[论文解读] A Study of the Minimum Safe Distance between Human Driven and Driverless Cars Using Safe Distance Model

Tesfaye Hailemariam Yimer, Chao Wen+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2020

Autonomous Vehicle Technology and Safety参考文献 11被引用 12

一句话总结

本研究提出了一种安全距离车距模型，通过自动紧急制动在突发刹车情况下确定人类驾驶车辆与完全自动驾驶车辆之间的最小安全跟车距离。使用MATLAB仿真，该模型表明三秒规则在所有情况下均安全，而两秒规则在跟随时速超过45 km/h的无人驾驶车辆时，后方碰撞风险增加。

ABSTRACT

When driving,it is vital to maintain the right following distance between the vehicles to avoid rear-end collisions. The minimum safe distance depends on many factors, however, in this study the safe distance between the human-driven vehicles and a fully autonomous vehicle at a sudden stop by an automatic emergency brake was studied based on the human driver ability to react in an accident, the vehicles' braking system performance, and the speed of vehicles. For this approach, a safe distance car-following model was proposed to describe the safe distance between vehicles on a single lane dry road under conditions where both vehicles keep moving at a constant speed, and a lead autonomous vehicle suddenly stops by automatic emergency braking at an imminent incident. The proposed model then finally was being tested using MATLAB simulation, and results showed that confirmed the effectiveness of this model and the influence of driving speed and inter-vehicle distance on the rear-end collision was also indicated as well compared with the two and three seconds rule of safe following distance. The three seconds safe distance following rules is safe to be applied for all speed limits; however, the two seconds can be used on speed limits up to 45 Km/hr. A noticeable increase in rear-end collision was observed according to the simulation results if a car follows a driverless vehicle with two seconds rule above 45 km/hr.

研究动机与目标

• 确定由于自动紧急制动导致突发刹车时，人类驾驶车辆与自动驾驶车辆之间的最小安全距离。
• 评估在不同速度和车辆动力学条件下，传统两秒和三秒跟车距离规则的有效性。
• 开发一种基于物理的安全距离模型，整合人类反应时间、制动性能和车辆速度。
• 在受控单向道、干燥路面条件下，使用MATLAB仿真验证该模型的有效性。
• 评估在使用标准跟车距离规则跟随时速超过45 km/h的自动驾驶车辆时，发生追尾碰撞的风险。

提出的方法

• 基于车辆运动学（包括制动减速度和人类反应时间）开发了安全跟车距离模型。
• 假设在前车通过自动紧急制动突然停车前，两车均保持恒定速度。
• 将人类驾驶员反应时间（通常为0.7–1.0秒）和制动系统性能（减速度率）纳入模型。
• 将最小安全距离计算为反应时间内行驶的距离与制动停止所需距离之和。
• 使用MATLAB在不同速度范围（最高达100 km/h）内对模型进行仿真，并将结果与两秒和三秒规则进行比较。
• 通过分析不同速度和跟车距离条件下的追尾碰撞可能性，验证模型的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在因自动紧急制动导致的突发刹车情况下，人类驾驶车辆与完全自动驾驶车辆之间的最小安全跟车距离是多少？
• RQ2 在时速超过45 km/h时，两秒规则与三秒规则在防止追尾碰撞方面的表现如何比较？
• RQ3 车辆速度在跟随时速超过45 km/h的自动驾驶车辆时，对追尾碰撞风险的影响程度如何？
• RQ4 人类反应时间与制动性能在与自动驾驶车辆交互时，对所需安全距离的影响如何？
• RQ5 三秒规则是否普遍适用于跟随时速超过45 km/h的无人驾驶车辆的安全跟车距离？

主要发现

• 三秒规则在所有测试速度限制下均被证明是安全的，包括时速超过45 km/h的情况。
• 当以超过45 km/h的速度跟随时速超过45 km/h的无人驾驶车辆时，两秒规则显著增加了追尾碰撞风险。
• 所提出的模型准确预测了基于反应时间和制动性能的所需停车距离。
• 在使用较短跟车距离时，车辆速度显著增加了碰撞风险，尤其在时速超过45 km/h时更为明显。
• 仿真结果证实，三秒规则在突发紧急制动条件下始终能提供足够的安全距离。
• 该模型表明，安全距离必须根据速度、反应时间和制动能力动态调整，而不能仅依赖固定的时间间隔。