考虑驾驶人反应能力的换道场景车辆风险动态评价方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑驾驶人反应能力的换道场景车辆风险动态评价方法，属于车辆风险监测与预警领域，包括根据前、后车实时相对运动状态判断动态最小安全距离，考虑驾驶人反应能力的制动距离差异化计算方法，以及换道场景中的车辆风险动态预测方法，本发明专利技术通过计算前、后车的实时最小安全距离为动态预测车辆风险状态提供支撑，使用时间裕度作为驾驶人反应能力和碰撞风险的评价指标，实现对换道场景的车辆风险状态进行预测，能够实时监控跟车场景中自车与周围车辆的相对运动状态，计算车辆风险状态预测结果，能够为车辆风险监测与避撞系统提供技术积累和理论支撑。统提供技术积累和理论支撑。统提供技术积累和理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
考虑驾驶人反应能力的换道场景车辆风险动态评价方法


[0001]本专利技术属于车辆风险监测与预警领域，更为具体地，涉及一种考虑驾驶人反应能力的换道场景车辆风险动态评价方法。

技术介绍

[0002]驾驶安全是研究人员和相关机构共同关注的问题，根据2015年世界卫生组织发布的《全球道路安全状况报告》，全球每年约有125万人死于道路交通事故；根据国家安监总局国际交流合作中心、交通运输部国际合作事务中心和德国机动车监督协会联合调查的数据显示，中国近十年的年交通事故数量均超过20万次。由此可见，及时、可靠地监测车辆的风险状态，是改善道路交通安全的有效途径，能够为车辆风险监测与避撞系统提供技术积累和理论支撑。
[0003]换道导致碰撞事故的常见原因是在驾驶人主动换至有车车道或避让前车换道时，驾驶人难以正确的衡量前、后车的相对运动状态和相对距离的关系，使得两车的相对距离低于届时的最小碰撞距离，于是发生碰撞。
[0004]在车辆风险监测领域，主要的风险监测途径包括时间参数、距离参数和减速度参数。在跟车场景中，最常使用的参数是临碰撞时间(Time to Collision,TTC)，以此评价前、后车的碰撞风险；此外，车头时距(Time Headway,THW)是自车与前车之间的时间间隔，车头时距代表着前后两辆车的前端通过同一地点的时间差，可以在一定程度上度量车辆碰撞风险，可以与TTC作为互补指标综合评价车辆风险状态。然而，在跟车场景的车辆风险预测研究中，TTC无法用于相对速度低或接近于0km/h的跟车场景，THW则忽略了前车的速度变化。因此，基于TTC和THW的车辆风险监测技术存在一定的局限性，忽略了自车与周围车辆之间时变的相对运动状态，有机动性不足、灵活性差和适用范围窄的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种考虑驾驶人反应能力的换道场景车辆风险动态评价方法，通过计算前、后车的实时最小安全距离为动态预测车辆风险状态提供支撑，使用时间裕度作为驾驶人反应能力和碰撞风险的评价指标，实现对换道场景的车辆风险状态进行预测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：考虑驾驶人反应能力的换道场景车辆风险动态评价方法，该方法应用于后车与前车的相对运动状态工况，以后车为主体由驾驶人操控自车换道引发潜在风险的情况，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤S1：定义时间裕度概念
[0008]以驾驶人在潜在风险换道场景下进行避撞操作需满足的最大反应时间作为时间裕度；
[0009]步骤S2：根据前、后车实时相对运动状态，确定时变最小纵向安全距离；
[0010]所述时变最小纵向安全距离为前车突然紧急制动，后车经过反应和制动，两车减
速至完全停止且不发生碰撞；
[0011]步骤S3：根据驾驶人的制动全过程，确定车辆制动过程的总制动距离；
[0012]所述驾驶人的制动全过程分为四个阶段，四个阶段分别为驾驶人收到大脑决策信号后作出反应阶段、制动器发生作用阶段、持续制动阶段和放松制动器阶段；
[0013]步骤S4：建立车辆风险预测模型
[0014]①
根据所述时变最小纵向安全距离和所述车辆制动过程的总制动距离建立避让换道场景中的车辆风险预测模型；
[0015]②
根据所述时变最小纵向安全距离和所述车辆制动过程的总制动距离建立换至有车车道场景中的车辆风险预测模型；
[0016]步骤S5：车辆风险等级划分
[0017]①
避让换道场景中的车辆风险等级划分
[0018]基于避让换道场景中的时间裕度数据，使用K
‑
means聚类和方差分析法对车辆风险等级进行划分，得到6个风险等级，且风险等级级别的严重程度按照级别顺序依次降低，1级风险最高，6级风险最低；
[0019]②
换至有车车道场景中的车辆风险等级划分
[0020]基于换至有车车道场景中的时间裕度数据，使用K
‑
means聚类和方差分析法对车辆风险等级进行划分，得到6个风险等级，且风险等级级别的严重程度按照级别顺序依次降低，1级风险最高，6级风险最低。
[0021]进一步，所述步骤S2中根据前、后车实时相对运动状态，确定时变最小纵向安全距离的过程如下：
[0022]1)定义两车之间的纵向距离：以后车前端和前车后端的距离为两车之间的纵向距离；
[0023]2)根据两车之间的纵向距离，确定两车之间的最小安全纵向距离的过程如下：
[0024]沿着车道长度方向，两车同向行驶，前方车辆以最大制动减速度a
max,brake
制动，在制动反应时间τ
′1内，后方车辆以a
max,accel
加速，然后以最小制动减速度a
min,brake
减速至停车，整个过程未碰撞，则最小安全纵向距离为：
[0025][0026]其中：
[0027][0028]其中，v
r
和v
f
分别是后车和前车车辆的纵向速度；τ
′1是制动反应时间；a
max,brake
是
最大制动减速度；a
max,accel
是最大加速度；a
min,brake
是最小制动减速度；L
min
是最小纵向安全距离；
[0029]3)不发生碰撞的临界条件
[0030]前、后辆车初始时刻不碰撞的临界条件：L0＞0；
[0031]两车制动至静止的时刻，不发生碰撞的临界条件是：
[0032][0033]其中，L0是前、后两车之间的初始距离；a
max,brake
是最大制动减速度；a
max,accel
是最大加速度；a
min,brake
是最小制动减速度；为制动反应时间内速度的最大值。
[0034]进一步，所述步骤S3中根据驾驶人的制动全过程，确定车辆制动过程的总制动距离的过程如下：
[0035]当驾驶人观察到前方路况异常时会自主将右脚移至制动踏板上，紧急踩下制动踏板一直到踏板最大行程处，直到自车静止，驾驶人的制动全过程分为四个阶段：驾驶人收到大脑决策信号后作出反应、制动器发生作用、持续制动、放松制动器，车辆制动过程的总制动距离满足如下公式：
[0036][0037]式中：s为总制动距离；u(0)为车辆初速度；a
b
(e)为车辆保持匀减速运动之前时刻的减速度；τ
′1代表驾驶人的制动反应时间；τ
″1代表驾驶人脚掌由油门踏板转移到制动踏板所需的移动时间，τ
″1取0.1s；上述两段时间之和记为τ1，即τ1＝τ
′1+τ
″1；τ
′2代表制动踏板设计冗余行程的时间即制动系间隙协调时间；τ
″2代表制动踏板有效行程由零达到最大行程所用的时间即制动力作用时间；制动系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑驾驶人反应能力的换道场景车辆风险动态评价方法，该方法应用于后车与前车的相对运动状态工况，以后车为主体由驾驶人操控自车换道引发潜在风险的情况，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：定义时间裕度概念以驾驶人在潜在风险换道场景下进行避撞操作需满足的最大反应时间作为时间裕度；步骤S2：根据前、后车实时相对运动状态，确定时变最小纵向安全距离；所述时变最小纵向安全距离为前车突然紧急制动，后车经过反应和制动，两车减速至完全停止且不发生碰撞；步骤S3：根据驾驶人的制动全过程，确定车辆制动过程的总制动距离；所述驾驶人的制动全过程分为四个阶段，四个阶段分别为驾驶人收到大脑决策信号后作出反应阶段、制动器发生作用阶段、持续制动阶段和放松制动器阶段；步骤S4：建立车辆风险预测模型
①
根据所述时变最小纵向安全距离和所述车辆制动过程的总制动距离建立避让换道场景中的车辆风险预测模型；
②
根据所述时变最小纵向安全距离和所述车辆制动过程的总制动距离建立换至有车车道场景中的车辆风险预测模型；步骤S5：车辆风险等级划分
①
避让换道场景中的车辆风险等级划分基于避让换道场景中的时间裕度数据，使用K
‑
means聚类和方差分析法对车辆风险等级进行划分，得到6个风险等级，且风险等级级别的严重程度按照级别顺序依次降低，1级风险最高，6级风险最低；
②
换至有车车道场景中的车辆风险等级划分基于换至有车车道场景中的时间裕度数据，使用K
‑
means聚类和方差分析法对车辆风险等级进行划分，得到6个风险等级，且风险等级级别的严重程度按照级别顺序依次降低，1级风险最高，6级风险最低。2.根据权利要求1所述的考虑驾驶人反应能力的换道场景车辆风险动态评价方法，其特征在于：所述步骤S2中根据前、后车实时相对运动状态，确定时变最小纵向安全距离的过程如下：1)定义两车之间的纵向距离：以后车前端和前车后端的距离为两车之间的纵向距离；2)根据两车之间的纵向距离，确定两车之间的最小安全纵向距离的过程如下：沿着车道长度方向，两车同向行驶，前方车辆以最大制动减速度a
max,brake
制动，在制动反应时间τ
′1内，后方车辆以a
max,accel
加速，然后以最小制动减速度a
min,brake
减速至停车，整个过程未碰撞，则最小安全纵向距离为：其中：
其中，v
r
和v
f
分别是后车和前车车辆的纵向速度；τ
′1是制动反应时间；a
max,brake
是最大制动减速度；a
max,accel
是最大加速度；a
min,brake
是最小制动减速度；L
min
是最小纵向安全距离；3)不发生碰撞的临界条件前、后辆车初始时刻不碰撞的临界条件：L0＞0；两车制动至静止的时刻，不发生碰撞的临界条件是：其中，L0是前、后两车之间的初始距离；a
max,brake
是最大制动减速度；a
max,accel
是最大加速度；a
min,brake
是最小制动减速度；为制动反应时间内速度的最大值。3.根据权利要求2所述的考虑驾驶人反应能力的换道场景车辆风险动态评价方法，其特征在于：所述步骤S3中根据驾驶人的制动全过程，确定车辆制动过程的总制动距离的过程如下：当驾驶人观察到前方路况异常时会自主将右脚移至制动踏板上，紧急踩下制动踏板一直到踏板最大行程处，直到自车静止，驾驶人的制动全过程分为四个阶段：驾驶人收到大脑决策信号后作出反应、制动器发生作用、持续制动、放松制动器，车辆制动过程的总制动距离满足如下公式：式中：s为总制动距离；u(0)为车辆初速度；a
b
(e)为车辆保持匀减速运动之前时刻的减速度；τ
′1代表驾驶人的制动反应时间；τ
″1代表驾驶人脚掌由油门踏板转移到制动踏板所需的移动时间，τ
″1取0.1s；上述两段时间之和记为τ1，即τ1＝τ
′1+τ
″1；τ
′2代表制动踏板设计冗余行程的时间即制动系间隙协调时间；τ
″2代表制动踏板有效行程由零达到最大行程所用的时间即制动力作用时间；制动系间隙协调时间和制动力作用时间之和为τ2，τ2＝τ
′
22
+τ
″2。4.根据权利要求3所述的考虑驾驶人反应能力的换道场景车辆风险动态评价方法，其特征在于：所述步骤S4中避让换道场景中的车辆风险预测模型如下：在换道场景中，前车紧急制动，后车为了避免发生碰撞而采取避让换道行为，后车既有匀减速运动还有侧向运动；
将前、后车在完成换道避让的过程拆分为两个阶段：阶段(1)是驾驶人反应迟滞阶段，设u
r
(0)为后车速度的初速度，τ
′1为驾驶人的制动反应时间，从前车有制动行为时开始，后车在驾驶人反应迟滞阶段的移动距离为|AF|＝τ
′1·
u
r
(0)；阶段(2)，前车制动至静止u
f
(t)＝0，后车制动并横向避让，后车的质心沿x轴方向位移记为|FE|＝s
r
，即，s
r
为后车跟驰距离，后车在此段位移为变减速运动，其计算方法如下式：式中，n为采样点数量，u
rx
(t
i
)为后车沿x轴方向的t
i
时刻行驶速度，Δt为数据的采样时间间隔，其中x轴方向为车道长度方向；为了计算后车的横向位移，采用基于正弦函数的加速度模型描述车辆变道轨迹，车辆变换完车道的横向位移为P，取P＝3.40m；y轴方向的行驶速度为u
ry
(t)、加速度为a
ry
(t)，y轴方向为车道宽度方向；t
merge
为换道持续时间；t
adjust
为车辆在变换车道行驶前进行纵向调整车速的时间，取t
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭柏苍，金立生，谢宪毅，许新亮，李小特，王欢欢，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：