基于人工势能场的跟驰模型
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明直 观 ， 于从 纷 繁 的 个 体行 为 中归 纳 出共 性 ， 利 缺
基于模糊推理的跟驰模型均在其基础上衍生发展 而来 ¨ ， 这些模型 的建立 均基于刺激一 反应 的基 本思想． 文献［ ５ 提出了安全距 离跟驰模型 ， ４— ］ 该
模 型 的基本 思想 是 跟驰 车为 防止 碰撞 ， 通过 速度 调
第４ １卷 第 ４期
２１ ０ １年 ７ 月
东 南 大 学 学 报 （自然科 学版）
Ｊ ＲＮ ＦＳ ＵＴ Ｅ ＴＵＮＩ Ｒ ＩＹ （ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ＯＵ ＡＬ Ｏ Ｏ Ｈ ＡＳ ＶＥ ＳＴ Ｎａｕａ Ｓｉ ｃ ｄｔ ｎ ｅ ｉ
Ｖｏ ． ＮＯ ４ １ ４１ ．
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针 对前 车 运动状 态 变 化 所 采 取 的相 应 行 为 ¨ ． 跟 驰模 型大 致可 分为 基 于刺激 一 应机 理 和基 于保 持 反
节手段始终与前车保持一个特定的跟驰距离．
从 建模 手段 上划 分 ， 大致 可 归纳 为 ２类 ： 以 ①
安全 车辆 间距 两类 ． Ｍ 模 型 是跟 驰 理 论研 究 中最 Ｇ 经典 和最 有 影响力 的模 型 ， 括 生理 一 理 模 型 和 包 心
ｃ ｉ ｄ ｂ ｈｅ ｄｒｖ ｒ ｎ ｈ ｎ ｔ ａ —ｏ ｌ ｎ ｄ ｌｉ ｓａ ｉｈ ｄ． Ｔｈ ｈｒ ｅ ｔ ｐ ｓ ｆ ｖ ｈｉｌｓ ｅｖｅ ｙ ｔ ｉ ｅ ．ａ ｄ ｔ ｅ ｈｅ Ｃ ｆ ｌ ｒ ｏｗｉ ｇ ｍｏ ｅ Ｓ ｅ ｔｂｌ ｅ ｓ ｅ ｔ ｅ ｙ ｅ ｏ ｅ ｃ ｅ ｒ ｎｎ ｎ ｓｉ ｔｏ ｕ ｅ ｕ ｉ ｇ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ，ｉ ｅ ｄ ｃ ｌ ｒ ｔ ｇ ｓａｅ，ａ ｃ ｌｒ ｔｎ ｔｔ ｎ ｏ ｍａ ｒｖ ｎ ｔｔ ． Ａｎ ｈ ． ． ｅ ｅｅ ａ ｉ ｔｔ ｎ ｃ ｅ ｅａ ｉ ｇ ｓａｅ ａ ｄ ｎ ｒ ｌｄ ｉ ｉ ｇ ｓａｅ ｄ ｔｅ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｄ ｔ ｒ ｌｓ ｉ ｅ ｓ ｄ ｏｎ ｔ ｓ ａ ｕ ｅ ａ ａ ａ ｅ ｃ ａ ｓｆ ｄ ｂａ ｅ ｈｉ．Ｔｈｅ ｃ ａ ｓｆｅ ａ ｕ ｅ ｔ ｒ ｅ ｏ ｃ ｌｂ ａ ｅ ｔ ｅ ｐ — ｉ ｌｓ ｉ ｄ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｄａａ ａ ｅ ｕｓ ｄ ｔ ａｉ ｒ ｔ ａ ｉ ｈ
于机 器人人 工智 能研 究 ， 本文 将其 基本 思想 运用 于
吸引力 是 目标 车前进 的动 力来 源 ， 现 为驾驶 表
员对加速的期望． 吸引力的大小与车辆动力性能以
及 车辆 所处 的 运 动 状 态 有 关 ． 车辆 自身 特 性 考 从 虑 ， 低 速 时车 辆 的速 度 小 ， 速 度 大 ； 在 加 在高 速 时 ， 车 辆 的速度 大 ， 速 度 小 ， 加 而车 辆 在 达 到期 望 速 度 后 就不会 再继 续 加 速 ． 因此 在 自由行 驶 状 态 下 ， 车 辆 的加速 度 随速度 的增 加呈 递减 态势 ， 当速度达 到 期 望 速度 后 ， 加速 度 为 零 ． 由此 建立 目标 车 吸 引 力
Ｔａ ｅ ｇ ｅ ｏ Ｐ ｎ ｆｉ Ｊｎ Ｓ ｅ ｇ ｉ ｈ ｎ Ｗ ａ ａ ｈ ｉ・ ｎｇ Ｄｉ ｎ ａ
（ ｏｌｇ ｆＴａ ｓｏｔｔ ｎ ｉｎＵ ｉｅｓｙ， ｈ ｎ ｃｕ ３ ０ ５ Ｃｈｎ ） Ｃ ｌ ｅｏ ｒｎｐ ｒ ｉ ，Ｊｉ ｎｖ ｒｔ Ｃ ａｇｈ ｎ１０２ ， ｉａ ｅ ａｏ ｌ ｉ （ Ｃ ｌ ｇ ｆＣｖｌ ｎ ｉｅｒ ｇａｄＡ ｃｉ ｃｕｅ Ｚ ｅｉ ｇＵｎｖｒｔ ， ｎｇｈ ｕ３０ ５ ，Ｃ ｉａ ｏｌ ｅｏ ｉｉＥ ｇｎｅｉ ｎ ｒｈｔ ｔｒ， ｈｊ ｎ ｉｅｓ ｙ Ｈａ ｚｏ １０ ８ ｈｎ ） ｅ ｎ ｅ ａ ｉ Ａ ｂ ｔ ａ ｔ：Ｆｏ ｍ ｐ ｏｖ ｎ ｈ ｉ ｕ ａ ｉ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ａ －ｏ ｌ ｗｉ ｇ ｍ ｏ ｌａ ｅ ｃ ｂ ｎ ｈ ｈ ｒ ｃ ｓｒ ｃ ｒｉ ｒ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓｍ ｌ ｔ ｏｎ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｃ ｒｆ ｌｏ ｎ ｄｅ ｎｄ ｄ ｓ ｒ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ａ ａ — ｉ
行 为产生 的 根源— —驾 驶员 ， 源头上 发 掘跟驰 行 从
全． 目标车 的跟 驰行 为 即为 吸引力 与排斥 力 相互作 用 的结 果 ． 对应 于 效率 和 安全 ， 型 可 分 为 吸 引力 模 模 型 和排斥 力模 型 ．
１ ２ 吸 引力模 型 ．
为 的特点 ， 缺点 是 驾 驶 员 的选 择 机 制 难 于 确 定 ， 但 其个 体差 异性 增加 了建模 难度 ． 人工 势场 法 是 一 种 路 径 规 划 算 法 ¨ 多应 用 ，
ｔ ｒｓｉ ｓｏ ａ —ｏ ｌｗｉ ｇ ｄ ｖ ｎｇ ｂｅ ａ ｉ ｒ ｅ ｉｔｃ ｆ ｃ ｒｆ ｌｏ ｎ ｒ ｉ ｈ ｖ ｏ ，ｂａ ｅ ｎ ｔ ｒｖ ｎ ｘ ｒｅ ｃ ｉ ｓ ｄ ｏ ｈｅ ｄ ｉ ｇ ｅ ｐｅ ｎ ｅ，ｔ ｃｉ ｎｓ ｉ ｒｖ ｎ ｉ ｉ ｈｅ ａ ｔ ｏ ｎ ｄ ｉｇ ｉ ｐｒ ｃ ｓ ｒ ｕｍｍａ ｚ ｄ ｉ ｏ ｔ ｎ ｅ ａ ｔｏ ｆ ｅ ｃｅ ｃ ｎ ａ ｅ ｙ．Ｔａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｂ ｓｃ ｉ ｅ ｆ ａ ｔ — ｏ ｅ ｓａ ｅ ｓ ｉ ｒ ｅ ｎｔ ｈｅ ｉ ｔｒ ｃｉ ｎ ｏ ｆ ｉ ｎ ｙ ａ ｄ ｓ ｆ ｔ ｉ ｋ ｎ ｈ ａ ｉ ｄ ａ ｏ ｒｉ ｉ ｆ
驾 驶行 为特 性 ， 车辆 运行 状 态分 为减速 停 车 、 动加 速 和 常 态行 驶 ３类 ， 据 此对 实 测 数据 予 将 起 并 以划分 ． 用分 类 后 的实测 数据 ， 对 ３类行 驶状 态分 别 对模 型参 数 加 以标 定 ， 利 针 并将 标 定 后 的模 型 与经 典 的 Ｇ 模 型进 行 比较． Ｍ 结果 表 明， 相对 于 ＧＭ 模 型 ， 拟 精度 平均 提 升 １％ 以上． 模 ０ 关 键词 ：跟驰 模 型 ； 驾驶行 为模 型 ； 工势 能场 人
摘 要 ：为 提升 跟驰 模 型 的模 拟 精度 ， 加 有 效 地 刻 画跟 驰 行 为 特 性 ， 车辆 的 实 际运 行 规 律 出 更 从 发， 将行 驶 过程 中的各种 行 为 归纳 为效 率 与安全 ２种 因素 的相互作 用 ． 鉴人工 势 能场 的基本 思 借
想， 将这 ２种 因素抽 象 为驾驶 员受 到 的驱 动力和 阻碍 力 ， 而建 立 相 应 的 跟驰 模 型． 据 普遍 的 进 根
模型， 即
１ 一 １ 、 ， ，ｒｔ
对 驾驶 行 为 的建 模 ． 通过分 析 车辆 的运 动规律 并 结 合 驾驶 员 的行 为特性 ， 车辆行 驶过 程 中 的多种行 将 为 归纳 为 “ 率 ” “ 全 ” 效 和 安 ２种 因 素 的 相 互 作 用 ． 采 用人 工势 能场 思 想 ， 这 ２种 因 素进 行 抽 象 ， 对 将 其 视为 驾驶 员所受 到 的驱 动力 和阻 碍力 ， 而建 立 进
Ｋｅ ｒ ｓ ａ － ｌ ｗｉ ｇ ｍｏ ｅ ；ｄ ｖ ｎ ｅ ａ ｉ ｒｍｏ ｅ ；ａ ｔ ｃａ ｏ ｅ ｔ ｌ ｅ ｄ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｃ ｆ ｌ ｎ ｄ ｌ ｒ ｉ ｇ ｂ ｈ ｖ ｏ ｄ ｌ ｒ ｆ ｉｌ ｔｎ ｉ ｌ ｒ ｏ ｏ ｉ ｉ ｉ ｐ ａ ｆ ｉ
跟 驰模 型描 述 了在 限制 超 车 的单 车道 上 后 车
收稿 日期 ： ０ ０１ －５ 作者简介 ：陶鹏飞（ ９４ ） 男 ， 士生 ； ２ １ ．１０ ． １８ 一 ， 博 王殿海 （ 联系人 ） 男 ， ， 博士 ， 教授 ， 博士生导师 ， ｎｇｉｎ ａ＠ｓｈ ．ｏ１ ｗａ ｄａｈｉ ｏ ｕ ｃ ｎ
基金项 目：国家 自然科学基金面上资助项 目（ ０ ７ ０３ ． ７ ９ １５ ） 引文格 式： 陶鹏飞 ， 金盛 ， 王殿海． 基于人工势 能场的跟驰 模型 ［ ］ 东南大 学学报 ： Ｊ． 自然科 学版 ，０ １ ４ （ ） ８４— ５ ．［ ｏ：０ ３ ６／ ２ １ ， １ ４ ：５ ８８ ｄｉ１ ． ９９ ｊ
体影 响 的驾驶 行为 进行研 究 ．
以 ｔ （）＝Ｃ ｔ ａ
ｅ
（） １
式 中 ， 为 目标 车 吸 引 力 加 速 度 ； 为 目标 车 速 ａ
ｉ ｎ １０ ０ ０ ．０ １０ ．３ ］ ｓ ．０ １— ５ ５ ２ １ ．４ ０ ７ ｓ
第 ４期
陶鹏飞 ， ： 于人 工势能 场 的跟驰 模型 等 基
８５ ５
点 是实验 数 据难 于获取 且准 确性 得不 到保 证 ； 而从 驾驶 员 的角度 出发 ， 够在建 模过 程 中更 接近跟 驰 能
ｒｍｅｅｓｏ ｄ ｌｉ ｉ ｅｅ ｔｓａｅ ，ｗｈｃ ｅ ｔｅ ｏ ａｅ ｔ ｈ ｌｓｉａ ａ ｔｒ ｆｍｏ ｅ ｎ ｄｆ ｒｎ ｔｔｓ ｆ ｉｈ ａ ｈ ｎ ｃ ｍｐ ｄ ｗｉ ｔｅｃａ ｓ ｌ ＧＭ （ ｅ ｅａ — ｒ ｒ ｈ ｃ ｇ ｎ ｒｌｍｏ
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２种力 相互 作用 下 的车辆 动力 学方 程 ． 基 于人 工势 能 场理 论 的跟 驰行 为 模 型更 直 观
地 表现 了客 体环境 对驾 驶员 的作 用效 果 ， 有利 于后 续模 型 的拓展 ， 可通 过增 加 车辆 在垂直 车道 方 向上 的受 力建 立 车辆横 向运 动模 型 ， 复杂 环境 下多 物 对
Ｊ ｌ ０１１ ｕｙ２
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｉ ｎ １０ ０ ０ ．０ ．４ ０ ７ ｏ ：０ ３ ６ ￣．ｓ ． ０ １— ５ ５ ２ １ ０ ． ３ ｓ １
基 于 人 工 势 能 场 的 跟 驰 模 型
陶鹏 飞 金 盛 王殿 海
（ 吉林大学交通学 院 ， 。 长春 １０ ２ ） ３ ０ ５ （ 浙江大学建筑工程学 院 ， 杭州 ３０ ５ ） １０ ８
车辆运动规律作 为切入点 ， 通过统计跟驰车辆 行 驶数 据进 行 归纳抽 象 ， 建立 相应 的模 型 ； 从 驾 ② 驶 员 心理作 用 的角度 出发 ， 过分 析 驾驶 员 在 １ 通 不 同情况下的驾驶行为 ， 研究行驶过程中周围环境 客体对驾驶员产生的影响， 进而建立相应的跟驰模 型 ． 两类 方 法各有 利 弊 ， 车辆 运动 规律 出发 ， 这 从 简
中图分 类号 ： ４ １ Ｕ ９ 文 献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ — ５ ５ ２ １ ） ４０ ５ －５ ０ １ ０ ０ （ ０ １ ０ －８ ４０
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基于模糊推理的跟驰模型均在其基础上衍生发展 而来 ¨ ， 这些模型 的建立 均基于刺激一 反应 的基 本思想． 文献［ ５ 提出了安全距 离跟驰模型 ， ４— ］ 该
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第４ １卷 第 ４期
２１ ０ １年 ７ 月
东 南 大 学 学 报 （自然科 学版）
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针 对前 车 运动状 态 变 化 所 采 取 的相 应 行 为 ¨ ． 跟 驰模 型大 致可 分为 基 于刺激 一 应机 理 和基 于保 持 反
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从 建模 手段 上划 分 ， 大致 可 归纳 为 ２类 ： 以 ①
安全 车辆 间距 两类 ． Ｍ 模 型 是跟 驰 理 论研 究 中最 Ｇ 经典 和最 有 影响力 的模 型 ， 括 生理 一 理 模 型 和 包 心
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摘 要 ：为 提升 跟驰 模 型 的模 拟 精度 ， 加 有 效 地 刻 画跟 驰 行 为 特 性 ， 车辆 的 实 际运 行 规 律 出 更 从 发， 将行 驶 过程 中的各种 行 为 归纳 为效 率 与安全 ２种 因素 的相互作 用 ． 鉴人工 势 能场 的基本 思 借
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收稿 日期 ： ０ ０１ －５ 作者简介 ：陶鹏飞（ ９４ ） 男 ， 士生 ； ２ １ ．１０ ． １８ 一 ， 博 王殿海 （ 联系人 ） 男 ， ， 博士 ， 教授 ， 博士生导师 ， ｎｇｉｎ ａ＠ｓｈ ．ｏ１ ｗａ ｄａｈｉ ｏ ｕ ｃ ｎ
基金项 目：国家 自然科学基金面上资助项 目（ ０ ７ ０３ ． ７ ９ １５ ） 引文格 式： 陶鹏飞 ， 金盛 ， 王殿海． 基于人工势 能场的跟驰 模型 ［ ］ 东南大 学学报 ： Ｊ． 自然科 学版 ，０ １ ４ （ ） ８４— ５ ．［ ｏ：０ ３ ６／ ２ １ ， １ ４ ：５ ８８ ｄｉ１ ． ９９ ｊ
体影 响 的驾驶 行为 进行研 究 ．
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第 ４期
陶鹏飞 ， ： 于人 工势能 场 的跟驰 模型 等 基
８５ ５
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２种力 相互 作用 下 的车辆 动力 学方 程 ． 基 于人 工势 能 场理 论 的跟 驰行 为 模 型更 直 观
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Ｊ ｌ ０１１ ｕｙ２
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基 于 人 工 势 能 场 的 跟 驰 模 型
陶鹏 飞 金 盛 王殿 海
（ 吉林大学交通学 院 ， 。 长春 １０ ２ ） ３ ０ ５ （ 浙江大学建筑工程学 院 ， 杭州 ３０ ５ ） １０ ８
车辆运动规律作 为切入点 ， 通过统计跟驰车辆 行 驶数 据进 行 归纳抽 象 ， 建立 相应 的模 型 ； 从 驾 ② 驶 员 心理作 用 的角度 出发 ， 过分 析 驾驶 员 在 １ 通 不 同情况下的驾驶行为 ， 研究行驶过程中周围环境 客体对驾驶员产生的影响， 进而建立相应的跟驰模 型 ． 两类 方 法各有 利 弊 ， 车辆 运动 规律 出发 ， 这 从 简
中图分 类号 ： ４ １ Ｕ ９ 文 献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ — ５ ５ ２ １ ） ４０ ５ －５ ０ １ ０ ０ （ ０ １ ０ －８ ４０
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