高速公路汽车防碰撞模型仿真研究

第５卷第４期２００９年８月

中国安全生产科学技术

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｖ０１．５Ｎｏ．４Ａｕｇ．２００９

文章编号：１６７３—１９３Ｘ（２００９）一０４—００４７—０４

速公路汽车防碰撞模型仿真研究

高云博１，赵云胜１，崔

巍２

（１．中国地质大学工程学院，武汉４３００７４）（２．新疆库尔勒塔里木油田公司，库尔勒８４１０００）

摘要：随着高速公路的快速建没，交通事故迅猛增长。保证适当的车辆行驶距离足预防高速公路事故的有效手段。论文根据车辆制动规律和运行状态，得出行车安伞距离模型，同时对模型中的参数进行了说明和分析。采用ＭＡＴＬＡＢ软件对高速公路车辆的安全距离模型进行仿真分析，得出安全距离随车速和附着系数的变化规律，寻求既保证车辆安全行驶又不影响道路通行能力的合理的安全距离值，为降低高速事故率提供一定的依据。关键词：安伞距离；车速；附着系数；仿真分析中图分类号：Ｘ９５１

文献标识码：Ａ

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙ

ｏｎ

ｖｅｈｉｃｌｅａｎｔｉ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆＨｉｇｈｗａｙ

ＧＡＯＹｕｎ—ｂ０１，ＺＨＡＯＹｕｎ．ｓｈｅｎ９１，ＣＵＩ—ｗｅｉ２

（１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）

（２．ＸｉｎｊｉａｎｇＴａｒｉｍＯｉｌｆｉｅｌｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｋｕ’ｅｒｉｅ８４１０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｗａｙｓ，ｔｒａｆｆｉｃａｃｃｉｄｅｎｔｓｉｎｃｒｅａｓｅｆａｓｔ．Ａｓｓｕｒａｎｃｅ

ｂｅｔｗｅｅｎｖｅｈｉｃｌｅｓｉｓ

ｏｎ

ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｄｉｓｔａｎｃｅ

ａｎ

ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｎｔｏｐｒｅｖｅｎｔｈｉｇｈｗａｙａｃｃｉｄｅｎｔｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｒｄｅｒｌｉｎｅｓｓｏｆａｐｐｌｙｔｈｅｂｒａｋｅ

ａｎｄｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｔｅ，ａｔｒａｆｆｉｃｍｏｄｅｌｏｆｓａｆｅｄｉｓｔａｎｃｅｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｔｔｈｅ

ｓａｎｌｅ

ｍｏｄｅｌ

ｗｅｒｅ

ｅｘｐｌａｉｒｅｄｔｈｅ

ｒｅ—

ｔｉｍｅ，ｔｈｅｐａｐｅｒ

ｕｓｅｓ

ＭＡＴＬＡＢｓｏｆｔｗａｒｅＷａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｈｅ

ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ

ｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＣａｒｓｐｅｅｄ．ａｔｔａｃｈｍｅｎｔｃｏｅ伍ｃｉｅｎｔａｎｄｓａｆｅｄｉｓｔａｎｃｅＷａｓｄｉｓｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｄｉｓｔａｎｃｅｔｈａｔ

ｎｏｔ

Ｃａｎ

ｏｎｌｙａｖｏｉｄｔｈｅａｃｃｉｄｅｎｔｆｒｏｍｂａｃｋｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｂｕｔａｌｓｏｈａｖｅ

ｎｏ

ｅｆｆｅｃｔ

ｏｎ

ｔｈｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｒａｆｆｉｃ

ｗａｓ

ｓｔｕｄｉｅｄｔｏｈｅｌｐ

ｔｒａｆｆｉｃｓａｆｅｔｙｉｎｆｒｅｅｗａｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓａｆｅｔｙｄｉｓｔａｎｃｅ；ｓｐｅｅｄ；ａｔｔａｃｈｍｅｎｔｃｏｅｔ矗ｅｉｅｎｔ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙ

我国的高速公路发展迄今，只有十几年的历史，

却走过了发达国家三四十年的发展历程。随着高速

气路面光滑或雾天视线不良等情况下很容易发生制

动侧滑或行车距离不足而导致追尾碰事故。因此，

公路的快速建设，高速公路交通量明显增大，与此同时交通事故迅猛增长。高速公路的事故类型，大多

数为追尾碰撞事故。这是因为高速公路属全封闭类型，具有中央分隔带，所以行车道上的车辆与行人及对面车辆相撞的事故极少，但因车速高，在雨、雪天

分析高速公路行车安全距离及其影响因素，对预防

追尾事故的发生有重要意义。

１

行车安全距离模型

安全距离的概念

为满足行车安全要求而需要保持的最小车头间

１．１

收稿日期：２００９－０６－０１

作者简介：高云博（１９８４一），女，硕士研究生。

距，称为安全距副１。。也就是在同一条车道上，保

万方数据　

４８

中国安全生产科学技术

第５卷

证同向行驶前后两车安全、高效行驶时的距离。安全距离过小，容易发生追尾事故，不利于车辆的安全行驶；反之，距离过大，又会降低道路通行能力。１．２安全距离模型

通常情况下，当自车发现前车减速时，自车开始

减速，并且停车时两车之间保持一定距离。因此，高速公路行车安全距离与自车制动距离、前车制动距离以及停车时两车间的距离有关，具体关系可用下

式表示‘２１：

Ｓ＝Ｓ自一Ｓ前＋ｓｏ

（１）

式中：ｓ为前后两车的行车距离（ｍ），Ｓ自为自车的

制动距离（ｍ），Ｓ前为前车所走的距离（ｍ），ｓ０为停

止时两车间的距离（ｍ），一般为２～５ｍＬ３Ｊ，为保证充

分的距离，本文ｓ。取为５ｍ。１．２．１制动过程分析

车辆的制动过程大致分为３个时间阶段：

（１）驾驶员反应时间阶段。在这一阶段，驾驶

员发现紧急情况后并没有立即行动，因此车辆保持匀速行驶状态。

（２）制动协调时间阶段，主要包括制动传递延迟时间和制动力增长时间。时间的长短主要取决于驾驶员踩脚踏板的速度和制动器的结构形式。在这

一阶段，车辆分别做匀速和变减速运动。

（３）持续制动阶段。这一阶段内，车辆做匀减速运动。

根据对制动过程的分析，得出车辆制动距离的

计算公式为【２Ｊ：

Ｄ

２纛（‘－％）＋赤（２）

．，

－２

式中：Ｄ为制动距离（ｍ），ｔＩ为制动初速度（ｋｍ／ｈ），ａ为车辆最大减速度（ｍ／ｓ２），ｔ，为驾驶员的制动反应时间（ｓ），ｔ：为制动传递延迟时间（ｓ）。１．２．２安全距离的计算方法

自车是根据前车的变化进行自我调整的，首先

要分析前车的运动状态。假设前车的制动传递延迟时间与自车相同；ｔ，。为前车制动初速度（ｋｍ／ｈ），１３：为自车制动初速度（ｋｉｎ／ｈ）；口，为前车最大减速度（ｍ／ｓ２），ａ：为自车最大减速度（ｍ／ｓ２）。工为前车轮胎与路面的附着系数Ｚ为自车轮胎与路面的附着

系数。根据前车的运动状态，本文分为以下３种情况对安全距离进行讨论：

万　

方数据（１）前车静止

当前车处于静止状态时，相当于ｓ前＝Ｏ，则根据

公式（１）和（２），得出行车安全距离为：

ｓ。＝驾≯＋ｉ‰‰（３）

（２）前车做匀速或加速运动

这种状态下，若自车的速度小于前车的速度，则不会发生追尾事故；若自车的速度大于前车速度，在

整个制动过程中，两车速度达到相同时为危险临界

状态。基于这种特性，建立的安全距离模型为：

．ｓ：＝坐学＋氅拶‰

（４）

（３）前车做减速运动

由于前车为引导车，当其减速制动时，不必考虑其驾驶员反应时间，则根据制动规律，得到前车的制

动距离为：

ｓ’＝篡＋南（５）

根据公式（１）、（２）、（５）得到安全距离为：

５，２——了百一＋元●五ｉ一

。

ＩＹ２（ｔｌ＋ｔ２）一＂ｌｔ２

秽；

●，２

五专孺＋ｓ。

（６）

汽车在路面上的制动还要受到轮胎与路面间的附着系数的影响。根据附着力和驱动轮法向作用力

的关系，得出最大加速度与附着系数成正比，即口＝∥／为附着系数。

将其带入公式（３）、（４）、（６）中－

ｓ：＝坐半。１—

ｓ．＝拳≯６＋２矗５４

７

３．

Ｘ＋ｓｏ厶～ｏ

ｓ，；坐半－－Ｉ－掣４‰－’

２５４厶

’即

工．

＋丽Ｕ２一面ＶＩ＋ｓ。（７）

一’２５够２５戗～０、吖

２模型参数的确定

由上述安全距离的模型可以看出，高速公路行

车安全距离与自车制动初速度、前车制动初速度、车

胎与路面的附着系数、反应时间等参数有关。

第４期

中国安全生产科学技术

４９

２．１制动初速度

我国《道路交通安全法实施条例》规定：高速公路最高车速不得超过１２０ｋｍ／ｈ，最低车速不得低于

６０ｋｍ／ｈ，将车速控制在一定的范围内。为提高实用

性，本文选取车速为６０一１２０ｋｍ／ｈ。２．２时间ｔ１、ｔ２

驾驶员制动反应时间ｔ。主要受到自身因素如年龄、性别、视野、精神状态以及反应灵敏度、技术熟练水平等条件的影响。根据相关试验的测定，通常情况下，反应时间为０．３一１８１４Ｊ。

制动传递延迟时间ｔ：与驾驶员踩脚踏板的速

度和制动系统的结构相关。一般来说，液压制动器

为０．２—０．２５ｓ，气压制动器为０．３—０．９ｓ【３刮。２．３附着系数

影响附着系数的因素很多，其数值主要取决于道路的材料、路面状况、车胎结构、胎面花纹以及车

辆速度等条件。表ｌ显示的是不同路面条件下的附着系数范围值¨Ｊ。

表１道路一附着系数值

３模型仿真及分析

目前用于仿真的软件很多，本文选择ＭＡＴＬＡＢ

软件进行安全距离的仿真分析Ｍ】。主要分析速度

和附着系数对安全距离的影响，分别在前车静止、匀速运动和减速运动３种状态下进行。

首先对模型中的一些参数进行设定：当两车处

于同一路面时，可近似认为附着系数相同。本文假

定车辆在干燥路面、潮湿路面和泥浆路面上行驶，附

着系数分别取为Ｏ．８、０．６、０．４；自车驾驶员反应时间ｔＩ＝０．５ｓ，制动传递延迟时间ｔ２＝Ｏ．８ｓ。３．１前车静止状态

通过自车的速度变化分析３种路面下的安全距

离值，结果如图ｌ所示。

万　

方数据罢

键

鲤

誊靶剞舷

图１前车静止状态下安全距离仿真图

由仿真曲线可以看出３种路面下安全距离值的变化率随自车速度的增加而增加，制动初速度越大、

附着系数越低，安全距离值越大。３．２前车匀速运动

由前车匀速运行的安全距离模型可知，只有自车的速度大于前车速度时才有可能造成追尾事故。

因此，假设前车速度保持６５ｋｍ／ｈ不变，通过改变自

车的速度对安全距离进行分析，自车的速度变化范围在７０～１２０ｋｍ／ｈ之间，仿真结果见图２所示。

童搬

嘲

鄙妊剞戳

图２前车匀速运动状态下安全距离仿真图

图２与图１相似，安全距离值均与制动初速度

的平方成正比，与附着系数成反比。不同的是图２中安全距离的变化率随速度的增加而减小。假设两车制动前的初速度相同，其余条件不变，

得到仿真图如图３所示。

３．３前车减速运动

５０

中国安全生产科学技术第５卷

图３前车减速运动状态下安全距离仿真图

在假设前后两车制动初速度相同的情况下，３

种路面下安全距离的仿真曲线相同，即此时安全距离与附着系数无关，仅与速度成正比。

由仿真曲线可以看出安全距离值和制动初速

度、附着系数间的变化规律，通过曲线图可以很容易

的获得某种路况下一定初速度时的安全距离值，具有一定的实用价值。

本文根据车辆的制动规律和运行状态，给出了高速公路车辆安全行驶距离模型，通过对模型的仿真分析，得出以下结论：

（１）高速公路行车安全距离模型与自车制动初

速度、前车制动初速度、驾驶员反应时间、制动传递延迟时间以及轮胎与地面的附着系数等因素有关。

（２）前车处于不同运动状态时，得出的安全距离模型不同。在实际应用中，先要判断车辆的运行状态，选用适当的模型进行分析。

（３）实际应用模型时，要根据相关标准和实验选择适当的参数。

万　

方数据（４）论文通过ＭＡＴＬＡＢ软件对安全距离模型进行仿真分析，得出不同运动状态下安全距离和速度、附着系数的变化规律，具有一定得实用性。参考文献

［１］徐杰，杜文，孙宏．跟随车安全距离的分析［Ｊ］．交通运

输工程学报，２００２，２（１）：１０１～１０４

ＸＵ

Ｊｉｅ，ＤＵＷｅｎ，ＳＵＮＨｏｎｇ．Ｓａｆｅｔｙｄｉｓｔａｎｃｅａｂｏｕｔ

ｃａｒ－

ｆｏｌｌｏ诵ｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆＴｒａｆｆｉｃａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

Ｅｎｇｉ—

ｎｅｅｒｉｎｇ，２００２，２（１）：１０１—１０４

［２］马俊．高速公路行车安全距离的分析与研究［Ｊ］．西安

公路交通大学学报，１９９８，１８（４）：９０—９４

ＭＡＪｕｎ．ＡＳｔｕｄｙ

ｏｎ

ＳａｆｅＤｉｓｔａｎｃｅ

ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＶｅｈｉｃｌｅｓｉｎ

Ｆｒｅｅｗａｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

Ｘｉ’ａｎ

ＨｉｇｈｗａｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，

１９９８，１８（４）：９０～９４

［３］徐吉谦．交通工程总论［Ｍ］．北京：人民交通出版社，

１９９５：６０—７０ＸＵ

ｊｉ．ｑｉａｎ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ｔｏＴｒａｆｆｉｃ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｍ］．Ｂｅｉ—

ｊｉｎｇ：Ｐｅｏｐｌｅ’８ｔｒａｆｆｉｃｐｒｅｓｓ，１９９５：６０—７０

［４］

杨翠萍，官慧峰．高速公路汽车防撞系统的安全行车距离研究［Ｊ］．自动仪表，２００８，２９（９）：１９—２１

ＹＡＮＧＣｕｉ－ｐｉｎｇ，ＧＵＡＮＨｕｉ－ｆｅｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

ＳａｆｅＤｉｓ—

ｔｌｕｌｃｅ

ｂｅｔｗｅｅｎＶｅｈｉｃｌｅｓｆｏｒＦｒｅｅｗａｙＡｎｔｉ－ｃｏｌｌｉｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ

［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｓｓ

ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ

ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，２００８，２９（９）：１９

～２１

［５］

吴伟铨．安全行车中车轮受力情况与制动距离探讨

［Ｊ］．引进与咨询，２００６，（７）：３７—３９ＷＵＷｅｉ—ｑｕａｎ．Ｓａｆｅ

Ｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅｓｉｎ

ｔｈｅｗｈｅｅｌａｎｄ

ｅｘ－

ｐｌｏｒｅｔｈｅｂｒａｋｉｎｇ

ｄｉｓｔａｎｃｅ［Ｊ］．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ａｎｄｅｏｎｓｕｈ－

ｉｎｇ，２００６，（７）：３７—３９

［６］郭仕剑，邱志模，陆静芳等．ＭＡＴＬＡＢ入门与实战［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００８：９—１０

ＧＵＯ

Ｓｈｉ－ｊｉａｎ，ＱＩＵＺｈｉ－ｍｏ，ＬＵ

Ｊｉｎｇ－ｆａｎｇ，ｅｔａ１．Ｉｎｔｒｏ－

ｄｕｃｔｉｏｎａｎｄ

Ｐｒａｃｔｉｃａｌｏｆ

ＭＡＴＬＡＢ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｐｅｏｐｌｅ’ｓ

ｐｏｓｔｐｒｅｓｓ。２００８：９一ｌＯ

４结论

高速公路汽车防碰撞模型仿真研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

高云博， 赵云胜， 崔巍， GAO Yun-bo， ZHAO Yun-sheng， CUI wei

高云博,赵云胜,GAO Yun-bo,ZHAO Yun-sheng(中国地质大学工程学院,武汉,430074)， 崔巍,CUI wei(新疆库尔勒塔里木油田公司,库尔勒,841000)中国安全生产科学技术

JOURNAL OF SAFETY SCIENCE AND TECHNOLOGY2009,5(4)1次

参考文献(6条)

1.徐杰;杜文;孙宏 跟随车安全距离的分析[期刊论文]-交通运输工程学报 2002(01)2.马俊 高速公路行车安全距离的分析与研究 1998(04)3.徐吉谦 交通工程总论 1995

4.杨翠萍;官慧峰 高速公路汽车防撞系统的安全行车距离研究[期刊论文]-自动化仪表 2008(09)5.吴伟铨 安全行车中车轮受力情况与制动距离探讨[期刊论文]-引进与咨询 2006(07)6.郭仕剑;邱志模;陆静芳 MATLAB入门与实战 2008

本文读者也读过(6条)

1. 党宏社.韩崇昭.段战胜 汽车防碰撞报警与制动距离的确定[期刊论文]-长安大学学报(自然科学版)2002,22(6)2. 吕立波 激光测距技术在汽车防碰撞领域中的应用[期刊论文]-警察技术2005(2)3. 罗玉元 汽车安全装置中的防碰撞系统[期刊论文]-上海汽车2004(3)

4. 唐阳山.江振伟.白艳.方媛.TANG Yang-shan.JIANG Zhen-wei.BAI Yan.FANG Yuan 汽车防碰撞安全距离模型及仿真研究[期刊论文]-辽宁工业大学学报2008,28(5)

5. 安富强.AN Fu-qiang 汽车防追尾碰撞系统的研制[期刊论文]-南京林业大学学报（自然科学版）2000,24(4)6. 夏冠群.上海汽车电子工程中心 主动汽车防碰撞毫米波雷达系统概况[会议论文]-2002

引证文献(1条)

1.孙恩吉 基于大气退化物理模型恢复算法的露天矿车辆助驾技术[期刊论文]-中国安全生产科学技术 2011(10)

引用本文格式：高云博.赵云胜.崔巍.GAO Yun-bo.ZHAO Yun-sheng.CUI wei 高速公路汽车防碰撞模型仿真研究[期刊论文]-中国安全生产科学技术 2009(4)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pea4.html