CN103359013A - 一种基于车车通信的换道超车辅助方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种车辆之间的换道超车辅助方法，在不同车辆之间建立通信联系，通过信息交互为本车驾驶员及其它车辆驾驶员进行换道超车时提供信息支持。不同车辆之间的通信联系是通过专用短程通信协议来进行的。当驾驶员触发换道超车事件时，系统对事件进行识别并处理，通过收发模块将事件传送至特定车辆，接收到事件信息车辆将事件进行还原并显示为驾驶员可识别的提醒信息。实现所述方法的换道超车辅助系统，包括事件识别模块、事件处理模块、无线通信收发模块、事件还原模块、用户界面模块；包括由无线通信设备、定位设备、天线、信息处理系统、触摸屏构成的硬件系统。本发明可以在天气情况恶劣和视野不好的情况下正常使用，能有效提高驾驶安全性。

Description

一种基于车车通信的换道超车辅助方法及系统

技术领域

本发明属于车辆、信息技术领域，涉及能有效提高驾驶安全性的基于车辆之间无线通信的换道超车辅助系统。

背景技术

在换道超车所导致的交通事故中，有大部分原因是因为在换道过程中不能很好地识别车辆周围的环境，如受视距范围的限制，大雾、大雨等恶劣天气的影响等，使得换道超车存在很大的危险。目前，已存在的多种用于换道超车辅助的技术有：1.基于视频检测技术。然而，由于摄像机对照度和天气较为敏感，容易受粉尘干扰且当车速过高时不能很好的进行判断，因此基于视频技术的换道辅助系统受限很大；2.基于雷达技术。然而，普通民用车载雷达的探测距离较近，限制了其探测的可靠性。

在视野不好的情况下，如车辆行驶正前方有大卡车时，此时车辆若强行换道超车，则可能与大卡车前面同样想换道的车辆发生碰撞。如图1所示：A、B、D分别代表三辆小汽车，C代表大卡车，当在视野不好的情况下，A车通过后视镜无法看到B车，B车由于大卡车C的阻挡，也无法看到A的行驶轨迹，若此时A车与B车同时进行换道超车，则可能发生碰撞。

同样视野不好的情况也可能发生在只有双向两车道的狭窄道路上。这种情况下，车辆在换道超车过程中可能与对向车辆发生碰撞，如图2所示，小汽车G由于大卡车F和弯曲道路的阻挡，不能很好的识别对向驶来的小汽车H，使用传统的辅助系统，则不能很好的检测出这类危险。

有如下两份中国专利文件：

ZL：200810247090.9，名称：换道控制系统，简述：发明总的涉及一种用于车辆的视觉系统，特别是一种后视系统，其给车辆驾驶员提供在车辆后侧方向的景象信息。更具体地，本发明涉及一种后视视觉系统，其在外后视镜中采用图象采集装置(例如CMOS成像阵列)来支持驾驶员辅助系统中的换道。该专利中，使用视觉系统，在天气状况差的情况下不能很好的工作，且只能对行驶在前方的车辆提供此种信息。

ZL：201010117252.4，名称：驾驶员换道意图识别系统，简述：发明涉及驾驶员换道意图识别系统，它包括：(1)从驾驶员前方指向驾驶员头部的摄像头及其图像采集器；(2)车辆信息采集装置；(3)接收图像采集器和车辆信息采集装置输出的信号并进行处理的处理器；车辆信息采集装置包括：转向盘角度传感器、转向灯传感器。本发明系统通过采集驾驶员头部信息和车辆信息，可准确判断出驾驶员当前是否具有向左或向右换道意图，从而为提升车载安全系统的性能创造条件。该专利中，使用摄像头及图像采集器采集驾驶员的意图，只能判断驾驶员是否有换道意图，不能收集其它车辆的信息，不能对其它车辆驾驶员进行提醒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于车车通信的换道超车辅助方法及系统。

利用车辆间的信息交互功能辅助驾驶员进行更好的换道超车行为，通过无线通信技术，把车辆的行驶速度、转速、GPS定位坐标、以及换道超车意图信息传递出去。驾驶员通过车载触摸屏可实时知道自身车辆以及其它车辆的行驶情况，在换道超车过程中，通过无线通信方式，把换道超车提醒信息实时传递出去，并通过车载终端的声音和动画提醒，使得驾驶员不通过后视镜也可知道后面有车辆将要换道超车。为驾驶员提供了一种可查看到全局车辆行驶情况的信息技术。

总体而言，本发明：

一种车辆之间的换道超车辅助方法，在不同车辆之间建立通信联系，通过信息交互为本车驾驶员及其它车辆驾驶员进行换道超车时提供信息支持。

进一步，不同车辆之间的通信联系是通过专用短程通信协议来进行的。

当车辆间进入可相互通信的距离时，车辆间即建立连接，相互传输数据；当驾驶员触发换道超车事件时，系统对事件进行识别并处理，通过收发模块将事件传送至特定车辆，接收到事件信息车辆将事件进行还原并显示为驾驶员可识别的提醒信息。

还包括基础事件采集、换道超车提醒、换道超车决策生成和数据记录；

优选的，使用触摸屏采集基础事件；或/和，使用听觉(例如声音)、视觉(例如动画)或听觉和视觉并存的提醒方式；或/和，将决策生成结果、用户处理结果、事件最终呈现结果进行记录。

实现上述方法的换道超车辅助系统，包括事件识别模块、事件处理模块、无线通信收发模块、事件还原模块、用户界面模块；包括由无线通信设备、定位设备、天线、信息处理系统、触摸屏构成的硬件系统。

无线通信设备用于完成无线数据的可靠收发，无线通信设备上面接入了定位设备以及分集式天线，无线通信设备与计算机连接；触摸屏用于与使用者进行信息交互；定位设备通过接口与无线通信设备连接，采用高增益的天线通过接口与无线通信设备连接；无线通信设备由车载电源直流供电，并通过以太网与信息处理系统连接；信息处理系统从车辆内部获取车辆基本信息。

所述无线通信设备包括DSRC设备、RFID设备及3G设备；所述定位设备包括GPS、手机；所述信息处理系统包括计算机、嵌入式系统及工控机。

接口方面，DSRC设备与计算机使用USB或串口接口，天线与DSRC设备接口使用TNC或FAKRA，车辆信息采集接口使用RS232串口或蓝牙。

还包括车载传感器。

车辆为其它设备的载体并提供12V直流电源，DSRC设备用于完成无线数据的可靠收发，由车载12V直流电源供电，DSRC设备上面接入了使用RS232串口通信的GPS接收机以及SMA接口的高增益分集式玻璃钢全向天线，DSRC设备与计算机的通信通过RJ45网线连接，基于Socket接口，包括了IP地址和端口号，使用UDP协议；触摸屏使用VGA和USB接口连接至计算机，用于与使用者进行信息交互；笔记本声音通过车载音响AUX端输入至车载音响系统中；计算机通过OBD II接口，从车辆CAN总线接口处引出，并获取车辆基本信息，通过USB接口将数据传送至计算机，计算机处理本车车辆的信息以及由DSRC设备传送来的其它车辆的信息，将处理过后的信息显示在车辆内的触摸屏上，供驾驶员做出决策。

传统的换道辅助系统使用基于视觉的技术，在天气状况差的情况下不能很好的工作，使用摄像头及图像采集器采集驾驶员的意图，只能判断驾驶员是否有换道意图，不能收集其它车辆的信息，不能对其它车辆驾驶员进行提醒。相比于现有技术，本发明使用车辆间的信息交互作为换道辅助系统的核心，能同时提醒本车驾驶员及其它车辆驾驶员，相比于视频检测，具有更高的可靠性、便携性和安全性。通过两车的信息交互，驾驶员可通过自定义交互的内容，可扩展性好。

附图说明

图1为现有技术条件、视野不好情况下超车时与同方向行驶车辆碰撞的示意图。

图2为现有技术条件、视野不好情况下超车时与反方向行驶车辆碰撞的示意图。

图3为本发明一种实施例的硬件设备连接关系图。

图4为本发明一种实施例的换道超车辅助系统信息流程图。

图5为本发明一种实施例的车载终端触摸显示器模块组成示意图。

图6为本发明一种实施例的实地测试道路示意图。

图7(a)为本发明第一辆实验车时间-速度之间关系图。

图7(b)为本发明第一辆实验车时间-转速之间关系图。

图8(a)为本发明第二辆实验车时间-速度之间关系图。

图8(b)为本发明第二辆实验车时间-转速之间关系图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

系统可使用支持专用短程通信协议(Dedicated Short Range Communications，DSRC)的设备(以下简称DSRC设备)。主要硬件由设备承载车辆、DSRC设备、GPS接收机、天线、计算机、触摸屏等构成，其中车辆为其它设备的载体并提供12V直流电源，DSRC设备用于完成无线数据的可靠收发，由车载12V直流电源供电，DSRC设备上面接入了使用RS232串口通信的GPS接收机以及SMA接口的高增益分集式玻璃钢全向天线，DSRC设备与计算机的通信通过RJ45网线连接，基于Socket接口，包括了IP地址和端口号，使用UDP协议。触摸屏使用VGA和USB接口连接至计算机，用于与使用者进行信息交互。笔记本声音通过车载音响AUX端输入至车载音响系统中。计算机通过OBD II接口，从车辆CAN总线接口处引出，并获取车辆基本信息，通过USB接口将数据传送至计算机，计算机处理本车车辆的信息以及由DSRC设备传送来的其它车辆的信息，将处理过后的信息显示在车辆内的触摸屏上，供驾驶员做出决策。各主要部分连接图如图3所示。

系统包括DSRC设备、GPS接收机、计算机，再加上车载传感器(如速度传感器、偏航角传感器)可取得更佳效果。其中DSRC设备可以使用支持无线通信的设备替代(如RFID、3G设备)，GPS接收机可以由其它定位设备替代(如使用手机定位)，计算机可由其它支持信息处理的设备替代(如嵌入式系统，工控机)。接口方面，DSRC设备与计算机可使用USB、串口接口方式替代，天线与DSRC设备接口可使用TNC、FAKRA替代，车辆信息采集接口可使用RS232串口、蓝牙替代。

假设A车代表行驶在前方的车辆，B车为行驶在后方的车辆，当B车准备超车时，可通过点击车内触摸屏上的发送换道超车信号按钮或打左转向灯并被系统检测出有明显超车意图时，B车上的车载单元(On-board Unit，OBU)对触发的信息进行处理，通过无线收发模块将换道消息传送至A车的无线收发模块，并经过A车的车载单元处理，显示在A车的显示屏上，给驾驶员提供实时可靠的辅助信息。

其中：

D_B表示车辆B通信覆盖范围

D_A表示车辆A通信覆盖范围

D_AB表示车辆A和车辆B的直线距离

下面对系统的算法进行描述：

换道辅助系统运行流程为，系统首先通过初始化车辆的通信功能，使其进入正常的可收发无线信息状态。当A、B两车位于可相互通信的范围内，两车互相发送各自的GPS信息和车辆基本工况信息，在车内终端显示自身和对方的实时定位信息并使用地图匹配技术，为驾驶员提供可视的用户图形界面，此时A、B连接链路建立。当B车准备换道超车时，B车驾驶员开启左转向灯并向A车发送换道超车警告信息，系统将超车信息传输至DSRC通信设备中的超车应用程序模块进行处理，并调用无线发送模块将信息通过DSRC技术实时传送至B车DSRC通信设备中的无线接收模块，通过B车的超车应用程序模块将超车信息传输至B车的用户终端模块，此时A车将显示来自B车的警告信息并触发声音提醒和显示屏动画提醒，当B车顺利完成换道并超越A车，A车的声音和动画警告消息消除。当B车驶离出A、B通信可达范围时，A、B两车失去通信，系统功能正常结束。

辅助系统的主要信息流如图4及以上换道辅助系统运行流程说明。

请参阅图5，其中车载终端触摸显示器上的界面主要包括：

①系统初始化设置操作区：用于设置系统各项功能，包括本机IP地址设置、通讯端口设置、记录数据库参数设置；

②系统控制区：控制系统的启动、暂时和结束；

③本车行驶信息显示区：显示当前车辆的速度、加速度、转速、GPS定位坐标；

④他车信息显示区：显示其它车辆的速度、加速度、转速、GPS定位坐标；

⑤地图显示区：将具有通信功能的车辆的GPS位置匹配到地图上并显示；

⑥弹窗消息提醒区：将系统决策后的信息显示给驾驶员。

一种具体实施方式中，特定场景使用的系统架构如下：

实验车辆选择两辆福特福克斯小汽车，DSRC设备选择支持IEEE 802.11p通信协议(IEEE802.11p是一种专门用于车辆间无线通信的新型协议，各国使用频率不同，在中国使用时需将频率调至5.8GHz)的设备，GPS接收机使用Garmin GPS 15L模块，并使用串口形式将GPRMC语句、GPGGA语句以及GPGSA语句以1Hz的频率输出。天线使用了增益为12dBi的全向玻璃钢天线，通过SMA接口与DSRC设备相连接，并使用两根天线，构成分集式接收，用于提高分组接收率，同时天线底端固定在一个强力圆形吸盘上，吸盘可吸在车辆顶部。计算机使用了笔记本Lenovo ThinkPad T410i。触摸屏使用了7寸车载显示屏，通过VGA将笔记本电脑上的画面导出至触摸屏，通过USB将触屏输入信号传递给笔记本。DSRC设备通过车内点烟器接口进行供电，GPS通过DSRC设备输出5V直流电进行供电。

两车按指定路线以随机速度行驶，当车辆启动时，系统自动启动，通过实时计算两车的GPS位置，判断当两车直线距离为1000m时，两车的无线通信连接建立。此时，系统将本车的行驶信息通过DSRC传送至其它车辆，并在触摸屏上通过地图匹配技术将两车实时位置显示在驾驶员可视范围内。当后车准备换道超车时，后车驾驶员开启左转向灯并向前车发送换道超车警告信息，此时在后车的触摸屏上将出现动画提示“已发送换道超车警告信息，请注意安全”，同时车内音响系统播放相应声音“已发送换道超车警告信息，请注意安全”，在前车的触摸屏上将出现动画提示“后方有车辆换道超车，请保持当前行驶状态”。同时车内音响系统播放相应声音“后方有车辆换道超车，请保持当前行驶状态”。两车在超车过程中均可实时通过触摸屏观察到两车的相对位置。

当后车超过前车50m后，系统判断后车顺利完成超车过程，两车触摸屏同时显示“换道超车过程已结束”，并播放相应声音“换道超车过程已结束”。当两车距离大于1000m时，两车通信链路断开。

为了验证本发明在直道换道超车过程中的有效性，本实例选取了选择上海市同济大学嘉定校区一条环形道路作为测试场地，总长约为5km，如图6所示。测试场地为双向两车道，机动车道为3.5m，非机动车道为1.5m。测试路段较平坦。

在路段上选取五个点(图上分别标记为1、2、3、4、5)，在五个点附近，安装有换道超车系统的后车换道超越前车，触发系统工作。测试时，采集当前实验时间、两车的速度、转速及位置信息等，并实时记录到数据库，采样频率设置成200ms，共进行20圈实验，收集到了100次实验数据。

带圈的标志代表本车，实时显示在屏幕中间，不带圈的标志代表另一行驶车辆。当两车的通信链路建立连接时，可在一辆车的显示屏上实时看到另一辆车的行驶信息。

根据记录的数据，我们对两辆实验车的时间和速度，时间和转速之间的关系进行了分析，随机选取一圈实验数据，进行分析，可得结果如图7(a)、图7(b)、图8(a)、图8(b)所示。

图中No.1到No.5代表五个超车过程，其中实线代表正常的超车过程，虚线代表装有基于车车通信的换道超车辅助系统的过程。从图中我们可以看到，实线在五个点附近有着很大的波动，意味着车辆频繁的改变其行驶速度。当装载辅助系统后，两车将都实时地知道自身和对方的位置，虚线在五个超车点附近波动较小，相比于实线更为平滑。这表明辅助系统可以有效的提高平均车速。对比两种情况下两车的平均速度和平均转速，可得如下表1：

表1实验结果总结

根据统计结果，在装载了辅助系统之后，两车的平均速度相对于正常情况下均有约15％的提高，速度标准差的减小意味着装有辅助系统后，车辆的行驶将更加平稳，可避免换道超车中的频繁加减速。通过更多车辆的装载，进而可提高整个交通路网的效率。

在大雾、大雨环境下，驾驶员的视野将严重变坏。通过现存的对前车探测技术，很难获得高准确度和高可靠性。采用本发明的DSRC技术后，通过车辆间信息的交互，在恶劣天气下仍然正常工作，即使前方视野不好，驾驶员仍可通过车载终端(车内显示器)实时获取到自身车辆与周围车辆的相对位置，并对特定车辆进行警告信息传递，协助驾驶员可顺利、安全的完成换道超车，

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆之间的换道超车辅助方法，其特征在于：在不同车辆之间建立通信联系，通过信息交互为本车驾驶员及其它车辆驾驶员进行换道超车时提供信息支持。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：不同车辆之间的通信联系是通过专用短程通信协议来进行的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当车辆间进入可相互通信的距离时，车辆间即建立连接，相互传输数据；当驾驶员触发换道超车事件时，系统对事件进行识别并处理，通过收发模块将事件传送至特定车辆，接收到事件信息车辆将事件进行还原并显示为驾驶员可识别的提醒信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：还包括基础事件采集、换道超车提醒、换道超车决策生成和数据记录；

优选的，使用触摸屏采集基础事件；或/和，使用听觉、视觉或听觉和视觉并存的提醒方式；或/和，将决策生成结果、用户处理结果、事件最终呈现结果进行记录。

5.实现权利要求1至4中任一所述方法的换道超车辅助系统，其特征在于：包括事件识别模块、事件处理模块、无线通信收发模块、事件还原模块、用户界面模块；包括由无线通信设备、定位设备、天线、信息处理系统、触摸屏构成的硬件系统。

6.根据权利要求5所述的换道超车辅助系统，其特征在于：无线通信设备用于完成无线数据的可靠收发，无线通信设备上面接入了定位设备以及分集式天线，无线通信设备与计算机连接；触摸屏用于与使用者进行信息交互；定位设备通过接口与无线通信设备连接，采用高增益的天线通过接口与无线通信设备连接；无线通信设备由车载电源直流供电，并通过以太网与信息处理系统连接；信息处理系统从车辆内部获取车辆基本信息。

7.根据权利要求6所述的换道超车辅助系统，其特征在于：所述无线通信设备包括DSRC设备、RFID设备及3G设备；所述定位设备包括GPS、手机；所述信息处理系统包括计算机、嵌入式系统及工控机。

8.根据权利要求7所述的换道超车辅助系统，其特征在于：接口方面，DSRC设备与计算机使用USB或串口接口，天线与DSRC设备接口使用TNC或FAKRA，车辆信息采集接口使用RS232串口或蓝牙。

9.根据权利要求5至8中任一的换道超车辅助系统，其特征在于：还包括车载传感器。

10.根据权利要求9所述的换道超车辅助系统，其特征在于：

车辆为其它设备的载体并提供12V直流电源，DSRC设备用于完成无线数据的可靠收发，由车载12V直流电源供电，DSRC设备上面接入了使用RS232串口通信的GPS接收机以及SMA接口的高增益分集式玻璃钢全向天线，DSRC设备与计算机的通信通过RJ45网线连接，基于Socket接口，包括了IP地址和端口号，使用UDP协议；触摸屏使用VGA和USB接口连接至计算机，用于与使用者进行信息交互；笔记本声音通过车载音响AUX端输入至车载音响系统中；计算机通过OBD II接口，从车辆CAN总线接口处引出，并获取车辆基本信息，通过USB接口将数据传送至计算机，计算机处理本车车辆的信息以及由DSRC设备传送来的其它车辆的信息，将处理过后的信息显示在车辆内的触摸屏上，供驾驶员做出决策。

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