CN105679093B - 一种基于车车通信的多车协同避撞系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车车通信的多车协同避撞系统及其方法，属于车辆主动安全领域。本发明的系统装置包括：信息采集模块、通信模块、信息处理模块、语音提示模块。本发明提出的方法包括：通过信息采集模块实时采集目标车及其前车的运动数据，对目标车的安全距离与距离前车的车距进行比较，判断两车的危险状态。当收到危险信号时，开始判断目标车及其前车是否满足两车的协同避撞条件。满足两车的协同避撞条件时，计算两车的协同避撞的时间和所要达到的期望速度，并将协同避撞的时间和期望速度发送给其他协同避撞车辆，实现同一车道内的车辆在碰撞时见范围内到达到期望车速，并进行匀速运动，实现多车协同避撞。

Description

一种基于车车通信的多车协同避撞系统及其方法

技术领域

本发明属于车辆主动安全领域，具体涉及一种在车车通信的环境下多车协同避撞系统和方法，通过车辆之间的协作，实现目标车辆的避撞。

背景技术

随着社会经济的发展，汽车数量和公路里程都迅猛增加。相应地，高速公路上交通事故死亡人数居高不下，尤其是连环交通事故所造成的损失，已越来越引起社会、交通管理部门的重视。车联网的出现，能够实现车辆信息的交互，使得驾驶员有更长的时间采取措施规避危险。可以说，车联网的应用为协同避撞的实现提供了技术支撑。

目前，传统环境下的避撞系统主要基于反应式机理，依赖于自治传感器短时间内的实时反馈，还不能完全满足于人们对车辆行驶安全性的要求。而且，在车辆主动安全的研究重点在于两车的避撞，并没有考虑两车避撞对周围车辆的影响。

综上所述，现有的车辆主动安全技术主要由以下几点问题：

(1)采用传统自主式传感器，信息感知不全面，时效性差；

(2)两车在避撞过程中没有考虑两车避撞对周围车辆的影响；

(3)在多车环境下，不能充分发挥出车辆的主动安全的效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种基于车车通信的多车协同避撞系统及其方法。实现本发明的技术方案如下：

一种基于车车通信的多车协同避撞系统，包括信息采集模块、信息处理模块、通信模块以及语音提示模块；所述信息采集模块、所述通信模块、所述语音提示模块均与所述信息处理模块相连接；

所述信息采集模块包括毫米波雷达测距传感器、纵向加速度传感器、车载CAN总线；所述毫米波雷达测距传感器用于实时测量目标车与前车的距离，所述纵向加速度传感器用于获取本车的纵向行驶的加速度，所述车载CAN总线通过OBDII数据接口与所述信息处理模块相连供信息处理模块读取目标车的速度；

所述通信模块采用车载单元OBU，用于车辆之间的信息实时交互；

所述信息处理模块根据所述信息采集模块、所述通信模块实时传递过来的信息，计算得到车辆彼此之间进行协调避撞的加速度，并通过语音提示模块供驾驶员参考；

所述语音提示模块用于向驾驶员传递驾驶指令、危险信号。

基于上述系统，本发明还提出了一种基于车车通信的多车协同避撞系统的避撞方法，包括如下步骤：

1)车辆安装避撞系统，避撞系统进行初始化，判断是否出现碰撞信号；

2)检测到目标车与前车出现碰撞信号时，目标车与前车进行两车协同避撞可行性判断，包括：

2-1)分别计算目标车的期望速度V_{o_d}和前车的期望速度V_{f_d}；

2-2)判断关系式V_o≥V_{o_d}≥V_f以及V_o≥V_{f_d}≥V_f是否同时成立，同时成立则满足两车协同避撞条件；否则不满足两车协同避撞条件；其中，V_o为目标车速度；V_f为前车速度；

3)当满足两车协同避撞条件时，进行目标车和前车两车的协同避撞，并将协同避撞的信息发送给其他协同避撞的车辆，实现多车辆的协同避撞；当不满足两车协同避撞条件时，则目标车进行换道避撞。

作为优选方案，所述步骤1)中判断是否出现碰撞的过程如下步骤：

1-1)目标车辆通过车载CAN总线、纵向加速度传感器、毫米波雷达测距传感器和通信模块实时获取目标车速度V_o和前车速度V_f、目标车加速度a_o、前车加速度a_f、两车车距S_of，并把这些信息传送给信息处理模块；

1-2)信息处理模块计算目标车与前车之间的安全距离S_a，并与目标车与前车间的距离S_of进行比较，当S_of≥S_a时，两车没有碰撞信号；当S_of＜S_a时，产生碰撞信号。

作为优选方案，所述步骤1-2)中计算目标车与前车之间的安全距离S_a的方法为：

其中，t_r为驾驶员反应时间；t_i为制动器反应时间；V_o、a_o分别为目标车的速度、加速度；V_f、a_f分别为前车的速度、加速度。

作为优选方案，所述t_r取值为0.75s，所述t_i取值为0.15s。

作为优选方案，所述步骤2-1)的目标车的期望速度V_{o_d}和前车的期望速度V_{f_d}具体计算方法为：

其中，V_o为目标车速度；V_f为前车速度；S_of为目标车与前车的车距；L为停车安全距离，取值为5m，a_max为驾驶员可接受的最大加速度，取值为3m/s²；a_min为驾驶员可接受的最大减速度，取值为4m/s²。

作为优选方案，所述步骤3)的具体实现过程包括：

3-1)首先计算出协同避撞时间T_d和期望速度V_d：

其中，S_of为目标车与前车的车距；L为停车安全距离，取值为5m；

3-2)然后分配前车加速度和目标车制动减速度；具体分配过程如下：目标车以制动减速度a_min＝4m/s²进行减速，当速度达到V_d时进行匀速运动；前车以加速度进行加速运动，当速度达到V_d时进行匀速运动；

3-3)最后进行同一车道内其他协同避撞车辆的加速度分配，实现同一车道内的多车协同避撞；具体分配为：

其中，a_i表示目标车前面车辆的加速度，a_j表示目标车后面车辆的加速度，V_i表示目标车前面车辆的速度，V_j表示目标车后面车辆的速度，f1,f2,f3…表示目标车前方的车辆，b1,b2,b3…表示目标车后方的车辆。

本发明的有益效果：

(1)本发明在同一车道内多车行驶的场景中，识别出具有追尾碰撞的两辆车，即目标车及其前车。首先判断其是否符合协同避撞条件，不满足条件时，进行换道避撞，满足条件时，通过分配给目标车制动减速度、前车加速度来实现两车的协同避撞；然后确定同一车道内的其他协同避撞车辆的加速度，从而实现多车的协同避撞。本发明通过多车的协同有效地阻止多车场景下由于两车追尾而演化成多车连环事故的发生。

(2)目前在车辆安全领域，主动安全系统已经取得很大的进步，但是还没有满足人们对安全性的要求。随着车联网的出现，协作式安全应用得到了研究人员的重视。与纯自治安全系统相比，协作式安全系统有更长时间来避免驾驶员进入危险驾驶情况。本发明基于车车通信技术，实现多车的信息交互，有效地提高了协同避撞的安全性。

附图说明

图1是本发明基于车车通信的多车协同避撞系统结构图；

图2是本发明基于车车通信的多车协同避撞场景示意图；

图3是本发明基于车车通信的多车协同避撞方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的基于车车通信的多车协同避撞装置及方法作进一步详细说明。

如图1所示的基于车车通信的多车协同避撞系统结构图，包括信息采集模块、通信模块、信息处理模块、语音提示模块。所述信息采集模块、所述通信模块、所述语音提示模块均与所述信息处理模块相连接；

其中，所述信息采集模块包括车载CAN总线、毫米波雷达测距传感器、纵向加速度传感器。所述信息处理模块通过OBDII数据接口与车载CAN总线相连，读取目标车的车载CAN总线的速度信号V_o。所述纵向加速度传感器安装在车辆前悬架上。

所述毫米波雷达测距传感器安装在目标车的前端，用于获取目标车与前车的车距S_of，并将采集的车距信息传送给所述信息处理模块。

所述通信模块采用OBU，基于IEEE802.11p通信协议，实现车与车之间的运行状态的交互，包括车辆的速度、加速度、协同避撞时间T_d、期望速度V_d。

所述信息处理模块通过所述信息采集模块收集到目标车的速度V_o、加速度a_o、与前车的车距S_of，并通过所述通信模块获得目标车周围车辆的速度、加速度，经过本模块可以有效的识别出危险状态、计算出安全的驾驶指令，向驾驶员提供正确的避撞策略。

所述语音提示模块采用ISD1730语音芯片，与所述信息处理模块相连，用于向驾驶员提供危险预警、驾驶指令等信息。

如图2、图3所示，本发明的一种基于车车通信的协同避撞方法，包括以下步骤：

步骤一：避撞系统初始化，目标车辆通过车载CAN总线、纵向加速度传感器、毫米波雷达测距传感器和通信模块实时获取目标车速度V_o和前车速度V_f、目标车加速度a_o、前车加速度a_f、两车车距S_of，并把这些信息传送给信息处理模块，由信息处理模块计算目标车与前车之间的安全距离S_a，并与目标车与前车间的距离S_of进行比较。当S_of≥S_a时，两车没有碰撞信号；当S_of＜S_a时，产生碰撞信号。

安全距离S_a的具体计算公式如下：

其中，S_a为安全距离；t_r为驾驶员反应时间，取值为0.75s；t_i为制动器反应时间，取值为0.15s；V_o、a_o分别为目标车的速度、加速度；V_f、a_f分别为前车的速度、加速度。

步骤二：检测到到目标车与前车出现碰撞信号时，目标车与前车进行两车协同避撞可行性判断。目标车与前车进行两车协同避撞可行性判断过程如下：

1、分别计算目标车的期望速度V_{o_d}和前车的期望速度V_{f_d}：

其中，V_{o_d}为目标车的期望车速；V_{f_d}为前车的期望速度；V_o为目标车的速度；V_f为前车的速度；S_of为目标车与前车的车距；L为停车安全距离，取值为5m；a_max为驾驶员可接受的最大加速度，取值为3m/s²；a_min为驾驶员可接受的最大减速度，取值为4m/s²。

2、判断关系式V_o≥V_{o_d}≥V_f以及V_o≥V_{f_d}≥V_f是否同时成立，同时成立则满足两车协同避撞条件；否则不满足两车协同避撞条件。

步骤三：当满足条件时，进行目标车和前车两车的协同避撞，并将协同避撞的信息发送给其他协同避撞的车辆，实现其他多车辆的协同避撞；当不满足两车协同避撞条件时，则目标车进行换道避撞。

在满足两车协同避撞条件的情况下，首先计算出协同避撞时间T_d和期望速度V_d，公式如下：

将计算得到的协同避撞时间T_d和期望速度V_d通过通信模块发送到其他车辆。然后，分配前车加速度和目标车制动减速度来避免追尾事故的发生，具体分配过程如下：目标车以减速度a_min＝4m/s²进行减速，当速度达到V_d时进行匀速运动；前车以加速度进行加速运动，当速度达到V_d时，进行匀速运动。

最后，进行同一车道内其他协同避撞车辆加速度的分配。协同避撞车辆f1,f2,f3…、b1,b2,b3…的通信模块接收到协同避撞时间T_d和期望速度V_d，并传送到各车的信息处理模块。已知其他避撞车辆的车辆速度为分别为：目标车前面车辆、后面车辆的速度分别V_f1,V_f2,V_f3…、V_b1,V_b2,V_b3…，协同避撞时间为期望车速为从而确定出其他协同避撞车辆的加速度为：

通过语音提示模块向驾驶员提供加速度信息，从而实现同一车道内的多车协同避撞。

以上对本发明所提出的一种基于车车通信的多车协同避撞系统及其方法进行了详细介绍，所要说明的是，以上所述并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于车车通信的多车协同避撞系统的避撞方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)车辆安装避撞系统，避撞系统初始化，判断是否出现碰撞信号；

2)检测到目标车与前车出现碰撞信号时，目标车与前车进行两车协同避撞可行性判断，包括：

2-1)分别计算目标车的期望速度V_{o_d}和前车的期望速度V_{f_d}；

2-2)判断关系式V_o≥V_{o_d}≥V_f以及V_o≥V_{f_d}≥V_f是否同时成立，同时成立则满足两车协同避撞条件；否则不满足两车协同避撞条件；其中，V_o为目标车速度；V_f为前车速度；

3)当满足两车协同避撞条件时，进行目标车和前车两车的协同避撞，并将协同避撞的信息发送给其他协同避撞的车辆，实现多车辆的协同避撞；当不满足两车协同避撞条件时，则目标车进行换道避撞；

所述步骤2-1)的目标车的期望速度V_{o_d}和前车的期望速度V_{f_d}具体计算方法为：

其中，V_o为目标车速度；V_f为前车速度；S_of为目标车与前车的车距；L为停车安全距离，取值为5m，a_max为驾驶员可接受的最大加速度，取值为3m/s²；a_min为驾驶员可接受的最大减速度，取值为4m/s²。

2.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的多车协同避撞系统的避撞方法，其特征在于，所述步骤1)中判断是否出现碰撞的过程如下步骤：

1-1)目标车辆通过车载CAN总线、纵向加速度传感器、毫米波雷达测距传感器和通信模块实时获取目标车速度V_o和前车速度V_f、目标车加速度a_o、前车加速度a_f、两车车距S_of，并把这些信息传送给信息处理模块；

1-2)信息处理模块计算目标车与前车之间的安全距离S_a，并与目标车与前车间的距离S_of进行比较，当S_of≥S_a时，两车没有碰撞信号；当S_of＜S_a时，产生碰撞信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于车车通信的多车协同避撞系统的避撞方法，其特征在于，所述步骤1-2)中计算目标车与前车之间的安全距离S_a的方法为：

其中，t_r为驾驶员反应时间；t_i为制动器反应时间；V_o、a_o分别为目标车的速度、加速度；V_f为前车的速度。

4.根据权利要求3所述的一种基于车车通信的多车协同避撞系统的避撞方法，其特征在于，所述t_r取值为0.75s，所述t_i取值为0.15s。

5.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的多车协同避撞系统的避撞方法，其特征在于，所述步骤3)的具体实现过程包括：

3-1)首先计算出协同避撞时间T_d和期望速度V_d：

其中，S_of为目标车与前车的车距；L为停车安全距离，取值为5m；

3-2)然后分配前车加速度和目标车制动减速度；具体分配过程如下：目标车以制动减速度a_min＝4m/s²进行减速，当速度达到V_d时进行匀速运动；前车以加速度进行加速运动，当速度达到V_d时进行匀速运动；

3-3)最后进行同一车道内其他协同避撞车辆的加速度分配，实现同一车道内的多车协同避撞；具体分配为：

其中，a_i表示目标车前面车辆的加速度，a_j表示目标车后面车辆的加速度，V_i表示目标车前面车辆的速度，V_j表示目标车后面车辆的速度，f1,f2,f3…表示目标车前方的车辆，b1,b2,b3…表示目标车后方的车辆。