基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞策略及仿真驗(yàn)證*

王晶晶 郭文博 張友松 謝長(zhǎng)貴

（1.重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402260；2.重慶理工大學(xué)，重慶 400054）

主題詞：視野肓區(qū) 車車通信 行人主動(dòng)避撞 危險(xiǎn)狀態(tài)判斷

1 前言

行人作為交通環(huán)境中最弱勢(shì)的群體，其死亡人數(shù)占交通事故死亡總?cè)藬?shù)的23%。因此，針對(duì)行人保護(hù)的主動(dòng)避撞技術(shù)成為汽車主動(dòng)安全技術(shù)研究的熱點(diǎn)。葛如海等針對(duì)交叉路口轉(zhuǎn)彎車輛與行人碰撞的危險(xiǎn)場(chǎng)景，提出了一種綜合碰撞時(shí)間和制動(dòng)距離的碰撞策略。何霞等研究了基于雷達(dá)探測(cè)的自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)控制策略中寬度觸發(fā)對(duì)行人橫穿場(chǎng)景的影響，但由于雷達(dá)傳感器的局限性（如障礙物遮擋），導(dǎo)致該策略無(wú)法及時(shí)檢測(cè)到行人。

車聯(lián)網(wǎng)（Vehicle to Everything，V2X）作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車中信息交互的關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的安全、舒適、節(jié)能、高效行駛。彭理群等提出一種基于車-人（Vehicle to Pedestrian，V2P）通信的行人碰撞風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方法，建立了人車碰撞概率和沖突風(fēng)險(xiǎn)程度模型。Xiong等提出了一種基于V2P的行人避撞系統(tǒng)，并驗(yàn)證了不同通信延遲和丟包率條件下的避撞性能。Tahmasbi等利用智能手機(jī)和專用短程通信（Dedicated Short Range Communications，DSRC）網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)具有目標(biāo)分類的避撞系統(tǒng)，使一定區(qū)域內(nèi)的行人與車輛共享位置信息，進(jìn)而降低潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。Hussein等提出了一種基于V2P和P2V通信技術(shù)的碰撞預(yù)測(cè)算法，該算法大幅度降低了車輛與行人間潛在的碰撞危險(xiǎn)。由于V2P 通信中行人配備的特定設(shè)備（如手機(jī)等）與車輛定位設(shè)備相比碰撞預(yù)測(cè)的誤差較大，使得車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)發(fā)生誤報(bào)和漏報(bào)的概率較大。而基于車車通信（Vehicle to Vehicle，V2V）的行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)可以使相鄰車輛間共享行人位置，從而避免上述問(wèn)題。

針對(duì)行人從靜止車輛前穿出的高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，本文提出一種基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞控制策略。首先基于V2V 通信建立遮擋車、主車與行人間的相對(duì)位置關(guān)系模型，并提出目標(biāo)進(jìn)入時(shí)間（Time To Enter，TTE）、目標(biāo)離開(kāi)時(shí)間（Time To Leave，TTL）、碰撞剩余時(shí)間（Time To Collision，TTC）和安全避撞時(shí)間（Time To Avoidance，TTA）4個(gè)危險(xiǎn)狀態(tài)判斷評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主車橫向和縱向危險(xiǎn)狀態(tài)的判斷，然后建立由上層模糊控制和下層PID 控制組成的主動(dòng)避撞控制系統(tǒng)模型，最后通過(guò)PreScan、CarSim 和MATLAB/Simulink 對(duì)該行人避撞策略進(jìn)行聯(lián)合仿真驗(yàn)證。

2 基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)

2.1 行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)工作原理

在某些惡劣天氣、不良照明狀況，或有障礙物遮擋的危險(xiǎn)場(chǎng)景下，通過(guò)遮擋車輛檢測(cè)到行人目標(biāo)，并利用V2V技術(shù)傳送給主車，主車即可采取措施避免事故的發(fā)生。如圖1所示為事故頻發(fā)的“鬼探頭”高危交通場(chǎng)景，在左側(cè)車道遮擋車等待交通指示燈指令左轉(zhuǎn)或掉頭時(shí)，右側(cè)車道主車處于綠燈通行狀態(tài)。受遮擋車輛的影響，主車的傳感器無(wú)法及時(shí)探測(cè)到正在違規(guī)穿越馬路的行人，從而導(dǎo)致主車無(wú)法有效避撞。而基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)可以利用遮擋車輛的車載傳感器系統(tǒng)監(jiān)測(cè)行人，并通過(guò)V2V 通信系統(tǒng)將檢測(cè)到的行人信息發(fā)送給主車，使主車提前獲得行人位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，并對(duì)行駛時(shí)的危險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行判斷，以提前激活主動(dòng)避撞系統(tǒng)，避免事故發(fā)生。

圖1 “鬼探頭”危險(xiǎn)場(chǎng)景

2.2 GPS信息的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

在V2V通信中，車輛之間可以共享多種信息，如車輛的位置、速度、航向角等。而車輛收到的位置信息以經(jīng)緯度的形式表示，即WGS-84 坐標(biāo)，該坐標(biāo)系不便于計(jì)算車輛間的相對(duì)距離等信息，因此需要通過(guò)高斯-克呂格投影將WGS-84 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成高斯平面坐標(biāo)系。WGS-84坐標(biāo)()與高斯平面坐標(biāo)()的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

式中，為赤道到緯度為的平行圈的子午線弧長(zhǎng)；為投影點(diǎn)經(jīng)度與該點(diǎn)所處經(jīng)度帶軸子午線經(jīng)度的差；=6-3；=[(+3)/6]為當(dāng)?shù)?度帶的帶號(hào)；為取整函數(shù)，對(duì)值進(jìn)行四舍五入取整；=tan；=′cos；′為第二偏心率；為卯酉圈曲率半徑。

由于轉(zhuǎn)換后的高斯平面坐標(biāo)系是以中央子午線的投影為軸（北向?yàn)檎较颍嗟赖耐队盀檩S（東向正方向），與笛卡爾坐標(biāo)系不一致，需將高斯平面坐標(biāo)()與笛卡爾坐標(biāo)()進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

其中，將笛卡爾坐標(biāo)系作為全局坐標(biāo)系，()坐標(biāo)為車輛中心和行人中心位置的坐標(biāo)。

2.3 被遮擋行人的位置計(jì)算

當(dāng)行人在遮擋車輛前方穿行時(shí)，其位置可由遮擋車輛位置和雷達(dá)探測(cè)到的距離、角度等信息計(jì)算獲得。假設(shè)車載雷達(dá)安裝在遮擋車輛前保險(xiǎn)杠面罩的中心處，雷達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)即在車輛前端中心。如圖2所示，全局坐標(biāo)系為，車輛坐標(biāo)系為，為方便坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將全局坐標(biāo)系平移后的局部坐標(biāo)系設(shè)為″″″，()為遮擋車輛在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，(,)為行人在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

圖2 遮擋車輛與行人的位置關(guān)系

式中，為車輛中心到前端雷達(dá)的距離；為雷達(dá)探測(cè)到的車輛與行人間的直線距離；為雷達(dá)探測(cè)到的前方行人相對(duì)于車輛的方位角。

當(dāng)∈(180°,360°]時(shí)，行人在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)可以表示為：

根據(jù)(,)和主車在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(,)，可知主車與行人間的相對(duì)位置關(guān)系，如圖3 所示，主車和行人的相對(duì)距離和兩者之間的連線與軸的夾角分別為：

圖3 主車與行人的位置關(guān)系

則主車與行人碰撞位置處的縱向距離、橫向距離和行人行走的方向角分別為：

式中，、分別為主車和遮擋車航向角，即汽車行駛方向與軸（正北方向）的夾角；、分別為遮擋車?yán)走_(dá)坐標(biāo)系中行人的縱向和橫向速度。

將行人的速度進(jìn)行變換，得到行人相對(duì)于主車車輛坐標(biāo)系的縱向速度和橫向速度：

主車獲取行人位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息后，需要對(duì)行人運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)行人位置的實(shí)時(shí)跟蹤。假設(shè)行人的縱向和橫向速度在預(yù)測(cè)時(shí)間內(nèi)保持不變，則行人位置的預(yù)測(cè)可表示為：

式中，(+())、(+())分別為(+())時(shí)刻行人相對(duì)于主車的縱向距離和橫向距離；()為時(shí)刻的預(yù)測(cè)時(shí)長(zhǎng)。

3 主動(dòng)避撞系統(tǒng)危險(xiǎn)狀態(tài)判斷

3.1 縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判斷

對(duì)于主動(dòng)避撞系統(tǒng)，安全時(shí)間算法相比于安全距離算法更能體現(xiàn)駕駛員在自然駕駛狀態(tài)下的感知和判斷習(xí)慣。本文以安全時(shí)間算法為基礎(chǔ)建立縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型，根據(jù)主車與前方目標(biāo)行人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和位置關(guān)系建立TTC和TTA評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過(guò)比較TTC和TTA的大小判斷主車在縱向上是否處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

主車行駛過(guò)程中，可根據(jù)本車傳感器獲得的本車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和雷達(dá)傳感器獲得的前方危險(xiǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，建立碰撞剩余時(shí)間縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模型，運(yùn)動(dòng)關(guān)系方程為：

式中，、分別為主車和前方危險(xiǎn)目標(biāo)的速度；、分別為主車和前方危險(xiǎn)目標(biāo)的加速度；為主車中心與前方危險(xiǎn)目標(biāo)中心的相對(duì)距離；=+為車長(zhǎng)；為主車中心到主車前保險(xiǎn)杠面罩的距離；為危險(xiǎn)目標(biāo)中心到其后保險(xiǎn)杠面罩的距離。

由式（15），當(dāng)=(-)-2(-)(-)≥0 時(shí)，主車與前方危險(xiǎn)目標(biāo)會(huì)發(fā)生碰撞，則為：

式中，、分別為前車與危險(xiǎn)目標(biāo)的相對(duì)速度和相對(duì)加速度。

為主動(dòng)避撞系統(tǒng)接替車輛控制權(quán)以避免碰撞危險(xiǎn)發(fā)生所需的最短時(shí)間：

式中，為輪胎-路面附著系數(shù)；為道路坡度；為重力加速度，取=9.8 m/s；為踩下制動(dòng)踏板到制動(dòng)生效的時(shí)間，取=0.1 s；為制動(dòng)力增長(zhǎng)時(shí)間，一般為0.15～0.30 s，本文取=0.2 s。

由式（17）知，在一定道路條件下，與車輛行駛速度有關(guān)，可根據(jù)不同的車速及時(shí)改變。考慮當(dāng)車速較低時(shí)，計(jì)算得到的可能較小，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的制動(dòng)加速度，因此設(shè)定一個(gè)臨界值，參考聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（the United Nations Economic Commission for Europe，UNECE）法規(guī)草案，取=1 s。另外，考慮制動(dòng)器的協(xié)調(diào)時(shí)間和制動(dòng)力增長(zhǎng)時(shí)間，取的最小臨界值為1.2 s，即=max(/(gcos+sin)++/2,1.2 s)。

在車輛行駛過(guò)程中，主動(dòng)避撞系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)潛在的碰撞危險(xiǎn)，并實(shí)時(shí)比較和的大小，以確定車輛在縱向上是否處于危險(xiǎn)狀態(tài)，如圖4 所示，其判斷過(guò)程如下：

圖4 車輛縱向危險(xiǎn)狀態(tài)區(qū)域

a.當(dāng)＞時(shí)，車輛行駛狀態(tài)為安全狀態(tài)，此時(shí)輸出縱向危險(xiǎn)信號(hào)值0；

b.當(dāng)≤時(shí)，車輛行駛狀態(tài)為縱向碰撞危險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)駕駛員若未采取避撞措施，則縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模型將車輛的狀態(tài)判定為縱向危險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)輸出縱向危險(xiǎn)信號(hào)值1。

3.2 橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判斷

車輛在行駛過(guò)程中，除要檢測(cè)其前方縱向位置是否有危險(xiǎn)目標(biāo)外，還要檢測(cè)其前方橫向位置是否有潛在的危險(xiǎn)目標(biāo)。根據(jù)主車與目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和位置關(guān)系建立TTE 和TTL 2 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過(guò)比較TTC、TTE 和TTL間的大小關(guān)系來(lái)判斷主車在橫向上是否處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

為目標(biāo)保持當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入到車輛碰撞危險(xiǎn)區(qū)域（如圖5區(qū)域Ⅰ）的時(shí)間：

圖5 車輛橫向碰撞危險(xiǎn)區(qū)域Ⅰ

式中，為主車的寬度；為行人目標(biāo)的寬度；為主車與潛在危險(xiǎn)目標(biāo)所需保持的最小安全距離。

當(dāng)目標(biāo)位于車輛碰撞危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)且速度為0時(shí)，判斷該目標(biāo)為危險(xiǎn)目標(biāo)，其進(jìn)入時(shí)間為0；當(dāng)目標(biāo)位于車輛碰撞危險(xiǎn)區(qū)域外且速度為0 時(shí)，判斷目標(biāo)為安全目標(biāo)，進(jìn)入時(shí)間為無(wú)窮大。

為目標(biāo)保持當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)離開(kāi)車輛碰撞危險(xiǎn)區(qū)域的時(shí)間：

根據(jù)主車與行人的位置關(guān)系和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，分別計(jì)算出、、，比較三者間的大小關(guān)系：

a.當(dāng)＜時(shí)，車輛到達(dá)預(yù)計(jì)碰撞點(diǎn)時(shí)行人還未進(jìn)入碰撞危險(xiǎn)區(qū)域，則橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模型將車輛的狀態(tài)判定為安全狀態(tài)，此時(shí)輸出橫向危險(xiǎn)信號(hào)值0；

b.當(dāng)＞時(shí)，車輛到達(dá)預(yù)計(jì)碰撞點(diǎn)時(shí)行人已經(jīng)離開(kāi)碰撞危險(xiǎn)區(qū)域，則橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模型將車輛的狀態(tài)判定為安全狀態(tài)，此時(shí)輸出橫向危險(xiǎn)信號(hào)值0；

c.當(dāng)≤≤時(shí)，車輛到達(dá)預(yù)計(jì)碰撞點(diǎn)時(shí)行人位于碰撞危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，則橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模型將車輛的狀態(tài)判定為橫向危險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)輸出橫向危險(xiǎn)信號(hào)值1。

如果縱向和橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型均判斷此時(shí)車輛處于危險(xiǎn)狀態(tài)，駕駛員仍未采取避撞措施，則車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)會(huì)被激活，代替駕駛員接管車輛控制權(quán)，自動(dòng)施加制動(dòng)壓力避免碰撞發(fā)生。

4 主動(dòng)避撞控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 主動(dòng)避撞控制策略設(shè)計(jì)

在車輛實(shí)際行駛過(guò)程中，對(duì)于不同行車狀況，駕駛員駕駛時(shí)的緊張程度和注意力集中程度不同：當(dāng)車輛處于高速行駛且有危險(xiǎn)狀況即將發(fā)生的情況下，由于環(huán)境復(fù)雜，駕駛員通常較早使車輛進(jìn)入緊急制動(dòng)狀態(tài)；在車輛處于低速行駛且有危險(xiǎn)即將發(fā)生的情況下，駕駛員通常會(huì)較晚采取緊急制動(dòng)措施。主動(dòng)避撞系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮高速行駛工況下系統(tǒng)較早介入，低速行駛工況下系統(tǒng)較晚介入。因此，以上述作為主動(dòng)避撞系統(tǒng)介入的時(shí)間閾值，當(dāng)≤時(shí)，采取一級(jí)制動(dòng)，當(dāng)≤0.75時(shí)，采取二級(jí)制動(dòng)。

在制動(dòng)加速度方面，文獻(xiàn)[12]中統(tǒng)計(jì)的碰撞事故中駕駛員緊急制動(dòng)過(guò)程中車輛所達(dá)到的加速度如表1 所示，一、二級(jí)加速度分別取其平均值，即取一級(jí)制動(dòng)加速度為-4.1 m/s，取二級(jí)制動(dòng)加速度為-7.1 m/s。

2.4.5 血清樣本中游離脂肪酸含量測(cè)定 取大鼠血清樣本50 μL，按“2.4.2”項(xiàng)下方法預(yù)處理，并按“2.4.3”項(xiàng)下色譜與質(zhì)譜條件進(jìn)樣測(cè)定，再按標(biāo)準(zhǔn)曲線法計(jì)算其中游離脂肪酸含量。

表1 碰撞事故中駕駛員制動(dòng)加速度

根據(jù)上述分析，本文基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞控制策略如圖6所示。

圖6 基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞策略

4.2 制動(dòng)壓力和PID控制模型

當(dāng)行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)判斷車輛處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)輸出期望制動(dòng)加速度，為了保證車輛實(shí)際加速度可以對(duì)期望加速度進(jìn)行穩(wěn)定且準(zhǔn)確地跟隨，需要通過(guò)車輛動(dòng)力學(xué)模型和PID的同時(shí)控制將期望加速度轉(zhuǎn)化成主缸的制動(dòng)壓力，以對(duì)車輛實(shí)際加速度進(jìn)行精確控制。在平坦的路面上，主車制動(dòng)時(shí)的車輛動(dòng)力學(xué)方程為：

式中，為主車加速度；F為地面制動(dòng)力；C為空氣阻力系數(shù)；為迎風(fēng)面積；為空氣密度；為主車的行駛速度；為主車的整車質(zhì)量；為滾動(dòng)阻力系數(shù)。

當(dāng)?shù)孛嬷苿?dòng)力小于路面附著力時(shí)，地面制動(dòng)力F與主缸制動(dòng)壓力的關(guān)系為:

式中，、分別為前、后輪的制動(dòng)力矩；為車輪的滾動(dòng)半徑；為制動(dòng)力與制動(dòng)壓力的比值。

則可根據(jù)所需的控制制動(dòng)加速度求出所需的期望制動(dòng)壓力：

PID 的下層控制器以上層控制器輸出的期望加速度和主車實(shí)際加速度的誤差()作為輸入，輸出控制加速度，而后通過(guò)式（22）對(duì)當(dāng)前所需的制動(dòng)壓力進(jìn)行計(jì)算，并輸出至車輛動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)PID 的控制規(guī)律，可以得到控制加速度為：

式中，K為比例系數(shù)；T為積分時(shí)間常數(shù)；T為微分時(shí)間常數(shù)。

5 仿真驗(yàn)證

為驗(yàn)證基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞控制策略的有效性，在PreScan 仿真軟件中建立虛擬交通場(chǎng)景，在CarSim 軟件中建立車輛動(dòng)力學(xué)模型，在MATLAB/Simuink 中建立控制策略模型并搭建聯(lián)合仿真平臺(tái)。仿真中的車輛動(dòng)力學(xué)模型為CarSim 中一款D 級(jí)廂式轎車。

在PreScan仿真平臺(tái)上搭建行人從靜止遮擋車輛前方穿出并與主車碰撞的危險(xiǎn)場(chǎng)景，車輛近端碰撞行人（Car-to-Pedestrian Nearside Pedestrian，CPNP）場(chǎng)景具體定義如下：行人從遮擋車輛近端走向主車行駛方向的前方，但由于遮擋車輛的存在，主車駕駛員無(wú)法觀察到行人，行人的速度方向與主車行駛方向垂直，要求在主車不制動(dòng)的情況下，行人與主車發(fā)生碰撞，選取50%的車輛寬度位置處作為碰撞點(diǎn)。利用該場(chǎng)景對(duì)本文提出的基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞策略和基于雷達(dá)探測(cè)的行人主動(dòng)避撞策略進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

在城市交通中，車輛一般以較低車速行駛，因此建立CPNP_1 場(chǎng)景：主車以20 km/h 的速度行駛、行人以5 km/h 的速度行走，主車與行人的初始縱向距離為40 m、主車中心與行人的初始橫向距離為7 m、主車中心到遮擋車輛的橫向距離為1.5 m，行人與主車中心線的初始距離為10 m，行人行走的路徑與主車行駛的路徑垂直?；谲嚶?lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞策略和基于雷達(dá)探測(cè)的行人主動(dòng)避撞策略仿真結(jié)果如圖7 和圖8所示。

圖7 基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞策略

圖8 基于雷達(dá)探測(cè)的行人主動(dòng)避撞策略

由圖7a、圖7b 可知，在第2.8 s 時(shí)，行人處于主車的盲區(qū)，雷達(dá)無(wú)法探測(cè)到行人位置，行人由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)橐? km/h速度行走的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此和由無(wú)窮大開(kāi)始逐漸減小，此時(shí)滿足≤≤，主車到達(dá)預(yù)計(jì)碰撞點(diǎn)時(shí)，行人位于碰撞危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，則橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模型將輸出橫向危險(xiǎn)狀態(tài)信號(hào)值1。在第6 s時(shí)，主車速度為20 km/h，=1.2 s，滿足≤，縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判斷模型輸出縱向危險(xiǎn)狀態(tài)信號(hào)值1，此時(shí)橫、縱向危險(xiǎn)狀態(tài)信號(hào)值全部為1，滿足行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)的激活條件，該系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)主車進(jìn)行主動(dòng)制動(dòng)，由圖7c 可知，主車加速度達(dá)到-4.1 m/s，在第7.4 s 時(shí)，主車速度減小到0，車輛停止；由圖7d可知，主車與前方行人的縱向距離達(dá)到最小值2.4 m，基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)能夠有效避撞。

對(duì)于基于雷達(dá)探測(cè)的行人主動(dòng)避撞策略，開(kāi)始時(shí)，主車與行人的橫向距離為7 m，由于遮擋車輛的遮擋，主車?yán)走_(dá)無(wú)法探測(cè)到行人。在第5.8 s 時(shí)，主車與行人的橫向距離達(dá)到1.5 m，此時(shí)行人出現(xiàn)在雷達(dá)的探測(cè)范圍內(nèi)，滿足觸發(fā)條件，系統(tǒng)判斷主車為橫向危險(xiǎn)狀態(tài)，且判斷時(shí)刻晚于基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞策略時(shí)刻，但由于該測(cè)試工況中車速較低，不影響整個(gè)主動(dòng)避撞過(guò)程。在第6 s時(shí)，系統(tǒng)對(duì)車輛進(jìn)行主動(dòng)制動(dòng)控制，其制動(dòng)過(guò)程與基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞策略一致，成功避撞。

在城市間道路交通中，車輛以較高車速行駛，因此建立CPNP_2場(chǎng)景：主車以60 km/h的速度行駛、行人以5 km/h 的速度行走，主車與行人的初始縱向距離為100 m、主車中心到遮擋車輛的橫向距離為1.5 m、行人與主車中心線的初始距離為10 m，行人行走的路徑與主車行駛的路徑垂直?；谲嚶?lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞策略和基于雷達(dá)探測(cè)的行人主動(dòng)避撞策略仿真結(jié)果如圖9和圖10所示。

圖9 基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞策略

圖10 基于雷達(dá)探測(cè)的行人主動(dòng)避撞策略

由圖9a、圖9b 可知，在第1.6 s 時(shí)，行人開(kāi)始以5 km/h 的速度行走，此時(shí)和由無(wú)窮大開(kāi)始逐漸減小，滿足≤≤，主車到達(dá)預(yù)計(jì)碰撞點(diǎn)時(shí)，行人處于主車的碰撞危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，判斷主車此時(shí)處于橫向危險(xiǎn)狀態(tài)，輸出橫向危險(xiǎn)信號(hào)值1。在第4.1 s 時(shí)，主車速度為60 km/h，根據(jù)主車當(dāng)前行駛狀態(tài)得到的=1.9 s，滿足≤，主車狀態(tài)為縱向危險(xiǎn)狀態(tài)，輸出縱向危險(xiǎn)狀態(tài)信號(hào)值1。此時(shí)橫、縱向危險(xiǎn)狀態(tài)信號(hào)值全部為1，滿足行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)激活條件，該系統(tǒng)介入對(duì)車輛進(jìn)行主動(dòng)制動(dòng)，由圖9c 可知，主車進(jìn)入制動(dòng)加速度為-4.1 m/s的一級(jí)制動(dòng)狀態(tài)，在第5.9 s 時(shí)，=0.9 s，滿足≤0.75，主車進(jìn)入制動(dòng)加速度為-7.1 m/s的二級(jí)制動(dòng)狀態(tài)。在第7.2 s時(shí)，主車速度減小到0，車輛停止，此時(shí)主車與前方行人的縱向距離達(dá)到最小值1.6 m，基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)能夠有效避免與行人發(fā)生碰撞。

對(duì)于基于雷達(dá)探測(cè)的行人主動(dòng)避撞策略，由圖10a、圖10b可知，在第4.1 s，=1.9 s，滿足≤，主車處于縱向危險(xiǎn)狀態(tài)，但此時(shí)主車與行人的橫向距離未達(dá)到觸發(fā)條件，因此主動(dòng)避撞系統(tǒng)不介入，在第4.9 s時(shí)，主車與行人間的橫向距離為1.5 m，行人出現(xiàn)在雷達(dá)探測(cè)范圍內(nèi)，輸出橫向危險(xiǎn)狀態(tài)信號(hào)值1。此時(shí)橫、縱向危險(xiǎn)狀態(tài)信號(hào)值全部為1，行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)激活，此時(shí)為1.1 s，滿足≤0.75，主車直接進(jìn)入制動(dòng)加速度為-7.1 m/s的二級(jí)制動(dòng)狀態(tài)，第6.5 s 時(shí)主車與行人發(fā)生碰撞，仿真停止，碰撞時(shí)的車速為22.5 km/h，降低了62.5%的碰撞速度，同時(shí)制動(dòng)瞬間制動(dòng)加速度直接達(dá)到-7.1 m/s的較高減速狀態(tài)，導(dǎo)致駕乘舒適性極大降低。在高速工況下，由于使用雷達(dá)探測(cè)的行人主動(dòng)避撞策略對(duì)橫向危險(xiǎn)狀態(tài)的判斷時(shí)間晚于基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞策略時(shí)間，因此基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞策略的避撞性能更優(yōu)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)行人從靜止車輛前穿出的“鬼探頭”高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，考慮毫米波雷達(dá)等傳感器和V2P 通信技術(shù)局限性，在忽略GPS、雷達(dá)傳感器誤差、V2V 通信延遲和數(shù)據(jù)丟包率影響的前提下，提出了一種基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)控制策略。仿真結(jié)果表明，所提出的行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)在低速和高速場(chǎng)景下均能夠有效避免碰撞發(fā)生。在高速測(cè)試工況下基于車聯(lián)網(wǎng)的行人主動(dòng)避撞相比于僅使用雷達(dá)探測(cè)的行人主動(dòng)避撞策略，其可提前對(duì)車輛橫向危險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行判斷，從而實(shí)現(xiàn)更好的避撞效果，且在最危險(xiǎn)的情況下（主車車速60 km/h），車輛在制動(dòng)停止后與行人仍有1.6 m的相對(duì)距離。