汽车防追尾预警系统安全距离数学模型_田哲文.pdf

第31卷第4期武汉理工大学学报信息与管理工程版Vo.l31No.4
2009年8月JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)Aug.2009

文章编号:1007-144X(2009)04-0590-04文献标志码:A

汽车防追尾预警系统安全距离数学模型
田哲文,刘峰宇,邓亚东,代宏伟,雷帅
(武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070)

摘要:分析了汽车防追尾预警系统的设计要求,在常用安全距离算法基础上,结合汽车制动过程的运动学分
析,建立了一种改进后的安全距离数学模型。在设定的道路交通模式下,分析了预警度概念下的控制策略。
仿真结果表明,该模型能适用于多种不同道路交通状况,运行中的自车系统能通过实时判断车辆当前状态下
的危险度,发出不同等级的预警。
关键词:防追尾;安全距离;分级预警;汽车
中图分类号:U461.91DOI:10.3963/.jissn.1007-144X.2009.04.020

随着我国公路的快速发展,交通事故特别是
追尾事故呈上升态势。汽车防追尾预警系统的关
键是对安全距离的判断。常用固定距离保持法和
车间时距算法[1]所建立的安全距离模型存在算
法不灵活和精度不高等问题[2]。笔者针对常用
算法的不足,建立了一种改进的数学模型,在此基
础上建立分级预警机制更适合车辆的智能驾驶,
并通过Matlab仿真验证了其准确性和有效性。

1数学模型的建立

1.1防追尾预警系统的组成图1防追尾预警系统基本结构图
防追尾预警系统由车况信息采集模块、模式
1.3安全距离模型
选择模块、中心控制模块和预警模块部分构成。
4在监测到可能发生追尾危险后,系统发出预警
车况信息采集模块将实时车况信息送入中心控制信号,驾驶员操作自车制动,直至危险消除[4]。在
模块。中心控制模块根据驾驶员选择的道路交通
此过程中,自车与前车的车间距达到最小时刻为最
模式,设定计算参数,分析计算所需安全距离,并
危险时刻tc。设vf为前车速度,af为前车制动减速
与当前车距比较,做出车辆危险度判断。预警模
度,vr为自车速度,ar为自车制动减速度。d为防
块根据中心控制模块的指令发出预警。其基本结
止与前车相撞所需的安全距离,D为两车当前车间
构如图1所示。
距,Sr为自车运动距离,Sf为前车运动距离,d0为
1.2模型建立的原则[5]
适当停车距离,一般取2~5m,笔者取d0为2m。
根据大部分驾驶员的驾驶习惯和对报警系统
两车运动的相对位置如图2所示。
期望达到的效果,汽车防追尾安全距离模型建立
的原则[3]如下:在最危险时刻前后两车尚能保
持一定的行车间距;预警后保证驾驶员有充足
的时间正确操作车辆,防止追尾发生;防止出现
频繁预警影响驾驶员的正常操作。
图2车辆运动相对位置图

收稿日期:2009-04-20.
作者简介:田哲文(1972-),男,湖北仙桃人,武汉理工大学汽车工程学院讲师.
第31卷第4期田哲文,等:汽车防追尾预警系统安全距离数学模型591

假设忽略制动迟滞时间tp内的制动力变化,当前车初始速度为零时,vf=0,af=0,前车速

自车在tp内保持匀速运动;自车制动时,以恒定度曲线与坐标轴t重合,式(4)可简化为:
2
的制动减速度运动;预警后,前车保持当前的运动d=vrtp+vr(2ar)+d0(5)

状态,两车运动关系图如图3所示。(2)如图3(b)所示,在tp时刻后的制动过程
中,自车速度一直大于前车速度,前车停车后,自
车仍在向前运动,两车间距仍不断缩小,这种情况
下,最危险时刻为自车停车时刻。安全距离为:
tctc
d=Sr-Sf+d0=vrdt-vfdt+d0=
00
22
vrvf
vrtp+-+d0(6)
2ar2af

当两车初速度相同vr=vf,制动加速度相同

ar=af=amax时,式(6)可简化为:

d=tpvr+d0(7)
这与车间时距模型是相似的。
综上所述,式(3)、式(6)涵盖了追尾行驶系
统中的所有运动状态,因此可得统一安全距离为:
22
(vr-vf)+2ar(vr-vf)tp+afartp
+d0
2(ar-af)

d=af<ar且vraf<arvf-araftparvr
22
vrvf
vrtp+-+d0其他
2ar2af
(8)
当由式(8)计算出的d小于0时,代表该运
动前车运动距离大于自车运动距离,即前车离自
车越来越远,两车间距不断增大,因此在该状态下
图3两车运动关系图
绝对安全。

前车开始制动直至停车,后车在时间tp后也由于在计算中只考虑了前车减速或匀速运动
紧急制动,由于在行驶过程中,车辆运动状态不状态,而当前车加