评估车辆之间安全距离的指标

2024-04-23 03:30:16

由于自己跟导师的工程上需要用到这部分知识，都是自己从零记录，刚好分享给大家。

评估车辆之间安全距离的指标包括：

源自相对速度的安全距离（Safe distance derived from relative speed）：车辆与前方车辆保持的安全距离，考虑相对速度。公式：d = (v1 + v2) * t + k，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。含义：源自相对速度的安全距离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
Minimum safe following distance (MSFD)：最小安全跟随距离，用于评估车辆在不同速度下应保持的最小安全跟随距离。公式：MSFD = (speed/2) + (speed/2)^2 / (2 × deceleration)，其中speed为车辆的速度，deceleration为车辆的减速度。含义：MSFD指出，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。
Safe time headway (STH)：安全时间车头距离，用于评估车辆之间应保持的安全时间距离。公式：STH = THW / (1 - (v1-v2) / (3.3a))，其中v1和v2为车辆的速度，a为车辆的减速度。含义：STH指出，车辆之间的速度差和减速度会影响它们之间的安全距离，STH可以用来评估车辆之间应保持的安全时间距离。
TTC（Time to Collision，碰撞时间）：指车辆在当前速度下到达前车的时间，通常以秒为单位，公式为：TTC = d / (v_rel + 0.001)，其中d为当前距离，v_rel为当前速度差。 TTC 模型。TTC 是指两车相撞所需的时间，也被称为即碰时间避撞算法。在定义危险制动距离时，TTC 的制动距离被用在算法逻辑中，如果 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），驾驶员没有对碰撞预警做出反应，则在这时候系统应该自动制动。 T T C = D / v rel dbr=TTC∗vrel+d0 其中，D两车相对距离，vrel两车相对车速， dbr危险制动距离。
由于当两车相对速度为零时，T T C 无解，所以设定vrel的下限，模型中下限取。T T C 时间一般在1.1 s到1.4 s 1.4s1.4s之间，车辆的制动减速度的平均值为0.52 g 。在 T T C 算法中，设定预警危险T T C 为2.6 s。部分制动 T T C 为 1.6 s，全力制动TTC 为0.6 s 。当系统计算实际T T C 达到2.6 s 2.6s2.6s时，分别竖起警告标旗（2.6 s f l a g ）、部分制动标旗（1.6 s f l a g）、全力制动标旗（0.6 s f l a g ）

注意：车距检测预警技术同样是检测本车与前车的车距(HEADWAY)，在车距过近的情况下向驾驶员发出警报。因为车距Headway一般会换算成时间显示出来，所以容易与FCW的碰撞时间混淆，但是HMW的车距时间和FCW的碰撞时间（TTC）计算方式是不同的：
Headway车距时间 = 两车车距 / 本车的车速
FCW的碰撞时间（TTC）= 两车车距 / 两车的相对车速
TTCm（Modified Time to Collision，改进的碰撞时间）：是TTC的改进版本，考虑了当前车辆的加速度，公式为：TTCm = TTC + v_rel / a，其中a为当前车辆的加速度。
Time to React (TTR)：反应时间，指驾驶员在看到障碍物后采取反应的时间。公式：TTR = TTC - TR，其中TR为驾驶员的反应时间。含义：TTR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。
HMD（Headway Distance，车头时距）：指前车和本车的车头之间的距离，公式为：HMD = d - l1 - l2，其中d为当前距离，l1为前车长度，l2为本车长度。
SAFED（Safe Distance，安全距离）：指在反应时间内车辆行驶的距离，公式为：SAFED = T * V，其中T为反应时间，V为车速。
停止距离：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，公式为：SD = (V^2) / 2g * f，其中V为初始速度，g为重力加速度，f为制动系数。
Braking Distance（制动距离）：指在当前速度下，车辆完全停下所需的距离。公式为：BD = (V^2) / 2g * f，其中V为初始速度，g为重力加速度，f为制动系数。
Gap Time（时间间隔）：指前车通过某个固定点后，本车通过该点的时间差。公式为：GT = d / V，其中d为前车与本车之间的距离，V为本车速度。
Time Headway（时间车头时距）：指前车和本车车头之间的时间间隔，即HMD除以相对速度。公式为：THW = HMD / v_rel，其中v_rel为前后车辆之间的相对速度。
Time-to-Lane-Change（换道时间）：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。公式为：TLC = L / V，其中L为需要穿过的车道长度，V为车速。
Time Exposed（曝露时间）：指前车在某一时刻开始减速到完全停下的时间，是一种反映车辆运动特征的指标。公式为：TE = (V1 - V2) / (a1 - a2)，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。
Kinematic Distance（动力学距离）：指在一定时间内车辆移动的距离，是一种反映车辆运动状态的指标。公式为：KD = V * T + 0.5 * a * T^2，其中V为初始速度，a为加速度，T为时间。
Minimum Stopping Distance（最小停车距离）：指在当前速度下，车辆在最短时间内完全停下所需的距离。公式为：MSD = V^2 / (2 * g * μ)，其中V为车速，g为重力加速度，μ为摩擦系数。
ACC（Adaptive Cruise Control，自适应巡航控制）跟车间隔：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。
LDW（Lane Departure Warning，车道偏离警告）：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。
FCW（Forward Collision Warning，前向碰撞预警）：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。
AEB（Automatic Emergency Braking，自动紧急制动）：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。
LC（Lane Change，车道变更）间隔：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。
交通流量（Traffic flow）：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。公式：无固定公式，根据道路情况进行评估。含义：交通流量指出，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。
雨雪等恶劣天气（Adverse weather）：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。公式：无固定公式，根据道路情况和天气情况进行评估。含义：恶劣天气指出，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。
驾驶员疲劳程度（Driver fatigue）：疲劳的驾驶员反应能力下降，需要保持更大的安全距离。公式：无固

车辆前向碰撞预警的评价指标可以从多个方面考虑，以下是其中几个常见的指标：

准确率（Accuracy）：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。公式：Accuracy = (TP + TN) / (TP + TN + FP + FN)。其中，TP表示真正预警的数量，TN表示真正未预警的数量，FP表示错误预警的数量，FN表示未预警但实际发生了碰撞的数量。
召回率（Recall）：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。公式：Recall = TP / (TP + FN)
精度（Precision）：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。公式：Precision = TP / (TP + FP)
F1值（F1 Score）：综合考虑了准确率和召回率，用于评估预警的综合效果。
公式：F1 Score = 2 * (Precision * Recall) / (Precision + Recall)
延迟时间（Warning Lead Time，WLT）：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。
触发率（Trigger Rate）：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。
误报率（False Alarm Rate，FAR）：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。
碰撞严重程度（Crash Severity）：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。
车辆数量（Vehicle Number）：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。
警示效果（Warning Effectiveness）：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。
注意：

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, 那么HMW显示的时间就是1.2秒，而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，那么HMW显示的时间同样是1.2秒，而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。所以，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。
另外：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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