车辆安全换道分析

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1、车辆安全换道分析摘要：通过分析换道时车辆的运动关系，使用最小安全距离作为安全换道的指标，并将安全车距的计算与车辆的当前速度，到达临界碰撞点的时间，两车的相对速度、加速度关联起来，研究了车辆碰撞的条件，给出了换道最小安全距离的计算方法，并进行了仿真与分析。本文的研究结果为实际问题中的自动换道辅助系统和自动超车辅助系统的设计和研究奠定了理论基础。关键词：交通运输安全工程；最小安全距离；智能车辆1、引言世界各国都试图通过智能车辆替代人完成驾驶任务，解决交通安全问题。但在长期的研究过程中发现：智能卒辆耍完全取代人的驾驶，技术上还存在着较大的难

2、度，因此人们从实用、安全的角度提出了安全辅助驾驶。千辆的换道少超车是常见的驾驶员操作，它是驾驶员针对周围车辆的午速、车辆间距等周边环境信息的刺激，调整并完成口身驾驶冃标策略的综合行为过程。在这样复杂的过程屮，驾驶员极可能对安全换道和超车的可行性做出错谋的判断，使车辆处在潜在的碰撞Z屮。因此，换道辅助系统应成为安全辅助驾驶的重要组成部分。目前提出的与智能车辆安全辅助驾驶相关的算法，诸如道路跟踪、车辆跟驰、车辆队列算法都取得了良好的实际效果。但由于换道为超车口身的复杂性，涉及到千辆纵向和横向的控制，所以换道辅助系统在国内并没有进行深入、系

3、统的研究。作者通过分析换道时千辆的运动关系，研究了车辆避碰的条件，给出了换道最小安全距离的计算方法，为实际问题屮的自动换道辅助系统的设计和研究奠定了必要的理论基础。2、条件设定车辆换道碰撞主要冇追尾、角碰（以一定角度撞向前车）、侧碰等形式。定义/（）为开始实施换道的时刻；。为车辆到达碰撞点的时刻；°为车辆完成换道的时刻；T为车辆换道完成后的任一段时间。2.1换道环境的简化图1是一•个较为完整的换道环境。其中Co为换道车辆，C］和c2分别是相邻车道上的前、后车辆，C3和G分别是同车道上的前、后车辆。当c（）换道时，它以侧向加速度从当前车

4、道的c3和c4之间移动到g和c2之间。图1复杂的换道环境建立图1所示的坐标系，axPvvPx,>ayi>vvP分別表示年辆的纵向加速度、纵向速度、纵向位置、横向加速度、横向速度和横向位置,其中疋{C0,C,,C2,C3,C4},并且兀•、X是指2•车辆的右上点，如C。车的P点。为便于讨论，作出以下简化如图2所示：①C。和C3在同年道上，相邻年道无车辆；②C3在年道前方；③C3匀速直线行驶，即(1)图2简化的换道环境2.2横向加速度模型车辆换道过程小，横向加速度可用卜•式描述:27rD.2加/sin0tc积分可得车

5、辆换道过程屮的横向速度和位移:tctct<0或/>tcDsint»c.2加Dt+——0

6、为碰撞点。分析该种情况下的最小安全距离即可避免碰撞。图4碰撞的临界位習Sq=)么&=Ac諾=比=Ac詰-Wqcos(&(f))=-⑷心cos(0(/))(8)式中：七为C（）初始位置上边界到换道后C。右上点的距离；％。为G）车的宽度。由于=0，则换道过程中保持不变。分析以上车辆间的位置关系，车辆不发生碰撞的条件为:C()在t时刻相对于X轴的夹角&(/)由下式得出：5匕⑴七卫)(10)如WanEM/叭%⑴dxc()令丫⑴=弋⑴_(xc0⑴+厶g+Wqsin(0(t)))(11)车辆不发生碰撞，应保证车辆在到达临界碰撞点前的所冇时间内满足

7、5(/)>0,即S(t)=5*(°)+J(J：(叫⑴一％⑴丽。+(匕(0)(0))/>0(12)式中€(0)=Xq(0)一厶g-Xq(0)te(O,rpJ(13)为了寻找能使c()和C3不产生碰撞的最小初始值，分析上式可得出:恥=maxJ(J：(%⑴-aCoX⑴)dfdcr+(%(0)-g(0")rw(0,°](14)从上式可以看出：C()、G两车Z间的最小无碰撞距离是由两车的相对纵向加速度、两车初始的相对纵向速度和到达碰撞点的时间6共同决定的。4、仿真与分析在正常的换道过程中，车辆换道的角度一•般小于5。，即车辆纵向速度分量变化很小

8、,可认为C。的纵向速度vc()v=const,即有^.(r)=O,/G{Co,C3)e根据式(12),Co与C3的最小安全距离为：刃)"(())+(%(())-匕(()))t>0(15)因此无碰撞最小安全距离为：%=ma