CN104269073B - 一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法，首先通过检测本车的CAN总线数据中左转向灯信号是否开启，判断本车是否有超车意图；如果本车有超车意图，则通过获取邻居车辆的运动状态信息(如速度、刹车踏板、加速度等)和位置信息(经度、纬度等)，实时地计算本车与邻居车辆的位置关系与趋势；然后根据本车与邻居车辆的实时位置关系与运动状态信息，可以动态地计算出可供本车安全超车的时间；最后，将计算出的可超车时间与不同紧急状态的时间阈值进行比较，根据不同的紧急情况对驾驶员做出不同等级的预警提示。与现有技术相比，本发明有效地提升了驾驶的安全性，实用高效，具有可靠性高、实时性好等优点。

Description

一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法

技术领域

本发明涉及一种车联网在智能交通和车载主动安全应用领域的应用，尤其是涉及一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法，适用于双向双车道场景。

背景技术

车联网是物联网在智能交通领域的重要应用，通过信息交互，把车、路及行人连接成一个整体网络，从而实现交通的智能化。在行车安全和智能交通方面，车联网主要基于车车通信、车路通信，实时可靠地共享信息，从而提升交通流的效率和驾驶安全。基于车车通信或车路通信，结合车载GPS和CAN总线，车载主动安全系统可以提前通知驾驶员可能发生的危险状况，辅助安全驾驶，从而极大地避免了安全事故的发生。

车联网主动安全应用是智能交通领域重要的基础技术，具有高度的实际应用价值，因而受到很多汽车厂商的重点关注。欧洲电信标准化协会(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，ETSI)在标准技术文档TS102638(Basicsetofapplicationdefinitions)中对各种车联网主动安全应用场景作出了规范，并定义了安全消息的基本格式和传递机制。目前这方面的研究主要集中在欧美，国内的主要汽车厂商也联合高校做出了较深入的研究。

与传统的基于传感器的车载主动安全应用相比，基于车车或车路通信的车联网主动安全应用在有效距离、成本等方面具有明显优势。由于车与车、车与路边单元能够共享信息，所以车联网主动安全应用不受距离的限制。另外，它对传感器的精密性要求并不高，极大地降低了成本，具有很高的实际推广价值。在实际应用中，由于驾驶员难以对车辆位置关系变化作出准确预测，例如在双向双车道上驾驶时，驾驶员超车必须借助逆向车道，如果逆向车道上存在驶来的车辆，这时由于驾驶员很难准确估计是否能够安全超车而不与逆向车辆发生碰撞，需要车载安全应用系统基于车车通信分析出安全超车的可能性，给驾驶员实时地预警提示，甚至在紧急情况下采取一些安全防护措施。预警机制应当具有实时快速、高可靠、算法简单实用的特性，本发明因此而来。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法，基于车与车共享运动状态信息和位置信息，实时准确预估出可安全超车的时间，有效地提升了驾驶的安全性，实用高效。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法，包括以下步骤：

1)通过CAN总线数据检测左转向灯是否开启，若是，则执行步骤2)，若否，则继续执行步骤1)；

2)与本车通信范围内的邻居车辆进行通信，获取本车与邻居车辆的运动状态信息和位置信息，实时计算本车与邻居车辆的位置关系；

3)根据本车与邻居车辆的位置关系、本车的行车轨迹及CAN总线的检测数据判断本车是否满足以下条件之一：

a)本车前方不存在处在同向车道上的车辆，

b)本车前方不存在处在逆向车道上的车辆，

c)本车已经驶入逆向车道，

d)本车左转向灯关闭，

若是，则说明可安全超车，执行步骤6)，若否，则执行步骤4)；

4)根据本车与前方处在同向车道和逆向车道上的车辆的相对位置关系与相对速度关系，计算出可供本车进行超车的时间；

5)将所述可供本车进行超车的时间与设定的安全超车时间阈值进行比较，判断是否需要预警，若是，则发出预警提示，若否，则发出安全超车提示，执行步骤6)；

6)进入待机状态。

在步骤2)中，所述运动状态信息包括车速、车辆加速度和航向角，所述位置信息包括经度、纬度和海拔。

在步骤3)中，判断本车前方是否存在处在同向车道或逆向车道上的车辆时，首先根据车辆的航向角关系将邻居车辆划分为同向车辆和逆向车辆，然后根据行车轨迹判断这些车辆是否在本车前方。

在步骤4)中，所述可供本车进行超车的时间t根据本车车速v_SV和前方同向车辆v_OV1车速的关系分为如下情况进行计算：

41)若v_SV＞v_OV1，则 $t=\frac{(S_2-S_1)(v_{\mathrm{SV}}-v_{\mathrm{OV}1})-S_1(v_{\mathrm{OV}1}+v_{\mathrm{OV}2})}{(v_{\mathrm{SV}}-v_{\mathrm{OV}1})(v_{\mathrm{SV}}+v_{\mathrm{OV}2})};$

42)若v_SV≤v_OV1，则 $t=\frac{(S_2-S_1)-t_1(v_{\mathrm{OV}1}+v_{\mathrm{OV}2})}{v_{\mathrm{SV}}+v_{\mathrm{OV}2}+{\mathrm{at}}_1},$

其中， $t_1=\frac{v_{\mathrm{OV}1}-v_{\mathrm{SV}}+\sqrt{{(v_{\mathrm{SV}}-v_{\mathrm{OV}1})}^2+{2\mathrm{aS}}_1}}{a};$

上述公式中，S₁和S₂分别表示本车与前方同向车辆的距离和本车与前方逆向车辆的距离，v_OV2表示前方逆向车辆的车速，t₁表示本车追上前方同向车辆的所需时间，a表示本车的加速度。

在步骤5)中，所述安全超车时间阈值包括一级预警时间阈值τ₁和二级预警时间阈值τ₂，τ₁＞τ₂，根据本车进行超车的时间t与安全超车时间阈值的比较结果，执行相应操作，具体如下：

当τ₂＜t≤τ₁时，本车发出一级预警；当t≤τ₂时，本车发出二级报警；当t＞τ₁时，本车发出安全超车提示。

所述一级预警时间阈值为7s，所述二级预警时间阈值为3s。

所述左转向灯的开闭状态根据本车的CAN总线数据中左转向灯信号的电平高低判断。

所述行车轨迹由车载GPS的历史位置信息获得。

本发明提供了一种基于车车通信的逆向车道超车防碰撞预警方法，其基础是本车与邻居车辆共享交换车辆运动状态信息和位置信息。首先通过检测本车的CAN总线数据中左转向灯信号是否开启，判断本车是否有超车意图。如果本车有超车意图，则通过获取邻居车辆的运动状态信息(如速度、刹车踏板、加速度等)和位置信息(经度、纬度等)，实时地计算本车与邻居车辆的位置关系与趋势。然后根据本车与邻居车辆的实时位置关系与运动状态信息，可以动态地计算出可供本车安全超车的时间。最后，将计算出的可超车时间与不同紧急状态的时间阈值进行比较，根据不同的紧急情况对驾驶员做出不同等级的预警提示。

本发明基于局部地理范围内的车辆共享运动状态信息和位置信息，使用“可安全超车时间”指标来判断逆向超车过程中的安全等级，可以保证安全预警的高可靠性，为车联网中的辅助驾驶安全提供了一种实用性强、可靠性高的实现方法。

本发明方法提出了一种全新的基于当前实时信息，动态地预测超车过程的可行性的预警机制。该方法能够实时地、可靠地对驾驶员给出预警信息，能够克服驾驶员主观预测的不安全性，为车联网的辅助驾驶安全应用提供了一个实用有效地方法。本发明克服了现有技术的种种缺点，具有高度的产业化价值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、可靠性：本方法基于车车通信技术，能够不断获取邻居车辆的实时GPS信息，并且从CAN总线获取本车的运动状态信息。在通信设备可靠性得到保证的情况下，本车总是能够利用本发明方案准确得知可安全超车的时间，从而得到不同等级的预警信息，误差较小。

2、实时性：本方法所使用的无线通信技术传输时延很小，能够保证获取的邻居车辆的运动状态信息和位置信息总是实时的，并且算法复杂度较低，时间消耗小，从而能够最快时间给出预警信息。

3、适应性：本方法适用于双向双车道场景，安全预警等级可以根据实际的道路交通情况调整，以适应不同的道路情形。

4、实用性：本方法中车辆共享信息量并不高，占用无线信道带宽小；使用的预警算法与模型的参数结合了理论与大量测试得出的结果，实用性很强。

附图说明

图1为本发明方法逻辑流程图；

图2为本发明实施例超车过程示意图。

图中，SV表示本车，OV₁表示前方同向车辆，OV₂表示前方逆向车辆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明实施例提供一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法，根据本车与邻居车辆的位置关系，对本车的超车行为进行预警，其中本车表示有超车意图的当前车辆，邻居车辆表示本车周围局部范围内的其他车辆。应理解，任何搭载了本预警系统的车辆都可以认为是本车，本车与邻居车辆只是一个相对的概念。车辆的车载终端以固定频率(如25Hz，与不同车型的CAN协议有关)从CAN总线获取本车的左转向灯信号，并以固定频率(如1Hz，与GPS型号有关)更新GPS数据，并通过无线通信技术(如DSRC技术)与邻居车辆交换位置和运动状态信息。

如图1所示，本方法包括以下步骤：

1)通过CAN(ControllerAreaNetwork)总线数据检测左转向灯是否开启，若是，则表明本车有超车意图，执行步骤2)，若否，则继续执行步骤1)。

2)与本车通信范围内的邻居车辆进行通信，获取本车与邻居车辆的运动状态信息和位置信息，实时计算本车与邻居车辆的位置关系，其中，运动状态信息包括车速、车辆加速度和航向角，位置信息包括经度、纬度和海拔。

3)根据本车与邻居车辆的位置关系、本车的行车轨迹及CAN总线的检测数据判断本车是否满足以下条件之一：

a)本车前方不存在处在同向车道上的车辆，

b)本车前方不存在处在逆向车道上的车辆，

c)本车已经驶入逆向车道，

d)本车左转向灯关闭，

若是，则说明可安全超车，执行步骤6)，若否，则执行步骤4)。

根据本车与邻居车辆的航向角及相对位置关系判断本车前方是否存在处在同向车道或逆向车道上的车辆，具体为：首先根据车辆的航向角关系将邻居车辆划分为同向车辆(同车道同方向行驶)和逆向车辆(逆向车道逆向行驶)，航向角在允许误差范围内一致的为同向车辆，否则为逆向车辆，然后根据行车轨迹判断这些车辆是在本车的前方还是后方，前方或后方的判断阈值可考虑车辆长度及行车间距进行设计，本实施例中，判断阈值取为5m。

根据本车的行车轨迹来判断本车是否已经进入逆向车道，行车轨迹由车载GPS的历史位置信息(保存当前时刻之前的多个位置信息)获得。

根据本车的CAN总线数据中左转向灯信号的电平高低判断左转向灯的开闭状态。

4)根据本车与前方处在同向车道和逆向车道上的车辆的相对位置关系与相对速度关系，计算出可供本车进行超车的时间。

所述可供本车进行超车的时间t根据本车车速v_SV和前方同向车辆v_OV1车速的关系分为如下情况进行计算：

41)若v_SV＞v_OV1，则 $t=\frac{(S_2-S_1)(v_{\mathrm{SV}}-v_{\mathrm{OV}1})-S_1(v_{\mathrm{OV}1}+v_{\mathrm{OV}2})}{(v_{\mathrm{SV}}-v_{\mathrm{OV}1})(v_{\mathrm{SV}}+v_{\mathrm{OV}2})};$

42)若v_SV≤v_OV1，则 $t=\frac{(S_2-S_1)-t_1(v_{\mathrm{OV}1}+v_{\mathrm{OV}2})}{v_{\mathrm{SV}}+v_{\mathrm{OV}2}+{\mathrm{at}}_1},$

其中， $t_1=\frac{v_{\mathrm{OV}1}-v_{\mathrm{SV}}+\sqrt{{(v_{\mathrm{SV}}-v_{\mathrm{OV}1})}^2+{2\mathrm{aS}}_1}}{a};$

上述公式中，S₁和S₂分别表示本车与前方同向车辆的距离和本车与前方逆向车辆的距离，v_OV2表示前方逆向车辆的车速，t₁表示本车追上前方同向车辆的所需时间，a表示本车的加速度。两车之间的距离可以根据车载GPS的经纬度坐标数据计算得到，计算公式有大量文献可供参考。本实施例是为了说明本发明的原理和方法，故不列举可轻易查阅得到的计算方法。

5)将所述可供本车进行超车的时间与设定的安全超车时间阈值进行比较，判断是否需要预警，若是，则发出预警提示，若否，则发出安全超车提示，执行步骤6)。

预警提示可根据实际的道路交通情况设定多个等级，本实施例设置两个预警等级。安全超车时间阈值包括一级预警时间阈值τ₁和二级预警时间阈值τ₂，τ₁＞τ₂，根据本车进行超车的时间t与安全超车时间阈值的比较结果，执行相应操作，具体如下：

当τ₂＜t≤τ₁时，本车发出一级预警，以提醒驾驶员此时超车具有一定的危险；当t≤τ₂时，本车发出二级报警，以提醒驾驶员不能超车；当t＞τ₁时，本车发出安全超车提示。

本实施例中，参考非拥堵道路场景，一级预警时间阈值为7s，二级预警时间阈值为3s。应注意，一级报警和二级报警的时间阈值并不受所述实施例的限制。

6)进入待机状态。

上述步骤所组成的方法以固定频率(如10Hz)自动执行。

参考图2所示的超车场景示意图，假设在本车SV在开启左转向灯准备超过前方同向车辆OV₁的时刻，通过获取邻居车辆的GPS位置信息，可实时计算得到本车与前方同向车辆和逆向车辆的距离分别是S₁＝10m，S₂＝150m，通过获取本车与邻居车辆的GPS速度信息，可得到本车、同向车辆和逆向车辆的当前速度分别为v_SV＝15m/s，v_OV1＝v_OV2＝10m/s，则依据本发明方法的步骤，可以实时计算出可供本车安全超车的时间为t＝4.0s，该值在一级报警和二级报警阈值之间，所以本车会发出一级报警，以提醒驾驶员此时超车具有一定的危险。

应注意，上文所举实例中的所有数据并不一定符合真实场景，是为了形象化说明本发明的主要原理和效果，而非用于限制本发明。

上述实施例仅用于说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或调整。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想的条件下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过CAN总线数据检测左转向灯是否开启，若是，则执行步骤2)，若否，则继续执行步骤1)；

2)与本车通信范围内的邻居车辆进行通信，获取本车与邻居车辆的运动状态信息和位置信息，实时计算本车与邻居车辆的位置关系；

3)根据本车与邻居车辆的位置关系、本车的行车轨迹及CAN总线的检测数据判断本车是否满足以下条件之一：

a)本车前方不存在处在同向车道上的车辆，

b)本车前方不存在处在逆向车道上的车辆，

c)本车已经驶入逆向车道，

d)本车左转向灯关闭，

若是，则执行步骤6)，若否，则执行步骤4)；

4)根据本车与前方处在同向车道和逆向车道上的车辆的相对位置关系与相对速度关系，计算出可供本车进行超车的时间，所述可供本车进行超车的时间t根据本车车速v_SV和前方同向车辆v_OV1车速的关系分为如下情况进行计算：

41)若v_SV＞v_OV1，则 $t=\frac{(S_2-S_1)(v_{SV}-v_{OV1})-S_1(v_{OV1}+v_{OV2})}{(v_{SV}-v_{OV1})(v_{SV}+v_{OV2})};$

42)若v_SV≤v_OV1，则 $t=\frac{(S_2-S_1)-t_1(v_{OV1}+v_{OV2})}{v_{SV}+v_{OV2}+{\mathrm{at}}_1},$

其中， $t_1=\frac{v_{OV1}-v_{SV}+\sqrt{{(v_{SV}-v_{OV1})}^2+2{\mathrm{aS}}_1}}{a};$

上述公式中，S₁和S₂分别表示本车与前方同向车辆的距离和本车与前方逆向车辆的距离，v_OV2表示前方逆向车辆的车速，t₁表示本车追上前方同向车辆的所需时间，a表示本车的加速度；

5)将所述可供本车进行超车的时间与设定的安全超车时间阈值进行比较，判断是否需要预警，若是，则发出预警提示，若否，则发出安全超车提示，执行步骤6)；

6)进入待机状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法，其特征在于，在步骤2)中，所述运动状态信息包括车速、车辆加速度和航向角，所述位置信息包括经度、纬度和海拔。

3.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法，其特征在于，在步骤3)中，判断本车前方是否存在处在同向车道或逆向车道上的车辆时，首先根据车辆的航向角关系将邻居车辆划分为同向车辆和逆向车辆，然后根据行车轨迹判断这些车辆是否在本车前方。

4.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法，其特征在于，在步骤5)中，所述安全超车时间阈值包括一级预警时间阈值τ₁和二级预警时间阈值τ₂，τ₁＞τ₂，根据本车进行超车的时间t与安全超车时间阈值的比较结果，执行相应操作，具体如下：

当τ₂＜t≤τ₁时，本车发出一级预警；当t≤τ₂时，本车发出二级报警；当t＞τ₁时，本车发出安全超车提示。

5.根据权利要求4所述的一种基于车车通信的逆向车道超车预警方法，其特征在于，所述一级预警时间阈值为7s，所述二级预警时间阈值为3s。