CN105844967A - 基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，通过一安装在车辆上的预警控制装置实现，其包括前车碰撞预警及主动控制方法、后车追尾预警及主动控制方法以及两侧邻车变道预警及主动控制方法；本发明通过车车通信的协同方式交换双方的环境感知和状态数据，可以综合自车与邻车的情况调整安全车距和刹车装置，减少了自车和邻车的预警延时，使自车和邻车能够协同作出正确的主动车辆控制决策和操作，从而解决了现有技术中依靠自车防碰撞系统，无法获取邻车信息，无法针对邻车状态调整安全车距和刹车装置，进行车车协同碰撞预警和协同主动安全操作的问题，并且有效提高了车辆之间碰撞和主动控制的可靠性和精度。
Description
技术领域
本发明涉及车辆防碰撞技术领域，具体涉及一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法。
背景技术
现有车辆一般安装有主动安全系统，如前视防碰撞系统、变道防碰撞系统等，大多是通过各类传感器如视觉传感器、雷达传感器、超声波传感器等感知车辆周边环境信息，例如：车辆前方静态和动态障碍物，车辆两侧盲区运动物体，车辆后部逐渐靠近的物体等，然后依据设定的参数判断车辆行驶的安全性，由控制系统自行执行车辆智能控制行为，包括减速、刹车、变道避让等操作，达到车辆主动安全控制的目标。
但是，现有的汽车主动安全系统为孤立系统，其至少存在以下问题：
1)仅仅依靠自车防碰撞系统进行周边环境信息感知、识别和预警，无法获取邻车行车信息，无法针对邻车状态调整自车安全车距和刹车装置，进行车车协同碰撞预警和协同主动安全操作。
2)所进行的自车预警和自车安全操作无法传播到邻车，增加了邻车的预警时延，致使邻车无法协同做出相应的预警和安全操作动作，降低了主动安全系统的性能。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，以解决现有汽车主动安全系统中仅仅依靠自车防碰撞系统，无法获取邻车信息，无法针对邻车状态调整安全车距和刹车装置，进行车车协同碰撞预警和协同主动安全操作的问题。
为了实现以上目的，本发明一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法可包括前车碰撞预警及主动控制方法、后车追尾预警及主动控制方法以及两侧邻车变道预警及主动控制方法中任意一个或几个方案。
(1)前车碰撞预警及主动控制方法：通过一安装在车辆上的预警控制装置实现，所述预警控制装置包括数据处理单元以及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感知单元、报警单元和车辆控制单元、车车通信单元；
所述前车碰撞预警及主动控制方法包括以下步骤：
A1、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速v11、自车加速度a11、自车行驶方向、自车刹车距离L1以及自车与前车车距S1，并输入自车的数据处理单元；
A2、通过自车的车车通信单元获取前车车速v12、前车加速度a12以及前车行驶方向，并输入自车的数据处理单元；
A3、自车的数据处理单元根据两车相对方向、相对速度v1以及相对加速度a1进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
进一步，步骤A3中，若两车同向，则相对速度v1＝v11-v12、相对加速度a1＝a11-a12；若两车相向，则相对速度v1＝v11+v12、相对加速度a1＝a11+a12；
若v1＞0，则根据公式计算碰撞发生时间t1，转入步骤A4；否则，步骤结束；
A4、计算时间t1内自车行驶距离
若S11＜L1，则为安全距离，步骤结束；若S11≥L1，报警单元输出报警，且车辆控制单元实施车辆刹车的主动安全控制。
进一步，自车刹车距离其中g为重力加速度，u1为道路摩擦系数。
(2)后车追尾预警及主动控制方法：通过一安装在车辆上的预警控制装置实现，所述预警控制装置包括数据处理单元以及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感知单元、报警单元和车辆控制单元、车车通信单元；
所述后车追尾预警及主动控制方法包括以下步骤：
B1、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速v21、自车加速度a21以及自车与后车车距S2，并输入自车的数据处理单元；
B2、通过自车的车车通信单元获取后车车速v22、后车加速度a22、后车刹车距离L2，并输入自车的数据处理单元；
B3、自车的数据处理单元根据两车相对速度v2以及相对加速度a2进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
进一步，步骤B3中，两车相对速度v2＝v22-v21，相对加速度a2＝a22-a21；
若v2＞0，则根据公式计算碰撞发生时间t2，转入步骤B4；否则，步骤结束；
B4、计算时间t2内后车行驶距离
若S22＜L2，则为安全距离，步骤结束；若S22≥L2，报警单元输出报警，且车辆控制单元实施车辆加速的主动安全控制。
进一步，后车刹车距离其中g为重力加速度，u2为道路摩擦系数。
(3)两侧邻车变道预警及主动控制方法：通过一安装在车辆上的预警控制装置实现，所述预警控制装置包括数据处理单元以及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感知单元、报警单元和车辆控制单元、车车通信单元；
所述两侧邻车变道预警及主动控制方法包括以下步骤：
C1、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速v31、自车加速度a31、自车行驶方向角度θ31、自车与邻车横向车距S3、自车与邻车纵向车距S4、自车横向刹车距离L31和自车纵向刹车距离L32，并输入自车的数据处理单元；
C2、通过自车的车车通信单元获取邻车车速v32、邻车加速度a32、邻车行驶方向角度θ32，并输入自车的数据处理单元；
C3、自车的数据处理单元根据两车横向相对速度v3、纵向相对速度v4、横向相对加速度a3、纵向相对加速度a4进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
进一步，步骤C3中，若两车同向，则两车横向相对速度v3＝v31·sinθ31-v32·sinθ32、纵向相对速度v4＝v31·cosθ31-v32·cosθ32、横向相对加速度a3＝a31·sinθ31-a32·sinθ32、纵向相对加速度a4＝a31·cosθ31-a32·cosθ32；若两车相向，则两车横向相对速度v3＝v31·sinθ31+v32·sinθ32、纵向相对速度v4＝v31·cosθ31+v32·cosθ32、横向相对加速度a3＝a31·sinθ31+a32·sinθ32、纵向相对加速度a4＝a31·cosθ31+a32·cosθ32；
若v3＞0且v4＞0，则根据公式计算横向碰撞发生时间t3，根据公式计算纵向碰撞发生时间t4转入步骤C4；否则，步骤结束；
C4、计算时间t3内自车横向行驶距离计算时间t4内自车纵向行驶距离
若S31＜L31且S32＜L32，则为安全距离，步骤结束；若S31≥L31或S32≥L32，报警单元输出报警，且车辆控制单元实施车辆偏向的主动安全控制。
进一步，自车横向刹车距离自车纵向刹车距离其中g为重力加速度，u3为道路摩擦系数。
有益效果：本发明通过车车通信的协同方式交换双方的环境感知和状态数据，可以综合自车与邻车的情况调整安全车距和刹车装置，减少了自车和邻车的预警延时，使自车和邻车能够协同作出正确的主动车辆控制决策和操作，从而解决了现有技术中依靠自车防碰撞系统，无法获取邻车信息，无法针对邻车状态调整安全车距和刹车装置，进行车车协同碰撞预警和协同主动安全操作的问题，并且有效提高了车辆之间碰撞和主动控制的可靠性和精度。
附图说明
图1是实施例中预警控制装置的结构框图。
图2是实施例中前车碰撞预警及主动控制方法的流程示意图。
图3是实施例中后车追尾预警及主动控制方法的流程示意图。
图4是实施例中两侧邻车变道预警及主动控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步描述。
请参阅图1，实施例提出的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，通过一安装在车辆上的预警控制装置实现，该预警控制装置包括数据处理单元10以及分别与数据处理单元10通信连接的车载环境感知单元20、报警单元30、车辆控制单元40、车车通信单元50。其中，车车通信单元50可与邻车(包括前车、后车或位于自车两侧的邻车)无线通信连接；车载环境感知单元20获取自车环境感知和状态数据输入数据处理单元10；数据处理单元10结合自车环境感知和状态数据、从车车通信单元50接收到的邻车环境感知和状态数据判断是否有碰撞危险，相应通过报警单元30输出报警以及通过车辆控制单元40控制自车动作。
车载环境感知单元具体可包括OBD系统(即车载诊断系统)21、雷达传感器22、前摄像头23、后摄像头24、左侧摄像头25及右侧摄像头26，这些均通过CAN总线与数据处理单元10通信连接。其中，前摄像头23可安装在车辆前挡风玻璃中央位置，拍摄距离优选为车前方0米至80米；后摄像头24可安装在车辆后挡风玻璃中央位置，拍摄距离优选为车尾0米至30米；左侧摄像头25及右侧摄像头26可分别安装在车辆左右两侧后视镜上，拍摄距离优选为车侧后方0米至30米，拍摄角度优选为从车侧开始向外偏移60°；所述雷达传感器22可安装在车前防撞杆中央位置。
车载环境感知单元20获取的自车环境感知和状态数据具体可包括自车车速、自车加速度、自车行驶方向、自车控制参数(例如刹车距离)、自车与障碍物的距离(若障碍物为邻车，则为两车车距)等。其中，自车车速、自车加速度、自车行驶方向以及自车控制参数均可从OBD系统21获得；自车与障碍物的距离等可由雷达传感器22结合获得前摄像头23、后摄像头24、左侧摄像头25及右侧摄像头26获得，前摄像头23与后摄像头24可判断是否易与前车、后车碰撞，左侧摄像头25及右侧摄像头26可检测到位于左右盲区的障碍物(例如左右盲区是否有邻车)。
同理，邻车也可采用本实施例的车辆碰撞预警和控制装置，并获得其环境感知和状态数据。自车的车车通信单元50可通过车载WIFI模块与邻车无线通信连接，以获得邻车环境感知和状态数据判断，同时还将自车环境感知和状态数据反馈给邻车。数据处理单元10结合自车环境感知和状态数据、从车车通信单元50接收到的邻车环境感知和状态数据判断是否有碰撞危险，若有，则通过报警单元30输出报警，并通过车辆控制单元40控制自车，包括控制自车进行加速、减速、刹车、变道避让、偏向操作等。
实施例提出的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法具体可包括前车碰撞预警及主动控制方法、后车追尾预警及主动控制方法以及两侧邻车变道预警及主动控制方法，以下依序介绍。
前车碰撞预警及主动控制方法
请参阅图2、前车碰撞预警及主动控制方法包括以下步骤：
S100、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速v11、自车加速度a11、自车行驶方向、自车刹车距离L1以及自车与前车车距S1，并输入自车的数据处理单元。
步骤S100中自车刹车距离其中g为重力加速度(g可取9.8m/s2)，u1为道路摩擦系数。
S200、通过自车的车车通信单元获取前车车速v12、前车加速度a12以及前车行驶方向，并输入自车的数据处理单元。
S300、自车的数据处理单元根据两车相对方向、相对速度v1以及相对加速度a1进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
步骤S300中两车相对方向包括两车同向或两车相向。
若两车同向，则相对速度v1＝v11-v12、相对加速度a1＝a11-a12；若两车相向，则相对速度v1＝v11+v12、相对加速度a1＝a11+a12；
若v1＞0，则根据公式计算碰撞发生时间t1，转入步骤S400；否则，步骤结束。
S400、计算时间t1内自车行驶距离
若S11＜L1，则为安全距离，报警单元和车辆控制单元无需进行报警及对车辆主动安全控制，步骤结束；若S11≥L1，报警单元输出报警，且车辆控制单元实施车辆刹车的主动安全控制。
后车追尾预警及主动控制方法
后车追尾预警及主动控制方法包括以下步骤：
L100、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速v21、自车加速度a21以及自车与后车车距S2，并输入自车的数据处理单元。
L200、通过自车的车车通信单元获取后车车速v22、后车加速度a22、后车刹车距离L2，并输入自车的数据处理单元。
步骤L200中，后车刹车距离其中g为重力加速度(g可取9.8m/s2)，u2为道路摩擦系数。
L300、自车的数据处理单元根据两车相对速度v2以及相对加速度a2进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
步骤L300中，两车相对速度v2＝v22-v21，相对加速度a2＝a22-a21；
若v2＞0，则根据公式计算碰撞发生时间t2，转入步骤L400；否则，步骤结束。
L400、计算时间t2内后车行驶距离
若S22＜L2，则为安全距离，报警单元和车辆控制单元无需进行报警及对车辆主动安全控制，步骤结束；若S22≥L2，报警单元输出报警，且车辆控制单元实施车辆加速的主动安全控制。
两侧邻车变道预警及主动控制方法
两侧邻车变道预警及主动控制方法包括以下步骤：
F100、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速v31、自车加速度a31、自车行驶方向角度θ31、自车与邻车横向车距S3、自车与邻车纵向车距S4、自车横向刹车距离L31和自车纵向刹车距离L32，并输入自车的数据处理单元。
步骤F100中，自车横向刹车距离其中g为重力加速度(g可取9.8m/s2)，u3为道路摩擦系数。
自车纵向刹车距离
F200、通过自车的车车通信单元获取邻车车速v32、邻车加速度a32、邻车行驶方向角度θ32，并输入自车的数据处理单元。
F300、自车的数据处理单元根据两车横向相对速度v3、纵向相对速度v4、横向相对加速度a3、纵向相对加速度a4进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
步骤F300中，两车相对方向包括两车同向或两车相向，若两车同向，则两车横向相对速度v3＝v31·sinθ31-v32·sinθ32、纵向相对速度v4＝v31·cosθ31-v32·cosθ32、横向相对加速度a3＝a31·sinθ31-a32·sinθ32、纵向相对加速度a4＝a31·cosθ31-a32·cosθ32；若两车相向，则两车横向相对速度v3＝v31·sinθ31+v32·sinθ32、纵向相对速度v4＝v31·cosθ31+v32·cosθ32、横向相对加速度a3＝a31·sinθ31+a32·sinθ32、纵向相对加速度a4＝a31·cosθ31+a32·cosθ32；
若v3＞0且v4＞0，则根据公式计算横向碰撞发生时间t3，根据公式计算纵向碰撞发生时间t4转入步骤F400；否则，步骤结束。
F400、计算时间t3内自车横向行驶距离计算时间t4内自车纵向行驶距离
若S31＜L31且S32＜L32，则为安全距离，报警单元和车辆控制单元无需进行报警及对车辆主动安全控制，步骤结束；若S31≥L31或S32≥L32，报警单元输出报警，且车辆控制单元实施车辆偏向的主动安全控制。
综上所述，实施例提出的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法通过车车通信的协同方式交换双方的环境感知和状态数据，可以综合自车与邻车的情况调整安全车距和刹车装置，减少了自车和邻车的预警延时，使自车和邻车能够协同作出正确的主动车辆控制决策和操作，有效提高了车辆之间碰撞和主动控制的可靠性和精度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，通过一安装在车辆上的预警控制装置实现，其包括前车碰撞预警及主动控制方法；其特征在于，所述预警控制装置包括数据处理单元以及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感知单元、报警单元和车辆控制单元、车车通信单元；
所述前车碰撞预警及主动控制方法包括以下步骤：
A1、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速v11、自车加速度a11、自车行驶方向、自车刹车距离L1以及自车与前车车距S1，并输入自车的数据处理单元；
A2、通过自车的车车通信单元获取前车车速v12、前车加速度a12以及前车行驶方向，并输入自车的数据处理单元；
A3、自车的数据处理单元根据两车相对方向、相对速度v1以及相对加速度a1进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
2.根据权利要求1所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在于，步骤A3中，若两车同向，则相对速度v1＝v11-v12、相对加速度a1＝a11-a12；若两车相向，则相对速度v1＝v11+v12、相对加速度a1＝a11+a12；
若v1＞0，则根据公式计算碰撞发生时间t1，转入步骤A4；否则，步骤结束；
A4、计算时间t1内自车行驶距离
若S11＜L1，则为安全距离，步骤结束；若S11≥L1，报警单元输出报警，且车辆控制单元实施车辆刹车的主动安全控制。
3.根据权利要求1或2所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在于，自车刹车距离其中g为重力加速度，u1为道路摩擦系数。
4.一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，通过一安装在车辆上的预警控制装置实现，其包括后车追尾预警及主动控制方法；其特征在于，所述预警控制装置包括数据处理单元以及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感知单元、报警单元和车辆控制单元、车车通信单元；
所述后车追尾预警及主动控制方法包括以下步骤：
B1、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速v21、自车加速度a21以及自车与后车车距S2，并输入自车的数据处理单元；
B2、通过自车的车车通信单元获取后车车速v22、后车加速度a22、后车刹车距离L2，并输入自车的数据处理单元；
B3、自车的数据处理单元根据两车相对速度v2以及相对加速度a2进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
5.根据权利要求4所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在于，步骤B3中，两车相对速度v2＝v22-v21，相对加速度a2＝a22-a21；
若v2＞0，则根据公式计算碰撞发生时间t2，转入步骤B4；否则，步骤结束；
B4、计算时间t2内后车行驶距离
若S22＜L2，则为安全距离，步骤结束；若S22≥L2，报警单元输出报警，且车辆控制单元实施车辆加速的主动安全控制。
6.根据权利要求4或5所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在
于，后车刹车距离其中g为重力加速度，u2为道路摩擦系数。
7.一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，通过一安装在车辆上的预警控制装置实现，其包括两侧邻车变道预警及主动控制方法；其特征在于，所述预警控制装置包括数据处理单元以及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感知单元、报警单元和车辆控制单元、车车通信单元；
所述两侧邻车变道预警及主动控制方法包括以下步骤：
C1、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速v31、自车加速度a31、自车行驶方向角度θ31、自车与邻车横向车距S3、自车与邻车纵向车距S4、自车横向刹车距离L31和自车纵向刹车距离L32，并输入自车的数据处理单元；
C2、通过自车的车车通信单元获取邻车车速v32、邻车加速度a32、邻车行驶方向角度θ32，并输入自车的数据处理单元；
C3、自车的数据处理单元根据两车横向相对速度v3、纵向相对速度v4、横向相对加速度a3、纵向相对加速度a4进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
8.根据权利要求7所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在于，步骤C3中，若两车同向，则两车横向相对速度v3＝v31·sinθ31-v32·sinθ32、纵向相对速度v4＝v31·cosθ31-v32·cosθ32、横向相对加速度a3＝a31·sinθ31-a32·sinθ32、纵向相对加速度a4＝a31·cosθ31-a32·cosθ32；若两车相向，则两车横向相对速度v3＝v31·sinθ31+v32·sinθ32、纵向相对速度v4＝v31·cosθ31+v32·cosθ32、横向相对加速度a3＝a31·sinθ31+a32·sinθ32、纵向相对加速度a4＝a31·cosθ31+a32·cosθ32；
若v3＞0且v4＞0，则根据公式计算横向碰撞发生时间t3，根据公式计算纵向碰撞发生时间t4转入步骤C4；否则，步骤结束；
C4、计算时间t3内自车横向行驶距离计算时间t4内自车纵向行驶距离
若S31＜L31且S32＜L32，则为安全距离，步骤结束；若S31≥L31或S32≥L32，报警单元输出报警，且车辆控制单元实施车辆偏向的主动安全控制。
9.根据权利要求7或8所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在于，自车横向刹车距离自车纵向刹车距离其中g为重力加速度，u3为道路摩擦系数。
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