專利名稱：基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型的制作方法
基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于汽車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種跟車行為模型系統(tǒng)。技術(shù)背景
多源信息融合技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)成為智能化交通控制與管理系統(tǒng)開發(fā)和實現(xiàn)的關(guān)鍵技 術(shù)，對提高交通系統(tǒng)管理效率、緩解擁擠、減少污染和能源消耗、培育未來新產(chǎn)業(yè)具有十分 重要的理論價值和現(xiàn)實意義。雖然多源信息融合技術(shù)在上述領(lǐng)域取得了一些進(jìn)展，但在駕 駛員行為的研究中卻未得到充分利用?，F(xiàn)代化道路交通把人、車、路、環(huán)境(交通四要素) 融為一體，成為動態(tài)與靜態(tài)相結(jié)合的社會大系統(tǒng)。其中，人是主體因素，在協(xié)調(diào)和控制交通 四要素中起舉足輕重作用。鑒于此，本設(shè)計關(guān)于駕駛員行為的研究從人機(jī)控制和系統(tǒng)的觀 點出發(fā)，應(yīng)用模糊邏輯、非參數(shù)統(tǒng)計等理論以及智能協(xié)同技術(shù)，對駕駛員任務(wù)集聚、協(xié)同反 應(yīng)過程，特別是多源信息融合，人機(jī)協(xié)同效能在不同路網(wǎng)環(huán)境中的實現(xiàn)等建模關(guān)鍵理論與 方法進(jìn)行研究，建立了駕駛員微觀協(xié)同反應(yīng)模型及算法。發(fā)明內(nèi)容
1.本發(fā)明的目的是提供一種基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型，是一種 線性加速模型，將車間距、前車加速度、速度差作為模型中的多源信息輸入變量，采用模糊 積分和貝葉斯方法，將多源信息融合輸入變量，決定產(chǎn)生下一步的車輛跟馳行駛模式；所述 模型可使前車與后車同時移動，車輛的反應(yīng)不會受到仿真步長的限制，同時能夠通過控制 器來實現(xiàn)真實空間、時間中的車輛移動。移動。
本發(fā)明利用模糊積分和貝葉斯方法描述駕駛員在復(fù)雜行駛環(huán)境中多源信息的融 合過程，確定駕駛員任務(wù)集聚后，對車輛應(yīng)采取的駕駛行為。
多源信息融合是對多個信息進(jìn)行處理的理論和方法，可以把不同時間、空間的數(shù) 據(jù)進(jìn)行綜合處理，從而得到對現(xiàn)實環(huán)境更精確、更可靠的描述。
其基本原理和出發(fā)點是充分利用多個信息源，通過對它們及其提供信息的合理 支配和使用，把多個信息源在空間或時間上的冗余或互補(bǔ)信息按照某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合，以 獲得對被測對象的一致性解釋或描述，使該信息系統(tǒng)由此獲得比它各組成部分的子集所構(gòu) 成的系統(tǒng)更優(yōu)越的性能。
作為道路交通系統(tǒng)的信息處理者、決策者、調(diào)節(jié)者和控制者，駕駛員是 人-車-路-環(huán)境系統(tǒng)中最核心、最復(fù)雜的組成部分。
在行車過程中，駕駛員需要連續(xù)不斷地從道路環(huán)境和車輛運(yùn)行狀況中獲取道路交 通和車輛運(yùn)行等多源信息，并對其進(jìn)行融合來決定產(chǎn)生下一步的車輛行駛模式。
具體的車輛行駛模式包括加速行駛、減速行駛、跟車行駛等。
本發(fā)明所構(gòu)建的車輛跟馳模型是一種線性加速模型，可以將車間距、前車加速度、 速度差作為模型中的多源信息輸入變量。該模型可使前車與后車同時移動，車輛的反應(yīng)不 會受到仿真步長的限制，同時能夠通過控制器來實現(xiàn)真實空間、時間中的車輛移動。
基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型車輛跟馳模型算法如下
(I)前車速度降低時，為了保持前后車的間距，后車駕駛員采取的措施是盡量使車速等于前車的車速。
(2)最優(yōu)車頭時距(tp)指的是當(dāng)前后車輛處于穩(wěn)定的車輛跟馳狀態(tài)時的車頭時距。
(3)處于穩(wěn)定狀態(tài)的車間距稱為期望間距。期望間距是指前車的后檔與后車的前保險杠之間的距離，它可以用下式來表達(dá)
期望間距=速度X最優(yōu)車頭時距
(4)線性的加(減)速模型能夠表明駕駛員可以通過采取加速或減速的行為來達(dá)到它的期望速度。
相似的，在車輛跟馳過程中，駕駛員可以用同樣的原理達(dá)到與前車的穩(wěn)定狀態(tài)。
(5)駕駛員的感覺域隨前車速度和加速度以及車頭時距變化。滿足以上條件的車輛跟馳模型賦予每個駕駛員一個最優(yōu)車頭時距和一個剎車反應(yīng)時間。
模型描述如下假設(shè)前車和后車開始在t = t0時刻相距Λ X并且它們有不同的速度，后車將在t = h時刻以它的期望間距與前車達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，跟馳行為模型公式為
a (Aa)t0+CXt2+(β (Av)toJa1Xtp) Xt-(Ax)toJv1Xtp = O (1—1)
式中，α，β——有待標(biāo)定的常量；(何種常量)(是一個待定的數(shù)值，可以通過實測數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，就像 數(shù)學(xué)方程式里的待定系數(shù)一樣。)
t、tp-達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時間和最優(yōu)車頭時距；
c——剎車反應(yīng)時間；
( Δ V) t0+c = (Vf-V1) t0+c ;vf、V1-后車和前車的速度；
(A )C =( , - ； af、B1—后車和前車的加速度；
t0時刻是設(shè)定的開始時刻，t0+c時刻即開始時刻h加上剎車反應(yīng)時間c后的時刻)
引入一個可計算的加速度斜率，S卩加速度變化的快慢程度，它將后車帶到一種穩(wěn)定的狀態(tài)；所述加速度斜率的值由以下公式求得
s = -2X ((Av) t0+c+ ( Δ a) t0+c X t) /t2 (1-2)
其中，s是代表h到&時間行駛的距離。
這個斜率被應(yīng)用在時間
t = t0+c
在前一步長和當(dāng)前步長的時間段內(nèi)加速度和加速度斜率保持穩(wěn)定的前提下，(計算機(jī)模型設(shè)計中模擬更新車輛運(yùn)行狀態(tài))用于刷新車輛模型的算法如下
(v)ti= (v) t0+ (a) t0 X T+0. 5 X s X T2
(x)tl = (x)t0+ (v)t0XT+0. 5X (a)toXT2+0. 167XsXT2(1-3)
式中，(V)tl——t = 時刻后車速度；
(v) t(l、(a) t0——t = t0時刻后車速度和加速度；
(x)tl-1 = 時刻后車所處的位置；
(x)tQ-1 = t0時刻后車所處的位置；
T-刷新時間。
公式(1-3)應(yīng)用的前提是在前一步長和當(dāng)前步長的時間段內(nèi)加速度和加速度斜率保持穩(wěn)定。如果在這個時間段里反應(yīng)時間和一個新的加速度被考慮，那么下面的公式被應(yīng)用
(v)u =:(V) t0+(a) t0X Δ c+0. 5 X (S)toX ( A c)2+ (a) 0+ΔεΧ (T_ Δ c) +0. 5 X (s)tO+Δ c X(T-Ac)2
(x)u =:(X) !+(ν) to X Δ c+0. 5 X (a) t0X (Δ c)2+0. 167 X (S)ttlX (Δ c)2+(v)tO+Δ c X(T-Ac)+0.5X (a)t0+.cX (T_Ac)2+0. 167X (s)t0+.cX (T-AC)2
(1-4)
式中，Λc—前一刷新時間與反應(yīng)時間的差值；
(a) t0+Ac——反應(yīng)時間之后新的加速度；
(S) to+ Δ c——反應(yīng)時間之后的新的加速度斜率；
(V) t0+Ac——反應(yīng)時間末的后車速度。
(V) to+ ΔC可以由下式得到
(V) to+Ac=(V) to+ (a) t0 X ( Δ C) +0. 5 X (s) t0X (Ac) (1-5)
從公式(1-3)可以看出，應(yīng)用到前一時間步長的反應(yīng)時間，將被應(yīng)用在當(dāng)前步長和前一-步長之間。
下面對本發(fā)明的實施例進(jìn)行具體描述。
具體實施方式
本實施例將根據(jù)行車道上車輛跟馳的整個過程，對駕駛員從整個交通系統(tǒng)中獲取、加工、貯存、使用相關(guān)信息的認(rèn)知過程鏈進(jìn)行抽象，運(yùn)用認(rèn)知心理學(xué)知識，并結(jié)合人的信息并行處理、競爭協(xié)作輸出的思想，提出一種將直覺、分析和推理三者相結(jié)合的基于多源信息融合的駕駛員綜合認(rèn)知結(jié)構(gòu)。
基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型，其特征在于是一種線性加速模型，將車間距、前車加速度、速度差作為模型中的多源信息輸入變量，該模型可使前車與后車同時移動，車輛的反應(yīng)不會受到仿真步長的限制，同時能夠通過控制器來實現(xiàn)真實空間、時間中的車輛移動。
所述跟馳行為模式包括加速行駛、減速行駛和跟車行駛。
跟馳行為模型算法如下
(I)當(dāng)前車速度降低時，為了保持前后車的間距，后車駕駛員采取的措施是盡量使車速等于前車的車速。
(2)最優(yōu)車頭時距(tp)指的是當(dāng)前后車輛處于穩(wěn)定的車輛跟馳狀態(tài)時的車頭時距。
(3)處于穩(wěn)定狀態(tài)的車間距稱為期望間距。期望間距是指前車的后檔與后車的前保險杠之間的距離，它可以用下式來表達(dá)
逝望間距=速度X最優(yōu)車頭時距
(4)線性的加(減)速模型能夠表明駕駛員可以通過采取加速或減速的行為來達(dá)到它的期望速度。
駕駛員加速、減速、跟車 的行為模式隨前車速度和加速度以及車頭時距變化，滿足以上條件的車輛跟馳模型賦予每個駕駛員一個最優(yōu)車頭時距和一個剎車反應(yīng)時間，其模型描述如下
假設(shè)前車和后車開始在t = t0時刻相距Λχ并且它們有不同的速度，后車將在t =h時刻以它的期望間距與前車達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。跟馳模型公式為
a (Aa)t0+CXt2+(β (Av)toJa1Xtp) Xt-(Ax)toJv1Xtp = O (1—1)
式中，α，β-有待標(biāo)定的常量；
t、tp-達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時間和最優(yōu)車頭時距；
c-反應(yīng)時間；
( Δ V) t0+c = (Vf-V1) t0+c ；
vf> V1-后車和前車的速度；
( Δ a) t0+c = (Bf-B1) t0+c
af、B1-后車和前車的加速度；
跟車模型由以下公式計算
加速度斜率s的值可由以下公式求得
s = -2X ((Δν) t0+c+ ( Δ a) t0+c X t) /t2(1-2)
這個斜率被應(yīng)用在時間
t = t0+c
在前一步長和當(dāng)前步長的時間段內(nèi)加速度和加速度斜率保持穩(wěn)定的前提下，模型算法如下
(v)ti= (v) t0+ (a) t0 X T+0. 5 X s X T2
(X) tl = (X) t0+ (V) t0 X T+0. 5 X (a) t0 X T2+0. 167 X s X T2
式中，(V)tl——t = 時刻后車速度；
(V) t。、(a) t。 t = t0時刻后車速度和加速度；
(x)tl-1 = 時刻后車所處的位置；
(x)tQ-1 = t0時刻后車所處的位置；
T-刷新時間。
在這個時間段里反應(yīng)時間和一個新的加速度被考慮，應(yīng)用如下公式。此時，應(yīng)用到前一時間步長的反應(yīng)時間，將被應(yīng)用在當(dāng)前步長和前一步長之間
(v)tl = (V) t0+(a) t(lX Δ c+0. 5 X (s) t(lX ( Δ c)2+(a) t(l+ACX (T-Δ c)+0. 5 X (S) 0+ΔεX (T-Ac)2
(x)tl = (X) t0+(V) t0 X Δ c+0. 5 X (a) t0 X ( Δ c) 2+0· 167 X (s) t0 X ( Δ c)2+(V) ω+ΔεΧ (T-Ac)+0.5X (a)t0+.cX (T_Ac)2+0. 167X (s)t0+.cX (T-AC)2
式中，Ac——前一刷新時間與反應(yīng)時間的差值；
(a) 0+Δε——反應(yīng)時間之后新的加速度；
(s)t0+.c——反應(yīng)時間之后的新的加速度斜率；
(ν) 0+Δε——反應(yīng)時間末的后車速度。
(V)ttl+Λ c可以由下式得到、
(ν) 0+Δε = (v) t0+ (a) t0 X ( Δ c) +0. 5 X (s) t0 X ( Δ c)
從公式(1-3)可以看出，應(yīng)用到前一時間步長的反應(yīng)時間，將被應(yīng)用在當(dāng)前步長和前一步長之間。
權(quán)利要求
1.基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型，其特征在于是一種線性加速模型，將車間距、前車加速度、速度差作為模型中的多源信息輸入變量，采用模糊積分和貝葉斯方法，將多源信息輸入變量融合，決定產(chǎn)生下一步的車輛跟馳行為模式；所述模型可使前車與后車同時移動，車輛的反應(yīng)不會受到仿真步長的限制，同時能夠通過控制器來實現(xiàn)真實空間、時間中的車輛移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型，其特征在于所述跟馳行為模式包括加速行駛、減速行駛和跟車行駛。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型，其特征在于跟馳行為模型算法如下 (1)前車速度降低時，為了保持前后車的間距，后車駕駛員采取的措施是盡量使車速等于前車的車速。
(2)處于穩(wěn)定狀態(tài)的車間距稱為期望間距。期望間距是指前車的后檔與后車的前保險杠之間的距離，用下式來表達(dá) 期望間距=速度X最優(yōu)車頭時距 其中，最優(yōu)車頭時距(tp)指的是當(dāng)前后車輛處于穩(wěn)定的車輛跟馳狀態(tài)時的車頭時距。
(3)線性的加速、減速模型能夠表明駕駛員通過采取加速或減速的行為來達(dá)到它的期望速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型，其特征在于駕駛員加速、減速、跟車的行為模式隨前車速度和加速度以及車頭時距變化，滿足以上條件的車輛跟馳模型賦予每個駕駛員一個最優(yōu)車頭時距和一個剎車反應(yīng)時間，其跟馳行為模型描述如下 假設(shè)前車和后車開始在t = t0時刻相距ΛΧ并且它們有不同的速度，后車將在t = &時刻以它的期望間距與前車達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，跟馳行為模型公式為α ( Δ a) t0+c X t2+ ( β ( Δ ν) X tp) X t_ ( Δ χ) .+V1 Xtp = O (1-1) 式中，α, β—有待標(biāo)定的常量；(何種常量)(是一個待定的數(shù)值，可以通過實測數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，就像數(shù)學(xué)方程式里的待定系數(shù)一樣。) t、tp-達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時間和最優(yōu)車頭時距； c——剎車反應(yīng)時間；(Δ v) t0+c = (Vf-V1) t0+c ；vf> V1-后車和前車的速度； (Δα)。=(af -a; af、ai一后車和前車的加速度； to時刻是設(shè)定的開始時刻，t0+c時刻即開始時刻h加上剎車反應(yīng)時間C后的時刻)
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型，其特征在于弓丨入一個可計算的加速度斜率，即加速度變化的快慢程度，它將后車帶到一種穩(wěn)定的狀態(tài)；所述加速度斜率的值由以下公式求得s = -2X ((Av) t0+c+ ( Δ a) t0+c X t) /t2(1—2) 其中，s是代表h到&時間行駛的距離。
這個斜率被應(yīng)用在時間 t = t0+c
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型，其特征在于在前一步長和當(dāng)前步長的時間段內(nèi)加速度和加速度斜率保持穩(wěn)定的前提下，(計算機(jī)模型設(shè)計中模擬更新車輛運(yùn)行狀態(tài))用于刷新車輛模型的算法如下 (V)tl= (v) t0+ (a) t0 X T+0. 5 X S X T2 (X) tl = (X) t0+ (ν) t0 X T+0. 5 X (a) t0 X T2+0. 167 X s X T2 式中，(v)tl——t = &時刻后車速度； (v)tQ、(a)t0——t = t0時刻后車速度和加速度； (X)tl——t = h時刻后車所處的位置； (x)t0——t = t0時刻后車所處的位置； T-刷新時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型系統(tǒng)，其特征在于在這個時間段里反應(yīng)時間和一個新的加速度被考慮，應(yīng)用如下公式；此時，應(yīng)用到前一時間步長的反應(yīng)時間，將被應(yīng)用在當(dāng)前步長和前一步長之間 (V) tl = (ν) t0+ (a) t0X Δ c+0. 5 X (s) t0 X ( Δ c)2+ (a) t0+ Δ c X (T_ Δ c)+0.5X (s)t0+.cX (T-Ac)2 (x)tl = (x)t0+(v)t0 X Δ c+o. 5 X (a) t0 X (Ac)2+0. 167 X (S)toX (Ac)2+ (v) t0+Ac X (T-Ac)+0.5X (a)t0+.cX (T_Ac)2+0. 167X (s)t0+.cX (T-AC)2 式中，Ac——前一刷新時間與反應(yīng)時間的差值； (a) 0+Δε——反應(yīng)時間之后新的加速度； (s)t0+.c—反應(yīng)時間之后的新的加速度斜率； (ν) 0+Δ。——反應(yīng)時間末的后車速度。
(ν)ω+Λ?？梢杂上率降玫?v)t0+Ac = (v)t0+ (a)t0X (Ac)+0. 5X (S)toX (Ac) 應(yīng)用到前一時間步長的反應(yīng)時間，將被應(yīng)用在當(dāng)前步長和前一步長之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多源信息融合的駕駛員跟馳行為模型，是一種線性加速模型，將車間距、前車加速度、速度差作為模型中的多源信息輸入變量，采用模糊積分和貝葉斯方法，將多源信息融合輸入變量，決定產(chǎn)生下一步的車輛跟馳行駛模式；所述模型可使前車與后車同時移動，車輛的反應(yīng)不會受到仿真步長的限制，同時能夠通過控制器來實現(xiàn)真實空間、時間中的車輛移動。
文檔編號B60W30/16GK102991498SQ20111042557
公開日2013年3月27日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者王曉原, 吳磊, 張敬磊, 楊新月, 王曉輝, 夏媛媛 申請人:王曉原