一种考虑驾驶员反应差异性特征的前向避撞预警算法

摘要

本发明涉及一种考虑驾驶员反应差异性特征的前向避撞预警算法，应用于车辆主动安全领域。通过预测驾驶员的响应减速度，并在假设的预警反应时间值下，根据运动学理论计算出驾驶员能够避免碰撞的安全距离值，当前后两车实际距离小于安全距离时，给予后车驾驶员预警信息，实现前向避撞预警功能。本发明算法据实际车辆运动状态计算避撞需要的制动距离，相对于危险感知类算法，具有更高的准确性和可靠性。此外，算法允许对驾驶员反应时间、制动减速度等参数对进行调整，以考虑驾驶员反应差异性特征。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆主动安全领域，特别涉及一种考虑不同驾驶员反应差异性特征的 前向避撞预警算法。

背景技术

追尾碰撞占道路交通事故的40％左右，死亡人数占比将近50％，是各类交通事故 中最频发、损失最惨重的。前向避撞预警系统能有效减少追尾事故。前向避撞预警系统利用 传感器检测车辆前方的道路与运动状况，当前方有潜在的碰撞危险时，在适当时机给予驾 驶员预警信息，从而辅助驾驶员更有效地避免事故的发生。

前向避撞预警算法是前向避撞预警系统最核心的一项要素。现有的前向避撞预警 算法主要分为两类：基于危险感知类和基于运动学类。基于危险感知方法的算法，通常在感 知到危险程度阈值的情况下发布警告。当超出了人的感知极限时，便向驾驶员发布警告信 号。这一方法主要基于距碰撞时间(Time-to-Collision,TTC)的临界值。TTC是衡量事故风 险的应用最为广泛的安全指标之一。基于运动学的算法通过基础的动力学规则触发警告。 根据车辆当前状态的减速度和反应时间的组合，算法决定能够安全停止的最小距离。当车 辆与其他车辆的距离小于等于最小安全距离时，警告被触发。

现有前向避撞预警算法多假设驾驶员在临撞工况中采取固定减速度进行制动，未 能考虑到不同驾驶员之间的反应差异、以及同一驾驶员在不同紧急程度的工况中的反应差 异；此外，现有前向避撞预警算法多基于国外驾驶员的制动行为数据开发，由于国内外驾驶 员在驾驶行为、交通环境方面的差异，适用于国外的前向避撞预警算法未必能够适用于中 国驾驶员。

发明内容

本发明的目的是：一种考虑驾驶员反应差异性特征的前向避撞预警算法。通过预 测驾驶员的响应减速度，并在假设的预警反应时间值下，根据运动学理论计算出驾驶员能 够避免碰撞的安全距离值，当前后两车实际距离小于安全距离时，给予后车驾驶员预警信 息，实现前向避撞预警功能。

本发明所采用的技术方案是：

一种考虑驾驶员反应差异性特征的前向避撞预警算法，步骤如下：

步骤1：确定总延误时间DelayTime，DelayTime＝WarningReactionTime+ 0.02sec，其中WarningReactionTime为驾驶员对于预警的刹车反应时间,0.02sec为系统 延误时间。根据前向临撞工况实验中的刹车反应测试，驾驶员在不同条件下的刹车反应时 间如表1所列，通常地，可取85^th或95^th分位值，以满足大部分驾驶员都能达到所要求的反应 时间。

步骤2：计算距初始状态经过总延误(DelayTime)后自车及前车的投影车速。

步骤2.1：计算经过延误时间后自车的投影车速V_SVP(km/h)，V_SVP＝V_SV+dec_SV* DelayTime。其中，V_SV为自车的初始速度，dec_SV为自车在延误时间段内的加速度。

步骤2.2：计算经过延误时间后前车的投影车速V_LVP(km/h)，V_LVP＝V_LV+dec_LV* DelayTime。其中，V_LV为前车的初始速度，dec_LV为前车的加速度(小于0)。

步骤3：计算驾驶员的响应减速度dec_SVR，根据驾驶员响应制动减速度预测模型，利 用如下公式计算在经过延误时间后驾驶员的响应制动减速度。该公式基于29位驾驶员在 111个不同紧急程度追尾临撞工况下的制动行为数据建模得到，能充分反映不同驾驶员的 制动行为特征。

所述的预测模型，其数学式表征为：

dec_req1＝-0.0557+0.75824(dec_LV)-0.0135(V_SVP-V_LVP)

dec_req2＝0.10996+1.174(dec_LV)-0.033(V_SVP-V_LVP)-0.0472(dec_LV

*(V_SVP-V_LVP)

${\mathrm{dec}}_{SVR}=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{dec}}_{req1},& if& {\mathrm{dec}}_{req2}>-0.3g\\ {\mathrm{dec}}_{req2},& if& {\mathrm{dec}}_{req2}\le -0.3g\end{array}\right)$

其中，g为重力加速度，一般取9.81m/s²。dec_req1与dec_req2分别为通过线性方程和 带有交叉项的线性方程预测得到的制动减速度。

步骤4:计算两车在延误时间发生的相对距离变化，即延误距离(DelayTime Range,DTR)，DTR＝(V_SV-V_LV)*DelayTime+0.5*(dec_SV-dec_LV)*(DelayTime)²。

步骤5：计算驾驶员为了成功将车停下的制动距离(BrakeOnsetRange,BOR)。若 $\frac{V_{LV}}{-{\mathrm{dec}}_{LV}}\le \frac{V_{SV}+{\mathrm{dec}}_{SV}\left(DelayTime\right)}{-{\mathrm{dec}}_{SVR}}+DelayTime,$其中dec_SV<0,dec_LV<0，即dec_LV*V_SV≤dec_SVR*V_LV- dec_LV*DelayTime*(dec_SV-dec_SVR)，那么，两车接触时前车已静止(前车先停，后车再停)， 否则，两车接触时前车仍在运动(后车先停，前车再停)， $BOR=\frac{{(V_{SVP}-V_{LVP})}^2}{-2*({\mathrm{dec}}_{SVR}-{\mathrm{dec}}_{LV})}.$

步骤6：计算预警距离R_warning，R_warning为制动距离与延误距离之和，R_warning＝BOR+ DTR。

步骤7：判断是否需要预警，若两车之间的实际距离小于预警距离R_warning，则进行 预警，否则，不进行预警。

本发明的优点是：

1.根据实际车辆运动状态计算避撞需要的制动距离，具有理论依据，相对于经验 回归类算法，具有更高的准确性和可靠性；

2.允许对驾驶员反应时间、制动减速度等参数对进行调整，以考虑驾驶员反应差 异性特征。

附图说明

附图为前向避撞预警时机算法的流程。

具体实施方式

本发明通过预测驾驶员的响应减速度，并在假设的预警反应时间值下，根据运动 学理论计算出驾驶员能够避免碰撞的安全距离值，当前后两车实际距离小于安全距离时， 给予后车驾驶员预警信息，实现前向避撞预警功能。本发明的算法据实际车辆运动状态计 算避撞需要的制动距离，相对于危险感知类算法，具有更高的准确性和可靠性。此外，算法 允许对驾驶员反应时间、制动减速度等参数对进行调整，以考虑驾驶员反应差异性特征。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如附图所识别，基于运动学理论的前向避撞预警时机算法，步骤如下：

首先如表1所示本车和前车速度、加速度、距离参数，其中g为重力加速度，一般取 9.81m/s²。

表2

速度(km/h) 加速度(g) 与本车距离(m) 本车 120 0 前车 120 -0.75 40

步骤1：确定总延误时间DelayTime，DelayTime＝WarningReactionTime+ 0.02sec，其中WarningReactionTime为驾驶员对于预警的刹车反应时间,0.02sec为系统 延误时间。

根据前向临撞工况实验中的刹车反应测试，驾驶员在不同条件下的刹车反应时间 如表2所列，通常地，可取85^th或95^th分位值，以满足大部分驾驶员都能达到所要求的反应时 间。

表2不同条件下的预警反应时间

以声音预警为例，并取85^th分位值，总延误时间为1.3+0.02＝1.32秒。

步骤2：计算距初始状态经过总延误(DelayTime)后自车及前车的投影车速。

步骤2.1：计算经过延误时间后自车的投影车速V_SVP(km/h)，V_SVP＝V_SV+dec_SV* DelayTime。其中，V_SV为自车的初始速度，dec_SV为自车在延误时间段内的加速度。代入具体 数值，经过延误时间后自车的投影车速为120km/h。

步骤2.2：计算经过延误时间后前车的投影车速V_LVP(km/h)，V_LVP＝V_LV+dec_LV* DelayTime。其中，V_LV为前车的初始速度，dec_LV为前车的加速度(小于0)。代入具体数值，经 过延误时间后前车的投影车速为85km/h。

步骤3：计算驾驶员的响应减速度dec_SVR，根据驾驶员响应制动减速度预测模型，利 用如下公式计算在经过延误时间后驾驶员的响应制动减速度，其中g为重力加速度，一般取 9.81m/s²。

dec_req1＝-0.0557+0.75824(dec_LV)-0.0135(V_SVP-V_LVP)

dec_req2＝0.10996+1.174(dec_LV)-0.033(V_SVP-V_LVP)-0.0472(dec_LV

*(V_SVP-V_LVP)

${\mathrm{dec}}_{SVR}=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{dec}}_{req1},& if& {\mathrm{dec}}_{req2}>-0.3g\\ {\mathrm{dec}}_{req2},& if& {\mathrm{dec}}_{req2}\le -0.3g\end{array}\right)$

其中，g为重力加速度，一般取9.81m/s²。dec_req1与dec_req2分别为通过线性方程和 带有交叉项的线性方程预测得到的制动减速度。

代入数值，dec_req1＝-0.7555m/s²,dec_req2＝-0.7472m/s²<-0.3g，所以驾驶员响应 减速度为-0.7472m/s²。

步骤4:计算两车在延误时间发生的相对距离变化，即延误距离(DelayTime Range,DTR)，DTR＝(V_SV-V_LV)*DelayTime+0.5*(dec_SV-dec_LV)*(DelayTime)²。

代入数值，延误距离为6.4099m。

步骤5：计算驾驶员为了成功将车停下的制动距离(BrakeOnsetRange,BOR)。若 $\frac{V_{LV}}{-{\mathrm{dec}}_{LV}}\le \frac{V_{SV}+{\mathrm{dec}}_{SV}\left(DelayTime\right)}{-{\mathrm{dec}}_{SVR}}+DelayTime,$其中dec_SV<0,dec_LV<0，即dec_LV*V_SV≤dec_SVR*V_LV- dec_LV*DelayTime*(dec_SV-dec_SVR)，那么，两车接触时前车已静止(前车先停，后车再停)， 否则，两车接触时前车仍在运动(后车先停，前车再停)， $BOR=\frac{{(V_{SVP}-V_{LVP})}^2}{-2*({\mathrm{dec}}_{SVR}-{\mathrm{dec}}_{LV})}.$

代入数值，制动距离为37.8699m。

步骤6：计算预警距离R_warning，R_warning为制动距离与延误距离之和，R_warning＝BOR+ DTR＝37.8699+6.4099＝44.2798m。

步骤7：判断是否需要预警，若两车之间的实际距离小于预警距离R_warning，则进行 预警，否则，不进行预警。由于两车见实际距离为40m，小于预警距离，故此时应该预警。