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原文传递一种基于前方路面峰值附着系数的安全距离估算方法

专利名称：	一种基于前方路面峰值附着系数的安全距离估算方法
摘要：	本发明公开了一种基于前方路面峰值附着系数的安全距离估算方法，属于行驶安全技术领域；通过采集典型道路图像来提取图像特征，根据采集到的当前车辆行驶状态参数来计算路面利用附着系数和实时滑移率s，从而计算出当前路面的实际峰值附着系数μmax，再通过设计和训练HMM模型得到前方路面的峰值附着系数μimax并将其作为安全距离模型的影响因子估算出符合实际路面状况的安全距离。本发明能够对隐藏的非可直接观测的前方道路峰值附着系数进行实时预测，所提出的改进后的安全距离模型考虑了路面状况对车辆的影响，能够更准确的计算出一个符合实际路面情况的安全距离，减少恶劣附着条件下追尾等交通事故的发生。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏大学
发明人：	袁朝春;王俊娴;翁烁丰;王桐;朱昊宇;张海峰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910089996.0
公开号：	CN109910897A
分类号：	B60W40/064(2012.01);B;B60;B60W;B60W40
申请人地址：	212013 江苏省镇江市学府路301号
主权项：	1.一种基于前方路面峰值附着系数的安全距离估算方法，其特征在于包含以下步骤： 1)采集典型道路图像并提取图像特征；其中所述典型道路包括干沥青路面道路、干水泥路面道路、湿沥青路面道路、湿水泥路面道路、雪路面道路和冰路面道路；所述图像特征包括纹理特征和颜色特征，纹理特征包括能量E、熵H、惯性矩J和局部平稳L，颜色特征包括色调T、饱和度S和亮度B； 2)采集当前车辆行驶状态参数；其中所述状态参数包括车轮的纵向力FX、法向力FZ、车轮中心速度v、车轮角速度w以及车轮滚动半径r； 3)计算路面利用附着系数φ和实时滑移率s；其中所述路面利用附着系数计算公式为滑移率的计算式为 4)计算当前路面实际峰值附着系数μmax； 5)利用图像特征、车辆行驶状态参数和当前路面实际峰值附着系数设计HMM模型； 6)训练HMM模型得到安全距离的影响因数U； 7)计算实时路面的安全距离，所述安全距离包括碰撞警报距离DW和自制动距离Dbr。 2.如权利要求1所述的基于前方路面峰值附着系数的安全距离估算方法，其特征在于所述步骤4)中，当前路面实际峰值附着系数μmax计算方法包括如下步骤： 4.1)根据φ和s定位到点(s，φ)，找到该点(s，φ)被曲线S1、S2所包围的区域W，其中曲线S1、S2与附着系数μ-滑移率s曲线图中任意两条相邻曲线一致； 4.2)根据计算得到的s，在曲线S1、S2上定位到两点 4.3)计算当前路面实际峰值附着系数μmax，计算公式如下：为当前路面利用附着系数，φ1、φ2是曲线S1、S2的利用附着系数，μ1max、μ2max是曲线S1、S2的峰值附着系数。 3.如权利要求1所述的基于前方路面峰值附着系数的安全距离估算方法，其特征在于所述步骤5)中，设计HMM模型包括如下步骤： 5.1)确定模型的输入参量，包括能量E、熵H、惯性矩J、局部平稳L、色调T、饱和度S和亮度B以及步骤4求出的当前路面实际峰值附着系数μmax； 5.2)确定模型的输出参量为未知的前方路面的峰值附着系数μimax； 5.3)确定模型的隐状态数N、可观察状态数M； 5.4)确定模型的参数组λ＝(A,B,π)，A是典型道路路面峰值附着系数相互间的转移概率组成的矩阵，记为A＝{aij}N×M,其中aij＝P[qt+1＝Sj\|qt＝Si],1≤i,j≤N,是在时刻t处于状态si的条件下在t+1时刻转移到sj的概率；B是7个特征参数组成的观察值概率矩阵，记为B＝{bjk}N×M,其中bjk＝P[Ot＝vk\|qt＝Sj],1≤j≤N,1≤k≤M，是在时刻t处于状态si的条件下取得观测值vk的概率；π是初始某个路面状态的概率分布向量，记为π＝(π1,...,π6),其中πi＝P(q1＝Si)，是在初始时刻处于状态si的概率。 4.如权利要求1所述的基于前方路面峰值附着系数的安全距离估算方法，其特征在于所述步骤6)中，HMM模型训练方法包括如下步骤： 6.1)输入典型路面特征参数的样本数据O＝{E、H、J、L、T、S、B}； 6.2)采用均值法给模型参数赋值，π＝[1/6,1/6,1/6,1/6,1/6,1/6]； 6.3)输入N、M、A矩阵、B矩阵以及附着系数μ-滑移率s曲线，运用Baum-Welch算法得到最佳的HMM模型参数； 6.4)利用前向-后向算法计算概率P(O\|λ)，概率最大值对应的模型输出即为前方路面的峰值附着系数，计算公式如下： λn＝argmaxP(O\|λi)，其中，πq1为初始时刻处于q1状态的概率，bqT(OT)为在状态qT下产生观察OT的概率，aqT-1qT为由状态qT-1转移到状态qT的概率，λ＝{λ1,λ2,…,λn}(n＝1,2,3,4,5,6)为六种典型路面； 6.5)训练后的模型输出值为前方路面的实时峰值附着系数μimax，作为路面情况对安全距离的影响因子U。 5.如权利要求1所述的基于前方路面峰值附着系数的安全距离估算方法，其特征在于所述步骤7)中，所述碰撞警报距离DW的计算公式如下：所述自制动距离Dbr的计算公式如下：式中Vf、af、Vl、al分别为前车和后车的速度和减速度，TW为后车制动时间，包括驾驶员反应动作时间和制动协调时间，Tbr为自动制动时的制动时间，U为路面情况对安全距离的影响因数。
所属类别：	发明专利