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汽車超車安全輔助判斷系統(tǒng)的研究

文檔作者：許穎岳大軍趙洋張廣志文檔來源：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院車輛工程教研室		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月10日
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2010年第3期
(總第224期)
農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT&amp;amp;VEHICLE ENGINEERING
No．3 20lO
(Totally 224)
doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2010．03．005
汽車超車安全輔助判斷系統(tǒng)的研究
許穎，岳大軍，趙洋，張廣志
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院車輛工程教研室，湖南長沙。410128)
摘要：超車所引發(fā)的交通事故中，絕大多數(shù)都是在超越車超車時，因駕駛?cè)藛T的判斷錯誤而造成。為減少此類
事故，增加對超車安全間距判斷的準(zhǔn)確性，協(xié)助駕駛?cè)藛T做出正確的選擇，利用現(xiàn)代計算機、電子技術(shù)等措
施，將車速、車間間距、駕駛?cè)藛T狀態(tài)、天氣狀況、道路狀況等變量結(jié)合起來。運用運動學(xué)分析方法．建立了汽
車超車安全距離的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計出能否安全完成超車的判斷流程圖。實際應(yīng)用中?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)的實時運
算判斷，給出是否可以安全超車的建議。
關(guān)鍵詞：輔助判斷；安全距離；運動學(xué)分析；超車；流程圖
中圖分類號：u461．9l 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673—3142(2010)03—0019一04
Research on Overtaking Safety in Vehide Assisting Determination System
xu Ying，YUE Da--jus，ZHAO Yang，ZHANG Guang-zhi
(Teaching&amp;amp;Re．a(chǎn)rch Section of Vehicle Engineering，CoUege of Engineering，Hunan Agricultural University。
Changsha 410128，China)
Abstract：The overwhelming majofiW of t礎(chǔ)c accidents caused by overtaking a艙due to the driver's misjudgmenL In order to
reduce such incidents，increase exactitude of judgment for overtaking safe distance，and help the driver to make right choice。in
this paper，making Use of measures聃modem computer，electronics and 80 on，combining variables such a8 speed，distance，
driver's state，weather state，road state of vehicles goiIlg in the鞠me direction together，using the kinematics analytical method，the
mthematical model of the overtaking safe distance wag set up，and the flow di哪≯鋤for judge whether the vehicle completes
overtaking safely or not Wag designed．In practice，advice call be given to driver on overtaking or not tllmugh system's true-time
operation judgmenL
Keywords：agsistlng determination；safe distance；kinematics analysis；overtaking；flow diagram
莉吾
超車是一種常見的交通現(xiàn)象．是指同一車道
行駛的車輛，后車從左側(cè)超越前車的行為。這種在
各種道路中極為普遍的現(xiàn)象。實際上是一個相當(dāng)
復(fù)雜的車輛運動學(xué)過程。尤其是在雙車道公路上．
超車車輛在超車過程中必須占用對向車道，車輛
只能在對向車道有足夠的超車安全間距時才有變
換車道進行超車的可能．否則只能降速保持跟車
行駛狀態(tài)。而侵占對面來車行駛路線強行超車、騎
壓中心實線超車、高速超車、超車跟車太近、超車
后不給被超車輛留出安全距離便向右變道等違法
收稿日期：2009—12—21
作者簡介：許穎(1984一)，男，湖南張家界人，硬士研究生，主要從
事電氣化與自動化研究。
通訊作者：岳大軍(1953一)，男，湖南邵陽人，教授，主要從事農(nóng)業(yè)
工程和汽車電氣方面的教學(xué)科研工作。
超車行為，極易導(dǎo)致刮擦、傾翻、追尾、迎面碰撞等
交通事故。
根據(jù)交通事故統(tǒng)計調(diào)查報告顯示。正面碰撞
和側(cè)面碰撞事故類型占所有交通事故類型總起數(shù)
的比率為55．53％t1I；違法占道行駛、逆行、違法超
車等幾種違法行為所導(dǎo)致的交通事故占所有交通
事故總起數(shù)的20．73％閉。而其中大多數(shù)超車引發(fā)
的事故都是由于超車時，駕駛?cè)藛T對超車安全間
距的人為判斷錯誤所造成。日本的一篇報道指出，
2003年日本的公路交通事故總數(shù)和死亡人數(shù)比
2002年相對減少了約7．5％．而在汽車上采用主動
安全技術(shù)和裝置被認(rèn)為是減少的主要原因131。研究
“汽車超車安全輔助判斷系統(tǒng)”就是為了協(xié)助駕駛
人員在超車時對超車安全間距作出準(zhǔn)確地判斷。
輔助其完成超車動作的一種汽車主動安全技術(shù)。
一19—
萬方數(shù)據(jù)
2010年第3期農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程
1 系統(tǒng)構(gòu)成與原理
本系統(tǒng)能為駕駛?cè)藛T在打算超車時提供超車
安全性的預(yù)測信息，對即將發(fā)生的危險給出預(yù)測
報警，以達(dá)到提醒駕駛員，輔助其安全地完成超車
動作。系統(tǒng)主要由傳感器單元、人工選擇單元、主
控單元和聲光報警單元組成，如圖1所示。
傳I左舅逮■達(dá)I
超
f
苧『毛測速膏遮I 安I指示燈撮■模塊
i I自牟速度傳!自到一全
■
元I油『】伯■傳感囂l 肪【聲音報警模塊I
冉)
斷
1人工匭圃l藏晶顯示模塊I 蕞
l選舞[≥ 塊
單元I夭氣狀況信息l
聲光報警簟元
主控●元
圖1系統(tǒng)構(gòu)成
傳感器單元負(fù)責(zé)采集超越車的實時車速、被
超車的實時車速以及其與超越車的實時距離、所
借車道上對向來車的實時車速以及其與超越車的
實時距離、加速踏板的位置等信息。
人工選擇單元負(fù)責(zé)采集自車行駛時的各種環(huán)
境參數(shù)信息，主要包括路面狀況信息和天氣狀況
信息。
主控單元可以將傳感器單元和人工選擇單元
所搜集到的信息根據(jù)一定的計算程序來預(yù)測出當(dāng)
前車況路況下是否適于超車。當(dāng)預(yù)測結(jié)果不適合
超車的時候，主控單元發(fā)出指令給聲光報警單元，
以提醒駕駛員不能進行超車：當(dāng)預(yù)測結(jié)果適合超
車的時候，聲光報警單元將給出相應(yīng)的建議。
2超車安全距離模型
2．1 超車安全距離模型的建立
超車過程。受道路環(huán)境、道路線形、車輛類型、
速度和駕駛員等多種因素影響。故而超車安全距
離模型所涉及的變量比較多且復(fù)雜，具有較大的
隨機性、實時性和模糊性，因此，只有在理論上建
立起較為準(zhǔn)確、合理和全面的數(shù)學(xué)模型，本系統(tǒng)才
能與車輛的實際運行情況相符，才具有實用性。
超車安全距離就是指汽車超車過程中，超越
車從變道開始時．一直到超過被超越車輛后，在確
保安全的前提下．駛回原車道所需要的最短行駛
距離。整個超車過程必須絕對保證沒有與對向來
車發(fā)生碰撞的可能。
從建模的角度出發(fā)?？梢詫⒊嚭喕譃榈?
一20一
速超車和加速超車兩種形式。其他超車行為是這
兩種形式的組合。等速超車是指超車車輛以恒定
或者近乎恒定的速度直接超越前方車輛完成超車
過程：加速超車是指超車車輛跟馳前方車輛，在合
適的條件下加速超越車輛完成超車過程M。
(1)等速超車模型
等速超車是超車中較簡單的一種情況，即超
越車、被超車和對向車的行駛速度是不變的，如圖
2所示即為等速超車安全距離的示意圖。圖2中
車A為超越車。車B是被超車．車c是對向車。A。
位置超越車A開始變換車道準(zhǔn)備超車，A：位置超
越車A完全進入對向車道并開始追趕被超車B。
A，位置超越車A完成超車開始變換車道準(zhǔn)備回
到原車道，A4位置超越車A回到原車道完成超車
過程。超越車A從A．位置到～位置所經(jīng)歷的時
間為t。C。位置為超越車A開始超車時對向車C
所在位置，在經(jīng)歷t時刻之后，對向車C到達(dá)C：
位置。B1位置為超越車A開始超車時被超車B所
在位置，在經(jīng)歷t時刻之后，被超車B到達(dá)B：位
置。則整個超車過程所經(jīng)歷的時間為t，整個過程
中，超越車A所行駛的距離為S，+s2+s3，被超車B
所行駛的距離為S，，對向車C所行駛的距離為s7。
(說明：本文所有距離、速度、加速度、最大減速度
取向右為正，下同)。
Σ。#毛4一畢南。
廚一團目、＼ p一卜U囪
區(qū)／回卜國瞳一s．—-．k—s，}～——
圖2等速超車安全距離示意圖
圖2中s4為超越車A開始變換車道準(zhǔn)備超
車時。超越車A與被超車B之間必須保證的最小
安全距離；s6為超越車A回到原車道完成超車時．
超越車A與被超車B之間必須保證的最小安全
距離；S。為超越車A剛剛回到原車道準(zhǔn)備完成超
車時。超越車A與對向車C之間必須保證的最小
安全距離。這幾個參數(shù)是應(yīng)該預(yù)先測定的，但是由
于它們與車A行駛的環(huán)境狀況以及車速等因素有
著密切的關(guān)系，所以它們不是一個確定的值．而應(yīng)
該是隨環(huán)境、車速的變化而變化的值，后面會討論
怎樣來確定這幾個參數(shù)。
萬方數(shù)據(jù)
許穎等：汽車超車安全輔助判斷系統(tǒng)的研究20lO年3月
那么等速超車過程中的超車安全距離即為從
A。位置到C。位置的距離，設(shè)為S等。設(shè)整個超車過
程中，超越車A的速度為va，被超車B的速度為
Vb，對向車C的速度為vc，根據(jù)前面的分析，可以
列出：
S等=：Sl+{’2+S3+Ss+S7=p—7。)×t+．S； (1)
同時又有：
Sl+$2-I-$3-．$4+35．I．$6 (2)
=覯，并t；S4+&amp;amp;舯6Ⅺ (3)
將(3)式代人(1)式得等速超車安全距離模型為：
S等-．(&amp;amp;+S．．dx(vo吲J+S8 (4)
彭o．哪6
(2>加速超車模型
加速超車就是指駕駛員在有把握的情況下．
通過加速來完成超車的情況。但是并不是整個超
車的過程中都是處于加速狀態(tài)．可能在加速一段
時候之后，又保持勻速駕駛，最后完成超車。這主
要取決于超越車A與被超車B兩者之間的速度
差，當(dāng)加速一段時間之后。A車的速度已經(jīng)高于B
車的速度很多．或者A車的速度已經(jīng)達(dá)到了道路
的限速標(biāo)準(zhǔn)，那么A車就必須丟掉油門。勻速行
駛，如圖3所示即為加速超車安全距離示意圖。圖
3中A：位置就是超越車A丟掉油門。由加速行駛
變?yōu)閯蛩傩旭偟奈恢?，假設(shè)此時A車已經(jīng)超過B
車的距離為s9，S9的取值可正可負(fù)。
h
一南——+—扣k#南j ·——．——-一毛—-—-———‘
r—1 r—1 一醫(yī)噸妒才一L生【=：苧=寸、＼
r-2, ／回砰均瞳一文o‰竺乇一s．一
圖3加速超車安全距離示意圖
那么加速超車過程中的超車安全距離即為從
A。位置到C。位置的距離，設(shè)為S加。設(shè)超越車A準(zhǔn)
備超車時的速度為％加速行駛時間為k，即車A
從A。位置到A2位置所經(jīng)歷的時間；勻速行駛時間
為o，即車A從A：位置到～位置所經(jīng)歷的時間。
設(shè)整個超車過程中，被超車B與對向車C都為勻
速行駛，車速分別為。。和眠所行駛的距離分別為
S和既s4、&amp;amp;和&amp;amp;與等速超車模型中一樣。
那么可以列出：
S加；Sl+＆心3+Sd,-Ss (5)
ll，，。?！樶樝聦?dǎo)‘1．口口·．氣《爿：；知s知6‘6．to+S9
Sg+va"t產(chǎn)G·ta·ty=S6+vb·b
解得加速超車安全距離模型為：
S加=(￡，—，c)．¨幼+i1一．口．乞2+口．乙．￡—攝
其中忙魚§型址跡五理匝盈匝：
口
(6)
(7)
(8)
壚—==』墅壘蘭一(9)
‘X／(v6—口o)2+2·口·(．叉+S9)
2．2超車安全距離模型中參數(shù)的選擇與確定
當(dāng)超車安全距離模型建立好之后．就要確定
各個參數(shù)以及待測量的獲得。由于本系統(tǒng)是通過
將兩個測距測速雷達(dá)傳感器分別放置在超越車A
前部的左右兩端．實現(xiàn)分別對被超車B和對向車
C的速度以及離超越車A的距離的測量．所以在
兩個超車安全距離模型里面。超越車A的速度移。、
被超車B的速度釓以及對向車C的速度穢。是通
過雷達(dá)模塊測得，而模型中的其他參數(shù)a、S4、S。、
sB、S9是需要預(yù)先確定。把確定好的參數(shù)和實際測
得數(shù)據(jù)代人到安全距離模型中．就可以計算出各
種情況下的安全距離．然后將安全距離與實測距
離進行比較。就可以協(xié)助駕駛?cè)藛T預(yù)測出各種情
況下能否實現(xiàn)安全超車。
(1)確定加速度口
這里的加速度口不是指汽車的起步加速度，
而是指汽車的超車加速度，根據(jù)文獻IS]，將口確定
為0．69m·s之。
(2)確定s4、S9
&amp;amp;為超越車A開始變換車道準(zhǔn)備超車時超越
車A與被超車B之間必須保證的最小安全距離．
也就是此時通過雷達(dá)探測得出的超越車A與被超
車B之間的距離，那么&amp;amp;就是通過雷達(dá)實時測
出，但是為了保證超車的安全，所以&amp;amp;必須在大
于一定數(shù)值的時候才能允許超車。根據(jù)相關(guān)文獻
以及對有經(jīng)驗的司機進行調(diào)查。本文中取&amp;amp;≥
20m．也就是說只有當(dāng)超越車A與被超車B之間
的間隔距離大于20m時才允許超車嘲。
S是加速超車時，超越車A由加速行駛狀態(tài)
轉(zhuǎn)為勻速行駛狀態(tài)時。超越車A與被超車B之間
的距離，當(dāng)超越車A的駕駛員丟掉油門的時候，超
越車A的速度移。至少要大于被超車日的速度如，
設(shè)這個速度差為血。那么則有：
一21—
萬方數(shù)據(jù)
2010年第3期農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程
va+a·t}彤b+Av
將(9)式中的to代入(10)式得：
恥迨燭群墊遏
(10) 3超車安全輔助判斷系統(tǒng)的軟件設(shè)計
超車安全輔助判斷系統(tǒng)的軟件按照如圖4的
根據(jù)文艫。將這個Av的值取為(20／3．6)m／s。
(3)確定s6、S8
甌為超越車A回到原車道完成超車時超越車
A與被超車B之間必須保證的最小安全距離，這個
距離主要受被超車B的速度移。以及路面狀況的影
響，所以&amp;amp;根據(jù)表l來確定剮0'111。
表1不同的vb和路面狀況下的S(單位：m)
S為超越車A剛剛回到原車道準(zhǔn)備完成超車
時超越車A與對向車C之間必須保證的最小安
全距離，那么根據(jù)汽車防追尾安全距離模型f一21來
確定，則有： s部o，叫》。+墊毫蘭恥+旦善+叢(12) ,自tTgA 二
其中tl,t2、aA和△s的取值詳見文獻【12t，且
f)at=們J咀·屯(13)
當(dāng)超車模型是等速超車模型時，z卸；當(dāng)超車模
型是加速超車模型時，t?？梢愿鶕?jù)(9)式計算得出。
一22一
圖4汽車超車安全輔助判斷系統(tǒng)流程圖
流程圖來設(shè)計。
4小結(jié)
在綜合考慮車速、車間間距、駕駛?cè)藛T的狀態(tài)、
天氣狀況、道路狀況等變量的情況下，建立了在雙
車道路面上汽車超車安全距離的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)
數(shù)學(xué)模型．給出超越車A能否安全完成超車的判斷
流程圖。為整個汽車超車輔助判斷系統(tǒng)功能的實現(xiàn)
打下了基礎(chǔ)．對在高速公路上的超車也能起到輔助
判斷的作用。但是由于汽車的加速度a是預(yù)先給定
的。而不是汽車本身實時車況實際的反應(yīng)，所以勢
必會影響到超車安全距離的計算，可能導(dǎo)致較大的
誤差，所以關(guān)于汽車加速度a的確定，還有待進一
步的研究。
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