基于本车所需减速度的危险评估方法

摘要

一种基于所需减速度的危险评估方法，通过在已知本体车辆和目标车辆的速度以及位置信息的条件下进行评估，即选择出预计会对本车产生威胁的目标车辆，进而对两车的状态进行估计，计算指标，根据预设的加速度限定值对应预设的危险状态级数和所需加速度范围映射表评估本车的危险状态级别，克服了不适用于面对静止障碍物的报警、不善于评估目标突然紧急刹车的情况下的危险状态、所需门限值难确定、没有充分考虑车辆状态的实时信息以及所涉及的参数较多的缺点，能够有效地对车辆是否将有追尾危险进行评估，用于保障车辆安全，另外还充分考虑了车辆的实时信息，适用于实时处理，能够保证危险评估的准确性。

说明书

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种基于本车所需减速度的危险评 估方法。

背景技术

目前针对车载前向防撞告警系统的基于所需减速度的危险评估方法都是在 已知本体车辆和目标车辆的速度以及位置信息的条件下进行评估。

以下的文章和专利文献覆盖了该领域的背景技术。为了交待出技术的发展 过程，我们按时间顺序排列，并逐个介绍文献的主要贡献以及缺点。

1.R.G.C.Fuller，Determinants of time headway adopted by truck drivers，Ergonomics，1981，24(6)：463-474.中根据车头时距定义为前后两车 通过同一位置的时间差，可以通过两车径向距离与本车径向速度的比值计算。 在实际高速公路上，前后车都正常行驶的情况下，选取合适的车头时距值能够 一定程度上反映驾驶员的主观判断。该算法的软硬件实现非常简单。但是如果 考虑前车非正常行驶(如紧急制动)，采取从正常行驶情况下总结出的时距判断 就会带来安全隐患。同样，由于是从高速公路的运动系统中总结出的，车头时 距算法也不适用于面对静止障碍物的报警。

2.A.R.A.van der Horst，A time-based analysis of road user behavior in normal and critical encounters，Ph.C.dissertation，Delft University of Technology，1990.和R.J.Kiefer，M.T.Cassar，C.A.Flannagan，et al. Refining the CAMP crash alert timing approach by examining “last-second”braking and lane changing maneuvers under various kinematics conditions，NHTSA，DOT HS 809 574，2003.中根据碰撞时间(TTC， Time-to-collision)定义为本车和目标保持原有的速度、加速度直到碰撞所需 的时间。以碰撞时间作为危险评估指标的好处在于：碰撞时间的门限值设定与 速度无关；然而，由于碰撞时间没有考虑目标的加速度，所以它不善于评估目 标突然紧急刹车的情况下的危险状态。

3.J.Woll，et al，Radar-based adaptive Cruise Control for Trucks， Automotive Engineering International，1998中根据碰撞距离(DTC， Distance-to-collision)是利用本车径向速度和加速度以及目标径向速度和加 速度，得到本车若不与目标发生碰撞所需维持的两车间最小距离，并以此作为 危险评估的指标。在该方法利用了车辆运行中的实时信息，讨论了目标正在减 速和目标匀速运动且本车逼近两种场景。但是，与固定距离相同，碰撞距离也 随着车速的增加而增加，所需门限值难确定。

4.R.J.Kiefer，D.J.LeBlanc，M.D.Palmer，et al.Development and validation of functional definitions and evaluation procedures for collision warning/avoidance system.NHTSA，DOT HS 809 964，1999.中根 据所需减速度是指若要维持本车安全所需要的减速度。通过对历史数据的拟合， 所需减速度被表示为与目标减速度以及两车速度差相关的线性函数。因为车辆 在遇到追尾危险时，必然采取减速措施，所以所需减速度能够最直接的判断车 辆危险状态。该方法的缺点在于忽略了两车之间的间距，没有充分考虑车辆状 态的实时信息，同时线性函数的形式也略显单薄。

5.刘刚，侯德藻，李克强，等.汽车主动避碰系统安全报警算法，清华 大学学报(自然科学版)，2004，44(5)：31-36.中以固定距离作为危险评估指标。 该方法极易实现，然而安全距离计算应该考虑车速，驾驶员特性等一系列因素， 应该随着相对车速的增加而增加，由于该算法忽略了车速，使得需要的门限值 很难确定。

6.王建强，迟瑞娟，张磊，等.适应驾驶员特性的汽车追尾报警-避撞算 法研究.公路交通科技，2009，26(S1)：7-12.中的方法将对危险的评估表示为 与本车径向速度和加速度、目标径向速度和加速度以及两车径向间距的函数， 针对不同场景分别进行讨论。其优点在于考虑了驾驶员的驾驶特性，但是所涉 及的参数较多，须根据不同的驾驶员的历史数据进行拟合调整。

7.H.H.Yanga，H.Penga.Development and evaluation of collision warning collision avoidance algorithms using an errable driver model. Vehicle System Dynamics，2010，48：525-535.中的方法根据驾驶员容错模型， 给出了概率化的指标以评估车辆追尾危险。该方法充分考虑到了驾驶员的特性， 但是与描述驾驶员特性所涉及的参数较多，需要针对不同的驾驶员进行校正。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于所需 减速度的危险评估方法，在已知本体车辆和目标车辆的速度以及位置信息的条 件下进行评估，克服了不适用于面对静止障碍物的报警、不善于评估目标突然 紧急刹车的情况下的危险状态、所需门限值难确定、没有充分考虑车辆状态的 实时信息以及所涉及的参数较多的缺点，能够有效地对车辆是否将有追尾危险 进行评估，用于保障车辆安全，另外还充分考虑了车辆的实时信息，适用于实 时处理，能够保证危险评估的准确性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于本车所需减速度的危险评估方法，步骤如下：

步骤1：评估时机选择，即车载安全系统需要在本车处于直行的条件下对车 辆危险状态进行评估，其中，本车直行的条件通过由车载传感器观测而得的径 向速度v_s和横向速度进行判定，具体的依照车辆行驶的规律：车辆直行时， 径向速度v_s大于零；横向速度在(-2m/s，2m/s)之间；

步骤2：目标车辆选择，即车载安全系统需要找到有可能与本车发生追尾事 故的前方车，根据车辆跟驰运行的基本规律，目标车辆通过如下条件获得：第 一，通过径向距离位置传感器实时感应本体车辆同其相邻的车辆之间的径向距 离d为100m以下；第二，通过横向距离位置传感器实时感应本体车辆同其相邻 的车辆之间的横向距离d^Lat在(-1.4m，1.4m)之间，即处于同一车道状态。满足上述两 条件且与本车距离最近的车辆为目标车辆；

步骤3：状态估计，即当本车与目标车辆保持各自的加速度进行匀加速直线 运动时，考虑在驾驶员反应时间t_r后，本车速度为v_s+a_st_r，目标速度为v_o+a_ot_r， 这样通过本车的控制系统的处理器导出本车和目标车辆的径向距离为 其中a_o为目标车辆的加速度，a_s为本车的加速度，t_r为驾驶 员的反应时间；

步骤4：指标计算，即本车的控制系统通过处理器执行下列分步骤：

分步骤4.1：如果目标车辆的加速度a_o＜0，执行分步骤4.2；否则，执行分 步骤4.4；

分步骤4.2：如果目标车辆速度则所需加速度否则， 执行分步骤4.3；

分步骤4.3：如果本车速度则所需加速度否 则，所需加速度$a_{\mathrm{req}}=\frac{{\tilde{v}}_s^2}{2\tilde{d}+\frac{{\tilde{v}}_o^2}{(-a_o)}};$

分步骤4.4：如果目标车辆速度则执行分步骤4.5；否则，所需加速 度$a_{\mathrm{req}}=\frac{{\tilde{v}}_s^2}{2\tilde{d}+\frac{{\tilde{v}}_o^2}{(-a_o)}};$

分步骤4.5：如果本车速度则所需加速度否 则，所需加速度$a_{\mathrm{req}}=\frac{{\tilde{v}}_s^2}{2\tilde{d}+\frac{{\tilde{v}}_o^2}{(-a_o)}};$

步骤5：危险评估，车载安全系统通过处理器计算出的所需加速度a_req，根 据预设的加速度限定值对应预设的危险状态级数和所需加速度范围映射表评估 本车的危险状态级别。

通过在已知本体车辆和目标车辆的速度以及位置信息的条件下进行评估， 即选择出预计会对本车产生威胁的目标车辆，进而对两车的状态进行估计，计 算指标，根据预设的加速度限定值对应预设的危险状态级数和所需加速度范围 映射表评估本车的危险状态级别，克服了不适用于面对静止障碍物的报警、不 善于评估目标突然紧急刹车的情况下的危险状态、所需门限值难确定、没有充 分考虑车辆状态的实时信息以及所涉及的参数较多的缺点，能够有效地对车辆 是否将有追尾危险进行评估，用于保障车辆安全，另外还充分考虑了车辆的实 时信息，适用于实时处理，能够保证危险评估的准确性。

附图说明

附图为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更详细的说明。

如附图所示，基于本车所需减速度的危险评估方法，步骤如下：

首先如表1所示本车和相邻的车辆的速度距离参数：

表1

步骤1：评估时机选择，即车载安全系统需要在本车处于直行的条件下对车 辆危险状态进行评估，其中，本车直行的条件通过由车载传感器观测而得的径 向速度v_s和横向速度进行判定，具体的依照车辆行驶的规律：车辆直行时， 径向速度v_s大于零；横向速度在(-2m/s，2m/s)之间；

步骤2：目标车辆选择，即车载安全系统需要找到有可能与本车发生追尾事 故的前方车，即前方车1、前方车2以及前方车3分别根据车辆跟驰运行的基本 规律，目标车辆通过如下条件获得：第一，通过径向距离位置传感器实时感应 本体车辆同其相邻的车辆之间的径向距离d为100m以下；第二，通过横向距离 位置传感器实时感应本体车辆同其相邻的车辆之间的横向距离d^Lat在(-1.4m，1.4m) 之间，即处于同一车道状态，满足上述两条件且与本车距离最近的车辆为目标 车辆，即目标车辆为前方车1；

步骤3：状态估计，即当本车与目标车辆保持各自的加速度进行匀加速直线 运动时，考虑在驾驶员反应时间t_r＝1s后，本车速度为v_s+a_st_r，即为16.96m/s， 而目标速度为v_o+a_ot_r，即为7.1m/s，这样通过本车的控制系统的处理器导出本车 和目标车辆的目标径向距离为即为13.57m，其中a_o为目 标车辆的加速度，a_s为本车的加速度，t_r为驾驶员的反应时间；

步骤4：指标计算，即本车的控制系统通过处理器执行下列分步骤：

分步骤4.1：如果目标车辆的加速度a_o＜0，执行分步骤4.2；否则，执行分 步骤4.4；

分步骤4.2：如果目标车辆速度则所需加速度否则， 执行分步骤4.3；

分步骤4.3：如果本车速度则所需加速度否 则，所需加速度$a_{\mathrm{req}}=\frac{{\tilde{v}}_s^2}{2\tilde{d}+\frac{{\tilde{v}}_o^2}{(-a_o)}};$

分步骤4.4：如果目标车辆速度则执行分步骤4.5；否则，所需加速 度$a_{\mathrm{req}}=\frac{{\tilde{v}}_s^2}{2\tilde{d}+\frac{{\tilde{v}}_o^2}{(-a_o)}};$

分步骤4.5：如果本车速度则所需加速度否 则，所需加速度$a_{\mathrm{req}}=\frac{{\tilde{v}}_s^2}{2\tilde{d}+\frac{{\tilde{v}}_o^2}{(-a_o)}};$

通过步骤4中代入具体数值，得到所需加速度a_req＝0.78g，g为重力加速度， 取9.8m/s²；

步骤5：危险评估，车载安全系统通过处理器计算出的所需加速度a_req，根 据预设的加速度限定值对应预设的危险状态级数和所需加速度范围映射表评估 本车的危险状态级别，该危险状态级别为7，具体的预设的危险状态级数和所需 加速度范围映射表如表2所示：

表2

  危险状态级数   所需加速度a_req  1   ≤0.18g   2   ≤0.25g   3   ≤0.32g   4   ≤0.39g   5   ≤0.46g   6   ≤0.53g   7   ＞0.53g