汽车防追尾预警系统安全距离模型研究_潘杰_李萍

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汽车防追尾预警系统安全距离模型研究

文/潘杰　李萍

【关键词】汽车 追尾 预警 安全距离

汽车防追尾碰撞预警系统功能是当发现自车与前方车辆之间的距离小于安全距离时，系统同报警，提醒驾驶员刹车。这一功能指的实现是利用车载雷达传感器探测自车和前车的距离和相对速度，当车间距离降到规定值时，系统发出声音和灯光报警信号，提醒驾驶员准备制动或实施制动，并在一液晶显示屏上显示出此时的车间距离、两车相对速度。

全状态会进行相应的报警。系统采用两次报警，如果实际测量距离大于提醒报警距离时，系统不报警，即为安全行车状况；如果实际测量间距小于提醒报警距离而大于危险报警距离时，显示屏黄灯亮，即为提醒报警状态，提醒驾驶员需要松开油门踏板;如果实际测量间距小于危险报警距离时，显示屏红灯亮且蜂鸣器会发出长鸣报警，即为危险状态，要求驾驶员必须紧急制动，否则就能有危险发生。

图1：汽车防追尾预警系统组成方框图

间安全距离较长，将影响高速公路的通过能力，不利于社会经济的快速发展。为此，当采用车用防撞系统后，应该建立相应的比较精确的安全距离判断模型，以缩短车间安全距离，从而提高道路的通过能力。

1 汽车防追尾预警系统总体方案设计

整个系统由信息采集单元、系统主控单元、显示报警单元组成。信息采集单元由测距雷达、自车速度传感器、转向角传感器、制动传感器、加速踏板传感器和路面情况选择开关等组成，用来采集自车行驶过程中各种系统所需要的数据及开关量；系统主控单元用来接收信息采集单元发过来的数据，对数据进行处理判断；显示报警单元包括液晶显示屏、报警蜂鸣器、报警指示灯等 。图1所示为汽车防撞报警系统的结构示意图。

4 安全距离模型的建立

汽车防追尾预警安全距离模型是根据车间距离、自车和前车的运动距离进行安全判断，主要有三部分组成，即：自车制动距离X1，两车车间距d，前车运动距离X2。安全距离模型如图2所示。

保证行车安全则需要使：d> X1 X2+d0 成立。式中：d0是两车之间保持的一定的距离，一般取5米。

系统利用安全距离模型进行报警判断，进而给出当前车的状态：分为正常驾驶、提醒报警、危险报警三种状态。为驾驶员安全驾驶提供参考。

（1）正常驾驶状态：当车间距离d> X1 X2+25 时 ，行驶状态显示为“正常驾驶”，这时候 没有与前车相撞的危险。

（2）提醒报警状态： 当车间距离的d满足：X1 X2+25>d>X1 X2+5，行驶状态显示为“提醒报警”，驾驶员应该适当减速。

（3）危险报警状态：d<X1 X2+5，当车间距离 行驶状态显示为“危险报警”，提醒驾驶员立即刹车。4.1 自车制动距离计算

由安全距离模型可知，汽车的安全距离不仅和自车的速度有关，还和自车的加速度有关，

3 安全距离概念

在我国，高速公路既限制最低车速（50km/h），又限制最高车速（120km/h），从而使车辆的运行速度控制在一定的范围内 。加之高速公路本身的结构特点，排除了横向交通和低速车辆的干扰，容易使车辆形成一个稳定的车辆流，一般称这种交通条件为理想的交通条件 ，即在同一条车道上，同向行驶的车辆以相近的速度、连续不断地行驶，并且各车辆之间保持着一定的车间距，构成了一种稳定交通流。在实际运行过程中，如果跟随车辆的车间距过小，则容易发生追尾碰撞事故；反之若车间距过大，则会影响道路的通行能力，因此必须将车辆间的距离控制在一定范围内，在保证安全的情况下尽量提高道路的通过能力，从而引出了行车安全这一概念。具体定义是指在同一条车道上，同向行驶前后两车间的距离（后车车头与前车车尾间的距离），保持既不发生追尾事故，又不降低道路通行能力的适当距离。在我国的高速公路的管理中，一般根据工程技术标准设定了车辆之间的安全间距 ，若安全车距在没有任何辅助设施帮助的情况下设定，车

2 汽车防追尾预警系统的工作原理

系统利用安装在汽车前保险杠上的测距雷达传感器实时测量自车与前方目标物间的距离和相对速度等信息，并通过CAN总线网络发送到主控单元子系统;利用安装在车上的霍尔车速传感器测得自车速度信号，送入信息采集单元中进行处理计算，计算出实时速度值;转向角、制动信息、加速信息及路面情况以开关量的形式输入到信息采集单元，信息采集单元子系统把所有传感器的信息进行处理后通过CAN总线发送给主控单元子系统。主控单元子系统根据采集的数据对当前的行车安全状态进行判断处理，并给出处理结果，然后把处理好的结果通过CAN总线接口发送给显示报警单元子系统；显示报警子系统根据发过来的信息，实时显示速度和距离，如果车辆处于不安

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也与前车的速度和加速度紧密联系。接下来根据自车的速度和加速度来计算自车的制动距离X1，根据前车的速度和加速度来计算前车的运动距离X2。汽车制动时间可分为四个阶段：驾驶员的反应时间tr，制动器协调时间ta、减速度增长时间ts，持续制动时间tv，则制动过程如图3所示。

设以下参数 ：va：自车速度；vrel：两车相对速度；a：自车紧急制动时的制动减速度；tr：驾驶员反应时间；ta：制动器协调时间；ts：制动减速度增长时间；d：自车与前车之间的间距；

由图3可知自车的制动运动过程分为三个阶段：匀速运动阶段、减速度增长阶段和持续制动阶段。因此自车制动距离可以分为一下三个部分 。

（1）匀速运动阶段。在制动协调时间tr

和驾驶员反应时间 ta内，车辆没有产生制动力，所以仍以制动前的初速度va运行。tr+ta 时间内行驶的距离S1为：

S1=va(tr+ta ) (1)（2） 减速度线形增长阶段。在减速度增长时间ts内，其增长基本上为线性增长，由图4 可以看出 任一时刻减速度：

a'=

t (2)

2 (3)

图3：制动减速度与时间关系图

因 最后一项比较小，可以忽略不计则X1=va+(tr+ta)+

理后得到前车的速度、加速度，最后进行安全

距离的计算。系统根据汽车刹车器的不同而采用的恒定值：制动器协调时间ta取0.2秒、驾驶员反应时间tr取1秒，制动加速度增长时间ts取0.2秒、安全距离d0取5米等等。

a

图2：汽车防追尾避撞安全距离模型

ts时间段速度：v=vaa 所以：S2=atSts2 (4)

（3）匀减速阶段。tv时间内驶过的距离 S3，这段时间内加速度a是个定值，令tv时间段的初速度为v'，所以末速度速度为：

v=v' a∫dt=v' at （5）v'同时也是ts时段的末速度，即：

v'=vats （6）把v'代入式 （5）考虑到在ts时间末速度为零，即可求出：

v'=vats at (7)tv这就是计算汽车制动距离的公式。4.2 前车运动距离计算

设前车被发现时速度为vt，加速度为at。车载雷达对前车的运动状态实时跟踪，不断采集计算出前车的运动信息包括实时速度和加速度，更加准确地计算出前车下一时间的运动距离。和以前的算法相比，本算法实时采集计算前车的速度和加速度，更加准确地计算出前车下一时刻的行驶状况，同时物理意义也更加明确。在这段时间里，假设前车一直保持其原来的运动状态。可得前车的运动距离为：

X2= vttt2 （12）

参考文献

[1]马骏.高速公路行车安全距离的分析与

研究[J].西安公路交通大学学报,1998, 18(4).

[2]徐杰，杜文，孙宏. 跟随车安全距离分析

[J]. 交通运输工程学报，2002,2(1).[3]陈光武,侯德藻,李晓霞等.高速公路

实用安全车距计算模型[J].人类工效学,2001(07).

[4]王军雷,应世杰,李百川.高速公路汽车

追尾预警系统的开发研究[J].安全与环境学报,2006(06).

[5]杨伟,徐杰,李宗平.高速公路上跟随车

安全距离的一种确定方法[J].四川工业学院学报,2001,21(01).

所以可得：S3=ats at)dt

式中：t=tr+ta+ts+tv。

5 模型中参数的确定

=

(va2 avats

自车速度va由安装自车上的霍尔传感器测得，自车加速度a由安装在自车上的加速度传感器测量得到。两车相对速度Δv、两车的相对加速度Δa、车间距离d0由雷达传感器测量并且经过滤波处理得到，然后经过计算机处

由以上各式可得出制动距离： X1=s1+s2+s3=va+(tr+tats (10)

2

作者单位

郑州升达经贸管理学院信息工程系　河南省郑州市　451191

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