool stream</article-title>. <source>Earth Surface Processes &#x0026; Landforms</source><italic>,</italic> <volume>3</volume><italic>,</italic> <fpage>345</fpage>&#x2013;<lpage>354</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/(ISSN)1096-9837</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-44"><label>44.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>A new dynamics model for traffic flow</article-title>. <source>Chinese Science Bulletin</source><italic>,</italic> <volume>46</volume><italic>,</italic> <fpage>345</fpage>&#x2013;<lpage>348</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF03187201</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-45"><label>45.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Castillo</surname>, <given-names>J. M. D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Benitez</surname>, <given-names>F. G.</given-names></string-name></person-group> (<year>1995</year>). <article-title>On the functional form of the speed-density relationship&#x2014;I: General theory</article-title>. <source>Transportation Research Part B: Methodological</source><italic>,</italic> <volume>29</volume><italic>,</italic> <fpage>373</fpage>&#x2013;<lpage>389</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0191-2615(95)00008-2</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-46"><label>46.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Herrmann</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kerner</surname>, <given-names>B. S.</given-names></string-name></person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Local cluster effect in different traffic flow models</article-title>. <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Application</source><italic>,</italic> <volume>255</volume><italic>,</italic> <fpage>163</fpage>&#x2013;<lpage>188</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0378-4371(98)00102-2</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-47"><label>47.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kerner</surname>, <given-names>B. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Konhauser</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name></person-group> (<year>1993</year>). <article-title>Cluster effect in initially homogeneous traffic flow</article-title>. <source>Physical Review E</source><italic>,</italic> <volume>48</volume><italic>,</italic> <fpage>2335</fpage>&#x2013;<lpage>2338</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.48.R2335</pub-id>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>