CN108646745B - 一种车辆跟驰控速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆跟驰控速方法，以前后车间距作为跟驰控速安全判断依据，考虑不同车间距下车辆跟驰状态的差异，采用条件选择进行描述，确定下一时刻车速大小，从而得到不同交通流状态下临界安全车头间距并实现位置更新。本发明考虑交通法规中对前后车安全距离控制的要求，遵循宏观交通流状态的变化规律，分别提出不同交通流状态下临界安全车头间距的计算方法，进而提出获得不同交通流状态下车辆跟驰加减速度的方法，为无人驾驶技术或交通流仿真建模等核心模块提供车辆控速规则的基础实现方法，更全面、更科学地为相关技术的发展提供核心基础实现方法。

Description

一种车辆跟驰控速方法

技术领域

本发明属于陆地交通工具运行控制技术领域，涉及一种车辆运行控制方法，特别涉及一种车辆跟驰运行速度的控制方法。

背景技术

车辆跟驰控速方法是进行微观交通流分析的重要内容，随着无人驾驭技术以及交通流仿真技术的进一步发展，对车辆跟驰控速方法的精度及可靠性提出更高的要求。

车辆跟驰控速方法的本质是根据当前车辆的行驶状态以及当前车辆及周边环境行驶条件，计算确定当前车的加减速度大小及车速大小，其基本原理如图1所示。车辆跟驰控速方法可以归纳为如下式所示的函数关系，表明跟驰车辆的加速度与当前车速度、前后车速度差以及前后车间距等因素有关。

a_n(t)＝f(v_n(t),Δv(t),gap(t))

目前，已有的车辆跟驰控速的方法根据考虑因素的重点不同，可包括：刺激-反应类模型、安全距离类模型、心理-生理类模型、优化速度类模型、智能驾驶模型和人工智能模型等。现有控速方法对周边环境条件的考虑主要是对前后车行驶状态的考虑，对行驶环境的条件和要求一般不做考虑，然而当前车辆在不同道路上行驶均必须遵循不同的前后车安全距离控制的交通法规要求，这对当前进行无人驾驶技术开发和交通流仿真建模中所使用的车辆跟驰控速方法提出新的要求，原有方法已不能满足新的需要。

发明内容

针对现有技术中车辆跟驰控速方法存在的上述问题，本发明提出一种车辆跟驰控速计算方法。

本发明的技术方案如下：

一种车辆跟驰控速方法，以前后车间距D作为跟驰控速安全判断依据，考虑不同车间距下车辆跟驰状态的差异，采用条件选择进行描述，确定下一时刻车速大小，从而得到不同交通流状态下临界安全车头间距并实现位置更新。

进一步，基于以下五种类型的条件，确定下一时刻车速大小；

条件1：D≥D_free&D_free＞D_safe时，围绕v_max控速跟驰；

a＝a_free，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

其中：D_free为自由行驶临界车间距；D_safe为安全跟驰临界车间距；v_max为车辆可行驶的最大车速；a_free为自由行驶状态加速度；v_n+1(t)为t时刻跟驰车车速；T为后车驾驶员的反应时间；

条件2：D≥D_free&D_free≤D_safe时，围绕D_safe控速跟驰；

a＝a_safe，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

其中：a_safe为安全跟驰行驶状态下的加速度；

条件3：D_free＞D≥D_delt__min&v_n+1≥50时，围绕D_safe控速跟驰；

a＝a_safe，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

定义

其中：

为t时刻后车最大减速度；v_n(t)为t时刻前车车速；L为设定的两车制动停止后两车间的最小车间距；

为t时刻前车最大减速度。

条件4：D_free＞D≥D_delt__min&v_n+1＜50时，围绕D_brake控速跟驰；

a＝a_brake，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

其中：a_brake为紧急制动行驶状态下跟驰车辆的加减速；D_brake为紧急制动临界车间距；

条件5：D＜D_{delt_min}时，紧急制动；

a＝-d_max，v_n+1(t+T)＝v_n(t)+a

其中：d_max为最大减速度。

进一步，所述自由行驶临界车间距D_free：

式(1)中，

ρ_cr为车辆自由行驶时对应的临界车流密度，l_car为车长；

v_n+1(t)为t时刻跟驰车车速，v_n(t)为t时刻前车车速，

为t时刻后车最大减速度，T为后车驾驶员的反应时间，L为设定的两车制动停止后两车间的最小车间距。

进一步，安全跟驰临界车间距D_safe：

式(2)为基于道路交通安全法相关规定确定的临界安全车间距，式中D(v_n+1(t))＝T_saf·v_n+1(t)，T_saf＝10^-3小时，v_n+1(t)为t时刻跟驰车车速。

进一步，

D_brake：D_brake＝D_min。

临界车间距随着计算参数的变化而变化，在低速行驶状态下，当D_safe的取值与D_brake相同时，车辆行驶状态变成三种，即自由行驶状态、跟驰行驶状态和紧急制动状态。

进一步，自由行驶状态下，车辆可以渐加速至最大速度v_max自由行驶，不考虑前车的影响；自由行驶状态加速度用a_free表示：

式(3)中v_n为当前车速，v_max为车辆可行驶的最大车速，是道路的限定行驶车速

和车辆最大车速

中的较小值，即

a_max为最大加速度，d为正常减速度，取为(0.5～0.7)d_max，d_max为最大减速度。

进一步，跟驰行驶状态下，基于交通法规规定的安全距离进行控速，跟驰行驶状态加速度用a_safe表示：

式(4)中，

D(t)为t时刻前后车间距，定义

保证D(t)≥D_{delt_min}。

进一步，紧急制动状态下，在基于突发紧急状况下保证车辆安全停车的临界极端状态下，紧急制动状态加速度用a_brake表示：

式(5)中，

定义

保证D(t)≥D_{delt_min}。

本发明的有益效果如下：

本发明考虑交通法规中对前后车安全距离控制的要求，遵循宏观交通流状态的变化规律，分别提出不同交通流状态下临界安全车头间距的计算方法，进而提出获得不同交通流状态下车辆跟驰加减速度的方法，为无人驾驶技术或交通流仿真建模等核心模块提供车辆控速规则的基础实现方法，更全面、更科学地为相关技术的发展提供核心基础实现方法。

附图说明

图1是紧急停车前后车不同时刻位置图。

图2是基于安全距离跟驰控速规则流程图。

图3是车辆行驶状态区分示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明以前后车间距D作为跟驰控速安全判断依据，考虑不同车间距下车辆跟驰状态的差异，采用以下条件选择进行规则描述，建立基于安全距离的跟驰控速规则。本发明车辆跟驰控速方法的流程如图2所示。

①D≥D_free&D_free＞D_safe时

围绕v_max控速跟驰；

a＝a_free，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

②D≥D_free&D_free≤D_safe时

围绕D_safe控速跟驰；

a＝a_safe，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

③D_free＞D≥D_{delt_min}&v_n+1≥50时

围绕D_safe控速跟驰；

a＝a_safe，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

④D_free＞D≥D_{delt_min}&v_n+1＜50时

围绕D_brake控速跟驰；

a＝a_brake，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

⑤D＜D_{delt_min}时

紧急制动；

a＝-d_max，v_n+1(t+T)＝v_n(t)+a；

基于上述规则，可确定下一时刻车速大小，从而可实现位置更新。

上述规则中，

D_free为自由行驶临界车间距；

D_safe为安全跟驰临界车间距；

D_brake为紧急制动临界车间距；

D_{delt_min}为紧急制动有效计算临界车间距。

根据交通流状态的不同，车辆行驶状态可以包括：自由行驶状态、安全跟驰状态、紧急跟驰状态和紧急制动状态。车辆行驶状态的差异由车辆密度所决定，而车辆密度可以由车间距大小进行衡量，可以通过3种临界车间距对于四种车辆行驶状态进行区分，分别为：自由行驶临界车间距D_free、安全跟驰临界车间距D_safe和紧急制定临界车间距D_brake，如图3所示。图中，细线箭头表示临界车间距取值可能变化方向。

(1)临界车间距的计算方法

①自由行驶临界车间距D_free：

式(1)中，

ρ_cr为车辆自由行驶时对应的临界车流密度，l_car为车长；

v_n+1(t)为t时刻跟驰车车速，v_n(t)为t时刻前车车速，

为t时刻后车最大减速度，T为后车驾驶员的反应时间，L为设定的两车制动停止后两车间的最小车间距；

②安全跟驰临界车间距D_safe：

式(2)为基于道路交通安全法相关规定确定的临界安全车间距，式中D(v_n+1(t))＝T_saf·v_n+1(t)，T_saf＝10^-3小时，v_n+1(t)为t时刻跟驰车车速，以km/h计；

③紧急制动临界车间距D_brake：D_brake＝D_min。

临界车间距随着车速等计算参数变化而变化的，在低速行驶状态下，D_safe的取值可能与D_brake相同，此时，车辆行驶状态变成三种。

(2)不同行驶状态下跟驰加速度计算方法

①自由行驶状态

自由流状态下，车辆可以渐加速至最大速度v_max自由行驶，不考虑前车的影响。自由行驶状态加速度用a_free表示，可计算为：

式(3)中v_n为当前车速，v_max为车辆可行驶的最大车速，是道路的限定行驶车速

和车辆最大车速

中的较小值，即

a_max为最大加速度，d为正常减速度，取为(0.5～0.7)d_max，d_max为最大减速度。

②跟驰行驶状态

基于交通法规规定的安全距离进行控速，安全跟驰行驶状态下的加速度用a_safe表示，可计算为：

式(4)中，

D(t)为t时刻前后车间距，定义

须保证D(t)≥D_{delt_min}，其它参数定义同前。

③紧急制动状态

紧急制动状态是基于突发紧急状况下保证车辆安全停车进行讨论的，其描述的是临界极端状态。紧急制动行驶状态下跟驰车辆的加减速用a_brake表示，其计算式为：

式(5)中，

式中各参数定义同前，定义

须保证D(t)≥D_{delt_min}。

综上所述，本发明考虑交通法规中对前后车安全距离控制的要求，遵循宏观交通流状态的变化规律，分别提出不同交通流状态下临界安全车头间距的计算方法，进而提出获得不同交通流状态下车辆跟驰加减速度的方法，为无人驾驶技术或交通流仿真建模等核心模块提供车辆控速规则的基础方法，更全面、更科学地为相关技术的发展提供核心基础算方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种车辆跟驰控速方法，其特征在于：以前后车间距D作为跟驰控速安全判断依据，考虑不同车间距下车辆跟驰状态的差异，采用条件选择进行描述，确定下一时刻车速大小，从而得到不同交通流状态下临界安全车头间距并实现位置更新；

基于以下五种类型的条件，确定下一时刻车速大小；

条件1：D≥D_free&D_free＞D_safe时，围绕v_max控速跟驰；

a＝a_free，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

其中：D_free为自由行驶临界车间距；D_safe为安全跟驰临界车间距；v_max为车辆可行驶的最大车速；a_free为自由行驶状态加速度；v_n+1(t)为t时刻跟驰车车速；T为跟驰车驾驶员的反应时间；

条件2：D≥D_free&D_free≤D_safe时，围绕D_safe控速跟驰；

a＝a_safe，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

其中：a_safe为安全跟驰行驶状态下的加速度；

条件3：D_free＞D≥D_{delt_min}&v_n+1≥50时，围绕D_safe控速跟驰；

a＝a_safe，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

定义

其中：

为t时刻跟驰车最大减速度；v_n(t)为t时刻前车车速；L为设定的两车制动停止后两车间的最小车间距；

为t时刻前车最大减速度；

条件4：D_free＞D≥D_{delt_min}&v_n+1＜50时，围绕D_brake控速跟驰；

a＝a_brake，v_n+1(t+T)＝v_n+1(t)+a；

其中：a_brake为紧急制动行驶状态下跟驰车加速度；D_brake为紧急制动临界车间距；

条件5：D＜D_{delt_min}时，紧急制动；

a＝-d_max，v_n+1(t+T)＝v_n(t)+a

其中：d_max为最大减速度；

所述自由行驶临界车间距D_free：

式(1)中，

ρ_cr为车辆自由行驶时对应的临界车流密度，l_car为车长；

安全跟驰临界车间距D_safe：

式(2)为基于道路交通安全法相关规定确定的临界安全车间距，式中D(v_n+1(t))＝T_saf·v_n+1(t)，T_saf＝10^-3小时，v_n+1(t)为t时刻跟驰车车速；

所述紧急制动临界车间距D_brake：

D_brake＝D_min；

临界车间距随着计算参数的变化而变化，在低速行驶状态下，当D_safe的取值与D_brake相同时，车辆行驶状态变成三种，即自由行驶状态、跟驰行驶状态和紧急制动状态；

自由行驶状态下，车辆可以渐加速至最大速度v_max自由行驶，不考虑前车的影响；自由行驶状态加速度用a_free表示：

式(3)中v_n为当前车速，v_max为车辆可行驶的最大车速，是道路的限定行驶车速

和车辆最大车速

中的较小值，即

a_max为最大加速度，d为正常减速度，取为(0.5～0.7)d_max，d_max为最大减速度；

跟驰行驶状态下，基于交通法规规定的安全距离进行控速，跟驰行驶状态加速度用a_safe表示：

式(4)中，

D(t)为t时刻前后车间距，定义

保证D(t)≥D_{delt_min}；

紧急制动状态下，在基于突发紧急状况下保证车辆安全停车的临界极端状态下，紧急制动状态加速度用a_brake表示：

式(5)中，

定义

保证D(t)≥D_{delt_min}。

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