(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211073196.8 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 于斌　王书易　杭子承　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 田凌涛 (51)Int.Cl. G05B 19/042(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G08G 1/01(2006.01) B60W 60/00(2020.01) B60W 50/00(2006.01) (54)发明名称 基于道路纵断面的智能车辆安全势场跟驰 模型建立方法 (57)摘要 本发明公开了基于道路纵断面的智能车辆 安全势场跟驰模型建立方法， 步骤如下： 获取道 路纵断面几何线形信息、 自动驾驶车辆信息与交 通流中前方车辆信息； 建立道路纵断面线形上的 自动驾驶车辆物理力学函数； 根据安全势场理论 构建道路纵断面二维平面的前方车辆势场模型； 通过物理力学函数得到不同道路纵断面线形的 自动驾驶车辆与前方车辆的速度与加速度并将 车辆势场叠加， 最终建立自动驾驶车辆安全势场 跟驰模型。 本发 明能够有效评价不同道路纵断面 线形条件下自动驾驶车辆跟驰行驶风险， 为自动 驾驶车辆的推广及在既有道路基础设施的实际 运营进行安全隐患的排 查。 权利要求书4页 说明书12页 附图2页 CN 115480507 A 2022.12.16 CN 115480507 A 1.一种基于道路纵断面的智能车辆安全势场跟驰模型建立方法， 其特征在于： 针对自 动驾驶车辆的跟驰行为， 基于道路纵断面线 形条件结合车辆势场， 执行以下步骤， 构建凸形 竖曲线道路纵断面线形条件或凹形竖曲线条件道路纵断面线形条件下结合车辆势场的自 动驾驶车辆跟驰模型： 步骤A： 获取在当前道路纵断面线形条件下自动驾驶车辆在跟驰行为中的行驶工况信 息， 包括道路纵断面线形信息、 前 方车辆信息、 自动驾驶车辆信息； 步骤B： 基于道路纵断面线形信息， 判断当前道路纵断面线形条件为凸形竖曲线或凹形 竖曲线， 进而构建凸形竖曲线或凹形竖曲线分别对应的二维空间坐标系， 并在坐标系 上刻 画自动驾驶车辆信息、 前 方车辆信息； 步骤C： 基于当前道路纵断面线形条件， 结合自动驾驶车辆在跟驰行为中的行驶工况信 息， 建立自动驾驶车辆跟驰行为的物理力学模型， 进而获得当前道路纵断面线形条件下自 动驾驶车辆在与其前 方车辆直线方向的合加速度； 步骤D： 基于车辆安全势场理论， 结合二维空间坐标系中自动驾驶车辆与 前方车辆之间 的距离， 构建前 方车辆的车辆势场模型； 步骤E： 基于当前车辆期望加速度， 结合当前道路纵断面线形条件下自动驾驶车辆在与 其前方车辆直线方向的合加速度、 以及前方车辆的车辆势场模型， 构建凸形竖曲线道路纵 断面线形条件或凹形竖曲线条件道路纵断面线形条件下结合车辆势场的自动驾驶车辆跟 驰模型。 2.根据权利要求1所述基于道路纵断面的智能车辆安全势场跟驰模型建立方法， 其特 征在于： 所述步骤A中， 道路纵断面线形信息包括道路纵断面变坡点两侧的纵坡大小； 前方 车辆信息包括前方车辆牵引力大小、 前方车辆位置； 自动驾驶车辆信息包括自动驾驶车辆 牵引力大小、 自动驾驶车辆位置、 自动驾驶车辆质心与前 方车辆质心之间的距离 。 3.根据权利要求1所述基于道路纵断面的智能车辆安全势场跟驰模型建立方法， 其特 征在于： 所述步骤B中， 基于道路纵断面线形信息， 具体执行以下步骤， 建立二维空间坐标 系， 并在坐标系上刻画自动驾驶车辆信息、 前 方车辆信息： 步骤B1： 基于道路纵断面线形信息， 即道路纵断面变坡点两侧的纵坡大小， 获得自动驾 驶车辆当前所处道路纵断面线性条件为凸形竖曲线或凹形竖曲线， 并针对道路纵断面凸形 竖曲线或道路纵断面凹形竖曲线建立二 维空间坐标系， 凸形竖曲线对应的二 维空间坐标系 是以竖曲线起点作为坐标原 点； 在凹形竖曲线的二 维空间坐标系中， 竖曲线起点为(0， R)其 中R为竖曲线半径大小； 步骤B2： 基于当前所处道路纵断面线性条件的二维空间坐标系， 在坐标轴上刻画前方 车辆信息包括前方车辆位置； 自动驾驶车辆信息包括自动驾驶车辆位置、 自动驾驶车辆质 心与前方车辆质心之间的直线距离 。 4.根据权利要求2所述基于道路纵断面的智能车辆安全势场跟驰模型建立方法， 其特 征在于： 所述步骤C中， 基于当前道路纵断面线形条件， 结合自动驾驶车辆在跟驰行为中的 行驶工况信息， 具体执行以下步骤， 建立当前自动 驾驶车辆跟驰行为的物理力学模型， 进而 获得当前道路纵断面线形 条件下自动驾驶车辆在与其前 方车辆直线方向的合加速度： 步骤C1： 当前所处道路纵断面线性条件为凸形竖曲线时， 执行步骤C1.1 ‑C1.2， 建立自 动驾驶车辆的物理力学模型， 进而获得当前道路纵断面线 形条件为凸形竖曲线时自动 驾驶权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115480507 A 2车辆在与其前 方车辆直线方向的合加速度： 步骤C1.1： 基于二维空间平面的力学平衡， 通过以下的力学函数表达式， 构 建自动驾驶 车辆的物理力学模型， 获得自动驾驶车辆B 在行驶方向的加速度aB： F1±MBgsinθ ＝MBaB 式中， F1为自动驾驶车辆B的牵引力； MB为自动驾驶车辆B的重力； aB为自动驾驶车辆B在 行驶方向的加速度； θ为自动驾驶车辆B重力方向与自动驾驶车辆B质心和竖曲线圆心连线 的夹角； 通过以下的力学函数表达式， 构建前方车辆的物 理力学模型， 获得前方车辆A在行驶方 向的加速度aA： F1′ ±MAgsin μ＝MAaA 式中， F1′为前方车辆A的牵引力； MA为前方车辆A的重力； aA为前方车辆A在行驶方向的 加速度； μ为前 方车辆重力方向与前 方车辆质心和竖曲线圆心连线的夹角； 步骤C1.2： 基于自动驾驶车辆在其行驶方向 的加速度aB， 结合自动驾驶车辆和前方车辆 的位置， 获得前道路纵断面线 形条件为凸形竖曲线时自动 驾驶车辆在其与前方车辆直线距 离方向上的合加速度a合： 当 时： 当 时： 式中， 为自动驾驶车辆B的行驶方向与自动驾驶车辆和前 方车辆质心连线的夹角； 步骤C2： 当前所处道路纵断面线性条件为凹形竖曲线时， 执行步骤C2.1 ‑C2.2， 建立自 动驾驶车辆的物理力学模型， 进而获得当前道路纵断面线 形条件为凹形竖曲线时自动 驾驶 车辆在与其前 方车辆直线方向的合加速度： 步骤C2.1： 基于二维空间平面的力学平衡要求， 通过以下的力学函数表达式， 构 建自动 驾驶车辆的物理力学模型， 获得自动驾驶车辆B 在行驶方向的加速度aB′： F1±MBgsinθ ＝MBaB 式中， F1为自动驾驶车辆B的牵引力； MB为自动驾驶车辆B的重力； aB为自动驾驶车辆B在 行驶方向的加速度； θ为在自动驾驶车辆重力方向与自动驾驶车辆质心和竖曲线圆心连线 的夹角； 通过以下的力学函数表达式， 构建前方车辆的物 理力学模型， 获得前方车辆A在行驶方 向的加速度aA：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115480507 A 3