一种高速公路车辆自动驾驶的安全性评价方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高速公路车辆自动驾驶的安全性评价方法与系统，属于公路安全技术领域，本系统包括：自动驾驶行为模型层、数据层、评价层、展示层；其中仿真模型层包括基于BIM技术的道路三维模型、基于动力学的车辆仿真模型和自动驾驶局部跟踪算法模型，数据库层包括道路参数和车辆动力学响应数据，评价层包含基于事故树模型的事故概率评价指标和基于层次分析法的事故严重程度评价指标，展示层包括道路三维模型展示、车辆行驶动画、危险路段标识模块。基于自动驾驶仿真模型得到多种工况下的车辆行驶数据，通过安全性评价模型计算各路段的风险指数，在设计阶段对高速公路安全性进行评价，从而针对性改进高速公路线形优化。从而针对性改进高速公路线形优化。从而针对性改进高速公路线形优化。

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路车辆自动驾驶的安全性评价方法与系统


[0001]本专利技术涉及一种高速公路车辆自动驾驶的安全性评价方法，还涉及实现高速公路车辆自动驾驶的安全性评价方法的系统，属于公路安全


技术介绍

[0002]随着自动驾驶技术以及车联网等技术的进步及推广应用，车辆在高速公路上的行驶行为相较于传统有人驾驶已经有了明显的区别。自动驾驶技术现状对于高速公路设计建设也提出了新的要求，高速公路建设是以安全性为首要目的的，为保证搭载自动驾驶技术的车辆能够在高速公路上安全行驶，同时保证工程经济性、乘坐舒适性，就需要给出适应自动驾驶技术的高速公路安全性评价体系，以更好地量化评价沿线风险，为高速公路的设计和建设给出指导。
[0003]现有技术中基于驾驶员进行车辆驾驶的情景，设计适用于设计阶段的高速公路事前安全性评价系统，考虑车辆在高速公路相邻路段运行速度、事故分布及严重程度等因素，基于线形设计、交通特征、速度特征等构建数据库，基于数据信息对高速公路安全性进行评价。现有的基于多源数据的高速公路画像评价与安全风险研判系统，考虑了交通流数据、道路指标、事故等数据的多源融合处理，经过风险研判处理系统得到高速公路风险隐患的输出展示。以及高速公路交通运营安全评价方法及系统，综合分析虚拟驾驶数据、实车试验数据、道路交通安全影响因素及事故致因数据得到高速公路安全隐患及风险路段，对高速公路交通安全水平进行评价并提出改进建议。
[0004]综上，现有的一些高速公路交通安全性评价方法及系统关注传统有人驾驶的情景，考虑了驾驶员生理因素造成的运行速度差异，未考虑自动驾驶车辆搭载的激光雷达、线控系统对于车辆行驶行为的影响，不能反映应用自动驾驶技术后的车辆行驶行为；分析安全性时多基于以往交通事故数据，不具备可预测性和移植性；未考虑车体多自由度状况下的动力学响应。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的：针对现有安全性评价方法中经验依赖性强、未考虑自动驾驶行驶特性等问题，提出一种高速公路车辆自动驾驶的安全性评价方法与系统；
[0006]为实现以上功能，本专利技术设计一种高速公路车辆自动驾驶的安全性评价方法，针对待评价高速公路及待评价高速公路上的各车辆，所述车辆为自动驾驶的无人车辆，执行如下步骤S1
‑
步骤S4，完成车辆在待评价高速公路上自动驾驶的安全性评价，提升高速公路在建成后运营阶段的行车安全性：
[0007]步骤S1：采集待评价高速公路设计数据，包括交通流参数、道路几何设计参数、三维地形数据；其中交通流参数包括待评价高速公路的交通量、设计速度、密度；道路几何设计参数包括待评价高速公路线形设计中的半径、超高、加宽、纵坡速度、合成坡度；三维地形数据包括待评价高速公路线形预设范围内的点云的三维坐标数据；
[0008]步骤S2：构建自动驾驶车路耦合仿真模型及高速公路三维BIM模型，将待评价高速公路设计数据分别输入自动驾驶车路耦合仿真模型及高速公路三维BIM模型，自动驾驶车路耦合仿真模型包括车辆多自由度动力学仿真模型、道路模型、自动驾驶跟踪算法；
[0009]其中，车辆多自由度动力学仿真模型用于根据车辆特性，输出车辆在待评价高速公路上行驶时的动力学响应，包括轮胎受力、车体加速度、角速度；
[0010]道路模型用于根据待评价高速公路设计数据，反映待评价高速公路的几何形状参数、附属设施条件、路面摩擦系数；
[0011]自动驾驶车路耦合仿真模型用于根据车辆特性，使车辆在待评价高速公路上以预设路线行驶；
[0012]高速公路三维BIM模型包含待评价高速公路及其周边预设范围内的地面三维位置信息，反映行车视距条件；
[0013]步骤S3：定义各车辆事故类型，并计算各车辆事故类型发生概率，根据车辆事故类型发生概率，建立高速公路车辆行驶安全性评价模型，将步骤S2所述各模型输出的各参数输入高速公路车辆行驶安全性评价模型，计算获得自动驾驶环境下待评价高速公路的沿线行车风险指数，完成车辆在待评价高速公路上自动驾驶的安全性评价；
[0014]步骤S4：根据沿线行车风险指数，在设计阶段给出高速公路的设计改进意见，提升高速公路在建成后运营阶段的行车安全性。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S31：将待评价高速公路按预设间距划分为n段，分别针对所划分的每一段高速公路，进行后续步骤的安全性评价：
[0016][0017]式中，L为待评价高速公路全长，单位为米，l
i
为所划分的第i段高速公路；
[0018]定义各车辆事故类型，并计算各车辆事故类型发生概率，进一步计算综合事故发生概率；
[0019]步骤S32：根据高速公路三维BIM模型，量化待评价高速公路环境因素，获得评价待评价高速公路上事故严重程度指数；
[0020]步骤S33：根据步骤S31获得的综合事故发生概率，步骤S32获得的事故严重程度指数，计算沿线行车风险指数如下式：
[0021]r
i
＝max(P
i
)
·
C
i
[0022]式中，r
i
为第i段高速公路的行车风险指数，P
i
为第i段高速公路的综合事故发生概率，C
i
为第i段高速公路的事故严重程度指数。
[0023]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S31包括如下步骤S311
‑
步骤S313：
[0024]步骤S311：分别针对每一段高速公路，根据车辆特性，基于车辆多自由度动力学仿真模型，获得评价单车事故发生的各指标对应的车辆行驶的动力学响应，其中，车辆行驶的动力学响应包括轮胎的竖向力、横向加速度、行驶速度，评价单车事故发生的各指标包括横向荷载转移率LTR、横向加速度a
y
、停车视距S
t
；定义单车事故类型，包括侧翻事故类型、侧滑事故类型、视距不足类型；
[0025]侧翻事故类型的判断方法如下：
[0026]计算横向荷载转移率LTR如下式：
[0027][0028]式中，F
l1
、F
l2
、F
r1
、F
r2
分别为车辆行驶时左前、左后、右前、右后四个轮胎的竖向力，单位为N；
[0029]当0≤LTR≤0.6时，判断车辆没有发生侧翻事故的危险，当0.6<LTR≤1时，判断车辆有发生侧翻事故的危险，当LTR＝1时，判断车辆处于发生侧翻事故的临界状态；
[0030]侧滑事故类型的判断方法如下：
[0031]根据自动驾驶车路耦合仿真模型获得横向加速度a
y
，单位为m/s2，当0≤a
y
≤0.4g时，判断车辆没有发生侧滑事故的危险，当0.4g<a
y
≤0.8g时，判断车辆有发生侧滑事故的危险，当a
y
>0.8g时，判断车本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速公路车辆自动驾驶的安全性评价方法，其特征在于，针对待评价高速公路及待评价高速公路上的各车辆，所述车辆为自动驾驶的无人车辆，执行如下步骤S1
‑
步骤S4，完成车辆在待评价高速公路上自动驾驶的安全性评价，提升高速公路在建成后运营阶段的行车安全性：步骤S1：采集待评价高速公路设计数据，包括交通流参数、道路几何设计参数、三维地形数据；其中交通流参数包括待评价高速公路的交通量、设计速度、密度；道路几何设计参数包括待评价高速公路线形设计中的半径、超高、加宽、纵坡速度、合成坡度；三维地形数据包括待评价高速公路线形预设范围内的点云的三维坐标数据；步骤S2：构建自动驾驶车路耦合仿真模型及高速公路三维BIM模型，将待评价高速公路设计数据分别输入自动驾驶车路耦合仿真模型及高速公路三维BIM模型，自动驾驶车路耦合仿真模型包括车辆多自由度动力学仿真模型、道路模型、自动驾驶跟踪算法；其中，车辆多自由度动力学仿真模型用于根据车辆特性，输出车辆在待评价高速公路上行驶时的动力学响应，包括轮胎受力、车体加速度、角速度；道路模型用于根据待评价高速公路设计数据，反映待评价高速公路的几何形状参数、附属设施条件、路面摩擦系数；自动驾驶车路耦合仿真模型用于根据车辆特性，使车辆在待评价高速公路上以预设路线行驶；高速公路三维BIM模型包含待评价高速公路及其周边预设范围内的地面三维位置信息，反映行车视距条件；步骤S3：定义各车辆事故类型，并计算各车辆事故类型发生概率，根据车辆事故类型发生概率，建立高速公路车辆行驶安全性评价模型，将步骤S2所述各模型输出的各参数输入高速公路车辆行驶安全性评价模型，计算获得自动驾驶环境下待评价高速公路的沿线行车风险指数，完成车辆在待评价高速公路上自动驾驶的安全性评价；步骤S4：根据沿线行车风险指数，在设计阶段给出高速公路的设计改进意见，提升高速公路在建成后运营阶段的行车安全性。2.根据权利要求1所述的一种高速公路车辆自动驾驶的安全性评价方法，其特征在于，步骤S3的具体方法如下：步骤S31：将待评价高速公路按预设间距划分为n段，分别针对所划分的每一段高速公路，进行后续步骤的安全性评价：式中，L为待评价高速公路全长，单位为米，l
i
为所划分的第i段高速公路；定义各车辆事故类型，并计算各车辆事故类型发生概率，进一步计算综合事故发生概率；步骤S32：根据高速公路三维BIM模型，量化待评价高速公路环境因素，获得评价待评价高速公路上事故严重程度指数；步骤S33：根据步骤S31获得的综合事故发生概率，步骤S32获得的事故严重程度指数，计算沿线行车风险指数如下式：
r
i
＝max(P
i
)
·
C
i
式中，r
i
为第i段高速公路的行车风险指数，P
i
为第i段高速公路的综合事故发生概率，C
i
为第i段高速公路的事故严重程度指数。3.根据权利要求2所述的一种高速公路车辆自动驾驶的安全性评价方法，其特征在于，步骤S31包括如下步骤S311
‑
步骤S313：步骤S311：分别针对每一段高速公路，根据车辆特性，基于车辆多自由度动力学仿真模型，获得评价单车事故发生的各指标对应的车辆行驶的动力学响应，其中，车辆行驶的动力学响应包括轮胎的竖向力、横向加速度、行驶速度，评价单车事故发生的各指标包括横向荷载转移率LTR、横向加速度a
y
、停车视距S
t
；定义单车事故类型，包括侧翻事故类型、侧滑事故类型、视距不足类型；侧翻事故类型的判断方法如下：计算横向荷载转移率LTR如下式：式中，F
l1
、F
l2
、F
r1
、F
r2
分别为车辆行驶时左前、左后、右前、右后四个轮胎的竖向力，单位为N；当0≤LTR≤0.6时，判断车辆没有发生侧翻事故的危险，当0.6<LTR≤1时，判断车辆有发生侧翻事故的危险，当LTR...

【专利技术属性】
技术研发人员：马涛，李雅琦，陈丰，刘可欣，崔培德，刘星坤，朱俊清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：