CN111791891B - 一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法，第一步，建立车辆道路关系模型；第二步，拟合前方车辆紧急制动的最小安全距离模型；第三步，拟合本车紧急制动减速到与前车保持同速的最小安全距离模型；第四步，建立基于驾驶员风格的安全距离模型；第五步，进行安全距离预警；本方法拟合了两种极限情况下的最小安全距离，即前方车辆紧急制动情况以及本车紧急制动将本车速度调整到与前方车辆速度相同的情况；同时，结合了驾驶员的驾驶风格和心理安全距离，进行了符合驾驶员风格的安全距离预警；本方法采用分等级预警，给驾驶员提供了对外界情况作出反应的时间，提前对本车速度做出调整，能有效减少追尾事故发生，达到安全驾驶的目的。

Description

一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法

技术领域

本发明属于汽车驾驶控制技术领域，涉及一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法。

背景技术

近年来，随着驾驶汽车出行的人群增长，交通事故成为了很常见的现象。有研究表明，追尾碰撞是最常见的交通事故，超过90％的追尾碰撞事故是由于后车驾驶员注意力不集中或没有保持本车与前车的安全距离造成的。因此，研究后车跟车安全距离预警方法就有很大的现实意义。同时，随着车载传感技术的不断革新，也为跟车安全距离预警方法的研究提供了有力支撑。然而，关于跟车安全距离预警方法的研究多数仅依据车辆的速度和车与车之间的距离，很少考虑到驾驶员的驾驶风格以及驾驶员的心理安全距离，没有进行符合驾驶员的驾驶风格的安全距离预警。

发明内容

本发明提供了一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法，通过车载传感系统测量本车与前车的距离，根据本车速度、前车速度以及驾驶员风格给本车驾驶员提供安全距离预警问题

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法，在驾驶车辆行驶过程中，通过本车测速系统以及传感装置测出本车与前车的实时速度及本车与前车之间的距离，根据两车不同的速度、本车和前车的距离以及本车驾驶员风格给出三个等级的安全预警，能够有效减少追尾事故发生达到安全驾驶的目的，本方法具体步骤如下：

步骤一、建立车辆道路关系模型：

建立大地坐标系，大地坐标系的原点O固结于当前时刻本车质心所处位置，X 轴指向当前时刻本车车身正前方，X轴沿逆时针方向旋转90度的方向为Y轴正方向；

步骤二、拟合前方车辆紧急制动最小安全距离模型：

在本车直行跟车行驶时，当前车遇到紧急情况采取紧急制动时，在后车即本车的驾驶者角度来看，前车减速度会经历一个线性上升阶段，当前车减速度达到减速度最大值以后，前车减速度将会保持不变，直到车速降为0m/s；所以前车紧急制动过程中，前车减速度a_pre,1的变化如式(1)所示：

式中,a_pre,1为前车从紧急制动时刻开始在X轴方向上的实时减速度，单位为m/s²；a_maxpre为前车在紧急制动过程中的最大减速度，单位为m/s²； t_preaup为前车紧急制动过程中减速度从0m/s²线性上升到a_maxpre的时间，单位为s；

根据式(1)可以求出前车从紧急制动至速度为0m/s时在X轴方向的位移 x_pre,1如式(2)所示：

式中，x_pre,1是前车从紧急制动开始到速度为0m/s是在X轴方向的位移，单位为m；当本车驾驶员在发现前车紧急制动的情况下，也会采取紧急制动处理，本车减速度不会立即上升，因为驾驶员的会经过一个反应时间之后才会采取制动，制动之后，制动装置也会有一个短暂的延迟时间，然后制动起作用，本车的减速度会线性上升，直到上升到本车最大的减速度，之后减速度会维持不变，直到本车速度降为0m/s，因此，在前车紧急制动情况下，本车的减速度a_tar,1的变化如式(3)所示：

式中，a_tar,1为本车从前车紧急制动时刻开始在X轴方向上的实时减速度，单位为m/s²；a_maxtar为本车在紧急制动过程中的最大减速度，单位为m/s²；t_taraup为本车紧急制动过程中减速度从0m/s²线性上升到a_maxtar的时间，单位为s；t_reaction为驾驶员反应时间，单位为s；t_delay为制动装置作用延迟时间，单位为s；

根据式(3)本车的加速度的变化可以求得，从前车紧急制动时刻开始到本车速度为0m/s为止，本车在X轴方向的位移x_tar,1如式(4)所示：

式中x_tar,1是前车紧急制动时刻开始到本车速度为0m/s为止的过程中本车在X轴方向的位移，单位为m；要保证两车在此过程中不发生碰撞，就要保证两车有足够大的初始车距，即初始车距要大于本车的位移与前车位移之差，在此基础上，也要考虑到驾驶员的心理安全距离，结合以上因素以及式(2)和式 (4)可得出在前车紧急制动情况下，本车与前车最小安全距离L₁如式(5)所示：

L₁＝x_tar,1-x_pre,1+l_safe (5)

式中，L₁即为在前车紧急制动情况下，本车与前车最小安全距离，单位为m； l_safe为驾驶员的心理安全距离，单位为m；

步骤三、拟合本车紧急制动减速到与前车保持同速的最小安全距离模型：

在本车跟车行驶时，当前车车速小于本车、车距不是足够大时，两车有碰撞的危险，本车必须采取紧急制动降速，将本车速度调整为与前方车辆相同的速度时，可以避免两车碰撞，与步骤二不同的是在这种情况下，驾驶员是主动采取制动降速操作，不会经过t_reaction的时间，所以从本车驾驶员采取制动时刻开始，本车会经历一个短暂的制动延迟，然后减速度会线性上升到最大减速度，直至将速度降到与前车车速相同；如果本车将速度降至与前车速度相同时两车不发生碰撞，两车就不会有碰撞危险，因此，本车采取紧急降速期间的加速度a_tar,2的变化如式(6)所示：

式中，a_tar,2为本车采取紧急降速期间减速度的变化，单位为m/s²；由式(6) 可以以求得本车采取紧急降速期间的速度v_tar,2的变化如式(7)所示：

式中，v_tar,2为本车在紧急降速期间的实时速度，单位为m；由于本车速度变化是分段函数，所以要确定两车速度相同时的时间，令v_tar,2＝v_pre，可以求得本车将速度降至与前车速度相同时的时间t_s，单位为s；从而求得本车从紧急制动降速到与前车同速期间在X轴方向的位移x_tar,2如式(8)所示：

式中，x_tar,2即为本车从紧急降速到与前车同速期间在X轴方向的位移，单位为m；在本车从紧急降速到与前车同速期间，前车在X轴方向的位移x_pre,2如式(9) 所示：

x_pre,2＝v_pret_s (9)

式中，x_pre,2即为本车从紧急降速到与前车同速期间内前车在X轴方向的位移，单位为m；要保证两车在此过程中不发生碰撞，就要保证两车有足够大的初始车距，即初始车距要大于本车的位移与前车位移之差，同时，也要考虑到驾驶员的心理安全距离，结合以上因素以及式(8)和式(9)可得出本车采取紧急制动降速，将本车速度调整到与前车保持同速的最小安全距离L₂如(10)式所示：

式中L₂即为本车紧急减速到与前车保持同速的最小安全距离，单位为m；考虑到前后两车车速状态的完整性，在式(10)中加入v_pre≥v_tar的情况；

步骤四、建立基于驾驶员风格的安全距离模型：

将驾驶员风格分为激进型与保守型，激进型的驾驶员在驾车时表现的更激进，要求的行车距离较小；反之，保守型的驾驶员在驾车时是表现的更保守，要求的行车距离较大；l_safe与驾驶员风格的关系如式(11)所示：

根据经验以及统计学研究给出以下参数的值如表一所示：

表一常量参数的值

本车测速系统和传感器系统会实时检测到本车车速v_tar和前车车速v_pre的值，从而会实时计算出L₁和L₂的值，通过本车雷达检测到的与前车的实际距离和行车安全关系如下：

式中S_pre,tar为本车雷达检测到的本车车头与前车车尾之间的实际距离,单位为m；

步骤五、进行安全距离预警：

根据安全等级，系统可以给驾驶员进行安全预警，预警方法有两种，一种是通过不同的提示音来提示驾驶员，另一种是通过预警安全指示灯，根据不同安全等级，预警安全指示灯会显示不同颜色，本方法选择结合以上两种方式，具体如下：

不同的指示灯颜色以及预警提示音会提醒驾驶员当前的安全状态，驾驶员能够提前做出调整，从而达到安全驾驶的目的。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本方法拟合了两种极限情况的前后两车的加速度曲线，即前车紧急制动停车以及本车紧急制动降速将本车速度调整到与前方车辆速度相同的情况。

2.本方法采取三个安全距离等级预警，给驾驶员提供了对外界情况作出反应的时间来调整车速。

3.本方法在计算安全距离时，考虑了驾驶员的驾驶风格以及驾驶员的心理安全距离，根据不同的驾驶员风格提供安全距离预警。

附图说明

图1是本发明所述的一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法的流程简图。

图2是本发明所述的一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法中建立的车辆道路关系模型的示意图。

图3是本发明所述的一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法中拟合的前方车辆紧急制动情况下前车的加速度变化曲线。

图4是本发明所述的一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法中拟合的前方车辆紧急制动情况下本车的加速度变化曲线。

图5是本发明所述的一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法中拟合本车紧急制动减速到与前车保持同速情况下本车的加速度变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法，如图1所示，在驾驶车辆行驶过程中，通过本车测速系统以及传感装置测出本车与前车的实时速度及本车与前车之间的距离，根据两车不同的速度、本车和前车的距离以及本车驾驶员风格给出三个等级的安全预警，能够有效减少追尾事故发生达到安全驾驶的目的，其特征在于，本方法具体步骤如下：

步骤一、建立车辆道路关系模型：

建立大地坐标系，图2为车辆道路关系模型的示意图，大地坐标系的原点O固结于当前时刻本车质心所处位置，X轴指向当前时刻本车车身正前方，X轴沿逆时针方向旋转90度的方向为Y轴正方向，tar表示本车，pre表示前车；

步骤二、拟合前方车辆紧急制动最小安全距离模型：

图3是前方车辆紧急制动情况下前车的加速度变化曲线，在本车直行跟车行驶时，当前车遇到紧急情况采取紧急制动时，在后车即本车的驾驶者角度来看，前车减速度会经历一个线性上升阶段，当前车减速度达到减速度最大值以后，前车减速度将会保持不变，直到车速降为0m/s；所以前车紧急制动过程中，前车减速度a_pre,1的变化如式(1)所示：

式中,a_pre,1为前车从紧急制动时刻开始在X轴方向上的实时减速度，单位为m/s²；a_maxpre为前车在紧急制动过程中的最大减速度，单位为m/s²；t_preaup为前车紧急制动过程中减速度从0m/s²线性上升到a_maxpre的时间，单位为s；

根据式(1)可以求出前车从紧急制动至速度为0m/s时在X轴方向的位移 x_pre,1如式(2)所示：

式中，x_pre,1是前车从紧急制动开始到速度为0m/s是在X轴方向的位移，单位为m；如图4所示，当本车驾驶员在发现前车紧急制动的情况下，也会采取紧急制动处理，本车减速度不会立即上升，因为驾驶员的会经过一个反应时间之后才会采取制动，制动之后，制动装置也会有一个短暂的延迟时间，然后制动起作用，本车的减速度会线性上升，直到上升到本车最大的减速度，之后减速度会维持不变，直到本车速度降为0m/s，因此，在前车紧急制动情况下，本车的减速度a_tar,1的变化如式(3)所示：

式中，a_tar,1为本车从前车紧急制动时刻开始在X轴方向上的实时减速度，单位为m/s²；a_maxtar为本车在紧急制动过程中的最大减速度，单位为m/s²；t_taraup为本车紧急制动过程中减速度从0m/s²线性上升到a_maxtar的时间，单位为s； t_reaction为驾驶员反应时间，单位为s；t_delay为制动装置作用延迟时间，单位为s；

根据式(3)本车的加速度的变化可以求得，从前车紧急制动时刻开始到本车速度为0m/s为止，本车在X轴方向的位移x_tar,1如式(4)所示：

式中x_tar,1是前车紧急制动时刻开始到本车速度为0m/s为止的过程中本车在X轴方向的位移，单位为m；要保证两车在此过程中不发生碰撞，就要保证两车有足够大的初始车距，即初始车距要大于本车的位移与前车位移之差，在此基础上，也要考虑到驾驶员的心理安全距离，结合以上因素以及式(2)和式 (4)可得出在前车紧急制动情况下，本车与前车最小安全距离L₁如式(5)所示：

L₁＝x_tar,1-x_pre,1+l_safe (5)

式中，L₁即为在前车紧急制动情况下，本车与前车最小安全距离，单位为m； l_safe为驾驶员的心理安全距离，单位为m；

步骤三、拟合本车紧急制动减速到与前车保持同速的最小安全距离模型：

图5是本车紧急制动减速到与前车保持同速情况下本车的加速度变化曲线。在本车跟车行驶时，当前车车速小于本车、车距不是足够大时，两车有碰撞的危险，本车必须采取紧急制动降速，将本车速度调整为与前方车辆相同的速度时，可以避免两车碰撞，与步骤二不同的是在这种情况下，驾驶员是主动采取制动降速操作，不会经过t_reaction的时间，所以从本车驾驶员采取制动时刻开始，本车会经历一个短暂的制动延迟，然后减速度会线性上升到最大减速度，直至将速度降到与前车车速相同；如果本车将速度降至与前车速度相同时两车不发生碰撞，两车就不会有碰撞危险，因此，本车采取紧急降速期间的加速度a_tar,2的变化如式(6)所示：

式中，a_tar,2为本车采取紧急降速期间减速度的变化，单位为m/s²；由式(6) 可以以求得本车采取紧急降速期间的速度v_tar,2的变化如式(7)所示：

式中，v_tar,2为本车在紧急降速期间的实时速度，单位为m；由于本车速度变化是分段函数，所以要确定两车速度相同时的时间，令v_tar,2＝v_pre，可以求得本车将速度降至与前车速度相同时的时间t_s，单位为s；从而求得本车从紧急制动降速到与前车同速期间在X轴方向的位移x_tar,2如式(8)所示：

式中，x_tar,2即为本车从紧急降速到与前车同速期间在X轴方向的位移，单位为 m；在本车从紧急降速到与前车同速期间，前车在X轴方向的位移x_pre,2如式(9) 所示：

x_pre,2＝v_pret_s (9)

式中，x_pre,2即为本车从紧急降速到与前车同速期间内前车在X轴方向的位移，单位为m；要保证两车在此过程中不发生碰撞，就要保证两车有足够大的初始车距，即初始车距要大于本车的位移与前车位移之差，同时，也要考虑到驾驶员的心理安全距离，结合以上因素以及式(8)和式(9)可得出本车采取紧急制动降速，将本车速度调整到与前车保持同速的最小安全距离L₂如(10)式所示：

式中L₂即为本车紧急减速到与前车保持同速的最小安全距离，单位为m；考虑到前后两车车速状态的完整性，在式(10)中加入v_pre≥v_tar的情况；

步骤四、建立基于驾驶员风格的安全距离模型：

将驾驶员风格分为激进型与保守型，激进型的驾驶员在驾车时表现的更激进，要求的行车距离较小；反之，保守型的驾驶员在驾车时是表现的更保守，要求的行车距离较大；l_safe与驾驶员风格的关系如式(11)所示：

根据经验以及统计学研究给出以下参数的值如表一所示：

表一常量参数的值

参数	量纲
		t<sub>reaction</sub>	0.8s
t<sub>delay</sub>	0.2s
		t<sub>preaup</sub>	0.1s
t<sub>taraup</sub>	0.2s
		a<sub>maxpre</sub>	7m/s<sup>2</sup>
a<sub>maxtar</sub>	7m/s<sup>2</sup>

本车测速系统和传感器系统会实时检测到本车车速v_tar和前车车速v_pre的值，从而会实时计算出L₁和L₂的值，通过本车雷达检测到的与前车的实际距离和行车安全关系如下：

式中S_pre,tar为本车雷达检测到的本车车头与前车车尾之间的实际距离,单位为m；

步骤五、进行安全距离预警：

根据安全等级，系统可以给驾驶员进行安全预警，预警方法有两种，一种是通过不同的提示音来提示驾驶员，另一种是通过预警安全指示灯，根据不同安全等级，预警安全指示灯会显示不同颜色，本方法选择结合以上两种方式，具体如下：

不同的指示灯颜色以及预警提示音会提醒驾驶员当前的安全状态，驾驶员能够提前做出调整，从而达到安全驾驶的目的。

Claims (1)

1.一种基于驾驶员风格的直行跟车安全距离预警方法，在驾驶车辆行驶过程中，通过本车测速系统以及传感装置测出本车与前车的实时速度及本车与前车之间的距离，根据两车不同的速度、本车和前车的距离以及本车驾驶员风格给出三个等级的安全预警，能够有效减少追尾事故发生达到安全驾驶的目的，其特征在于，本方法具体步骤如下：

步骤一、建立车辆道路关系模型：

建立大地坐标系，大地坐标系的原点O固结于当前时刻本车质心所处位置，X轴指向当前时刻本车车身正前方，X轴沿逆时针方向旋转90度的方向为Y轴正方向；

步骤二、拟合前方车辆紧急制动最小安全距离模型：

在本车直行跟车行驶时，当前车遇到紧急情况采取紧急制动时，在后车即本车的驾驶者角度来看，前车减速度会经历一个线性上升阶段，当前车减速度达到减速度最大值以后，前车减速度将会保持不变，直到车速降为0m/s；所以前车紧急制动过程中，前车减速度a_pre,1的变化如式(1)所示：

式中,a_pre,1为前车从紧急制动时刻开始在X轴方向上的实时减速度，单位为m/s²；a_{max pre}为前车在紧急制动过程中的最大减速度，单位为m/s²；t_preaup为前车紧急制动过程中减速度从0m/s²线性上升到a_{max pre}的时间，单位为s；

根据式(1)可以求出前车从紧急制动至速度为0m/s时在X轴方向的位移x_pre,1如式(2)所示：

式中，x_pre,1是前车从紧急制动开始到速度为0m/s是在X轴方向的位移，单位为m；当本车驾驶员在发现前车紧急制动的情况下，也会采取紧急制动处理，本车减速度不会立即上升，因为驾驶员的会经过一个反应时间之后才会采取制动，制动之后，制动装置也会有一个短暂的延迟时间，然后制动起作用，本车的减速度会线性上升，直到上升到本车最大的减速度，之后减速度会维持不变，直到本车速度降为0m/s，因此，在前车紧急制动情况下，本车的减速度a_tar,1的变化如式(3)所示：

式中，a_tar,1为本车从前车紧急制动时刻开始在X轴方向上的实时减速度，单位为m/s²；a_maxtar为本车在紧急制动过程中的最大减速度，单位为m/s²；t_taraup为本车紧急制动过程中减速度从0m/s²线性上升到a_{max tar}的时间，单位为s；t_reaction为驾驶员反应时间，单位为s；t_delay为制动装置作用延迟时间，单位为s；

根据式(3)本车的加速度的变化可以求得，从前车紧急制动时刻开始到本车速度为0m/s为止，本车在X轴方向的位移x_tar,1如式(4)所示：

式中x_tar,1是前车紧急制动时刻开始到本车速度为0m/s为止的过程中本车在X轴方向的位移，单位为m；要保证两车在此过程中不发生碰撞，就要保证两车有足够大的初始车距，即初始车距要大于本车的位移与前车位移之差，在此基础上，也要考虑到驾驶员的心理安全距离，结合以上因素以及式(2)和式(4)可得出在前车紧急制动情况下，本车与前车最小安全距离L₁如式(5)所示：

L₁＝x_tar,1-x_pre,1+l_safe (5)

式中，L₁即为在前车紧急制动情况下，本车与前车最小安全距离，单位为m；l_safe为驾驶员的心理安全距离，单位为m；

步骤三、拟合本车紧急制动减速到与前车保持同速的最小安全距离模型：

在本车跟车行驶时，当前车车速小于本车、车距不是足够大时，两车有碰撞的危险，本车必须采取紧急制动降速，将本车速度调整为与前方车辆相同的速度时，可以避免两车碰撞，与步骤二不同的是在这种情况下，驾驶员是主动采取制动降速操作，不会经过t_reaction的时间，所以从本车驾驶员采取制动时刻开始，本车会经历一个短暂的制动延迟，然后减速度会线性上升到最大减速度，直至将速度降到与前车车速相同；如果本车将速度降至与前车速度相同时两车不发生碰撞，两车就不会有碰撞危险，因此，本车采取紧急降速期间的加速度a_tar,2的变化如式(6)所示：

式中，a_tar,2为本车采取紧急降速期间减速度的变化，单位为m/s²；由式(6)可以求得本车采取紧急降速期间的速度v_tar,2的变化如式(7)所示：

式中，v_tar,2为本车在紧急降速期间的实时速度，单位为m；由于本车速度变化是分段函数，所以要确定两车速度相同时的时间，令v_tar,2＝v_pre，可以求得本车将速度降至与前车速度相同时的时间t_s，单位为s；从而求得本车从紧急制动降速到与前车同速期间在X轴方向的位移x_tar,2如式(8)所示：

式中，x_tar,2即为本车从紧急降速到与前车同速期间在X轴方向的位移，单位为m；在本车从紧急降速到与前车同速期间，前车在X轴方向的位移x_pre,2如式(9)所示：

x_pre,2＝v_pret_s (9)

式中，x_pre,2即为本车从紧急降速到与前车同速期间内前车在X轴方向的位移，单位为m；要保证两车在此过程中不发生碰撞，就要保证两车有足够大的初始车距，即初始车距要大于本车的位移与前车位移之差，同时，也要考虑到驾驶员的心理安全距离，结合以上因素以及式(8)和式(9)可得出本车采取紧急制动降速，将本车速度调整到与前车保持同速的最小安全距离L₂如(10)式所示：

式中L₂即为本车紧急减速到与前车保持同速的最小安全距离，单位为m；考虑到前后两车车速状态的完整性，在式(10)中加入v_pre≥v_tar的情况；

步骤四、建立基于驾驶员风格的安全距离模型：

将驾驶员风格分为激进型与保守型，激进型的驾驶员在驾车时表现的更激进，要求的行车距离较小；反之，保守型的驾驶员在驾车时是表现的更保守，要求的行车距离较大；l_safe与驾驶员风格的关系如式(11)所示：

根据经验以及统计学研究给出以下参数的值如表一所示：

表一常量参数的值

参数 量纲 t_reaction 0.8s t_delay 0.2s t_preaup 0.1s t_taraup 0.2s a_{max pre} 7m/s² a_maxtar 7m/s²

本车测速系统和传感器系统会实时检测到本车车速v_tar和前车车速v_pre的值，从而会实时计算出L₁和L₂的值，通过本车雷达检测到的与前车的实际距离和行车安全关系如下：

式中S_pre,tar为本车雷达检测到的本车车头与前车车尾之间的实际距离,单位为m；

步骤五、进行安全距离预警：

根据安全等级，系统可以给驾驶员进行安全预警，预警方法有两种，一种是通过不同的提示音来提示驾驶员，另一种是通过预警安全指示灯，根据不同安全等级，预警安全指示灯会显示不同颜色，本方法选择结合以上两种方式，具体如下：

不同的指示灯颜色以及预警提示音会提醒驾驶员当前的安全状态，驾驶员能够提前做出调整，从而达到安全驾驶的目的。

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