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车辆安全行驶：24个关键安全距离与预警指标全解析

创作时间:
作者:
@小白创作中心

车辆安全行驶：24个关键安全距离与预警指标全解析

引用
CSDN
1.
https://blog.csdn.net/ZL_1618/article/details/142829789

车辆安全行驶中，保持合适的车距是避免交通事故的关键。本文详细介绍了多种评估车辆之间安全距离的指标及其计算方法，包括源自相对速度的安全距离、最小安全跟随距离、安全时间车头距离等。同时，还探讨了前向碰撞预警系统的评价指标，如准确率、召回率、精度等。这些指标对于理解车辆安全系统的工作原理和优化驾驶行为具有重要参考价值。

评估车辆之间安全距离的指标

  1. 源自相对速度的安全距离（Safe distance derived from relative speed）
  • 公式：d = (v1 + v2) * t + k
  • 解释：其中d为安全距离，v1和v2为两辆车的速度，t为反应时间，k为安全系数。这个指标考虑了车辆之间的相对速度，以及反应时间和安全系数等因素，以确保车辆安全。
  1. 最小安全跟随距离 (MSFD)
  • 公式：MSFD = (speed/2) + (speed/2)^2 / (2 × deceleration)
  • 解释：其中speed为车辆的速度，deceleration为车辆的减速度。这个指标用于评估车辆在不同速度下应保持的最小安全跟随距离，以确保在发生突然情况时有足够的时间和空间停车避免碰撞。
  1. 安全时间车头距离 (STH)
  • 公式：STH = THW / (1 - (v1-v2) / (3.3a))
  • 解释：其中v1和v2为车辆的速度，a为车辆的减速度。这个指标考虑了车辆之间的速度差和减速度，用于评估车辆之间应保持的安全时间距离。
  1. TTC（Time to Collision，碰撞时间）
  • 公式：TTC = d / (v_rel + 0.001)
  • 解释：其中d为当前距离，v_rel为当前速度差。TTC是指车辆在当前速度下到达前车的时间，通常以秒为单位。在定义危险制动距离时，TTC的制动距离被用在算法逻辑中。当TTC小于所有延迟时间（系统制动延迟时间与驾驶员反应时间）时，系统应该自动制动。
  1. TTCm（Modified Time to Collision，改进的碰撞时间）
  • 公式：TTCm = TTC + v_rel / a
  • 解释：其中a为当前车辆的加速度。这是TTC的改进版本，考虑了当前车辆的加速度。
  1. 反应时间 (TTR)
  • 公式：TTR = TTC - TR
  • 解释：其中TR为驾驶员的反应时间。这个指标可以用来评估驾驶员是否有足够的时间采取措施来避免碰撞。
  1. 车头时距 (HMD)
  • 公式：HMD = d - l1 - l2
  • 解释：其中d为当前距离，l1为前车长度，l2为本车长度。这个指标指前车和本车的车头之间的距离。
  1. 安全距离 (SAFED)
  • 公式：SAFED = T * V
  • 解释：其中T为反应时间，V为车速。这个指标指在反应时间内车辆行驶的距离。
  1. 停止距离 (SD)
  • 公式：SD = (V^2) / 2g * f
  • 解释：其中V为初始速度，g为重力加速度，f为制动系数。这个指标指车辆在制动情况下，从发现障碍物到完全停止所需行驶的距离。
  1. 制动距离 (BD)
  • 公式：BD = (V^2) / 2g * f
  • 解释：其中V为初始速度，g为重力加速度，f为制动系数。这个指标指在当前速度下，车辆完全停下所需的距离。
  1. 时间间隔 (GT)
  • 公式：GT = d / V
  • 解释：其中d为前车与本车之间的距离，V为本车速度。这个指标指前车通过某个固定点后，本车通过该点的时间差。
  1. 时间车头时距 (THW)
  • 公式：THW = HMD / v_rel
  • 解释：其中v_rel为前后车辆之间的相对速度。这个指标指前车和本车车头之间的时间间隔。
  1. 换道时间 (TLC)
  • 公式：TLC = L / V
  • 解释：其中L为需要穿过的车道长度，V为车速。这个指标指在一定速度下，从当前车道换道到另一个车道所需的时间。
  1. 曝露时间 (TE)
  • 公式：TE = (V1 - V2) / (a1 - a2)
  • 解释：其中V1和a1分别表示前车的初始速度和减速度，V2和a2分别表示本车的初始速度和减速度。这个指标反映车辆运动特征。
  1. 动力学距离 (KD)
  • 公式：KD = V * T + 0.5 * a * T^2
  • 解释：其中V为初始速度，a为加速度，T为时间。这个指标反映车辆运动状态。
  1. 最小停车距离 (MSD)
  • 公式：MSD = V^2 / (2 * g * μ)
  • 解释：其中V为车速，g为重力加速度，μ为摩擦系数。这个指标指在当前速度下，车辆在最短时间内完全停下所需的距离。
  1. ACC（Adaptive Cruise Control，自适应巡航控制）跟车间隔
  • 解释：ACC是一种自动驾驶技术，可以根据前车的行驶速度和距离自动调整本车的速度和跟车间隔，以保持安全距离。
  1. LDW（Lane Departure Warning，车道偏离警告）
  • 解释：LDW是一种车辆安全辅助系统，当车辆偏离行驶道路时，系统会发出警报提醒驾驶员及时纠正。
  1. FCW（Forward Collision Warning，前向碰撞预警）
  • 解释：FCW是一种车辆安全辅助系统，通过监测前方交通状况，当检测到可能发生前向碰撞时，系统会发出警报提醒驾驶员及时采取避让措施。
  1. AEB（Automatic Emergency Braking，自动紧急制动）
  • 解释：AEB是一种车辆安全辅助系统，当检测到前方交通状况异常，如发生碰撞风险等，系统会自动刹车，以减少事故风险。
  1. LC（Lane Change，车道变更）间隔
  • 解释：LC间隔是指车辆在变换车道时，需要与相邻车辆保持的最小安全距离，可以用THW、RV等指标进行计算。
  1. 交通流量（Traffic flow）
  • 解释：道路上车辆的数量和速度，以及车道宽度等因素，会影响车辆之间的安全距离。在高流量的道路上，车辆之间需要保持更大的安全距离，以确保车辆能够及时制动或避让。
  1. 雨雪等恶劣天气（Adverse weather）
  • 解释：雨雪等恶劣天气会影响车辆的制动距离和行驶稳定性，需要保持更大的安全距离。在下雨或下雪等恶劣天气下，车辆需要保持更大的安全距离，以确保车辆能够及时制动或避让。
  1. 驾驶员疲劳程度（Driver fatigue）
  • 解释：疲劳的驾驶员反应能力下降，需要保持更大的安全距离。

车辆前向碰撞预警的评价指标

  1. 准确率（Accuracy）
  • 公式：Accuracy = (TP + TN) / (TP + TN + FP + FN)
  • 解释：表示前向碰撞预警的正确率，即预警发出后，实际发生碰撞的比例。准确率越高，表示预警的效果越好。
  1. 召回率（Recall）
  • 公式：Recall = TP / (TP + FN)
  • 解释：表示预警发出后，实际发生碰撞被正确预警的比例。召回率越高，表示预警的覆盖面积越大。
  1. 精度（Precision）
  • 公式：Precision = TP / (TP + FP)
  • 解释：表示发出预警后，实际发生碰撞的比例。精度越高，表示预警的准确性越高。
  1. F1值（F1 Score）
  • 公式：F1 Score = 2 * (Precision * Recall) / (Precision + Recall)
  • 解释：综合考虑了准确率和召回率，用于评估预警的综合效果。
  1. 延迟时间（Warning Lead Time，WLT）
  • 解释：指预警发出时，车辆距离碰撞点的时间。WLT越大，表示预警越及时，车辆有更多时间采取避免碰撞的措施。
  1. 触发率（Trigger Rate）
  • 解释：指车辆之间的TTC距离低于预设阈值时，预警系统触发的比例。触发率越高，表示预警系统能够及时地发现潜在的碰撞危险。
  1. 误报率（False Alarm Rate，FAR）
  • 解释：指在没有碰撞危险时，预警系统错误地发出预警的比例。FAR越低，表示预警系统的准确性越高。
  1. 碰撞严重程度（Crash Severity）
  • 解释：指碰撞发生后，车辆受损的程度。这个指标可以考虑车辆的速度、碰撞角度等因素，用于评估预警系统对碰撞的防范效果。
  1. 车辆数量（Vehicle Number）
  • 解释：指在特定时间段内，预警系统能够监测到的车辆数量。这个指标可以反映预警系统的监测能力和覆盖范围。
  1. 警示效果（Warning Effectiveness）
  • 解释：指预警发出后，驾驶员能够及时地做出反应，避免碰撞的比例。这个指标可以通过模拟实验或者实地测试等方法来进行评估。

实际应用场景

当前后两车的距离为20米，前车的车速为60Km/h，后车的车速为80Km/h时：

  • HMW显示的时间就是1.2秒
  • FCW显示的TTC碰撞时间就是3.6秒

如果前后车的车速都为60Km/h：

  • HMW显示的时间同样是1.2秒
  • FCW不会报警，因为两车虽然距离很近，但是速度相同，并不会追尾。

因此，在前后车都处于运动状态时，FCW的TTC碰撞时间一般要长于Headway车距时间。在实际场景中，HMW主要在车距近的情况下报警，可以帮助驾驶员养成开车保持车距的规范驾驶习惯，我们将其定义为 “危险不紧急”型功能；而FCW主要针对前后两车距离较近且存在较大速度差的紧急情况，比如前车急刹，属于 “危险且紧急” 型功能。

法规要求

根据《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》：

  • 第八十条：机动车在高速公路上行驶,车速超过每小时100公里时,应当与同车道前车保持100米以上的距离,车速低于每小时100公里时,与同车道前车距离可以适当缩短,但最小距离不得少于50米。

  • 第八十一条：机动车在高速公路上行驶,遇有雾、雨、雪、沙尘、冰雹等低能见度气象条件时,应当遵守下列规定：

  • (一)能见度小于200米时,开启雾灯、近光灯、示廓灯和前后位灯,车速不得超过每小时60公里,与同车道前车保持100米以上的距离;

  • (二)能见度小于100米时,开启雾灯、近光灯、示廓灯、前后位灯和危险报警闪光灯,车速不得超过每小时40公里,与同车道前车保持50米以上的距离;

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