考虑制动反应时间的汽车安全距离研究

辽宁工业大学　贝钰莹　夏道华　唐阳山　黄贤丞　李栋梁

考虑制动反应时间的汽车安全距离研究

辽宁工业大学贝钰莹夏道华唐阳山黄贤丞李栋梁

汽车安全距离模型中驾驶员制动反应时间是一个重要参数，该参数的大小变化会影响到汽车制动时的安全距离。针对目前该参数多采用固定值的不足，文中提出采用模糊控制原理的方法来控制驾驶员反应时间，通过建立仿真模型进行仿真，仿真结果表明，采用该方法得出的驾驶员制动反应时间更符合驾驶员的个体差异，并且汽车防撞安全距离随制动反应时间的变化而变化。

制动反应时间；影响因素；安全距离；安全模型

引言

驾驶员制动反应时间是汽车防撞安全距离模型中的参数，在现有的安全距离模型中，该参数多采用固定值，这样计算出的安全距离不能充分体现驾驶员的个体差异。遇到紧急情况制动时，在驾驶员的反应时间内，车辆仍将行驶一段距离，由于汽车的速度值较大，即使在很短的反应时间内，汽车也将行驶较长一段距离，但对于不同的驾驶员，由于驾驶员反应时间不同，所需要的安全距离并不相同，因此，研究驾驶员反应时间下的安全距离具有非常重要的意义。文献［1］利用基于模糊数学中隶属函数的有关理论，在驾驶员反应时间允许的范围内，考虑多种主要因素确定驾驶员反应时间，该方法能够求出不同驾驶员的反应时间，但考虑驾驶员的因素不够全面，具有局限性。文献［2］考虑驾驶员个体行为差异，对驾驶员的反应时间进行了分析，在不考虑性别年龄的影响，只考虑驾驶员的经验和熟练程度，求出一定概率情况下驾驶员的反应时间。为了研究刹车制动时的安全性，文中对驾驶员的反应时间进行研究，并建立安全距离模型进行研究。

1　驾驶员反应时间模型

1.1反应时间影响因素

驾驶员反应时间包括驾驶员开始意识到危险信号到决定紧急制动这段时间以及开始移动右脚到踩下制动踏板的时间。影响驾驶员反应时间的因素，包括年龄、性别、心理生理状况、车速以及受教育程度等。为了获得合理的驾驶员反应时间，必须考虑尽可能多的影响因素，但受到实际条件的限制，往往在研究驾驶员反应时间的影响因素时，通常把主要影响因素作为研究对象，以达到简化模型的目的［3-5］。

1.2影响因素的模糊集合

由于驾驶员反应时间的影响因素具有复杂性和模糊性，文中通过建立基于模糊控制的驾驶员反应时间模型来研究影响驾驶员反应时间的因素之间的关系，通过模糊控制技术，研究各个因素的重要程度并确定相应的权重系数，从而可以计算出不同类型驾驶员反应时间长短，提高了汽车防撞安全距离模型的精度。

由于影响驾驶员反应时间的因素较多，不可能每一个因素都要研究，文中只对主要因素研究，即年龄、性别、驾驶经验以及车速进行研究，其他次要因素暂不考虑，建立如下的驾驶员反应时间线形模型，年龄用X1表示，性别用X2表示，驾驶经验用X3表示，车速用X4表示，t代表驾驶员反应时间。

其中w1、w2、w3、w4分别表示年龄、性别、驾驶经验及车速对驾驶员反应时间影响程度的权重系数，且w1+w2+w3+w4=1。

1.3权重系数的确定

对驾驶员反应时间模型中的4个权重系数w1，w2，w3，w4进行研究探讨，如何准确地确定出这4个参数关系到模型的准确程度，在研究w1，w2，w3，w4时，首先把4个因素的数值换算到同一水平上，这样便于计算。

2　汽车安全距离模型建立

2.1建立前车减速时的安全模型

文中主要针对两车跟随行驶时前车突然减速的情况进行研究，通过分析前后两车的行驶示意图，计算出两车行驶的安全距离d，开始时两车的相对速度大于零，要想避免前后车碰撞，两车制动后的相对速度应小于或等于零，相对速度为自车速度减去前车速度。由于制动踏板间隙比较小且一般为固定值，对安全距离的影响与车辆本身的性能有关，文中暂未考虑消除制动踏板间隙时间对安全距离的影响。

设在驾驶员反应时间t内，自车行驶的距离为S1：

设自车制动行驶的距离为S2，制动前自车速度为v1，制动后自车速度为v2，a1为自车减速度，取值一般为6～8m/s2，则S2：

设前车制动行驶的距离为S3，制动前前车速度为v3，制动后前车速度为v4，a2为前车减速度，则S3：

为了避免前后车发生碰撞，自车与前车的安全距离d为：

在式（4）中，参数v1，v2，v3，v4，a1，a2均可以通过传感器等实时获取，而驾驶员反应时间t却不能直接测出，d0为前后车消除碰撞危险后的距离，一般为2～5m。

2.2联合仿真模型

利用Matlab/Simulink和Carsim软件建立汽车安全距离模型，在建立的安全距离模型中设置不同的前后车速度以及不同的制动减速度。驾驶员的反应时间由驾驶员反应时间模块模糊推理得出，并输入到安全距离模型中，由此可计算出汽车安全距离。

3　结束语

通过模糊控制原理得到的驾驶员反应时间更接近真实的驾驶员反应时间，比简单地计算驾驶员样本反应时间的算数平均值更准确，更能体现不同驾驶员个体的反应特性，这样计算出的安全距离符合驾驶员的驾驶特性，提高了汽车防撞安全系统的精确度，同时为开发智能安全行车系统提供了一定的理论基础。

［1］葛如海，张伟伟.基于隶属函数的高速公路安全距离模型研究［J］.中国安全科学学报，20（10），2010：101-105.

［2］吴超仲，马晓凤，严新平.考虑驾驶员反应能力的跟驰模型［J］.武汉理工大学学报，31（4），2007：630-632.

［3］郑磊.汽车纵向主动避撞控制方法研究［D］.四川成都：西华大学，2014.

［4］林庆峰，成波，屈肖蕾等.基于驾驶员制动操作行为的车辆追尾预警算法［J］.汽车工程，34（3），2012：232-235.

［5］马娟丽.汽车防撞控制系统的研究［D］.陕西西安：西北工业大学，2007.