嵌入式汽车纵向碰撞预警系统研究

嵌入式汽车纵向碰撞预警系统研究

式中：L2，L1，L0分别为不同时刻测量得到本车与前车的距离(单位：m)；vb1，vb2，vq1，vq2分别为本车与前车不同时刻的速度(单位：m／s)；vrel1，vrel2分别为本车与前车不同时刻的相对速度；ab，aq分别为该时刻下本车与前车的减速度(单位：m／s2)；△t为间隔时间(单位：s)。

　　(1)|vq1，vq2|<εv时，前车处于静止状态，εv是测量允许误差，由实验确定取值。

　　(2)|vq1，vq2|>εv，且|vq1-vq2|<εv，且vq1<vb1，vq2<vb2时，前车处于匀速行驶且本车速度高于前车。

　　(3)|vq1，vq2|>εv，且|vq2-vq1|>εv，且vq2<vq1时，前车减速行驶，减速度为。

3 基于前车状态和安全系数的纵向碰撞预警算法

　　3．1 纵向碰撞预警模型的建立

　　汽车纵向碰撞预警系统在保证行车安全性和保障公路通行能力的同时，还要维持驾驶员对系统的信任度，如果预警系统的预警安全车距经常大于驾驶员自己对安全车距的判断时，由于系统的频繁报警可能导致驾驶员忽视系统的报警信号或放弃对系统的使用。本文设计的预警算法利用前车的状态确定安全系数，改善系统的预警时机控制，提高系统预警的安全性能，增加系统的可信任度。

　　建立最小安全车距预警算法如下：

   式中：Ld是预警系统开始报警时刻的安全车距；Ls是根据汽车制动理论以及本车与前车不同状态时计算的最小安全车距；γ是基于前车状态的安全系数权重。最小安全车距Ls的计算公式如下：

      式中：t为制动操作反应时间(单位：s)；vs，vq分别为本车、前车制动前的初始速度(单位：m／s)；vrel为两车相对初始速度(单位：m／s-)；D0为两车停止或两车速度相等时安全间距，一般取2～5m。

      安全系数γ的取值规则如下：

　　前车处于静止状态，或者前车匀速行驶且本车的速度快于前车，即aq=0，以本车最大减速度计算的安全车距比较合理。实际交通中驾驶员考虑到乘车舒适性而较少用最大减速度操作，在未到最小安全车距之前已经采取措施，预警模型的主要作用是提醒驾驶员疏忽或注意力分散时的操作状态，故安全系数权重γ=1。

　　前车突然减速时，有三种情形：

　　(1)两车减速度相等，满足公路行车的一般条件，以此种情况计算的安全车距为基数，通过测算前车的减速度，确定安全系数权重γ。

　　(2)本车减速度小于前车减速度，本车制动效能差于前车属于最危险情况，但出现的概率不多。

　　(3)本车减速度大于前车减速度，本车制动强度高于前车制动强度，或本车制动强度随前车的变化而变化，并且始终高于前车，是公路行车常见的情况。此时，计算的安全车距过小，不适宜作为预警依据。

　　综上所述，当aq=0时，如上所述γ=1；当aq<5．0 m／s2时，本车减速度有能力高于前车减速度，取γ=0．8；当5．0<aq<6．8 m／s2时，认为本车减速度能够等于前车的减速度，取γ=1；当aq>6．9 m／s2时，考虑不利条件即本车减速度小于前车的减速度，取γ=1．2。

　　3．2 试验验证

　　在结构化道路上选用五菱之光6400C3加长版微型车作为实验车辆，利用上述基于前车状态和安全系数的安全车距预警算法对车辆跟驰距离的预警时刻进行验证。结果表明，系统能够可靠地给出预警，并且预警时刻的车间距离对于驾驶员是可接受的。

　　图2是前车匀速行驶，本车加速行驶时的报警时刻截图。此时，车间距离为24．895 m，两车相对速度为5．513m／S；

　　图3为前车减速行驶，本车以90 km／h匀速行驶时的报警时刻截图。此时，车间距离为45．847m，两车相对速度为8．571m／s。