道路障礙物對(duì)行車安全影響研究

第第頁道路障礙物對(duì)行車安全影響研究摘要：人-車-路-環(huán)境的多種因素共同影響著車輛行駛安全，現(xiàn)有的行車安全研究對(duì)于駕駛員特性及道路運(yùn)行車輛影響方面分析較多，而對(duì)障礙物對(duì)于安全影響研究較少。針對(duì)在城市道路中路邊突然停下的車輛、施工占道或者道路上的靜止物體等將會(huì)對(duì)行車安全產(chǎn)生潛在威脅，提出影響行車安全的另一因素――道路障礙物，建立路面障礙物行車影響模型，評(píng)估該因素對(duì)行駛車輛造成的危險(xiǎn)程度，為在復(fù)雜交通環(huán)境下的駕駛行為及行車安全預(yù)警提供理論支持。

關(guān)鍵詞：交通工程；道路障礙物；行車安全；危險(xiǎn)程度

0引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，機(jī)動(dòng)車保有量逐漸增加，行車安全技術(shù)也得到了長足的發(fā)展，已經(jīng)逐步由被動(dòng)安全過渡到主動(dòng)安全的階段。主動(dòng)安全技術(shù)，則是通過預(yù)先的防范措施，比如說碰撞、預(yù)警保護(hù)來避免事故發(fā)生[1]。研究發(fā)現(xiàn)，若駕駛員能夠早1s意識(shí)到事故危險(xiǎn)而采取相應(yīng)措施，則可以避免大部分的交通事故[2]。目前，提高智能車的道路交通安全性，環(huán)境感知傳感器的應(yīng)用是最具前景的技術(shù)之一[3]。文獻(xiàn)提出基于駕駛行為及意圖的主動(dòng)安全技術(shù)，利用車輛運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境信息，分析識(shí)別和預(yù)測駕駛行為及意圖，并根據(jù)判斷結(jié)果，進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)警。文獻(xiàn)建立了車間縱向相對(duì)距離控制模型的二維模型。

實(shí)際交通運(yùn)行環(huán)境下，駕駛員自身特性、道路上運(yùn)行的車輛以及時(shí)刻變化的道路、天氣條件共同影響著車輛的行車安全。在城市道路中，前方的占道施工、路面的大型障礙物、突然減速慢性或者隨意靠邊停放的車輛都會(huì)構(gòu)成一個(gè)危險(xiǎn)而復(fù)雜的交通環(huán)境，造成的交通影響較大，給正常駕駛帶來威脅，容易誘發(fā)交通事故和交通擁堵，成為城市道路的瓶頸路段。通過研究道路上靜止障礙物給行車安全帶來的影響，計(jì)算行車風(fēng)險(xiǎn)，為智能車輛安全控制技術(shù)提供理論參考。

1行車安全區(qū)域的概念

車輛行駛到道路上，人-車-路構(gòu)成的交通環(huán)境共同復(fù)雜作用，影響著駕駛員的行車安全。駕駛員特性與其他車輛的特性時(shí)刻變動(dòng)，難以定量測量，而道路條件及周邊環(huán)境可以通過路面附著度率、坡度等參數(shù)表達(dá)，環(huán)境因素則包括可視度和天氣條件。

行車安全領(lǐng)域是指在諸多交通因素影響的前提下，以車輛為中心形成的一塊區(qū)域，用以衡量各類交通因素綜合作用對(duì)行車安全造成的影響。當(dāng)車輛行駛在道路環(huán)境條件不佳，或者周圍有高速變道、超車、突然停車車輛，此時(shí)已經(jīng)已經(jīng)存在的威脅程度超過了行車安全區(qū)域的邊界值，即可能會(huì)對(duì)行車安全造成危險(xiǎn)，可發(fā)出預(yù)警信號(hào)，促使駕駛員改變駕駛行為，保證行車。行車安全區(qū)域隨著時(shí)間和空間發(fā)生變化，本文著重研究路面出現(xiàn)的靜止障礙物及道路條件對(duì)行車安全的影響區(qū)域。

路面靜止障礙物包括突然路邊?？康能囕v、占道施工、路面廢棄物等，屬于潛在的行車安全隱患，當(dāng)駕駛員視野習(xí)慣駕駛條件時(shí)，突然出現(xiàn)的路面障礙物會(huì)對(duì)駕駛員造成驚嚇，不同的駕駛員感知-決策-處理能力不同，反應(yīng)時(shí)間也有所差異，因此存在不同程度的危險(xiǎn)。當(dāng)駕駛員處于跟馳狀態(tài)時(shí)，前方車輛的突然減速，使得兩車相對(duì)速度迅速減少，此時(shí)可將前車視為靜止障礙物，當(dāng)兩車距離小于行車安全區(qū)域邊界值時(shí)，車內(nèi)智能安全輔助系統(tǒng)立刻做出預(yù)警提示，提示駕駛員改變操作行為，通過減速或者變道行駛，有效避免追尾或擦掛情況，保證行車安全。

2行車安全影響模型

2.1基本概念與假設(shè)

路面靜止的障礙物可以視為交通環(huán)境的一部分，但是其在道路上不移動(dòng)的狀態(tài)給行車安全帶來了潛在的危險(xiǎn)，當(dāng)運(yùn)行車輛與靜止對(duì)象發(fā)生碰撞時(shí)，靜止對(duì)象的質(zhì)量、角度等因素決定著危險(xiǎn)程度?，F(xiàn)做出幾點(diǎn)假設(shè)如下：

1）碰撞嚴(yán)重程度與靜止對(duì)象的質(zhì)量、形狀相關(guān)聯(lián)，“計(jì)算質(zhì)量”越大在，造成的碰撞損傷越厲害?！坝?jì)算質(zhì)量”并非單指對(duì)象的物理重量，而是由速度、重量、路面附著度、坡度等因素共同影響形成的虛擬質(zhì)量。

2）行駛車輛與靜止對(duì)象的距離越小，發(fā)生碰撞的可能性越大，危險(xiǎn)程度也越高。然而危險(xiǎn)程度與距離并非線性相關(guān)，隨著距離減小，危險(xiǎn)程度迅速增加，因此，在本文假設(shè)危險(xiǎn)程度隨距離的減小呈指數(shù)增長。

3）在危險(xiǎn)程度隨距離減少而呈指數(shù)增長的過程中，不考慮行駛車輛靠近靜止對(duì)象的方向?qū)ξｋU(xiǎn)程度的影響作用。

路面條件同樣與行車風(fēng)險(xiǎn)度相關(guān)聯(lián)，道路條件越惡劣，行車的危險(xiǎn)程度越高。然而，道路上靜止的障礙物造成的行車威脅主要源于環(huán)境的可視性，可視性越差，越不容易察覺到道路上的靜止障礙物，難以做出及時(shí)反應(yīng)，行車風(fēng)險(xiǎn)隨之增加。

2.2模型的建立

根據(jù)上述分析，建立直角坐標(biāo)系用以表示行駛車輛與靜止對(duì)象的位置、距離等，設(shè)靜止對(duì)象在道路上位置為，則道路靜止障礙物對(duì)行車安全影響模型如下：

（1）

其中，為對(duì)象在所處道路環(huán)境下對(duì)周邊環(huán)境造成的潛在危害程度；

軸表示道路方向，軸表示垂直于道路方向；

靜止對(duì)象的質(zhì)心坐標(biāo)為；

為車輛與障礙物之間的距離；

，為大于0的常數(shù)；

為對(duì)象的虛擬質(zhì)量；

為點(diǎn)處的道路環(huán)境參數(shù)；

的值越大，說明對(duì)靜止對(duì)象對(duì)周邊造成的潛在威脅越大，的方向和的方向一致。

例如一輛停放在路面的車輛，其對(duì)周邊造成的潛在危險(xiǎn)程度逐漸增大，潛在危險(xiǎn)區(qū)域的中心即車輛的停放位置，傷害程度趨于無窮大，則表明當(dāng)車輛接近中心點(diǎn)時(shí)，必然會(huì)發(fā)生碰撞，產(chǎn)生危險(xiǎn)；隨著兩者距離的增加，區(qū)域內(nèi)的危險(xiǎn)強(qiáng)度逐漸降低，距離越遠(yuǎn)，危險(xiǎn)越小。當(dāng)距離增加到一定大時(shí)，即車輛與靜止對(duì)象相隔較遠(yuǎn)時(shí)，此時(shí)靜止的對(duì)象對(duì)車輛不存在威脅。

2.3虛擬質(zhì)量的確定

不管是移動(dòng)還是靜止的車輛，都會(huì)對(duì)道路上正常行駛的車輛產(chǎn)生潛在的威脅，而這些對(duì)象的重量、位置、速度等因素決定潛在威脅程度的大小，本文將所有這些影響因素綜合考慮，提出“虛擬質(zhì)量”的定義，其公式表達(dá)如下：（2）

其中，為運(yùn)動(dòng)或靜止對(duì)象的虛擬質(zhì)量；

為對(duì)象的真實(shí)物理質(zhì)量；

表示對(duì)象的車輛類型；

、為常量；

為對(duì)象的速度；

因此，對(duì)象可以表示靜止或者運(yùn)動(dòng)的車輛。虛擬質(zhì)量可用于衡量對(duì)象對(duì)行駛車輛造成的潛在威脅程度，即行駛車輛與對(duì)象之間發(fā)生碰撞的時(shí)造成的損失程度，由真實(shí)的物理質(zhì)量、車輛類型、以及速度共同決定，越大，損失程度越大。同種車型的車輛，物理質(zhì)量越大、速度越快，虛擬質(zhì)量則越大，造成的潛在危險(xiǎn)程度越高，碰撞時(shí)損失程度也越高。因此，同等物理質(zhì)量與速度的情況下，可能碰撞的危險(xiǎn)程度取決于對(duì)象的類型，車輛與行人之間的碰撞損害程度遠(yuǎn)大于車輛與車輛之間的碰撞。

2.4道路條件影響因素

道路交通影響著行車安全，惡劣的道路及天氣條件更容易引發(fā)交通事故。道路環(huán)境包括道路線性、曲率、坡度、可視性等，這些因素共同影響行車安全，用表示，對(duì)象所處的位置的環(huán)境影響因素可表示為：

（3）

其中，表示可視度；

表示道路附著度；

表示道路曲率，表示道路坡度；

、為小于0的常數(shù)；

、為大于0的常數(shù)；分別表示可視度、道路附著度、曲率、坡度的平均值。

當(dāng)對(duì)象時(shí)靜止不動(dòng)時(shí)，其道路環(huán)境影響因素可表示為：。

3模型示例

假設(shè)在某一車道上，后一輛車跟隨前一輛車行駛，行至某一點(diǎn)處，前車突然減速行駛，并打算靠路邊停車，此時(shí)后車駕駛員需要立刻做出判斷，在減速的同時(shí)觀察周邊情況，進(jìn)行變道行駛，運(yùn)用上述模型對(duì)該情況如圖1所示進(jìn)行分析。

圖1跟車模型示意圖

跟隨車輛1的車速為，減速后的前車2車速為，兩車之間距離為，車輛2對(duì)車輛1形成行車安全影響區(qū)域，影響區(qū)的中心為車輛2所處位置，即越靠近車輛2越危險(xiǎn)，兩車發(fā)生碰撞時(shí)造成的危險(xiǎn)程度最高。

隨著距離的減少和相對(duì)速度的增加，影響程度迅速增大，表明危險(xiǎn)程度增加，得出的結(jié)果滿足于實(shí)際情況和本文的模型設(shè)計(jì)。

4結(jié)論

本文就路面靜止障礙物對(duì)駕駛員行車安全的影響機(jī)制進(jìn)行探討，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建行車安全影響模型，相比于現(xiàn)有的行車安全評(píng)價(jià)模型，該模型可需更少的參數(shù)即可確定行車安全的影響范圍，可運(yùn)用在跟車行駛情況下，為完善智能駕駛的安全輔助功能提供了新的思路。

未來的工作將會(huì)集中在以下幾個(gè)方面：1）研究更多例如交通標(biāo)志、車道標(biāo)志等因素對(duì)行車安全的影響；2）研究該模型中參數(shù)的確定，減少計(jì)算誤差；3）利用不同的位置場景證明本模型的有效性。

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