遼寧工業(yè)大學(xué)　貝鈺瑩　夏道華　唐陽山　黃賢丞　李棟梁

考慮制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的汽車安全距離研究

遼寧工業(yè)大學(xué)貝鈺瑩夏道華唐陽山黃賢丞李棟梁

汽車安全距離模型中駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間是一個(gè)重要參數(shù)，該參數(shù)的大小變化會(huì)影響到汽車制動(dòng)時(shí)的安全距離。針對(duì)目前該參數(shù)多采用固定值的不足，文中提出采用模糊控制原理的方法來控制駕駛員反應(yīng)時(shí)間，通過建立仿真模型進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明，采用該方法得出的駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間更符合駕駛員的個(gè)體差異，并且汽車防撞安全距離隨制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的變化而變化。

制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間；影響因素；安全距離；安全模型

引言

駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間是汽車防撞安全距離模型中的參數(shù)，在現(xiàn)有的安全距離模型中，該參數(shù)多采用固定值，這樣計(jì)算出的安全距離不能充分體現(xiàn)駕駛員的個(gè)體差異。遇到緊急情況制動(dòng)時(shí)，在駕駛員的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，車輛仍將行駛一段距離，由于汽車的速度值較大，即使在很短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，汽車也將行駛較長(zhǎng)一段距離，但對(duì)于不同的駕駛員，由于駕駛員反應(yīng)時(shí)間不同，所需要的安全距離并不相同，因此，研究駕駛員反應(yīng)時(shí)間下的安全距離具有非常重要的意義。文獻(xiàn)［1］利用基于模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)的有關(guān)理論，在駕駛員反應(yīng)時(shí)間允許的范圍內(nèi)，考慮多種主要因素確定駕駛員反應(yīng)時(shí)間，該方法能夠求出不同駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，但考慮駕駛員的因素不夠全面，具有局限性。文獻(xiàn)［2］考慮駕駛員個(gè)體行為差異，對(duì)駕駛員的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了分析，在不考慮性別年齡的影響，只考慮駕駛員的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度，求出一定概率情況下駕駛員的反應(yīng)時(shí)間。為了研究剎車制動(dòng)時(shí)的安全性，文中對(duì)駕駛員的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行研究，并建立安全距離模型進(jìn)行研究。

1　駕駛員反應(yīng)時(shí)間模型

1.1反應(yīng)時(shí)間影響因素

駕駛員反應(yīng)時(shí)間包括駕駛員開始意識(shí)到危險(xiǎn)信號(hào)到?jīng)Q定緊急制動(dòng)這段時(shí)間以及開始移動(dòng)右腳到踩下制動(dòng)踏板的時(shí)間。影響駕駛員反應(yīng)時(shí)間的因素，包括年齡、性別、心理生理狀況、車速以及受教育程度等。為了獲得合理的駕駛員反應(yīng)時(shí)間，必須考慮盡可能多的影響因素，但受到實(shí)際條件的限制，往往在研究駕駛員反應(yīng)時(shí)間的影響因素時(shí)，通常把主要影響因素作為研究對(duì)象，以達(dá)到簡(jiǎn)化模型的目的［3-5］。

1.2影響因素的模糊集合

由于駕駛員反應(yīng)時(shí)間的影響因素具有復(fù)雜性和模糊性，文中通過建立基于模糊控制的駕駛員反應(yīng)時(shí)間模型來研究影響駕駛員反應(yīng)時(shí)間的因素之間的關(guān)系，通過模糊控制技術(shù)，研究各個(gè)因素的重要程度并確定相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，從而可以計(jì)算出不同類型駕駛員反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短，提高了汽車防撞安全距離模型的精度。

由于影響駕駛員反應(yīng)時(shí)間的因素較多，不可能每一個(gè)因素都要研究，文中只對(duì)主要因素研究，即年齡、性別、駕駛經(jīng)驗(yàn)以及車速進(jìn)行研究，其他次要因素暫不考慮，建立如下的駕駛員反應(yīng)時(shí)間線形模型，年齡用X1表示，性別用X2表示，駕駛經(jīng)驗(yàn)用X3表示，車速用X4表示，t代表駕駛員反應(yīng)時(shí)間。

其中w1、w2、w3、w4分別表示年齡、性別、駕駛經(jīng)驗(yàn)及車速對(duì)駕駛員反應(yīng)時(shí)間影響程度的權(quán)重系數(shù)，且w1+w2+w3+w4=1。

1.3權(quán)重系數(shù)的確定

對(duì)駕駛員反應(yīng)時(shí)間模型中的4個(gè)權(quán)重系數(shù)w1，w2，w3，w4進(jìn)行研究探討，如何準(zhǔn)確地確定出這4個(gè)參數(shù)關(guān)系到模型的準(zhǔn)確程度，在研究w1，w2，w3，w4時(shí)，首先把4個(gè)因素的數(shù)值換算到同一水平上，這樣便于計(jì)算。

2　汽車安全距離模型建立

2.1建立前車減速時(shí)的安全模型

文中主要針對(duì)兩車跟隨行駛時(shí)前車突然減速的情況進(jìn)行研究，通過分析前后兩車的行駛示意圖，計(jì)算出兩車行駛的安全距離d，開始時(shí)兩車的相對(duì)速度大于零，要想避免前后車碰撞，兩車制動(dòng)后的相對(duì)速度應(yīng)小于或等于零，相對(duì)速度為自車速度減去前車速度。由于制動(dòng)踏板間隙比較小且一般為固定值，對(duì)安全距離的影響與車輛本身的性能有關(guān)，文中暫未考慮消除制動(dòng)踏板間隙時(shí)間對(duì)安全距離的影響。

設(shè)在駕駛員反應(yīng)時(shí)間t內(nèi)，自車行駛的距離為S1：

設(shè)自車制動(dòng)行駛的距離為S2，制動(dòng)前自車速度為v1，制動(dòng)后自車速度為v2，a1為自車減速度，取值一般為6～8m/s2，則S2：

設(shè)前車制動(dòng)行駛的距離為S3，制動(dòng)前前車速度為v3，制動(dòng)后前車速度為v4，a2為前車減速度，則S3：

為了避免前后車發(fā)生碰撞，自車與前車的安全距離d為：

在式（4）中，參數(shù)v1，v2，v3，v4，a1，a2均可以通過傳感器等實(shí)時(shí)獲取，而駕駛員反應(yīng)時(shí)間t卻不能直接測(cè)出，d0為前后車消除碰撞危險(xiǎn)后的距離，一般為2～5m。

2.2聯(lián)合仿真模型

利用Matlab/Simulink和Carsim軟件建立汽車安全距離模型，在建立的安全距離模型中設(shè)置不同的前后車速度以及不同的制動(dòng)減速度。駕駛員的反應(yīng)時(shí)間由駕駛員反應(yīng)時(shí)間模塊模糊推理得出，并輸入到安全距離模型中，由此可計(jì)算出汽車安全距離。

3　結(jié)束語

通過模糊控制原理得到的駕駛員反應(yīng)時(shí)間更接近真實(shí)的駕駛員反應(yīng)時(shí)間，比簡(jiǎn)單地計(jì)算駕駛員樣本反應(yīng)時(shí)間的算數(shù)平均值更準(zhǔn)確，更能體現(xiàn)不同駕駛員個(gè)體的反應(yīng)特性，這樣計(jì)算出的安全距離符合駕駛員的駕駛特性，提高了汽車防撞安全系統(tǒng)的精確度，同時(shí)為開發(fā)智能安全行車系統(tǒng)提供了一定的理論基礎(chǔ)。

［1］葛如海，張偉偉.基于隸屬函數(shù)的高速公路安全距離模型研究［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，20（10），2010：101-105.

［2］吳超仲，馬曉鳳，嚴(yán)新平.考慮駕駛員反應(yīng)能力的跟馳模型［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，31（4），2007：630-632.

［3］鄭磊.汽車縱向主動(dòng)避撞控制方法研究［D］.四川成都：西華大學(xué)，2014.

［4］林慶峰，成波，屈肖蕾等.基于駕駛員制動(dòng)操作行為的車輛追尾預(yù)警算法［J］.汽車工程，34（3），2012：232-235.

［5］馬娟麗.汽車防撞控制系統(tǒng)的研究［D］.陜西西安：西北工業(yè)大學(xué)，2007.