道路障碍物对行车安全影响研究

第第页道路障碍物对行车安全影响研究摘要：人-车-路-环境的多种因素共同影响着车辆行驶安全，现有的行车安全研究对于驾驶员特性及道路运行车辆影响方面分析较多，而对障碍物对于安全影响研究较少。针对在城市道路中路边突然停下的车辆、施工占道或者道路上的静止物体等将会对行车安全产生潜在威胁，提出影响行车安全的另一因素――道路障碍物，建立路面障碍物行车影响模型，评估该因素对行驶车辆造成的危险程度，为在复杂交通环境下的驾驶行为及行车安全预警提供理论支持。

关键词：交通工程；道路障碍物；行车安全；危险程度

0引言

随着我国经济发展，机动车保有量逐渐增加，行车安全技术也得到了长足的发展，已经逐步由被动安全过渡到主动安全的阶段。主动安全技术，则是通过预先的防范措施，比如说碰撞、预警保护来避免事故发生[1]。研究发现，若驾驶员能够早1s意识到事故危险而采取相应措施，则可以避免大部分的交通事故[2]。目前，提高智能车的道路交通安全性，环境感知传感器的应用是最具前景的技术之一[3]。文献提出基于驾驶行为及意图的主动安全技术，利用车辆运行状态和环境信息，分析识别和预测驾驶行为及意图，并根据判断结果，进行相应的预警。文献建立了车间纵向相对距离控制模型的二维模型。

实际交通运行环境下，驾驶员自身特性、道路上运行的车辆以及时刻变化的道路、天气条件共同影响着车辆的行车安全。在城市道路中，前方的占道施工、路面的大型障碍物、突然减速慢性或者随意靠边停放的车辆都会构成一个危险而复杂的交通环境，造成的交通影响较大，给正常驾驶带来威胁，容易诱发交通事故和交通拥堵，成为城市道路的瓶颈路段。通过研究道路上静止障碍物给行车安全带来的影响，计算行车风险，为智能车辆安全控制技术提供理论参考。

1行车安全区域的概念

车辆行驶到道路上，人-车-路构成的交通环境共同复杂作用，影响着驾驶员的行车安全。驾驶员特性与其他车辆的特性时刻变动，难以定量测量，而道路条件及周边环境可以通过路面附着度率、坡度等参数表达，环境因素则包括可视度和天气条件。

行车安全领域是指在诸多交通因素影响的前提下，以车辆为中心形成的一块区域，用以衡量各类交通因素综合作用对行车安全造成的影响。当车辆行驶在道路环境条件不佳，或者周围有高速变道、超车、突然停车车辆，此时已经已经存在的威胁程度超过了行车安全区域的边界值，即可能会对行车安全造成危险，可发出预警信号，促使驾驶员改变驾驶行为，保证行车。行车安全区域随着时间和空间发生变化，本文着重研究路面出现的静止障碍物及道路条件对行车安全的影响区域。

路面静止障碍物包括突然路边停靠的车辆、占道施工、路面废弃物等，属于潜在的行车安全隐患，当驾驶员视野习惯驾驶条件时，突然出现的路面障碍物会对驾驶员造成惊吓，不同的驾驶员感知-决策-处理能力不同，反应时间也有所差异，因此存在不同程度的危险。当驾驶员处于跟驰状态时，前方车辆的突然减速，使得两车相对速度迅速减少，此时可将前车视为静止障碍物，当两车距离小于行车安全区域边界值时，车内智能安全辅助系统立刻做出预警提示，提示驾驶员改变操作行为，通过减速或者变道行驶，有效避免追尾或擦挂情况，保证行车安全。

2行车安全影响模型

2.1基本概念与假设

路面静止的障碍物可以视为交通环境的一部分，但是其在道路上不移动的状态给行车安全带来了潜在的危险，当运行车辆与静止对象发生碰撞时，静止对象的质量、角度等因素决定着危险程度。现做出几点假设如下：

1）碰撞严重程度与静止对象的质量、形状相关联，“计算质量”越大在，造成的碰撞损伤越厉害。“计算质量”并非单指对象的物理重量，而是由速度、重量、路面附着度、坡度等因素共同影响形成的虚拟质量。

2）行驶车辆与静止对象的距离越小，发生碰撞的可能性越大，危险程度也越高。然而危险程度与距离并非线性相关，随着距离减小，危险程度迅速增加，因此，在本文假设危险程度随距离的减小呈指数增长。

3）在危险程度随距离减少而呈指数增长的过程中，不考虑行驶车辆靠近静止对象的方向对危险程度的影响作用。

路面条件同样与行车风险度相关联，道路条件越恶劣，行车的危险程度越高。然而，道路上静止的障碍物造成的行车威胁主要源于环境的可视性，可视性越差，越不容易察觉到道路上的静止障碍物，难以做出及时反应，行车风险随之增加。

2.2模型的建立

根据上述分析，建立直角坐标系用以表示行驶车辆与静止对象的位置、距离等，设静止对象在道路上位置为，则道路静止障碍物对行车安全影响模型如下：

（1）

其中，为对象在所处道路环境下对周边环境造成的潜在危害程度；

轴表示道路方向，轴表示垂直于道路方向；

静止对象的质心坐标为；

为车辆与障碍物之间的距离；

，为大于0的常数；

为对象的虚拟质量；

为点处的道路环境参数；

的值越大，说明对静止对象对周边造成的潜在威胁越大，的方向和的方向一致。

例如一辆停放在路面的车辆，其对周边造成的潜在危险程度逐渐增大，潜在危险区域的中心即车辆的停放位置，伤害程度趋于无穷大，则表明当车辆接近中心点时，必然会发生碰撞，产生危险；随着两者距离的增加，区域内的危险强度逐渐降低，距离越远，危险越小。当距离增加到一定大时，即车辆与静止对象相隔较远时，此时静止的对象对车辆不存在威胁。

2.3虚拟质量的确定

不管是移动还是静止的车辆，都会对道路上正常行驶的车辆产生潜在的威胁，而这些对象的重量、位置、速度等因素决定潜在威胁程度的大小，本文将所有这些影响因素综合考虑，提出“虚拟质量”的定义，其公式表达如下：（2）

其中，为运动或静止对象的虚拟质量；

为对象的真实物理质量；

表示对象的车辆类型；

、为常量；

为对象的速度；

因此，对象可以表示静止或者运动的车辆。虚拟质量可用于衡量对象对行驶车辆造成的潜在威胁程度，即行驶车辆与对象之间发生碰撞的时造成的损失程度，由真实的物理质量、车辆类型、以及速度共同决定，越大，损失程度越大。同种车型的车辆，物理质量越大、速度越快，虚拟质量则越大，造成的潜在危险程度越高，碰撞时损失程度也越高。因此，同等物理质量与速度的情况下，可能碰撞的危险程度取决于对象的类型，车辆与行人之间的碰撞损害程度远大于车辆与车辆之间的碰撞。

2.4道路条件影响因素

道路交通影响着行车安全，恶劣的道路及天气条件更容易引发交通事故。道路环境包括道路线性、曲率、坡度、可视性等，这些因素共同影响行车安全，用表示，对象所处的位置的环境影响因素可表示为：

（3）

其中，表示可视度；

表示道路附着度；

表示道路曲率，表示道路坡度；

、为小于0的常数；

、为大于0的常数；分别表示可视度、道路附着度、曲率、坡度的平均值。

当对象时静止不动时，其道路环境影响因素可表示为：。

3模型示例

假设在某一车道上，后一辆车跟随前一辆车行驶，行至某一点处，前车突然减速行驶，并打算靠路边停车，此时后车驾驶员需要立刻做出判断，在减速的同时观察周边情况，进行变道行驶，运用上述模型对该情况如图1所示进行分析。

图1跟车模型示意图

跟随车辆1的车速为，减速后的前车2车速为，两车之间距离为，车辆2对车辆1形成行车安全影响区域，影响区的中心为车辆2所处位置，即越靠近车辆2越危险，两车发生碰撞时造成的危险程度最高。

随着距离的减少和相对速度的增加，影响程度迅速增大，表明危险程度增加，得出的结果满足于实际情况和本文的模型设计。

4结论

本文就路面静止障碍物对驾驶员行车安全的影响机制进行探讨，在此基础上构建行车安全影响模型，相比于现有的行车安全评价模型，该模型可需更少的参数即可确定行车安全的影响范围，可运用在跟车行驶情况下，为完善智能驾驶的安全辅助功能提供了新的思路。

未来的工作将会集中在以下几个方面：1）研究更多例如交通标志、车道标志等因素对行车安全的影响；2）研究该模型中参数的确定，减少计算误差；3）利用不同的位置场景证明本模型的有效性。

参考文献（References）

[1]世界卫生组织.道路交通伤害世界报告[R].日内瓦：世界卫生组织，2004.

[2]周智.基于激光雷达的智能车主动安全算法与模型研究[D].湖南：中南大学，2012：8-9.

[3]张建辉，黄茂三.汽车防撞雷达概述[J].汽车世界，2000，（6）：16-18.

[4]HerpelT，LauerC，GermanR，etal.Multi-sensordatafusioninautomotiveapplications[C].Proceedingsof3rdInternationalConferenceonSensingTechnology.Tainan，Taiwan，2008：206-211.

[5]储颖，肖献强，朱家诚.基于驾驶行为及意图的汽车主