中国高速公路与城市快速路主干部分线形对三级以上自动驾驶刹车、转向以及传感器探测范围的参数要求

1、Shuning Yuan (原树宁)中国高速公路与城市快速路主干部分线形对三级以上自动驾驶刹车、转向以及传感器探测范围的参数要求序：本文计算了在现有中国高速公路、城市快速路线形标准下，实现三级以上自动驾驶对车辆制动能力，转向能力，传感器开角，系统反应时间等基本参数的要求。申明：本文为原树宁在南京博郡新能源汽车有限公司任职期间所做内容（陈琪东配图）。并于2017年5月经与公司副总裁张天协调，征得公司董事长黄希鸣口头确认，将部分内容整理，并在网络上公布。本文不是标准，其计算过程和计算方法，以及结论只提供参考和借鉴意义。所列参数和结论也并不完整，例如：车载传感器对道路交通标识标牌位置的覆盖并无计算。

2、作者本人对于任何采用本文提供的方法、结论、参数所产生的任何收益不收取任何费用和提成；同样对于任何采用本文提供的方法、结论、参数所产生的任何后果都不负有责任。一、 参考标准：1. 中华人民共和国行业标准 公路路线设计标准 JTG-T20 20062. 中华人民共和国行业标准 城市道路工程设计规范 CJJ37-2012二、 基本理念目的：要求满足三级以上自动驾驶的车辆有能力适应中国所有高速公路和城市快速路，不包括交叉匝道、驶入驶离匝道、上下匝道、爬坡道、加减速道、错车道、避险道、变速车道等。即：允许驾驶员在所有中国境内建造的高速公路、城市快速路，开启高速公路自动辅助驾驶（Highway assis

3、tant）模式。这就要求三级自动驾驶车辆的传感器的探测纵深、开角等满足中国高速公路和城市快速路线形的要求。原则：在中国高速公路和城市快速路各种类别中采用对传感器要求最高的参数来定义传感器性能要求。考虑超速30%、最低道路密度（占有率）、最高道路密度（占有率）的情况。三、 高速公路参数选择本节引用中华人民共和国行业标准 公路路线设计标准 JTG-T20 20061. 车辆尺寸2. 设计时速本要求只考虑高速公路情况。根据规范公路路线设计标准 JTG-T20 2006章节2.2.3：设计速度的选用，第（2）条：位于地形、地质等自然条件复杂山区及交通量较小的高速公路，经论证设计速度可采用60Km/h。

4、因此，也考虑60km/h的最高车速。依据本要求第二章基本理念提出的原则：计算车速采用超速30%的速度，获得列表如下：公路等级高速公路计算车速（Km/h）156130104783. 服务水平4. 高速公路通行水平高速公路在二级服务水平、不同行驶状态下，一条车道的设计通行能力如表3.2.1-15. 路基宽度6. 车道宽度7. 中间带8. 路肩9. 净高5M10. 圆曲线7.3.1各级公路平面不论转角大小，均应设置圆曲线。在选用圆曲线半径时，应与设计速度相适应。11. 回旋线回旋线规范要求半径远大于圆曲线半径，因此，在本要求中不列出。12. 圆曲线超高13. 圆曲线加宽高速公路不需要进行圆曲线加宽。

5、对于二、三、四级公路，当圆曲半径小于250时，公路加宽数值详见下表。14. 平面曲线最小长度平曲面长度指“缓和曲线+圆曲线+缓和曲线的长度”，其中最小转弯半径出现在圆曲线部分。15. 视距16. 纵坡公路路线设计标准 JTG-T20 20068.2.18.2.1 公路最大纵坡规定 （1）：设计速度为120km/h、100km/h 、80km/h的高速公路，受地形条件限制或其他特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡可增加1% 。公路路线设计标准 JTG-T20 20068.2.18.2.4 桥上及桥头线的纵坡：公路路线设计标准 JTG-T20 20068.2.18.2.5 隧道及其洞口两端线路

6、的纵坡：因此，根据本要求原则，采用计算纵坡坡度如下表：设计速度（km/h）1201008060最大纵坡（% ）556717. 坡长18. 竖曲线四、 城市快速路参数选择本节引用中华人民共和国行业标准 城市道路工程设计规范 CJJ37-20121. 规范基本规定：城市道路应按道路在道路网中的地位、交通功能以及对沿线的服务功能等，分为快速路、主干路、次干路和支路四个等级，并应符合下列规定：快速路应中央分隔、全部控制出入、控制出入口间距及形式，应实现交通连续通行，单向设置不应少于两条车道，并应设有配套的交通安全与管理设施。快速路两侧不应设置吸引大量车流、人流的公共建筑物的出入口。2. 设计速度本要求

7、只考虑城市快速路的设计对驾驶辅助系统的要求考虑超速30%的情况，计算车速为：100*1.3=130Km/h3. 设计车辆尺寸4. 道路最小净高5. 设计通行能力6. 服务水平7. 机动车道宽8. 分车带宽度9. 路拱与横坡10. 圆曲半径11. 平曲线与圆曲线最小长度12. 最小缓和曲线长度13. 最大超高14. 停车视距会车视距为停车视距的两倍15. 最大纵坡16. 坡长17. 竖曲线最小半径18. 最大合成坡度五、 ADAS功能参数计算(一) 直线A. 最大探测距离：a) 高速公路要求：i. 服务水平要求在高速公路所有服务水平中，一级服务水平具有最大的车间距。其计算方式如下：取表格3.1.

8、2-1 高速公路服务水平分级，一级服务水平，车速： v109km/h，道路密度7pcu/kmh。计算道路密度的倒数为车间距离。dse=1000=10007143m因此：在一级服务水平下，高速公路跟车要求辅助驾驶系统前置传感器至少能够识别143米外，前方其他车辆。ii. 一般安全跟车距离要求一般安全跟车时距为2.5S。以高速公路设计时速120km/h超速30%，即156km/h计算，得到此速度下一般安全距离为dsa=108m。iii. 综合要求结合服务水平与一般车距要求，并给出10%的预留边缘，可以得到最到最到最大探测距离要求：Dmax=maxd1.1×dse1.1×dsa=

9、157mb) 城市快速路要求：i. 服务水平要求在城市快速路所有服务水平中，一级服务水平具有最大的车间距。其计算方式如下：取表格4.2.3 城市快速路服务水平分级，一级服务水平，车速： v88km/h，道路密度10pcu/kmh。计算道路密度的倒数为车间距离。dse=1000=100010100m因此：在一级服务水平下，高速公路跟车要求辅助驾驶系统前置传感器至少能够识别100米外，前方其他车辆。ii. 一般安全跟车距离要求一般安全跟车时距为2.5S。以高速公路设计时速100km/h超速30%，即130km/h计算，得到此速度下一般安全距离为dsa=90m。iii. 综合要求结合服务水平与一般车

10、距要求，并给出10%的预留边缘，可以得到最到最到最大探测距离要求：Dmax=maxd1.1×dse1.1×dsa=110m因此，符合高速公路、城市快速路工况下的车辆最大识别距离要求为：>=157m。B. 可控最大垂直方向减速度：不考虑车辆刹车反应时间以及最大减速度建立时间，在车速=156Km/h，车距或者障碍物最远探测距离为157m，假设障碍物为静止状态条件下：最大减速度为a，达到最大减速度的时间为500ms，并且不计算到达最大减速度之前的减速过程。因此，在到达最大减速度之前行驶过的距离为：D = 157-（156/3.6）*0.5 = 135 m在达到最大加速度时，

11、本车与静止障碍物距离为135m。在均匀减速状态下，车辆到静止需要：t=1563.6÷a=43.3a制动距离：D=135=a2×43.32a2解得最小减速度为6.94m/s*s， 取整得7米每二次方秒。因此：在157米目标物识别距离，车速156Km/h下最小可控加速度 <= -7m/(s*s)。C. 拥堵情况下的传感器最小探测距离(二) 最小转弯圆曲线半径A. 向心加速度查表“一7.3.2”得高速公路最小设计车速60km/h，对应极限转弯半径为125m。查表“二6.2.2”得城市快速路路最小设计车速60km/h，对应极限转弯半径为150m。综合以上两点，取表“一7.3.

12、2”高速公路情况为计算极限值。考虑带隔离带的双向四车道加紧急停车带道路状态，转弯半径中心线125米减去隔离带宽的一半以及两个车道宽度得到最小实际转弯半径。查表“一6.2.1”车道宽度为3.5米；“一6.3.1”中央分隔带为2.0米。以超速30%计算车速得1.3*60=78km/h.取最小圆曲线半径：R=125-2/2-3.5*2=117米。计算向心加速度aa=v2R=（783.6）2117=4.01m/s2超高设置：查表“一7.5.1”高速公路和一级公路最大朝高值为8%或者10%。该值为最大超高，因此考虑不设超高的极限状态，需要向心加速度达到4.01m/s2。B. 极限圆曲半径加自动变道最小可

13、控加速度在上节中我们计算了最小曲率半径下对向心加速度的要求。现在假设在最小转弯半径下，在弧度半径相同曲线方向作超车动作。条件，在完成变道时，不能碰到前方静止物体。前方静止物体距离以完成刹车后不产生碰撞的最小距离的1.1倍计算。在转弯半径117米（见上节），车速78km/h, 计算最大减速度-7m/ss,车道宽3.5m。障碍物最大距离d。取设计时速80km/h, 高速公路，三级服务水平，车流密度为25辆/公里。计算车头间距为40米。以1.1倍计算安全距离得44m。最大刹车距离S：刹车反应时间0.5秒，刹车时间，t=78/3.6/7=3.095s0.5*7*3.095*3.095=S-78/3.6

14、*0.5解得S=44.37d=1.1*S=1.1*44.37=48.80因此，车辆需要在48.80米内完成变道。变道横向位移3.5*2-2=5米。假设车辆作半径为117的匀速圆周运动，在同一车道上走过48.8米的弧需要时间t：t=48.8/78/3.6=2.25s在此期间车辆需要完成两个车道减去一个车宽的位移 3.5*2-2= 5 米。横向加速度需要达到：0.5*a*2.25*2.25=5解得：a=1.975m/ss车辆在作半径为117米的圆周运动时，需要向心加速度4.01m/ss。超车时需要1.975m/ss, 二者相加得到极限圆曲半径下曲率半径方向超车需要达到的最小加速度为4.01+1.9

15、75=5.985m/s。C. 传感器探测角度极限圆曲半径条件下，探测器有能力探测到最大探测距离上三个车道（本车道、左右各一个车道）上的障碍物。以确定是否适合变道。假设车辆行驶方向是圆曲半径曲线的正切线方向。条件1：车速156km/h, 高速公路设计车速120km/h, 车道宽度3.75米，圆曲半径650-3.75*3-2/2=638米，最大探测距离157米。点目标探测角度：157/638*180/3.14=14.11度半个角度14.11/2 = 7.05以该点向外展出1个半车道宽度3.75*1.5=5.625ma=arcsin（5.625/（2*638*sin7.05）=2.063探测角度：（

16、7.05+2.06）*2=18.22度条件2车速78km/h, 高速公路设计车速60km/h, 车道宽度3.5米，圆曲半径117米，最大探测距离48.8米。点目标探测角度：48.8/117*180/3.14=23.9度半个角度23.9/2 = 11.95以该点向外展出1个半车道宽度3.5*1.5=5.25ma=arcsin（5.25/（2*117*sin11.95）=6.22 度探测角度：（11.95+6.22）*2=36.34度六、 总结：(一) 横纵向加速度指标要求项目最小值（m/ss）持续时长(s)纵向加速度 4.77.09纵向减速度- 76.19横向加速度± 5.9852.25横向加速度± 4.0123.55(二) 传感器指标要求项目值条件最大探测距离157 米120km/h 设计时速高速公路，156km/h 行进速度最大探测距离48.8 米60km/h 设计时速高