CN102800213B - 一种基于车辆通行优先级的换道危险避撞的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于车辆通行优先级的换道危险避撞的方法，本车实时获取自身和周边车辆行车信息和通行优先级；设行驶中的本车为车M，目标车道行驶的车辆为车D，当车M准备换道时，计算车M的安全换道时间，取计算所得安全换道允许的最大时间t₂作为安全换道时间门限；进行安全换道时间评价，当不够安全时根据优先级干预车M或车D的制动，重新计算车M安全换道时间，直到车M换道完成。本发明可以通过对多车的状态信息进行综合的分析和预测，从而对可能冲突能够实时、高效率和高准确率的判断出来；通过给驾驶员直接视觉提示和制动干预，保障了换道过程中驾驶员的生命财产安全；对于较高通行优先级的车辆，在行驶过程中能够保证车辆优先通行，保证通行效率。

Description

一种基于车辆通行优先级的换道危险避撞的方法

技术领域

本发明涉及智能交通领域，尤其是涉及到一种基于车辆通行优先级的换道危险避撞的方法。

背景技术

车车信息交互条件下的换道危险避撞是提高换道过程中主动安全保障水平的重要手段，特别是遇到前车在有危险的情况下强行换道。并且，在遇到突发情况时还需要及时避让特种车辆，比如消防车、救护车等，从而可以提高这些车辆的通行效率，避免公共利益受到损害。

在对换道危险进行避让过程中，特别是在本车处于换道车辆的视野盲区时，两车极易发生追尾、碰撞和侧向刮擦等交通事故，从而对驾驶员的生命和财产造成损失。

检索现有专利，已有的专利主要是车辆在无人驾驶的情况下对优先级比本车高或者是特种车辆的换道行为进行避让。“车辆导航系统及方法”（专利申请号：201010153467.1）提供了一个类似的技术方案，如图1所示：包括自身参数获取模块1、周边参数获取模块2、搜索模块3、通信模块4和计算控制模块5。

但是，现有的换道危险主动避让的数据来源是单一车辆的行使信息，缺乏车车之间的信息交互与互动，因此也很难获取到周边车辆行车信息的准确值，进而影响判断。现有的技术仅仅是对需要换道的车辆进行控制，但是对于一些特种车辆以及一些优先级高的车辆，这种换道行为是在特殊情况下进行的，周边车辆理应进行避让。对于一些特殊情况下的换道行为，在本车驾驶员来不及反应的状态下也不能自动对本车进行制动干预。

发明内容

为了实现更加安全地换道和行车，本发明提供一种基于车辆通行优先级的换道危险避撞的方法。

本发明的技术方案为一种基于车辆通行优先级的换道危险避撞的方法，本车实时获取自身和周边车辆行车信息和通行优先级；设行驶中的本车为车M，目标车道行驶的车辆为车D，当车M准备从当前车道换到目标车道时执行以下步骤，

步骤1，计算车M的安全换道时间t，取计算所得安全换道允许的最大时间t2作为安全换道时间门限；

步骤2，根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，实现方式如下，

当t₂∈(-∞,C₁]，执行步骤a，包括发出碰撞警告，判断车M的通行优先级是否高于车D，是则干预车D的制动使车D减速，进入步骤3，否则干预车M的制动使车M保持车道并减速，进入步骤3；

当t₂∈[C₁,C₂)，执行步骤b，包括发出换道警告，当车M驾驶员选择保持车道时，进入步骤3；当车M驾驶员选择强行换道时，干预车D的制动使车D减速，进入步骤3；

当t₂∈[C₂,∞)，执行步骤c，包括发出允许换道信号，在车M换道后结束流程；

其中，C₁,C₂为预设的常数；

步骤3，重新计算车M的安全换道时间，取计算所得安全换道允许的最大时间t₂作为新的安全换道时间门限，并返回步骤2，直到车M换道完成。

而且，步骤1中，车M的安全换道时间t按以下公式计算，

当a_D＞a_M时：

t₁＜t＜t₂

$t_1=\frac{-(v_D-v_M)-\sqrt{{(v_D-v_M)}^2-2(a_D-a_M)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_D-a_M}$

$t_2=\frac{-(v_D-v_M)+\sqrt{{(v_D-v_M)}^2-2(a_D-a_M)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_D-a_M}$

当a_D＝a_M时：

$t_2=\frac{W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}}}{v_M-v_D}$

$\left\{\begin{array}{cc}t>t_2& (v_M>v_D)\\ t<t_2& (v_M<v_D)\end{array}\right.$

其中，当v_M=v_D时，车M的安全换道时间t无解，步骤2不是根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，而是进行距离判断，若L_MD≥W+SS_MD，执行步骤c，若L_MD＜W+SS_MD，执行步骤b；

当a_D＜a_M时：

t＜t₁

or:t＞t₂

$t_1=\frac{-(v_M-v_D)-\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_M-a_D}$

$t_2=\frac{-(v_M-v_D)+\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_M-a_D}$

其中，L_MD为换道初始时刻车M车尾到车D车尾在行驶方向上的距离，L_MD的取值范围为(-∞,+∞)，当L_MD＞0时车M行驶在车D的侧前方，当L_MD＜0时车M行驶在车D的侧后方，l_M为车M在换道时在行驶方向上预计行驶的距离，l_D为车D在换道时在行驶方向上预计行驶的距离，SS_MD为车M和车D的安全距离，W为车道宽度；v_D为车D的当前速度、a_D为车D的当前加速度，v_M为车M的当前速度、a_M为车M的当前加速度；SS_MD为车D的车尾与车M的车头之间所需的安全距离，计算公式如下，

SS_MD＝|l_M+l_adj+L_lmt-l_D|

$l_M=\frac{{v_M}^2}{2a_{\max \_M}}$

$l_D=\frac{{v_D}^2}{2a_{\max \_D}}$

l_adj＝v_Mt_adj

其中，a_{max_M}为车M的最大减速度，l_M为车M从速度v_M以最大减速度a_{max_M}开始刹车直到停车所行驶的距离，a_{max_D}为车D的最大减速度，l_D为车D从速度v_D以最大减速度a_{max_D}开始刹车直到停车所行驶的距离，l_adj表示在反应时间t_adj内车M以速度v_M行驶过的距离，L_lmt为允许的最小行车间距。

而且，步骤2的处理结果为车M保持车道时，步骤3中车M的安全换道时间t按以下公式计算，

当a_D＞a_M时：

t＜t₁

or:t＞t₂

$t_1=\frac{-(v_D-v_M)-\sqrt{{(v_D-v_M)}^2+2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}+{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

$t_2=\frac{-(v_D-v_M)+\sqrt{{(v_D-v_M)}^2+2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}+{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

当a_D＝a_M时：

$t_2=\frac{W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}+{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}}{v_M-v_D}$

$\left\{\begin{array}{cc}t>t_2& (v_M>v_D)\\ t<t_2& (v_M<v_D)\end{array}\right.$

其中，当v_M=v_D时，车M的安全换道时间t无解，步骤2不是根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，而是进行距离判断，若L_MD≥W+SS_MD，执行步骤c，若L_MD＜W+SS_MD，执行步骤b；

当α_D＜α_M时：

t₁＜t＜t₂

$t_1=\frac{-(v_M-v_D)-\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}+{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

$t_2=\frac{-(v_M-v_D)+\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}+{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

式中，v_M为车M的当前速度、v_D为车D的当前速度，a_M为车M的当前加速度、a_D为车D的当前加速度，W为车道宽度；

式中，距离L_MD＇满足以下条件：

当L_MD＇＞0时，L_MD＇为当前车D的车尾与车M的车头之间在车道方向上的投影距离；

当-L_车D＜L_MD＇≤0时，L_MD＇为当前车D的车尾与车M的车头之间在车道方向上的投影距离加上L_车D，L_车D为车D的车身长度；

当L_MD＇≤-L_车D时，L_MD＇为当前车D的车尾与车M的车头之间在车道方向上的投影距离加上L_车D+L_车D，L_车D为车D的车身长度，L_车M为车M的车身长度；

式中，SS_MD＇为车D的车尾与车M的车头之间所需的安全距离，计算公式如下，

SS_MD＇＝|l_M+l_adj+L_lmt-l_D|

$l_M=\frac{{v_M}^2}{2a_{\max \_M}}$

$l_D=\frac{{v_D}^2}{2a_{\max \_D}}$

l_adj＝v_Mt_adj

式中，v_M表示车M的当前速度，a_{max_M}为车M的最大减速度，l_M为车M以v_M和a_{max_M}开始刹车直到停车所行驶的距离，v_D表示车D的当前速度，a_{max_D}为车D的最大减速度，l_D为车D以v_D和a_{max_D}开始刹车直到停车所行驶的距离，l_adj表示在时间反应t_adj内车M以当前速度v_M行驶过的距离，L_lmt为允许的最小行车间距。

而且，步骤2的处理结果为干预车D的制动时，步骤3中车M的安全换道时间t按以下公式计算，

当a_D＞a_M时：

t＜t₁

or:t＞t₂

$t_1=\frac{-(v_D-v_M)-\sqrt{{(v_D-v_M)}^2+2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

$t_2=\frac{-(v_D-v_M)+\sqrt{{(v_D-v_M)}^2+2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

当a_D＝a_M时：

$t_2=\frac{W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}}{v_M-v_D}$

$\left\{\begin{array}{cc}t>t_2& (v_M>v_D)\\ t<t_2& (v_M<v_D)\end{array}\right.$

其中，当v_M=v_D时，车M的安全换道时间t无解，步骤2不是根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，而是进行距离判断，若L_MD≥W+SS_MD，执行步骤c，若L_MD＜W+SS_MD，执行步骤b；

当α_D＜α_M时：

t₁＜t＜t₂

$t_1=\frac{-(v_M-v_D)-\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

$t_2=\frac{-(v_M-v_D)+\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

式中，v_M为车M的当前速度、v_D为车D的当前速度，a_M为车M的当前加速度、a_D为车D的当前加速度，W为车道宽度；

式中，距离L_DM＇满足以下条件：

当L_DM＇＞0时，L_DM＇为当前车D的车头与车M的车尾之间在车道方向上的投影距离；

当-L_车M＜L_DM＇≤0时，L_DM＇为当前车D的车头与车M的车尾之间在车道方向上的投影距离加上L_车M，L_车M为车M的车身长度；

当L_DM＇≤-L_车M时时，（L_车M为车M的车身长度），L_DM＇为当前车D的车头与车M的车尾之间在车道方向上的投影距离加上L_车D+L_车M，L_车D为车D的车身长度，L_车M为车M的车身长度；

式中，SS_DM＇为车M的车尾与车D的车头之间所需的安全距离，计算公式与安全距离SS_MD类似，如下式所示：

SS_DM＇＝|l_D+l_adj+L_lmt-l_M|

$l_M=\frac{{v_M}^2}{2a_{\max \_M}}$

$l_D=\frac{{v_D}^2}{2a_{\max \_D}}$

l_adj＝v_Dt_adj

式中，v_M表示车M的当前速度，a_{max_M}为车M的最大减速度，l_M为车M以v_M和a_{max_M}开始刹车直到停车所行驶的距离，v_D表示车D的当前速度，a_{max_D}为车D的最大减速度，l_D为车D以v_D和a_{max_D}开始刹车直到停车所行驶的距离，l_adj表示在时间反应t_adj内车D以当前速度v_D行驶过的距离，L_lmt为允许的最小行车间距。

本发明可以通过对多车的状态信息进行综合的分析和预测，从而对可能发生的冲突能够实时、高效率和高准确率的判断出来；通过给驾驶员直接视觉提示和制动干预，保障了换道过程中驾驶员的生命财产安全；对于某些比较高的通行优先级车辆，在行驶过程中能够保证该车辆优先通行，保证通行效率。

附图说明

图1是一种现有消解无信号交叉口两车交通冲突的方法原理图。

图2是同一车道上目标车与前车之间安全距离的示意图。

图3是本发明实施例步骤1安全换道时间计算示意图。

图4是本发明实施例步骤3中车M保持车道时的安全换道时间计算示意图。

图5是本发明实施例步骤3中车D制动时的安全换道时间计算示意图。

图6是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

本发明就是通过车车信息交互，将自车的姿态传送到周围车辆，根据自车与前后车之间的姿态参数，对驾驶员在换道过程中的危险进行预警以及消除这种危险。实时采集姿态的方法为现有技术，实施时可采用车载车辆信息采集设备实时采集的本车车头与前车尾部以及本车车尾距后车车头在道路方向上的投影距离l（单位m），通过车辆CAN总线采集车辆瞬时速度v（单位m/s）和加速度a（单位m/s²）。通过车车信息交互，将本车的信息传送到其他车辆。车载车辆信息采集设备可采用现有的毫米波雷达，加装在车前后即可。

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

本发明专利就是通过车车信息交互，将自车的行驶信息和车辆通行优先级通过无线通讯模块传送到周围车辆，结合自车与前后车之间的姿态参数，对可能产生的危险进行辨识并消除。

在本发明中，由车辆加装的毫米波雷达测出本车车头与前车尾部之间的距离在道路方向上的投影l（单位m），车辆瞬时速度v（单位m/s）和加速度a（单位m/s²）通过车辆CAN总线采集。车辆通行优先级的定义根据交通规则制定，其中优先级最高的车辆为正在执行任务的救护车、消防车和警车等。通过车车信息交互，将本车的信息和优先级传送到其他车辆。

在行驶过程中，车辆不断接收周围车辆的行驶信息和优先级，而有优先级不同的车辆需要换道时，如果按照原始的路径行驶会产生碰撞等危险，则优先级低的车辆需要对优先级高的车辆采取避让措施。通行优先级的定义可以由交管部门根据车辆的不同种类给出，例如普通社会车辆定为最低一级，正在执勤的特种车辆定为最高一级。

参见图2，本发明先考察了同一车道上前后车的安全距离。设同一车道后车用车F表示，同一车道前车用车L表示，定义车辆行驶的安全距离SS_FL。两车同向而行，在前车紧急制动的同时后车经过驾驶员反应时间t_adj后开始制动，在两车完全停下后保证两车的距离仍然大于某一个限制L_lmt。

安全距离的定义：

SS_FL＝|l_F+l_adj+L_lmt-l_L|

其中，各变量计算方法如式（2）：

$l_F=\frac{{v_F}^2}{2a_{\max \_F}}$

$l_L=\frac{{v_F}^2}{2a_{\max \_L}}$

l_adj＝v_Ft_adj

式中v_F表示车F在开始刹车时刻的速度，a_{max_F}为车F的最大减速度，l_F为车F从速度v_F以最大减速度a_{max_F}开始刹车直到停车所行驶的距离，v_F表示车L在开始刹车时刻的速度，a_{max_L}为车L的最大减速度，l_L为车L从速度v_F以最大减速度a_{max_L}开始刹车直到停车所行驶的距离，l_adj表示在反应时间t_adj内车F以速度v_F行驶过的距离，L_lmt为允许的最小行车间距。

基于以上研究，本发明提供了从当前车道换到目标车道的技术方案。为了方便表述实施例的技术方案，行驶中的本车用车M表示，目标车道行驶的车辆用车D表示。如图6，实施例在本车准备换道时执行以下步骤：

步骤1，计算车M的安全换道时间t，取计算所得安全换道允许的最大时间t₂作为安全换道时间门限。

如图3，目标车道上的车D处于车M后方，换道后车M则应当处于车D后方。当车M的车辆行驶过程中需要进行变换车道，则以驾驶员亮起转向灯时刻作为开始刹车时刻，即换道初始时刻。在该时刻搜索周边车辆的行驶信息和优先级，通过车车通信可以获取目标车道上当前时刻前车D的瞬时信息，包括当前速度v_D、当前加速度α_D；车M通过自车传感器可以获取车M的瞬时信息，包括当前速度v_M、当前加速度a_M，则要使两车不发生碰撞，故有下式：

L_MD+l_M-l_D＞SS_MD+W

其中，L_MD为换道初始时刻车M和车D在行驶方向上的距离，l_M为车M在换道时在行驶方向上预计行驶的距离，l_D为车D在换道时在行驶方向上预计行驶的距离，SS_MD为车M和车D的安全距离，计算方法同SS_FL。W为车道宽度，可采用目标车道中心线与当前车道中心线的距离，是一个常数，根据交通部2003年发布的《公路工程技术标准》定义。

SS_MD＝|l_M+l_adj+L_lmt-l_D|

$l_M=\frac{{v_M}^2}{2a_{\max \_M}}$

$l_D=\frac{{v_D}^2}{2a_{\max \_D}}$

l_adj＝v_Mt_adj

其中，a_{max_M}为车M的最大减速度，l_M为车M从当前速度v_M以最大减速度a_{max_M}开始刹车直到停车所行驶的距离，a_{max_D}为车D的最大减速度，l_D为车D从当前速度v_D以最大减速度a_{max_D}开始刹车直到停车所行驶的距离，l_adj表示在反应时间t_adj内车M以当前速度v_M行驶过的距离，L_lmt为允许的最小行车间距。

对于上式，根据车辆运动方程可以列出下式：

$L_{\mathrm{MD}}+v_{M}t+\frac{1}{2}{a}_M{t}^2-v_{D}t-\frac{1}{2}{a}_d{t}^2>W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}$

其中t为安全换道时间，由此，可以算出t（单位:s）的取值范围为：

当a_D＞a_M时：

t₁＜t＜t₂

$t_1=\frac{-(v_D-v_M)-\sqrt{{(v_D-v_M)}^2-2(a_D-a_M)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_D-a_M}$

$t_2=\frac{-(v_D-v_M)+\sqrt{{(v_D-v_M)}^2-2(a_D-a_M)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_D-a_M}$

当a_D＝a_M时：

$t_2=\frac{W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}}}{v_M-v_D}$

$\left\{\begin{array}{cc}t>t_2& (v_M>v_D)\\ t<t_2& (v_M<v_D)\end{array}\right.$

特殊地，当v_M=v_D时，车M的安全换道时间t无解，步骤2不是根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，而是进行距离判断，若L_MD≥W+SS_MD，执行步骤c，即发出允许换道信号，在车M换道后结束流程，若L_MD＜W+SS_MD，执行步骤b，即发出换道警告，当车M驾驶员选择保持车道时，进入步骤3；当车M驾驶员选择强行换道时，干预车D的制动使车D减速，进入步骤3；这种a_D＝a_M且v_M=v_D的情况在实际应用中很少出现。

当a_D＜a_M时：

t＜t₁

or:t＞t₂

$t_1=\frac{-(v_M-v_D)-\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_M-a_D}$

$t_2=\frac{-(v_M-v_D)+\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_M-a_D}$

其中，L_MD为换道初始时刻车M车尾到车D车尾在行驶方向上的距离，L_MD的取值范围为(-∞,+∞)，当L_MD＞0时车M行驶在车D的侧前方，当L_MD＜0时车M行驶在车D的侧后方，l_M为车M在换道时在行驶方向上预计行驶的距离，l_D为车D在换道时在行驶方向上预计行驶的距离，SS_MD为车M和车D的安全距离，W为车道宽度；v_D为车D的当前速度、a_D为车D的当前加速度，v_M为车M的当前速度、a_M为车M的当前加速度。

取安全换道允许的最大时间t₂作为安全换道的门限。

步骤2，根据安全换道时间门限进行安全换道时间评价。实施例对于t₂的范围取值，可以根据实际驾驶员反应时间分为三种情况：

当t₂∈(-∞,C1]，此时驾驶员在如此短的时间下完成换道是不可能或者很危险的情况。可采用红色警告表示碰撞警告。

当t₂∈[C₁,C₂)此时驾驶员换道存在碰撞的可能。可采用黄色警告表示换道警告。

当t₂∈[C₂,∞)，此时驾驶员有充足的时间换道，车M的换道行为对车D不会造成危险，允许车M换道。可发出绿色提醒。

其中C₁,C₂均为常数。C₁表示以当前车辆行驶状态驾驶员刚好无法完成超车的时间的门限值，C₂表示以当前车辆行驶状态驾驶员刚好安全的完成超车的时间的门限值。

对于因车辆换道产生的冲突，车辆避撞主要是通过控制车辆制动器来实现：

步骤2，根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，实现方式如下，

当t₂∈(-∞,C₁]，执行步骤a，

步骤a的操作包括发出碰撞警告，判断车M的通行优先级是否高于车D，是则干预车D的制动使车D减速，进入步骤3，否则干预车M的制动使车M保持车道并减速，进入步骤3；

当t₂∈[C₁,C₂)，执行步骤b，

步骤b的操作包括发出换道警告，当车M驾驶员选择保持车道时，进入步骤3；当车M驾驶员选择强行换道时，干预车D的制动使车D减速，进入步骤3；

当t₂∈[C₂,∞)，执行步骤c，

步骤c的操作包括发出允许换道信号，在车M换道后结束流程；

实施例的相应具体安全换道时间评价方式如下：

（1）禁止换道（红色警告）

若出现禁止换道的警告，则需要对车M和车D的通行优先级进行判断。若两车的通行优先级相同，则按照交通规则，直行车辆优先，则车M制动，通过避让车D从而消除换道危险。若两车通行优先级不同，则对通行优先级低的车辆进行制动，从而消除换道危险。

（1.1）若车M的通行优先级低于或者等于车D，则车M保持制动，直至车M有足够的时间换道，使得车M换道后处于车D后方。具体实施时，可以不断循环进行实时计算安全换道时间门限并安全换道时间评价处理。为提高效率起见，可以设定对车M保持制动一段时间后，重新计算制动后的安全换道时间门限并安全换道时间评价处理，如果重新计算的结果是继续对车M制动则保持，如果是允许换道则结束对车M的制动，车M进行换道。具体实施时，可以由本领域技术人员自行设定重新计算制动后的安全换道时间门限的条件，例如制动干预时间达到时间限值T（常数，具体实施时可依据情况预设），或者车M的当前速度为换道初始时刻的瞬时速度的P倍(0＜P＜1)（常数，具体实施时可依据情况预设）。在对车M制动后，目标车道上的车D处于车M前方，根据当前时刻的信息，重新进行新的计算处理，如图4。

车M换道后，与车D的距离应大于安全距离SS_MD＇：

$v_{D}t+\frac{1}{2}{a}_D{t}^2-v_{M}t-\frac{1}{2}{a}_M{t}^2-{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}>{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}+W$

其中，W为车道宽度，L_MD＇为当前车M的车尾与车D的车头之间在车道方向上的投影距离。

安全距离SS_MD＇的计算与安全距离SS_MD类似，如下式：

SS_MD＇＝|l_M+l_adj+L_lmt-l_D|

$l_M=\frac{{v_M}^2}{2a_{\max \_M}}$

$l_D=\frac{{v_D}^2}{2a_{\max \_D}}$

l_adj＝v_Mt_adj

式中，v_M表示车M的当前速度，a_{max_M}为车M的最大减速度，l_M为车M以v_M和a_{max_M}开始刹车直到停车所行驶的距离，v_D表示车D的当前速度，a_{max_D}为车D的最大减速度，l_D为车D以v_D和a_{max_D}开始刹车直到停车所行驶的距离，l_adj表示在时间反应t_adj内车M以当前速度v_M行驶过的距离，L_lmt为允许的最小行车间距。

当a_D＞a_M时：

t＜t₁

or:t＞t₂

$t_1=\frac{-(v_D-v_M)-\sqrt{{(v_D-v_M)}^2+2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}+{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

$t_2=\frac{-(v_D-v_M)+\sqrt{{(v_D-v_M)}^2+2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}+{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

当a_D＝a_M时：

$t_2=\frac{W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}+{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}}{v_M-v_D}$

$\left\{\begin{array}{cc}t>t_2& (v_M>v_D)\\ t<t_2& (v_M<v_D)\end{array}\right.$

特殊地，当v_M=v_D时，车M的安全换道时间t无解，步骤2不是根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，而是进行距离判断，若L_MD≥W+SS_MD，执行步骤c，若L_MD＜W+SS_MD，执行步骤b；

当α_D＜α_M时：

t₁＜t＜t₂

$t_1=\frac{-(v_M-v_D)-\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}+{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

$t_2=\frac{-(v_M-v_D)+\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}+{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

式中，v_M为车M的当前速度、v_D为车D的当前速度，a_M为车M的当前加速度、a_D为车D的当前加速度，W为车道宽度，SS_MD＇为车D的车尾与车M的车头之间所需的安全距离；

式中L_MD＇满足以下条件：当L_MD＇＞0时，L_MD＇表示为当前车D的车尾与车M的车头之间在车道方向上的投影距离，当-L_车D＜L_MD＇≤0时（L_车D为车D的车身长度），L_MD＇需要加上L_车D，当L_MD＇≤-L_车D时（L_车D为车D的车身长度），L_MD＇需要加上L_车D+L_车M（L_车D为车D的车身长度，L_车M为车M的车身长度）。

（1.2）若车M的通行优先级高于车D，则对车D保持强行制动，直至车M有足够的时间换道，使得车M换道后处于车D前方。具体实施时，可以不断循环进行实时计算安全换道时间门限并安全换道时间评价处理。为提高效率起见，可以设定对车D保持制动一段时间后，重新计算制动后的安全换道时间门限并安全换道时间评价处理，如果重新计算的结果是继续对车D制动则保持，如果是允许换道则结束对车D的制动，车M进行换道。具体实施时，可以由本领域技术人员自行设定重新计算制动后的安全换道时间门限的条件，例如制动干预时间达到时间限值T（常数，具体实施时可依据情况预设），或者车M的当前速度为换道初始时刻的瞬时速度的P倍(0＜P＜1)（常数，具体实施时可依据情况预设）。当驾驶员亮起转向灯时再次要求变道时，以新的开始刹车时刻为当前时刻，重新进行新的计算处理。如图5：

当a_D＞a_M时：

t＜t₁

or:t＞t₂

$t_1=\frac{-(v_D-v_M)-\sqrt{{(v_D-v_M)}^2+2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

$t_1=\frac{-(v_D-v_M)+\sqrt{{(v_D-v_M)}^2+2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

当a_D＝a_M时：

$t_2=\frac{W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}}{v_M-v_D}$

$\left\{\begin{array}{cc}t>t_2& (v_M>v_D)\\ t<t_2& (v_M<v_D)\end{array}\right.$

特殊地，当v_M=v_D时，车M的安全换道时间t无解，步骤2不是根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，而是进行距离判断，若L_MD≥W+SS_MD，执行步骤c，若L_MD＜W+SS_MD，执行步骤b；

当a_D＜a_M时：

t₁＜t＜t₂

$t_1=\frac{-(v_M-v_D)-\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

$t_2=\frac{-(v_M-v_D)+\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

式中，v_M为车M的当前速度、v_D为车D的当前速度，a_M为车M的当前加速度、a_D为车D的当前加速度，W为车道宽度；

式中L_DM＇满足以下条件：当L_DM＇＞0时，L_DM＇表示为当前车D的车头与车M的车尾之间在车道方向上的投影距离,当-L_车M＜L_DM＇≤0时（L_车M为车M的车身长度），L_DM＇需要加上L_车M，当L_DM＇≤-L_车M时（L_车M为车M的车身长度），L_DM＇需要加上L_车D+L_车M（L_车D为车D的车身长度，L_车M为车M的车身长度）。

SS_DM＇为车M的车尾与车D的车头之间所需的安全距离，计算公式与安全距离SS_MD类似，如下式所示：

SS_DM＇＝|l_D+l_adj+L_lmt-l_M|

$l_M=\frac{{v_M}^2}{2a_{\max \_M}}$

$l_D=\frac{{v_D}^2}{2a_{\max \_D}}$

l_adj＝v_Dt_adj

式中，v_M表示车M的当前速度，a_{max_M}为车M的最大减速度，l_M为车M以v_M和a_{max_M}开始刹车直到停车所行驶的距离，v_D表示车D的当前速度，a_{max_D}为车D的最大减速度，l_D为车D以v_D和a_{max_D}开始刹车直到停车所行驶的距离，l_adj表示在时间反应t_adj内车D以当前速度v_D行驶过的距离，L_lmt为允许的最小行车间距。

（2）由驾驶员选择换道（黄色警告）

此时有车M驾驶员决定强行换道或者进行车道保持。若车M驾驶员决定强行换道，则对于车D，为了避免碰撞，需要对车D进行干预制动，与（1.1）处理方式一致。实施例对车D保持制动一段时间后，重新计算得到安全换道门限t₂并进行相应评价处理。若车M驾驶员决定进行车道保持，此时可以对车M干预制动，或者不对车M干预制动任其自行保持车道。与（1.2）处理方式一致。实施例对车M保持制动或车M自行保持车道一段时间后，重新计算得到安全换道门限t₂并进行相应评价处理。

（3）允许换道（绿色提醒）

此时对车M驾驶员进行提醒，并告知车D驾驶员，允许车M驾驶员在保证安全的情况下换道。

纵上所述，步骤3的操作是，重新计算车M的安全换道时间，取计算所得安全换道允许的最大时间t₂作为新的安全换道时间门限，并返回步骤2，直到车M换道完成。

根据重新计算得到的新的安全换道时间门限t₂进行处理时，仍然按照步骤2的处理方式：保持强行制动，调整车M或者是车D的速度，同时根据当前情况不断计算允许换道的安全换道时间t的范围，直到t₂∈[C₂,∞)成功换道为止，停止制动，冲突消解干预结束。其间如果车M的驾驶员放弃换道，停止干预制动，流程结束。

具体实施时，可在车辆上设置车载计算机，由车载计算机运行以上流程。车载车辆信息采集设备和车辆CAN总线的采集数据输入车载计算机；车载计算机发送信号到车载显示屏，通过车载显示屏提供红色的碰撞警告、黄色的换道警告或绿色的换道提醒；也可由车载计算机发送信号到车辆制动（如EVB制动器），实现强制减速；当车M驾驶员选择强行换道时，由车载计算机发送信号到车俩间的无线通讯设备，提醒车D驾驶员。车载计算机作为控制中心，连接其他相关硬件即可进行数据或信号传输。本发明技术人员可参考计算机软件技术实现流程。当车况比较复杂，例如车D或车M后方有其他车辆时，强制干预制动器可能造成危险，可以改为通知驾驶员手动执行制动。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种基于车辆通行优先级的换道危险避撞的方法，其特征在于：本车实时获取自身和周边车辆行车信息和通行优先级；设行驶中的本车为车M，目标车道行驶的车辆为车D，当车M准备从当前车道换到目标车道时执行以下步骤，

步骤1，计算车M的安全换道时间t，取计算所得安全换道允许的最大时间t₂作为安全换道时间门限；

步骤2，根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，实现方式如下，当t₂∈(-∞,C₁]，执行步骤a，包括发出碰撞警告，判断车M的通行优先级是否高于车D，是则干预车D的制动使车D减速，进入步骤3，否则干预车M的制动使车M保持车道并减速，进入步骤3；

当t₂∈(C₁,C₂)，执行步骤b，包括发出换道警告，当车M驾驶员选择保持车道时，进入步骤

3；当车M驾驶员选择强行换道时，干预车D的制动使车D减速，进入步骤3；当t₂∈[C₂,∞)，执行步骤c，包括发出允许换道信号，在车M换道后结束流程；

其中，C₁,C₂为预设的常数；

步骤3，重新计算车M的安全换道时间，取计算所得安全换道允许的最大时间t₂作为新的安全换道时间门限，并返回步骤2，直到车M换道完成。

2.如权利要求1所述基于车辆通行优先级的换道危险避撞的方法，其特征在于：步骤1中，车M的安全换道时间t按以下公式计算，

当a_D＞a_M时：

t₁＜t＜t₂

$t_1=\frac{-(v_D-v_M)-\sqrt{{(v_D-v_M)}^2-2(a_D-a_M)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_D-a_M}$

$t_2=\frac{-(v_D-v_M)+\sqrt{{(v_D-v_M)}^2-2(a_D-a_M)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_D-a_M}$

当a_D＝a_M时：

$t_2=\frac{W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}}}{v_M-v_D}$

$\left\{\begin{array}{cc}t>t_2& (v_M>v_D)\\ t<t_2& (v_M<v_D)\end{array}\right.$

其中，当v_M=v_D时，车M的安全换道时间t无解，步骤2不是根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，而是进行距离判断，若L_MD≥W+SS_MD，执行步骤c，若L_MD＜W+SS_MD，执行步骤b；

当a_D＜a_M时：

t＜t₁

or:t＞t₂

$t_1=\frac{-(v_M-v_D)-\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_M-a_D}$

$t_2=\frac{-(v_M-v_D)+\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}-L_{\mathrm{MD}})}}{a_M-a_D}$

其中，L_MD为换道初始时刻车M车尾到车D车尾在行驶方向上的距离，L_MD的取值范围为(-∞,+∞)，当L_MD＞0时车M行驶在车D的侧前方，当L_MD＜0时车M行驶在车D的侧后方，l_M为车M在换道时在行驶方向上预计行驶的距离，l_D为车D在换道时在行驶方向上预计行驶的距离，W为车道宽度；v_D为车D的当前速度、a_D为车D的当前加速度，v_M为车M的当前速度、a_M为车M的当前加速度；SS_MD为步骤1中车D的车尾与车M的车头之间所需的安全距离，计算公式如下，

SS_MD＝|l_M+l_adj+L_lmt-l_D|

$l_M=\frac{{v_M}^2}{2a_{\max \_M}}$

$l_D=\frac{{v_D}^2}{2a_{\max \_D}}$

l_adj＝v_Mt_adj

其中，a_{max_M}为车M的最大减速度，l_M为车M从速度v_M以最大减速度a_{max_M}开始刹车直到停车所行驶的距离，a_{max_D}为车D的最大减速度，l_D为车D从速度v_D以最大减速度a_{max_D}开始刹车直到停车所行驶的距离，l_adj表示在反应时间t_adj内车M以速度v_M行驶过的距离，L_lmt为允许的最小行车间距。

3.如权利要求2所述基于车辆通行优先级的换道危险避撞的方法，其特征在于：步骤2的处理结果为车M保持车道时，步骤3中车M的安全换道时间t按以下公式计算，

当a_D＞a_M时：

t＜t₁

or:t＞t₂

$t_1=\frac{-(v_D-v_M)-\sqrt{{(v_D-v_M)}^2-2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

$t_2=\frac{-(v_D-v_M)+\sqrt{{(v_D-v_M)}^2-2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

当a_D＝a_M时：

$t_2=\frac{W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}}{v_M-v_D}$

$\left\{\begin{array}{cc}t>t_2& (v_M>v_D)\\ t<t_2& (v_M<v_D)\end{array}\right.$

其中，当v_M=v_D时，车M的安全换道时间t无解，步骤2不是根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，而是进行距离判断，若L_MD≥W+SS_MD，执行步骤c，若L_MD＜W+SS_MD，执行步骤b；

当a_D＜a_M时：

t₁＜t＜t₂

$t_1=\frac{-(v_M-v_D)-\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

$t_2=\frac{-(v_M-v_D)+\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

式中，v_M为车M的当前速度、v_D为车D的当前速度，a_M为车M的当前加速度、a_D为车D的当前加速度，W为车道宽度；

式中，距离L_MD′满足以下条件：

当L_MD′＞0时，L_MD′为当前车D的车尾与车M的车头之间在车道方向上的投影距离；

当-L_车D＜L_MD′≤0时，L_MD′为当前车D的车尾与车M的车头之间在车道方向上的投影距离加上L_车D，L_车D为车D的车身长度；

当L_MD′≤-L_车D时，L_MD′为当前车D的车尾与车M的车头之间在车道方向上的投影距离加上L_车D+L_车M，L_车D为车D的车身长度，L_车M为车M的车身长度；

式中，SS_MD′为步骤2的处理结果为车M保持车道时车D的车尾与车M的车头之间所需的安全距离，计算公式如下，

SS_MD′＝|l_M+l_adj+L_lmt-l_D|

$l_M=\frac{{v_M}^2}{2a_{\max \_M}}$

$l_D=\frac{{v_D}^2}{2a_{\max \_D}}$

lad_j＝vMtad_j

式中，v_M表示车M的当前速度，a_{max_M}为车M的最大减速度，l_M为车M以v_M和a_{max_M}开始刹车直到停车所行驶的距离，v_D表示车D的当前速度，a_{max_D}为车D的最大减速度，l_D为车D以v_D和a_{max_D}开始刹车直到停车所行驶的距离，l_adj表示在时间反应t_adj内车M以当前速度v_M行驶过的距离，L_lmt为允许的最小行车间距。

4如权利要求2所述基于车辆通行优先级的换道危险避撞的方法，其特征在于：步骤2的处理结果为干预车D的制动时，步骤3中车M的安全换道时间t按以下公式计算，

当a_D＞a_M时：

t＜t₁

or:t＞t₂

$t_1=\frac{-(v_D-v_M)-\sqrt{{(v_D-v_M)}^2-2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

$t_2=\frac{-(v_D-v_M)+\sqrt{{(v_D-v_M)}^2-2(a_D-a_M)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;})}}{a_D-a_M}$

当a_D＝a_M时：

$t_2=\frac{W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{MD}}}^{\&prime;}}{v_M-v_D}$

$\left\{\begin{array}{cc}t>t_2& (v_M>v_D)\\ t<t_2& (v_M<v_D)\end{array}\right.$

其中，当v_M=v_D时，车M的安全换道时间t无解，步骤2不是根据安全换道时间门限进行安全换道评价处理，而是进行距离判断，若L_MD≥W+SS_MD，执行步骤c，若L_MD＜W+SS_MD，执行步骤b；

当a_D＜a_M时：

t₁＜t＜t₂

$t_1=\frac{-(v_M-v_D)-\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

$t_1=\frac{-(v_M-v_D)+\sqrt{{(v_M-v_D)}^2-2(a_M-a_D)(W+{{\mathrm{SS}}_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;}-{L_{\mathrm{DM}}}^{\&prime;})}}{a_M-a_D}$

式中，v_M为车M的当前速度、v_D为车D的当前速度，a_M为车M的当前加速度、a_D为车D的当前加速度，W为车道宽度；

式中，距离L_DM′满足以下条件：

当L_DM′＞0时，L_DM′为当前车D的车头与车M的车尾之间在车道方向上的投影距离；

当-L_车M＜L_DM′≤0时，L_DM′为当前车D的车头与车M的车尾之间在车道方向上的投影距离加上L_车M，L_车M为车M的车身长度；

当L_DM′≤-L_车M时，L_车M为车M的车身长度，L_DM′为当前车D的车头与车M的车尾之间在车道方向上的投影距离加上L_车D+L_车M，L_车D为车D的车身长度，L_车M为车M的车身长度；

式中，SS_DM′为车M的车尾与车D的车头之间所需的安全距离，计算公式与安全距离SS_MD类似，如下式所示：

SS_DM′＝|l_D+l_adj+L_lmt-l_M|

$l_M=\frac{{v_M}^2}{2a_{\max \_M}}$

$l_D=\frac{{v_D}^2}{2a_{\max \_D}}$

l_adj＝v_Dt_adj

式中，v_M表示车M的当前速度，a_{max_M}为车M的最大减速度，l_M为车M以v_M和a_{max_M}开始刹车直到停车所行驶的距离，v_D表示车D的当前速度，a_{max_D}为车D的最大减速度，l_D为车D以v_D和a_{max_D}开始刹车直到停车所行驶的距离，l_adj表示在时间反应t_adj内车D以当前速度v_D行驶过的距离，L_lmt为允许的最小行车间距。

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