[发明专利]一种基于车联网的高速公路车辆防碰撞预警综合变量构建方法

权利要求书

1.一种基于车联网的高速公路车辆防碰撞预警综合变量构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：构造防碰撞预警综合评价指标变量I；

步骤二：确定防碰撞预警综合评价指标变量I的预警阈值，临近碰撞风险预警阈值Th₁和紧急碰撞风险预警阈值Th₂；

步骤三：获取实时车辆运动和位置特征数据；

步骤四：将步骤三获取的实时车辆运动和位置特征数据，代入构造的防碰撞预警综合评价指标变量I中计算，获取实时防碰撞预警综合变量I^*，确定防碰撞预警策略；

所述步骤一中构造防碰撞预警综合评价指标变量I的实现方法如下：

步骤1：根据笛卡尔坐标系右手准则建立坐标系，车身方向为x轴，垂直于车身方向为y轴，将车辆运行速度V分解为沿车身方向的车身分速度V_x和垂直于车身方向的分速度V_y，得到车辆的运行方向H为：

H＝α±θ

其中α为车辆的航向角，θ为车身分速度V_x与车辆运行速度V之间的夹角：

当垂直于车身方向的分速度V_y＞0时H取正号，否则H取负号；

步骤2：将本车和周围车辆的速度矢量分别表示为V₁和V₂，则两车相对速度矢量可表示为V₁₂＝V₁-V₂，根据速度矢量图可确定V₁₂的矢量大小为：

其中，ψ为本车和周围车辆的速度矢量V₁和V₂的夹角：

ψ＝|H₁-H₂|

其中，H₁和H₂分别代表本车和周围车辆的运行方向；

本车速度矢量V₁和周围车辆速度矢量V₂的相对速度矢量方向ω₁为：

当H₁-H₂＞0时arccos项前取正号，否则arccos取负号；

步骤3：将本车和周围车辆的质心分别表示为O₁和O₂，则两车相对位置矢量可表示为以路段基站位置为原点，地理位置的正北方向为纵轴正方向，正东方向为横轴正方向建立独立平面直角坐标系，将O₁和O₂的GPS经纬度坐标通过坐标轴转换计算获得独立平面直角坐标系下O₁和O₂的坐标值(x₁,y₁)和(x₂,y₂)，则两车相对位置矢量大小为：

两车相对位置矢量的方向ω₂为：

步骤4：根据两车的具体尺寸对两车相对位置矢量大小进行修正，修正后的两车相对位置矢量大小d_R可表示为：d_R＝O₁₂-c₁-c₂，

其中c₁表示本车质心O₁按两车相对位置矢量O₁₂方向至本车车身边缘的距离，c₂表示周围车辆质心O₂按两车相对位置矢量O₁₂方向至周围车辆车身边缘的距离；根据平面几何关系，c₁，c₂的大小可以按如下公式计算：

其中δ₁表示本车的航向角α₁与两车相对位置矢量O₁₂方向间的夹角：δ₁＝|ω₂-α₁|；δ₂表示周围车辆的航向角α₂与两车相对位置矢量O₁₂方向间的夹角：δ₂＝|ω₂-α₂|；

η_f1表示本车质心O₁至本车车头左右两端构成的夹角的1/2：η_f2表示周围车辆质心O₂至周围车辆车头左右两端构成的夹角的1/2：其中w₁为本车车身宽度，l_f1为本车质心O₁至本车车头边缘的垂直距离；w₂为周围车辆车身宽度，l_f2为周围车辆质心O₂至周围车辆车头边缘的垂直距离；

η_r1表示本车质心O₁至本车车尾左右两端构成的夹角的1/2：其中l_r1为本车质心O₁至本车车尾边缘的垂直距离；η_r2表示周围车辆质心O₂至周围车辆车尾左右两端构成的夹角的1/2：其中l_r2为周围车辆质心O₂至周围车辆车尾边缘的垂直距离；

R_f1表示本车质心O₁至本车车头左端或右端的距离：R_f2表示周围车辆质心O₂至周围车辆车头左端或右端的距离：

R_r1表示本车质心O₁至本车车尾左端或右端的距离：R_r2表示周围车辆质心O₂至周围车辆车尾左端或右端的距离：

步骤5：将两车相对速度矢量V₁₂在两车相对位置矢量O₁₂上的投影定义为两车质心向相对速度，由步骤2和步骤3可确定两车质心向相对速度V_R的大小为：V_R＝cosω·V₁₂，其中ω表示两车相对速度矢量V₁₂和两车相对位置矢量O₁₂的夹角：ω＝|ω₁-ω₂|；

步骤6：将传统预警变量碰撞时间TTC进行修正，修正后的碰撞时间TTC_m为修正后的两车相对位置矢量大小d_R与两车质心向相对速度V_R的比值：将本车速度矢量V₁在两车相对位置矢量O₁₂上的投影定义为本车质心向投影速度，由步骤4可确定本车质心向投影速度V_1R大小为：V_1R＝COSω^*·V₁，其中ω^*表示本车速度矢量V₁和两车相对位置矢量O₁₂的夹角：ω^*＝|H₁-ω₂|；将传统预警变量车间时间THW进行修正，修正后的车间时间THW_m为修正后的两车相对位置矢量大小d_R与本车质心向投影速度V_1R的比值：

步骤8：当两车质心向相对速度V_R非常小的时候，对TTC_m和THW_m进行赋权求和，建立防碰撞预警综合评价指标变量I：I＝f₁·TTC_m+f₂·THW_m，其中f₁和f₂为权重系数，由变异系数法获得：i＝1,2，其中σ_i为第i项指标的标准差，为第i项指标的平均数。