車(chē)輛換道過(guò)程中目標(biāo)車(chē)輛與周?chē)?chē)輛的安全距離

樓大成

摘 要 首先對(duì)車(chē)輛換道的動(dòng)態(tài)與安全進(jìn)行分析，然后通過(guò)建立換道模型的方式，對(duì)換到車(chē)輛與周?chē)?chē)輛之間的最小安全距離展開(kāi)計(jì)算。

關(guān)鍵詞 換道；目標(biāo)車(chē)輛；模型建立

中圖分類(lèi)號(hào)：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）05-0164-01

換道在車(chē)輛行駛中很是常見(jiàn)，即為改變目前的駕駛環(huán)境，超過(guò)或躲避某些車(chē)輛換至另一道路。此過(guò)程可細(xì)分為確定是否要換道、觀(guān)察間隙是否足夠、換道三個(gè)過(guò)程，時(shí)間雖然短暫，但涉及許多因素，如前后車(chē)輛間距、行駛速度、道路間隙、周?chē)?chē)輛、駕車(chē)技術(shù)水平等。在交通日益擁堵的今天，換道時(shí)若有任何一點(diǎn)失誤，極易與其他車(chē)輛相撞，引發(fā)交通事故。因此，在換道時(shí)必須確保各項(xiàng)因素都符合換道要求，把握好安全距離，避免與周?chē)?chē)輛發(fā)生碰撞。

1 車(chē)輛換道分析

車(chē)輛行駛狀態(tài)與交通密度緊密相連，如交通密度較低時(shí)，車(chē)輛行駛比較自由；而密度較高時(shí)，則以跟馳狀態(tài)為主，或出現(xiàn)超車(chē)、換道等情況；若交通極為擁堵，車(chē)輛難以前進(jìn)，只能處于跟馳或停止?fàn)顟B(tài)。可見(jiàn)，在交通密度處于中等時(shí)，車(chē)輛才存在換道的可能性。

換道有選擇性和強(qiáng)迫性?xún)煞N，前者是指駕駛員主動(dòng)想調(diào)整車(chē)輛行駛狀態(tài)，以達(dá)到理想的環(huán)境，因而才提高車(chē)速、超越慢車(chē)等；后者多指受外部環(huán)境影響，不得已而換道，如前方車(chē)輛突發(fā)故障不能前進(jìn)，必須換道行駛。在選擇性換道時(shí)，要經(jīng)過(guò)“開(kāi)、看、轉(zhuǎn)、關(guān)”四步，必須先觀(guān)察周?chē)h(huán)境是否適合換道，再根據(jù)車(chē)輛的數(shù)量、速度和彼此間距估計(jì)換道的成功率，若滿(mǎn)足換道要求，才可換道。“開(kāi)”是指打開(kāi)轉(zhuǎn)向燈，提示后面車(chē)輛不要突然加速，同時(shí)做好讓道的準(zhǔn)備；“看”是指觀(guān)察車(chē)輛行駛狀況；“轉(zhuǎn)”最為關(guān)鍵，先調(diào)整車(chē)輛行駛角度，進(jìn)入目標(biāo)車(chē)道后，立即反方向調(diào)整方向盤(pán)，以防駛離了目標(biāo)車(chē)道，然后再一步調(diào)整，保證車(chē)輛穩(wěn)定性；“關(guān)”即關(guān)掉轉(zhuǎn)向燈，以免造成誤解。

2 車(chē)輛換道的安全分析

車(chē)輛在行駛中換道其實(shí)是個(gè)難度較大的行為，因?yàn)橐獪?zhǔn)確把握前后左右的角度和距離，同時(shí)還要觀(guān)察本車(chē)道及目標(biāo)車(chē)道上的車(chē)輛行駛狀況。在行駛中，整個(gè)道路都是一個(gè)整體，車(chē)輛勢(shì)必受周?chē)?chē)輛影響，距離越近、影響越大。假設(shè)A車(chē)為換道車(chē)輛，且要往左換；同車(chē)道上前面的車(chē)輛為B1，后面的車(chē)輛為B2。左邊車(chē)道為目標(biāo)車(chē)道，位于A車(chē)前面的車(chē)為C1，A后面的車(chē)為C2.可知，B1、B2、C1、C2四輛車(chē)對(duì)A車(chē)換道的影響最為直接。在進(jìn)一步考慮之下，B2車(chē)與A車(chē)處于跟馳狀態(tài)，且B2車(chē)在A車(chē)后方，可以不予考慮。因此，在此從換道運(yùn)動(dòng)過(guò)程和安全性出發(fā)，對(duì)其他3輛車(chē)產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，以得出最小安全換道距離。

對(duì)其潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行估測(cè)，若A車(chē)與B1間的縱向距離不合理，極易與B1斜向相撞；若換道后與C2間的距離不合理，C2可能與其追尾；若換道后突然加速，易和C1追尾相撞。

3 車(chē)輛換道模型建立

3.1 模型假設(shè)

設(shè)A與B1間的距離為S（0），換道初始時(shí)間為t0，在準(zhǔn)備換道之后的t時(shí)刻，設(shè)A與B1間的距離為S（t）。A換道和原車(chē)道所成的角設(shè)為θ。結(jié)合相關(guān)原理算法，以A左側(cè)前端一點(diǎn)作為參考，則：

S（t）=（aB1-aA）dtdτ+[vB1（0）-vA（0）]t+S（0）-W·sinθ （1）

上式中，aB1與vB1（0）依次代表B1車(chē)的加速度和初始速度；aA和vA（0）依次表示A車(chē)的加速度和初速度。

如要確保t時(shí)間后不會(huì)出現(xiàn)車(chē)輛相撞的情況，必須滿(mǎn)足：

S（0）=max{（aB1-aA）dtdτ+[vB1（0）-vA（0）]t+W·sinθ} （2）

θ表示車(chē)輛換道時(shí)與車(chē)道之間的夾角，其為：

（3）

上式中，Vx（t）、x（t）依次表示的是車(chē)輛縱向的速度和位移；Vy（t）、y（t）依次表示的是車(chē)輛橫向的速度和位移。

從式（2）中可知，最小安全距離和車(chē)輛行駛速度及加速度有關(guān)，但這些速度實(shí)際中很難測(cè)量。因此，可進(jìn)行合理假設(shè)：1）假設(shè)換道車(chē)輛在換道時(shí)保持著恒定的加速度，而其他車(chē)輛則處于勻速行駛中；2）在車(chē)速較快時(shí)換道，形成的縱向夾角較小，因此本文假定縱向速度的變化不受橫向速度變化的影響；3）此處以加速換道情況為主要考慮對(duì)象，所以可以忽略B2的影響。

3.2 模型建立

車(chē)A與C2間的最小縱向安全距離：

C2位于車(chē)A的換道目標(biāo)上，且在A后方。當(dāng)換道時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，兩輛車(chē)或追尾，或斜向相撞。若要避免相撞，需保證下式成立：

S（0）≥SC2-SA+L+W·sinθ （4）

在上式中，L和W分別是車(chē)的長(zhǎng)度和寬度；設(shè)車(chē)A完成加速所需時(shí)間為ta，則SC2和SA依次是在ta時(shí)間內(nèi)C2和A行駛的縱向距離。

又因?yàn)楸疚闹饕紤]加速換道，在由低速轉(zhuǎn)高速時(shí)，期望以更高的速度行駛。為避免碰撞，換道結(jié)束后，應(yīng)按照目標(biāo)車(chē)道的車(chē)速行駛，若A與目標(biāo)車(chē)道上的行車(chē)沒(méi)有碰撞，則在跟馳時(shí)也不會(huì)有相撞情況。目標(biāo)車(chē)道的行駛速度為VC2，則車(chē)A加速時(shí)間ta=（VC2-VA）/aA，其加速換道時(shí)間通常在3 s～5 s。則在此時(shí)間內(nèi)，A車(chē)的縱向距離為：SA=（VC2+VA）×ta/2。

按照前面假設(shè)條件，其他車(chē)輛均處于勻速狀態(tài)，則C2的縱向距離SC2=VC2×ta。則可求得A車(chē)與C2之間的最小縱向安全距離為：

SMSD（0）=SC2-SA+L+W·sinθ=L+W·sinθ+

根據(jù)這種算法進(jìn)一步計(jì)算，可求得車(chē)A換道時(shí)與B1、C1之間的最小縱向安全距離，依次為L(zhǎng)+W·sinθ+（vA-vB1）+aAtC2和L+W·sinθ+

4 模型仿真分析

為提高安全性，A車(chē)換道時(shí)的加速度盡量控制在2 m/s2以?xún)?nèi)，假設(shè)車(chē)的長(zhǎng)度和寬度分別為5 m、1.8 m，換道用時(shí)需3 s～5 s，角度則選擇3°～5°。

以A車(chē)與C2車(chē)之間的縱向最小安全距離為例，分別取車(chē)輛換道加速度為aA=1 m/s2和aA=1 m/s2。對(duì)其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，可獲知加速度越大，安全距離越大，應(yīng)適當(dāng)提高加速度，以減少相撞率。而車(chē)A與C1間的安全距離計(jì)算結(jié)果來(lái)看，換道加速度應(yīng)保持適中。在與B1間最小安全距離分析中，A應(yīng)降低換道時(shí)間，以減少相撞率。

5 結(jié)束語(yǔ)

在車(chē)輛行駛中，經(jīng)常會(huì)有換道操作，需要綜合多個(gè)因素進(jìn)行考慮。稍有失誤，就有可能與周?chē)?chē)輛發(fā)生碰撞、為此，必須把握好與目標(biāo)車(chē)輛及周?chē)?chē)輛的安全距離。

參考文獻(xiàn)

[1]許倫輝，倪艷明，羅強(qiáng)，等.基于最小安全距離的車(chē)輛換道模型研究[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，29（4）：176-177.

[2]王江鋒，邵春福，閆學(xué)東，等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的車(chē)輛換道最小安全距離研究[J].公路交通科技，2010，27（8）：109-113.endprint

摘 要 首先對(duì)車(chē)輛換道的動(dòng)態(tài)與安全進(jìn)行分析，然后通過(guò)建立換道模型的方式，對(duì)換到車(chē)輛與周?chē)?chē)輛之間的最小安全距離展開(kāi)計(jì)算。

關(guān)鍵詞 換道；目標(biāo)車(chē)輛；模型建立

中圖分類(lèi)號(hào)：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）05-0164-01

換道在車(chē)輛行駛中很是常見(jiàn)，即為改變目前的駕駛環(huán)境，超過(guò)或躲避某些車(chē)輛換至另一道路。此過(guò)程可細(xì)分為確定是否要換道、觀(guān)察間隙是否足夠、換道三個(gè)過(guò)程，時(shí)間雖然短暫，但涉及許多因素，如前后車(chē)輛間距、行駛速度、道路間隙、周?chē)?chē)輛、駕車(chē)技術(shù)水平等。在交通日益擁堵的今天，換道時(shí)若有任何一點(diǎn)失誤，極易與其他車(chē)輛相撞，引發(fā)交通事故。因此，在換道時(shí)必須確保各項(xiàng)因素都符合換道要求，把握好安全距離，避免與周?chē)?chē)輛發(fā)生碰撞。

1 車(chē)輛換道分析

車(chē)輛行駛狀態(tài)與交通密度緊密相連，如交通密度較低時(shí)，車(chē)輛行駛比較自由；而密度較高時(shí)，則以跟馳狀態(tài)為主，或出現(xiàn)超車(chē)、換道等情況；若交通極為擁堵，車(chē)輛難以前進(jìn)，只能處于跟馳或停止?fàn)顟B(tài)。可見(jiàn)，在交通密度處于中等時(shí)，車(chē)輛才存在換道的可能性。

換道有選擇性和強(qiáng)迫性?xún)煞N，前者是指駕駛員主動(dòng)想調(diào)整車(chē)輛行駛狀態(tài)，以達(dá)到理想的環(huán)境，因而才提高車(chē)速、超越慢車(chē)等；后者多指受外部環(huán)境影響，不得已而換道，如前方車(chē)輛突發(fā)故障不能前進(jìn)，必須換道行駛。在選擇性換道時(shí)，要經(jīng)過(guò)“開(kāi)、看、轉(zhuǎn)、關(guān)”四步，必須先觀(guān)察周?chē)h(huán)境是否適合換道，再根據(jù)車(chē)輛的數(shù)量、速度和彼此間距估計(jì)換道的成功率，若滿(mǎn)足換道要求，才可換道。“開(kāi)”是指打開(kāi)轉(zhuǎn)向燈，提示后面車(chē)輛不要突然加速，同時(shí)做好讓道的準(zhǔn)備；“看”是指觀(guān)察車(chē)輛行駛狀況；“轉(zhuǎn)”最為關(guān)鍵，先調(diào)整車(chē)輛行駛角度，進(jìn)入目標(biāo)車(chē)道后，立即反方向調(diào)整方向盤(pán)，以防駛離了目標(biāo)車(chē)道，然后再一步調(diào)整，保證車(chē)輛穩(wěn)定性；“關(guān)”即關(guān)掉轉(zhuǎn)向燈，以免造成誤解。

2 車(chē)輛換道的安全分析

車(chē)輛在行駛中換道其實(shí)是個(gè)難度較大的行為，因?yàn)橐獪?zhǔn)確把握前后左右的角度和距離，同時(shí)還要觀(guān)察本車(chē)道及目標(biāo)車(chē)道上的車(chē)輛行駛狀況。在行駛中，整個(gè)道路都是一個(gè)整體，車(chē)輛勢(shì)必受周?chē)?chē)輛影響，距離越近、影響越大。假設(shè)A車(chē)為換道車(chē)輛，且要往左換；同車(chē)道上前面的車(chē)輛為B1，后面的車(chē)輛為B2。左邊車(chē)道為目標(biāo)車(chē)道，位于A車(chē)前面的車(chē)為C1，A后面的車(chē)為C2.可知，B1、B2、C1、C2四輛車(chē)對(duì)A車(chē)換道的影響最為直接。在進(jìn)一步考慮之下，B2車(chē)與A車(chē)處于跟馳狀態(tài)，且B2車(chē)在A車(chē)后方，可以不予考慮。因此，在此從換道運(yùn)動(dòng)過(guò)程和安全性出發(fā)，對(duì)其他3輛車(chē)產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，以得出最小安全換道距離。

對(duì)其潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行估測(cè)，若A車(chē)與B1間的縱向距離不合理，極易與B1斜向相撞；若換道后與C2間的距離不合理，C2可能與其追尾；若換道后突然加速，易和C1追尾相撞。

3 車(chē)輛換道模型建立

3.1 模型假設(shè)

設(shè)A與B1間的距離為S（0），換道初始時(shí)間為t0，在準(zhǔn)備換道之后的t時(shí)刻，設(shè)A與B1間的距離為S（t）。A換道和原車(chē)道所成的角設(shè)為θ。結(jié)合相關(guān)原理算法，以A左側(cè)前端一點(diǎn)作為參考，則：

S（t）=（aB1-aA）dtdτ+[vB1（0）-vA（0）]t+S（0）-W·sinθ （1）

上式中，aB1與vB1（0）依次代表B1車(chē)的加速度和初始速度；aA和vA（0）依次表示A車(chē)的加速度和初速度。

如要確保t時(shí)間后不會(huì)出現(xiàn)車(chē)輛相撞的情況，必須滿(mǎn)足：

S（0）=max{（aB1-aA）dtdτ+[vB1（0）-vA（0）]t+W·sinθ} （2）

θ表示車(chē)輛換道時(shí)與車(chē)道之間的夾角，其為：

（3）

上式中，Vx（t）、x（t）依次表示的是車(chē)輛縱向的速度和位移；Vy（t）、y（t）依次表示的是車(chē)輛橫向的速度和位移。

從式（2）中可知，最小安全距離和車(chē)輛行駛速度及加速度有關(guān)，但這些速度實(shí)際中很難測(cè)量。因此，可進(jìn)行合理假設(shè)：1）假設(shè)換道車(chē)輛在換道時(shí)保持著恒定的加速度，而其他車(chē)輛則處于勻速行駛中；2）在車(chē)速較快時(shí)換道，形成的縱向夾角較小，因此本文假定縱向速度的變化不受橫向速度變化的影響；3）此處以加速換道情況為主要考慮對(duì)象，所以可以忽略B2的影響。

3.2 模型建立

車(chē)A與C2間的最小縱向安全距離：

C2位于車(chē)A的換道目標(biāo)上，且在A后方。當(dāng)換道時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，兩輛車(chē)或追尾，或斜向相撞。若要避免相撞，需保證下式成立：

S（0）≥SC2-SA+L+W·sinθ （4）

在上式中，L和W分別是車(chē)的長(zhǎng)度和寬度；設(shè)車(chē)A完成加速所需時(shí)間為ta，則SC2和SA依次是在ta時(shí)間內(nèi)C2和A行駛的縱向距離。

又因?yàn)楸疚闹饕紤]加速換道，在由低速轉(zhuǎn)高速時(shí)，期望以更高的速度行駛。為避免碰撞，換道結(jié)束后，應(yīng)按照目標(biāo)車(chē)道的車(chē)速行駛，若A與目標(biāo)車(chē)道上的行車(chē)沒(méi)有碰撞，則在跟馳時(shí)也不會(huì)有相撞情況。目標(biāo)車(chē)道的行駛速度為VC2，則車(chē)A加速時(shí)間ta=（VC2-VA）/aA，其加速換道時(shí)間通常在3 s～5 s。則在此時(shí)間內(nèi)，A車(chē)的縱向距離為：SA=（VC2+VA）×ta/2。

按照前面假設(shè)條件，其他車(chē)輛均處于勻速狀態(tài)，則C2的縱向距離SC2=VC2×ta。則可求得A車(chē)與C2之間的最小縱向安全距離為：

SMSD（0）=SC2-SA+L+W·sinθ=L+W·sinθ+

根據(jù)這種算法進(jìn)一步計(jì)算，可求得車(chē)A換道時(shí)與B1、C1之間的最小縱向安全距離，依次為L(zhǎng)+W·sinθ+（vA-vB1）+aAtC2和L+W·sinθ+

4 模型仿真分析

為提高安全性，A車(chē)換道時(shí)的加速度盡量控制在2 m/s2以?xún)?nèi)，假設(shè)車(chē)的長(zhǎng)度和寬度分別為5 m、1.8 m，換道用時(shí)需3 s～5 s，角度則選擇3°～5°。

以A車(chē)與C2車(chē)之間的縱向最小安全距離為例，分別取車(chē)輛換道加速度為aA=1 m/s2和aA=1 m/s2。對(duì)其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，可獲知加速度越大，安全距離越大，應(yīng)適當(dāng)提高加速度，以減少相撞率。而車(chē)A與C1間的安全距離計(jì)算結(jié)果來(lái)看，換道加速度應(yīng)保持適中。在與B1間最小安全距離分析中，A應(yīng)降低換道時(shí)間，以減少相撞率。

5 結(jié)束語(yǔ)

在車(chē)輛行駛中，經(jīng)常會(huì)有換道操作，需要綜合多個(gè)因素進(jìn)行考慮。稍有失誤，就有可能與周?chē)?chē)輛發(fā)生碰撞、為此，必須把握好與目標(biāo)車(chē)輛及周?chē)?chē)輛的安全距離。

參考文獻(xiàn)

[1]許倫輝，倪艷明，羅強(qiáng)，等.基于最小安全距離的車(chē)輛換道模型研究[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，29（4）：176-177.

[2]王江鋒，邵春福，閆學(xué)東，等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的車(chē)輛換道最小安全距離研究[J].公路交通科技，2010，27（8）：109-113.endprint

摘 要 首先對(duì)車(chē)輛換道的動(dòng)態(tài)與安全進(jìn)行分析，然后通過(guò)建立換道模型的方式，對(duì)換到車(chē)輛與周?chē)?chē)輛之間的最小安全距離展開(kāi)計(jì)算。

關(guān)鍵詞 換道；目標(biāo)車(chē)輛；模型建立

中圖分類(lèi)號(hào)：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）05-0164-01

換道在車(chē)輛行駛中很是常見(jiàn)，即為改變目前的駕駛環(huán)境，超過(guò)或躲避某些車(chē)輛換至另一道路。此過(guò)程可細(xì)分為確定是否要換道、觀(guān)察間隙是否足夠、換道三個(gè)過(guò)程，時(shí)間雖然短暫，但涉及許多因素，如前后車(chē)輛間距、行駛速度、道路間隙、周?chē)?chē)輛、駕車(chē)技術(shù)水平等。在交通日益擁堵的今天，換道時(shí)若有任何一點(diǎn)失誤，極易與其他車(chē)輛相撞，引發(fā)交通事故。因此，在換道時(shí)必須確保各項(xiàng)因素都符合換道要求，把握好安全距離，避免與周?chē)?chē)輛發(fā)生碰撞。

1 車(chē)輛換道分析

車(chē)輛行駛狀態(tài)與交通密度緊密相連，如交通密度較低時(shí)，車(chē)輛行駛比較自由；而密度較高時(shí)，則以跟馳狀態(tài)為主，或出現(xiàn)超車(chē)、換道等情況；若交通極為擁堵，車(chē)輛難以前進(jìn)，只能處于跟馳或停止?fàn)顟B(tài)。可見(jiàn)，在交通密度處于中等時(shí)，車(chē)輛才存在換道的可能性。

換道有選擇性和強(qiáng)迫性?xún)煞N，前者是指駕駛員主動(dòng)想調(diào)整車(chē)輛行駛狀態(tài)，以達(dá)到理想的環(huán)境，因而才提高車(chē)速、超越慢車(chē)等；后者多指受外部環(huán)境影響，不得已而換道，如前方車(chē)輛突發(fā)故障不能前進(jìn)，必須換道行駛。在選擇性換道時(shí)，要經(jīng)過(guò)“開(kāi)、看、轉(zhuǎn)、關(guān)”四步，必須先觀(guān)察周?chē)h(huán)境是否適合換道，再根據(jù)車(chē)輛的數(shù)量、速度和彼此間距估計(jì)換道的成功率，若滿(mǎn)足換道要求，才可換道。“開(kāi)”是指打開(kāi)轉(zhuǎn)向燈，提示后面車(chē)輛不要突然加速，同時(shí)做好讓道的準(zhǔn)備；“看”是指觀(guān)察車(chē)輛行駛狀況；“轉(zhuǎn)”最為關(guān)鍵，先調(diào)整車(chē)輛行駛角度，進(jìn)入目標(biāo)車(chē)道后，立即反方向調(diào)整方向盤(pán)，以防駛離了目標(biāo)車(chē)道，然后再一步調(diào)整，保證車(chē)輛穩(wěn)定性；“關(guān)”即關(guān)掉轉(zhuǎn)向燈，以免造成誤解。

2 車(chē)輛換道的安全分析

車(chē)輛在行駛中換道其實(shí)是個(gè)難度較大的行為，因?yàn)橐獪?zhǔn)確把握前后左右的角度和距離，同時(shí)還要觀(guān)察本車(chē)道及目標(biāo)車(chē)道上的車(chē)輛行駛狀況。在行駛中，整個(gè)道路都是一個(gè)整體，車(chē)輛勢(shì)必受周?chē)?chē)輛影響，距離越近、影響越大。假設(shè)A車(chē)為換道車(chē)輛，且要往左換；同車(chē)道上前面的車(chē)輛為B1，后面的車(chē)輛為B2。左邊車(chē)道為目標(biāo)車(chē)道，位于A車(chē)前面的車(chē)為C1，A后面的車(chē)為C2.可知，B1、B2、C1、C2四輛車(chē)對(duì)A車(chē)換道的影響最為直接。在進(jìn)一步考慮之下，B2車(chē)與A車(chē)處于跟馳狀態(tài)，且B2車(chē)在A車(chē)后方，可以不予考慮。因此，在此從換道運(yùn)動(dòng)過(guò)程和安全性出發(fā)，對(duì)其他3輛車(chē)產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，以得出最小安全換道距離。

對(duì)其潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行估測(cè)，若A車(chē)與B1間的縱向距離不合理，極易與B1斜向相撞；若換道后與C2間的距離不合理，C2可能與其追尾；若換道后突然加速，易和C1追尾相撞。

3 車(chē)輛換道模型建立

3.1 模型假設(shè)

設(shè)A與B1間的距離為S（0），換道初始時(shí)間為t0，在準(zhǔn)備換道之后的t時(shí)刻，設(shè)A與B1間的距離為S（t）。A換道和原車(chē)道所成的角設(shè)為θ。結(jié)合相關(guān)原理算法，以A左側(cè)前端一點(diǎn)作為參考，則：

S（t）=（aB1-aA）dtdτ+[vB1（0）-vA（0）]t+S（0）-W·sinθ （1）

上式中，aB1與vB1（0）依次代表B1車(chē)的加速度和初始速度；aA和vA（0）依次表示A車(chē)的加速度和初速度。

如要確保t時(shí)間后不會(huì)出現(xiàn)車(chē)輛相撞的情況，必須滿(mǎn)足：

S（0）=max{（aB1-aA）dtdτ+[vB1（0）-vA（0）]t+W·sinθ} （2）

θ表示車(chē)輛換道時(shí)與車(chē)道之間的夾角，其為：

（3）

上式中，Vx（t）、x（t）依次表示的是車(chē)輛縱向的速度和位移；Vy（t）、y（t）依次表示的是車(chē)輛橫向的速度和位移。

從式（2）中可知，最小安全距離和車(chē)輛行駛速度及加速度有關(guān)，但這些速度實(shí)際中很難測(cè)量。因此，可進(jìn)行合理假設(shè)：1）假設(shè)換道車(chē)輛在換道時(shí)保持著恒定的加速度，而其他車(chē)輛則處于勻速行駛中；2）在車(chē)速較快時(shí)換道，形成的縱向夾角較小，因此本文假定縱向速度的變化不受橫向速度變化的影響；3）此處以加速換道情況為主要考慮對(duì)象，所以可以忽略B2的影響。

3.2 模型建立

車(chē)A與C2間的最小縱向安全距離：

C2位于車(chē)A的換道目標(biāo)上，且在A后方。當(dāng)換道時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，兩輛車(chē)或追尾，或斜向相撞。若要避免相撞，需保證下式成立：

S（0）≥SC2-SA+L+W·sinθ （4）

在上式中，L和W分別是車(chē)的長(zhǎng)度和寬度；設(shè)車(chē)A完成加速所需時(shí)間為ta，則SC2和SA依次是在ta時(shí)間內(nèi)C2和A行駛的縱向距離。

又因?yàn)楸疚闹饕紤]加速換道，在由低速轉(zhuǎn)高速時(shí)，期望以更高的速度行駛。為避免碰撞，換道結(jié)束后，應(yīng)按照目標(biāo)車(chē)道的車(chē)速行駛，若A與目標(biāo)車(chē)道上的行車(chē)沒(méi)有碰撞，則在跟馳時(shí)也不會(huì)有相撞情況。目標(biāo)車(chē)道的行駛速度為VC2，則車(chē)A加速時(shí)間ta=（VC2-VA）/aA，其加速換道時(shí)間通常在3 s～5 s。則在此時(shí)間內(nèi)，A車(chē)的縱向距離為：SA=（VC2+VA）×ta/2。

按照前面假設(shè)條件，其他車(chē)輛均處于勻速狀態(tài)，則C2的縱向距離SC2=VC2×ta。則可求得A車(chē)與C2之間的最小縱向安全距離為：

SMSD（0）=SC2-SA+L+W·sinθ=L+W·sinθ+

根據(jù)這種算法進(jìn)一步計(jì)算，可求得車(chē)A換道時(shí)與B1、C1之間的最小縱向安全距離，依次為L(zhǎng)+W·sinθ+（vA-vB1）+aAtC2和L+W·sinθ+

4 模型仿真分析

為提高安全性，A車(chē)換道時(shí)的加速度盡量控制在2 m/s2以?xún)?nèi)，假設(shè)車(chē)的長(zhǎng)度和寬度分別為5 m、1.8 m，換道用時(shí)需3 s～5 s，角度則選擇3°～5°。

以A車(chē)與C2車(chē)之間的縱向最小安全距離為例，分別取車(chē)輛換道加速度為aA=1 m/s2和aA=1 m/s2。對(duì)其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，可獲知加速度越大，安全距離越大，應(yīng)適當(dāng)提高加速度，以減少相撞率。而車(chē)A與C1間的安全距離計(jì)算結(jié)果來(lái)看，換道加速度應(yīng)保持適中。在與B1間最小安全距離分析中，A應(yīng)降低換道時(shí)間，以減少相撞率。

5 結(jié)束語(yǔ)

在車(chē)輛行駛中，經(jīng)常會(huì)有換道操作，需要綜合多個(gè)因素進(jìn)行考慮。稍有失誤，就有可能與周?chē)?chē)輛發(fā)生碰撞、為此，必須把握好與目標(biāo)車(chē)輛及周?chē)?chē)輛的安全距離。

參考文獻(xiàn)

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