CN104751677B - 车辆碰撞报警方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆碰撞报警方法和系统，提高了碰撞尤其是同车道前后车碰撞预警的准确性，减少了道路上交通事故的比率。其技术方案为：通过无线通信方式（DSRC）实现前车和后车之间的车辆间信息共享；后车基于前车传送的信息判断同车道的前车和后车发生碰撞的可能性，其中涉及对加速度和刺激强度这两个指标参数的判断；基于判断出的碰撞的可能性发出报警信号。
Description
技术领域
本发明涉及车辆碰撞的报警方法，尤其涉及一种基于无线短程通信的同车道车辆碰撞危险的判定方法和系统。
背景技术
传统的汽车防撞预警系统是基于智能视频分析处理的汽车防撞预警系统，通过动态视频摄像技术、计算机图像处理技术来实现其预警功能。主要功能为：车距监测及追尾预警、前方碰撞预警、车道偏离预警、导航功能、黑匣子功能。
这种防撞预警系统具有如下的功能：
1）车距监测及预警：系统不间断地监测与前方车辆的距离，并根据与前方车辆的接近程度提供三种级别的车距监测警报；
2）汽车越线预警：在转向灯没有打开的情况下，车辆穿过各种车道线前约0.5秒系统产生越线警报；
3）前向碰撞预警：系统警示驾驶者与前方车辆即将发生碰撞。当本车辆按当前行驶速度与前方车辆的可能碰撞时间在2.7秒内时，系统将产生声、光警告；
4）其他功能：黑匣子功能、智能导航、休闲娱乐、雷达预警系统、胎压监测、数字电视、倒车后视。
此外，国内外现有的汽车防撞预警系统还有诸如超声波防撞预警系统、雷达防撞预警系统、激光防撞预警系统、红外线防撞预警系统等。
传统上使用雷达或者视频技术收集车辆周边环境信息的方式，在车辆主动安全中有着不可避免的缺陷：无法获得准确的前车信息。这使得在防撞的预警效果上游一定的缺陷，并不能及时准确的给出预警信号。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种车辆碰撞报警方法和系统，提高了碰撞尤其是同车道前后车碰撞预警的准确性，减少了道路上交通事故的比率。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种车辆碰撞报警方法，包括：
通过无线通信方式实现前车和后车之间的车辆间信息共享；
后车基于前车传送的信息判断同车道的前车和后车发生碰撞的可能性；
基于判断出的碰撞的可能性发出报警信号。
根据本发明的车辆碰撞报警方法的一实施例，无线通信方式是专用短程通信方式（DSRC，Dedicated Short Range Communications）。
根据本发明的车辆碰撞报警方法的一实施例，在判断碰撞的可能性时，基于前车的位置和车速、后车的位置和车速、前车的车身长度计算出避免碰撞所需的加速度，再将计算出的加速度和后车的最大刹车加速度相比，得出后车是否会和前车发生碰撞的可能性。
根据本发明的车辆碰撞报警方法的一实施例，在判断碰撞的可能性时，基于前车和后车的相对速度、前车和后车之间的车距、后车经过反应时间后的速度判断刺激强度，再将刺激强度与预设值进行比较，判断是否需要发出碰撞报警。
根据本发明的车辆碰撞报警方法的一实施例，后车的反应时间是前车和后车之间信息发送的通讯时间、根据信息完成碰撞可能性判断并发出警告的时间、后车驾驶员接到报警后做出反映的时间三者之和。
本发明还揭示了一种车辆碰撞报警系统，包括：
信息传输装置，通过无线通信方式实现前车和后车之间的车辆间信息共享；
碰撞可能性判断装置，后车基于前车传送的信息判断同车道的前车和后车发生碰撞的可能性；
报警装置，基于判断出的碰撞的可能性发出报警信号。
根据本发明的车辆碰撞报警系统的一实施例，信息传输装置是基于专用短程通信方式实现的。
根据本发明的车辆碰撞报警系统的一实施例，碰撞可能性判断装置包括：
基于加速度的碰撞判断模块，基于前车的位置和车速、后车的位置和车速、前车的车身长度计算出避免碰撞所需的加速度，再将计算出的加速度和后车的最大刹车加速度相比，得出后车是否会和前车发生碰撞的可能性。
根据本发明的车辆碰撞报警系统的一实施例，碰撞可能性判断装置包括：
基于刺激强度的碰撞判断模块，基于前车和后车的相对速度、前车和后车之间的车距、后车经过反应时间后的速度判断刺激强度，再将刺激强度与预设值进行比较，判断是否需要发出碰撞报警。
根据本发明的车辆碰撞报警系统的一实施例，在基于刺激强度的碰撞判断模块中，后车的反应时间是前车和后车之间信息发送的通讯时间、根据信息完成碰撞可能性判断并发出警告的时间、后车驾驶员接到报警后做出反映的时间三者之和。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的方案是利用了专用短程通信方式（DSRC，Dedicated Short Range Communications）带来的车辆与车辆之间的直接点对点通信小延时，车辆信息共享的特点。对现有同车道，前车与后车碰撞、追尾等危险情况的检测与判断方法进行了修改。因为后车能够实时地获得前车的位置、速度、加速度，为判断危险和可能发生碰撞的情况提供能加丰富的信息，另外又结合了刺激强度和后车最小加速度这两个指标的计算和判断，提高碰撞预警的准确性，能够向驾驶员在事故发生前更加快速提供可靠的警告信号，并预留出更多的时间让驾驶员采取避免行动，从而减少道路上交通事故比率。
附图说明
图1示出了本发明的车辆碰撞报警方法的第一实施例的流程图。
图2示出了本发明的车辆碰撞报警方法的第二实施例的流程图。
图3示出了本发明的车辆碰撞报警方法的第三实施例的流程图。
图4示出了本发明的车辆碰撞报警系统的第一实施例的原理图。
图5示出了本发明的车辆碰撞报警系统的第二实施例的原理图。
图6示出了本发明的车辆碰撞报警系统的第三实施例的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
车辆碰撞报警方法的第一实施例
图1示出了本发明的车辆碰撞报警方法的第一实施例的流程。请参见图1，本实施例的车辆碰撞报警方法的各个步骤详述如下。
步骤S10：通过无线通信方式实现前车和后车之间的车辆间信息共享。
本发明是利用专用短程通信方式（DSRC，Dedicated Short RangeCommunications）来传输车辆信息的。前车可以向后车传递自己的位置、速度、加速度、车长、车宽、车况等信息，从而为后车提供了更加丰富的车辆动态信息和特性信息。DSRC技术可以带来时延缩短、车辆间信息共享等特点，根据这些特点，后续步骤中更新了前后车碰撞的可能性的判断方法。
通过DSRC实现的车辆间的共享信息包括：后车的车速、位置、相对速度、相对位置、加速度、驾驶员反映时间的参数、前车的速度、前车的加速度、前后车的相对速度、车车通信延时、计算机解算时间等。
步骤S11：后车基于前车传送的信息判断同车道的前车和后车发生碰撞的可能性：基于后车最小加速度指标的判断。
后车最小加速度是指后车速度大于前车，在后车不碰撞前车的前提下后车需要达到的最小加速度（负值）。具体而言，在判断碰撞的可能性时，基于前车的位置和车速、后车的位置和车速、前车的车身长度计算出避免碰撞所需的加速度，再将计算出的加速度和后车的最大刹车加速度相比，得出后车是否会和前车发生碰撞的可能性。
例如，xn+1为后车位置，xn为前车位置，为后车车速（一次导数），为前车车速（一次导数），Ln为前车车长。
前提条件如下：且xn+1-xn>Ln
最小加速度应当满足以下的条件：：
步骤S12：基于判断出的碰撞的可能性发出报警信号。
如果步骤S11中计算出的最小加速度大于后车的最大刹车加速度，则会发生碰撞，若计算出的最小加速度小于后车的最大刹车加速度，则后车可以通过刹车来避免碰撞。
车辆碰撞报警方法的第二实施例
图2示出了本发明的车辆碰撞报警方法的第二实施例的流程。请参见图2，本实施例的车辆碰撞报警方法的各个步骤详述如下。
步骤S20：通过无线通信方式实现前车和后车之间的车辆间信息共享。
本发明是利用专用短程通信方式（DSRC，Dedicated Short RangeCommunications）来传输车辆信息的。前车可以向后车传递自己的位置、速度、加速度、车长、车宽、车况等信息，从而为后车提供了更加丰富的车辆动态信息和特性信息。DSRC技术可以带来时延缩短、车辆间信息共享等特点，根据这些特点，后续步骤中更新了前后车碰撞的可能性的判断方法。
通过DSRC实现的车辆间的共享信息包括：后车的车速、位置、相对速度、相对位置、加速度、驾驶员反映时间的参数、前车的速度、前车的加速度、前后车的相对速度、车车通信延时、计算机解算时间等。
步骤S21：后车基于前车传送的信息判断同车道的前车和后车发生碰撞的可能性：基于刺激强度这一参数的碰撞可能性的判断。
在判断碰撞的可能性时，基于前车和后车的相对速度、前车和后车之间的车距、后车经过反应时间后的速度判断刺激强度，再将刺激强度与预设值进行比较，判断是否需要发出碰撞报警。其中的反应时间是指前车和后车之间信息发送的通讯时间、根据信息完成碰撞可能性判断并发出警告的时间、后车驾驶员接到报警后做出反映的时间三者之和。
刺激强度Beta是指两车之间相对环境的变化，对后车驾驶员所产生的刺激强度。其与前后车相对速度成正比；与后车经过T时刻后的速度的m次方成正比；与两车间距的l次方成正比。
即：
Beta＝(|[(X↓(n+1)(t+T))]|↑m[(X- ↓n(t)|X- ↓(n+1)(t)])/|[X↓n(t)|X↓(n+1)(t)]|↑l
其中xn+1为后车位置，xn为前车位置，为后车车速（一次导数），为前车车速（一次导数），T为前后车系统状态改变后直到后车做出反映的时间。
T包括两车间信息发送的通讯时间Tco，车辆依据本算法完成判断危险并发出警告的计算时间Tca，以及驾驶员接到报警后做出反应的时间Tex。其相互关系如下：
T=Tco+Tca+Tex
刺激强度Beta和预设值SH做比较，若大于预设值则判定会发生碰撞。
步骤S22：基于判断出的碰撞的可能性发出报警信号。
车辆碰撞报警方法的第三实施例
图3示出了本发明的车辆碰撞报警方法的第三实施例的流程。请参见图3，本实施例的车辆碰撞报警方法的各个步骤详述如下。
步骤S30：通过无线通信方式实现前车和后车之间的车辆间信息共享。
本发明是利用专用短程通信方式（DSRC，Dedicated Short RangeCommunications）来传输车辆信息的。前车可以向后车传递自己的位置、速度、加速度、车长、车宽、车况等信息，从而为后车提供了更加丰富的车辆动态信息和特性信息。DSRC技术可以带来时延缩短、车辆间信息共享等特点，根据这些特点，后续步骤中更新了前后车碰撞的可能性的判断方法。
通过DSRC实现的车辆间的共享信息包括：后车的车速、位置、相对速度、相对位置、加速度、驾驶员反映时间的参数、前车的速度、前车的加速度、前后车的相对速度、车车通信延时、计算机解算时间等。
步骤S31：后车基于前车传送的信息判断同车道的前车和后车发生碰撞的可能性：基于后车最小加速度指标以及刺激强度这一参数的判断。
一方面，先基于后车最小加速度指标进行判断。后车最小加速度是指后车速度大于前车，在后车不碰撞前车的前提下后车需要达到的最小加速度（负值）。具体而言，在判断碰撞的可能性时，基于前车的位置和车速、后车的位置和车速、前车的车身长度计算出避免碰撞所需的加速度，再将计算出的加速度和后车的最大刹车加速度相比，得出后车是否会和前车发生碰撞的可能性。
例如，xn+1为后车位置，xn为前车位置，为后车车速（一次导数），为前车车速（一次导数），Ln为前车车长。
前提条件如下：且xn+1-xn>Ln
最小加速度应当满足以下的条件：
另一方面，在判断碰撞的可能性时，基于前车和后车的相对速度、前车和后车之间的车距、后车经过反应时间后的速度判断刺激强度，再将刺激强度与预设值进行比较，判断是否需要发出碰撞报警。其中的反应时间是指前车和后车之间信息发送的通讯时间、根据信息完成碰撞可能性判断并发出警告的时间、后车驾驶员接到报警后做出反映的时间三者之和。
刺激强度Beta是指两车之间相对环境的变化，对后车驾驶员所产生的刺激强度。其与前后车相对速度成正比；与后车经过T时刻后的速度的m次方成正比；与两车间距的l次方成正比。
即：
Beta=(|[(X↓(n+1)(t+T))]|↑m[(X-↓n(t)|X- ↓(n+1)(t)])/|[X↓n(t)|X↓(n+1)(t)]|↑l
其中xn+1为后车位置，xn为前车位置，为后车车速（一次导数），为前车车速（一次导数），T为前后车系统状态改变后直到后车做出反映的时间。
T包括两车间，信息发送的通讯时间Tco，车辆依据本算法完成判断危险，并发出警告的计算时间Tca，以及驾驶员接到报警后做出反映的时间Tex。其相互关系如下：
T=Tco+Tca+Tex
刺激强度Beta和预设值SH做比较，若大于预设值则判定会发生碰撞。
步骤S32：基于判断出的碰撞的可能性发出报警信号。
如果步骤S31中计算出的最小加速度大于后车的最大刹车加速度，则会发生碰撞，若计算出的最小加速度小于后车的最大刹车加速度，则后车可以通过刹车来避免碰撞。如果刺激强度大于预设值也会判定可能会发生碰撞，进而指令发出报警信号。
车辆碰撞报警系统的第一实施例
图4示出了本发明的车辆碰撞报警系统的第一实施例的原理。请参见图4，本实施例的车辆碰撞报警系统包括：信息传输装置10、碰撞可能性判断装置11、报警装置12。
信息传输装置10通过无线通信方式实现前车和后车之间的车辆间信息共享。信息传输装置10是利用专用短程通信方式（DSRC，Dedicated Short Range Communications）来传输车辆信息的。前车可以向后车传递自己的位置、速度、加速度、车长、车宽、车况等信息，从而为后车提供了更加丰富的车辆动态信息和特性信息。DSRC技术可以带来时延缩短、车辆间信息共享等特点。
通过DSRC实现的车辆间的共享信息包括：后车的车速、位置、相对速度、相对位置、加速度、驾驶员反映时间的参数、前车的速度、前车的加速度、前后车的相对速度、车车通信延时、计算机解算时间等。
碰撞可能性判断装置11是后车基于前车传送的信息判断同车道的前车和后车发生碰撞的可能性。
碰撞可能性判断装置11中设有基于加速度的碰撞判断模块110。后车最小加速度是指后车速度大于前车，在后车不碰撞前车的前提下后车需要达到的最小加速度（负值）。具体而言，基于加速度的碰撞判断模块110基于前车的位置和车速、后车的位置和车速、前车的车身长度计算出避免碰撞所需的加速度，再将计算出的加速度和后车的最大刹车加速度相比，得出后车是否会和前车发生碰撞的可能性。
例如，xn+1为后车位置，xn为前车位置，为后车车速（一次导数），为前车车速（一次导数），Ln为前车车长。
前提条件如下：且xn+1-xn>Ln
最小加速度应当满足以下的条件：
报警装置12是基于判断出的碰撞的可能性发出报警信号。如果碰撞可能性判断装置11中计算出的最小加速度大于后车的最大刹车加速度，则会发生碰撞，若计算出的最小加速度小于后车的最大刹车加速度，则后车可以通过刹车来避免碰撞。
车辆碰撞报警系统的第二实施例
图5示出了本发明的车辆碰撞报警系统的第二实施例的原理。请参见图5，本实施例的车辆碰撞报警系统包括：信息传输装置20、碰撞可能性判断装置21、报警装置22。
信息传输装置20通过无线通信方式实现前车和后车之间的车辆间信息共享。信息传输装置20是利用专用短程通信方式（DSRC，Dedicated Short Range Communications）来传输车辆信息的。前车可以向后车传递自己的位置、速度、加速度、车长、车宽、车况等信息，从而为后车提供了更加丰富的车辆动态信息和特性信息。DSRC技术可以带来时延缩短、车辆间信息共享等特点。
通过DSRC实现的车辆间的共享信息包括：后车的车速、位置、相对速度、相对位置、加速度、驾驶员反映时间的参数、前车的速度、前车的加速度、前后车的相对速度、车车通信延时、计算机解算时间等。
碰撞可能性判断装置21是后车基于前车传送的信息判断同车道的前车和后车发生碰撞的可能性。
碰撞可能性判断装置21中设有基于刺激强度的碰撞判断模块210。基于刺激强度的碰撞判断模块210是基于前车和后车的相对速度、前车和后车之间的车距、后车经过反应时间后的速度判断刺激强度，再将刺激强度与预设值进行比较，判断是否需要发出碰撞报警。其中的反应时间是指前车和后车之间信息发送的通讯时间、根据信息完成碰撞可能性判断并发出警告的时间、后车驾驶员接到报警后做出反映的时间三者之和。
刺激强度Beta是指两车之间相对环境的变化，对后车驾驶员所产生的刺激强度。其与前后车相对速度成正比；与后车经过T时刻后的速度的m次方成正比；与两车间距的l次方成正比。
即：Beta=(|[(X↓(n+1)(t+T))]|↑m[(X- ↓n(t)|X- ↓(n+1)(t)])/|[X↓n(t)|X↓(n+1)(t)]|↑l
其中xn+1为后车位置，xn为前车位置，为后车车速（一次导数），为前车车速（一次导数），T为前后车系统状态改变后直到后车做出反映的时间。
T包括两车间，信息发送的通讯时间Tco，车辆依据本算法完成判断危险，并发出警告的计算时间Tca，以及驾驶员接到报警后做出反映的时间Tex。其相互关系如下：
T=Tco+Tca+Tex
报警装置12是基于判断出的碰撞的可能性发出报警信号。刺激强度Beta和预设值SH做比较，若大于预设值则判定会发生碰撞，进而发出报警信号。
车辆碰撞报警系统的第三实施例
图6示出了本发明的车辆碰撞报警系统的第三实施例的原理。请参见图3，本实施例的车辆碰撞报警系统包括：信息传输装置30、碰撞可能性判断装置31、报警装置32。
信息传输装置30通过无线通信方式实现前车和后车之间的车辆间信息共享。信息传输装置30是利用专用短程通信方式（DSRC，Dedicated Short Range Communications）来传输车辆信息的。前车可以向后车传递自己的位置、速度、加速度、车长、车宽、车况等信息，从而为后车提供了更加丰富的车辆动态信息和特性信息。DSRC技术可以带来时延缩短、车辆间信息共享等特点。
通过DSRC实现的车辆间的共享信息包括：后车的车速、位置、相对速度、相对位置、加速度、驾驶员反映时间的参数、前车的速度、前车的加速度、前后车的相对速度、车车通信延时、计算机解算时间等。
碰撞可能性判断装置31是后车基于前车传送的信息判断同车道的前车和后车发生碰撞的可能性。
碰撞可能性判断装置31内设有基于加速度的碰撞判断模块310和基于刺激强度的碰撞判断模块312。
在基于加速度的碰撞判断模块310中，后车最小加速度是指后车速度大于前车，在后车不碰撞前车的前提下后车需要达到的最小加速度（负值）。具体而言，基于加速度的碰撞判断模块310基于前车的位置和车速、后车的位置和车速、前车的车身长度计算出避免碰撞所需的加速度，再将计算出的加速度和后车的最大刹车加速度相比，得出后车是否会和前车发生碰撞的可能性。
例如，xn+1为后车位置，xn为前车位置，为后车车速（一次导数），为前车车速（一次导数），Ln为前车车长。
前提条件如下：且xn+1-xn>Ln
最小加速度应当满足以下的条件：
在基于刺激强度的碰撞判断模块312中，其是基于前车和后车的相对速度、前车和后车之间的车距、后车经过反应时间后的速度判断刺激强度，再将刺激强度与预设值进行比较，判断是否需要发出碰撞报警。其中的反应时间是指前车和后车之间信息发送的通讯时间、根据信息完成碰撞可能性判断并发出警告的时间、后车驾驶员接到报警后做出反映的时间三者之和。
刺激强度Beta是指两车之间相对环境的变化，对后车驾驶员所产生的刺激强度。其与前后车相对速度成正比；与后车经过T时刻后的速度的m次方成正比；与两车间距的l次方成正比。
即：Beta=(|[(X↓(n+1)(t+T))]|↑m|(X- ↓n(t)|X--(n+1)(t)])/|[X↓n(t)|X↓(n+1)(t)]|↑l
其中xn+1为后车位置，xn为前车位置，为后车车速（一次导数），为前车车速（一次导数），T为前后车系统状态改变后直到后车做出反映的时间。
T包括两车间，信息发送的通讯时间Tco，车辆依据本算法完成判断危险，并发出警告的计算时间Tca，以及驾驶员接到报警后做出反映的时间Tex。其相互关系如下：
T=Tco+Tca+Tex
报警装置12是基于判断出的碰撞的可能性发出报警信号。如果碰撞可能性判断装置11中计算出的最小加速度大于后车的最大刹车加速度，则会发生碰撞，若计算出的最小加速度小于后车的最大刹车加速度，则后车可以通过刹车来避免碰撞。而刺激强度Beta和预设值SH做比较，若大于预设值则判定会发生碰撞，进而发出报警信号。
综合上述的实施例可以看出，与现有技术相比，本发明利用了无线短程通信（DSRC）技术带来的车辆与车辆之间的直接点对点通信小延时，车辆信息共享的特点。对现有同车道，前车与后车碰撞、追尾等危险情况的检测与判断方法进行了修改。
因为后车能够实时地获得前车的位置、速度、加速度，为判断危险和可能发生碰撞的情况提供能加丰富的信息，从而提高碰撞预警的准确性，能够向驾驶员在事故发生前更加快速提供可靠的警告信号，并预留出更多的时间让驾驶员采取避免行动，从而减少道路上交通事故比率。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。
Claims (2)
1.一种车辆碰撞报警方法，包括：
通过无线通信方式实现前车和后车之间的车辆间信息共享；
后车基于前车传送的信息判断同车道的前车和后车发生碰撞的可能性，其中在判断碰撞的可能性时，基于前车和后车的相对速度、前车和后车之间的车距、后车经过反应时间后的速度判断刺激强度，再将刺激强度与预设值进行比较，判断是否需要发出碰撞报警，其中：
刺激强度Beta是指两车之间相对环境的变化，对后车驾驶员所产生的刺激强度，刺激强度与前后车相对速度成正比，与后车经过T时刻后的速度的m次方成正比，与两车间距的l次方成正比，
即：
其中xn+1为后车位置，xn为前车位置，为后车车速，为前车车速，T为前后车系统状态改变后直到后车做出反映的时间，T＝Tco+Tca+Tex，Tco表示两车间信息发送的通讯时间，Tca表示车辆完成判断危险并发出警告的计算时间，Tex表示驾驶员接到报警后做出反应的时间；
基于判断出的碰撞的可能性发出报警信号。
2.一种车辆碰撞报警系统，包括：
信息传输装置，通过无线通信方式实现前车和后车之间的车辆间信息共享；
碰撞可能性判断装置，后车基于前车传送的信息判断同车道的前车和后车发生碰撞的可能性；
报警装置，基于判断出的碰撞的可能性发出报警信号；
其中碰撞可能性判断装置包括：
基于刺激强度的碰撞判断模块，基于前车和后车的相对速度、前车和后车之间的车距、后车经过反应时间后的速度判断刺激强度，再将刺激强度与预设值进行比较，判断是否需要发出碰撞报警，其中：
刺激强度Beta是指两车之间相对环境的变化，对后车驾驶员所产生的刺激强度，刺激强度与前后车相对速度成正比，与后车经过T时刻后的速度的m次方成正比，与两车间距的l次方成正比，
即：
其中xn+1为后车位置，xn为前车位置，为后车车速，为前车车速，T为前后车系统状态改变后直到后车做出反映的时间，T＝Tco+Tca+Tex，Tco表示两车间信息发送的通讯时间，Tca表示车辆完成判断危险并发出警告的计算时间，Tex表示驾驶员接到报警后做出反应的时间。
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