CN106448190B - 高速公路自车周围车流量实时监测预警装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车驾驶主动预警技术领域，公开了一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置及方法；所述装置包括：4个毫米波雷达、车速传感器、车载CAN总线、CAN总线转换器、微处理器和闪光蜂鸣器；每个毫米波雷达的信号输出端、车速传感器的信号输出端分别与车载CAN总线电连接，车载CAN总线还与CAN总线转换器的信号输入端电连接，CAN总线转换器的信号输出端与微处理器的I/O输入端连接，微处理器的I/O输出端与闪光蜂鸣器的控制端电连接；能够检测自车所处交通环境中的车流量，判断是否存在车速较高且车流量超出阈值的危险状况，以警示驾驶员采取换道或加速等操作时要谨慎，降低驾驶员操作错误的可能性。

Description

高速公路自车周围车流量实时监测预警装置及方法
技术领域
本发明属于汽车驾驶主动预警技术领域，尤其涉及一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置及方法。
背景技术
根据近几年的公安部交通事故统计年报数据显示，高速公路连环撞车事故时有发生。由于高速公路驾驶时，车速较快，且随着车速的提高，驾驶员的视界变窄、注视时间减短，对交通环境以及车速的感知能力变差，这时需要驾驶员小心地执行换道、跟车、加减速等操作，尤其是当自车周围车道的车流量超过一定阈值时更要谨慎地驾驶车辆，否则极可能做出不当的主观判断，导致连环碰撞事故的发生。
目前已有的主动安全系统多是利用各种传感器检测自车以及前车的行驶动态，做出危险预警，但是未对自车行驶环境中周围的车流量进行监测。在实际交通环境中车流量监测一般通过将摄像头安装在路侧固定的装置上实现，用于导航地图的行驶路径规划，但无法应用于自车所处动态交通环境的监测。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置及方法，能够检测自车所处交通环境中的车流量，判断是否存在车速较高且车流量超出阈值的危险状况，以警示驾驶员采取换道或加速等操作时要谨慎，降低驾驶员操作错误的可能性。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置，所述装置包括：4个毫米波雷达、车速传感器、车载CAN总线、CAN总线转换器、微处理器和闪光蜂鸣器；
每个毫米波雷达的信号输出端、车速传感器的信号输出端分别与车载CAN总线电连接，所述车载CAN总线还与所述CAN总线转换器的信号输入端电连接，所述CAN总线转换器的信号输出端与所述微处理器的I/O输入端连接，所述微处理器的I/O输出端与所述闪光蜂鸣器的控制端电连接；
所述4个毫米波雷达分别安装在自车前保险杠正中央、自车后保险杠正中央、自车左侧车身正中央、自车右侧车身正中央；所述车速传感器安装在自车车轮轴上；所述CAN总线转换器安装在车内车载CAN总线附近空闲处；所述微处理器固定安装在所述CAN总线转换器附近；所述闪光蜂鸣器固定安装在自车仪表盘上。
技术方案一的特点和进一步的改进为：
(1)所述4个毫米波雷达，用于实时获取自车周围车流量信息，并将所述自车周围车流量信息发送给所述车载CAN总线；
所述车速传感器，用于实时获取自车车速，并将所述自车车速发送给所述车载CAN总线；
所述CAN总线转换器，用于获取所述车载CAN总线上传输的信息；
所述微处理器，用于当自车车速较高，且自车周围车流量大于安全车流量阈值时，向闪光蜂鸣器发出报警信号；
所述闪光蜂鸣器，用于向驾驶员发出警示音。
(2)所述4个毫米波雷达分别为ESR(Electronic Scanning Radar)毫米波雷达；所述车速传感器为OEM(Original Equipment Manufacturer)车速传感器。
(3)所述CAN总线转换器为RS422-CAN总线转换器。
(4)所述微处理器采用ARM9处理器，型号为S3C2410；所述闪光蜂鸣器采用AD16-22SM型闪光蜂鸣器。
技术方案二：
一种高速公路自车周围车流量实时监测预警方法，所述方法应用于技术方案一中所述的预警装置，所述方法包括如下步骤：
步骤1，车速传感器实时获取自车当前车速，并将自车当前车速发送到车载CAN总线；CAN总线转换器实时获取所述车载CAN总线上的数据，并将其发送到微处理器；
步骤2，设定高速行驶状态车速阈值，所述微处理器根据所述自车当前车速和所述高速行驶状态车速阈值，判断自车是否处于高速行驶状态；
步骤3，若自车处于高速行驶状态，则4个毫米波雷达对自车与自车周围车辆的相对距离、相对速度和相对角度进行实时监控，并将监测到的数据发送到车载CAN总线；所述CAN总线转换器实时获取所述车载CAN总线上的数据，并将其发送到微处理器；
步骤4，所述微处理器根据自车当前车速、自车与自车周围车辆的相对距离、相对速度和相对角度，计算当前时刻的安全车流量阈值和自车周围预设道路面积范围内的车流量；
步骤5，所述微处理器将所述自车周围预设道路面积范围内的车流量与所述当前时刻的安全车流量阈值进行比较，若所述自车周围预设道路面积范围内的车流量大于所述当前时刻的安全车流量阈值，则所述微处理器向所述闪光蜂鸣器发送报警信号；
步骤6，所述闪光蜂鸣器根据所述微处理器发送的报警信号，对驾驶员进行报警。
技术方案二的特点和进一步的改进为：
(1)步骤2具体包括：
步骤2具体包括：
设定高速行驶状态车速阈值为高速公路的最低限速60Km/h；
若所述自车当前车速大于所述高速行驶状态车速阈值，则微处理器判断自车当前处于高速行驶状态。
(2)步骤4具体包括：
当前时刻的安全车流量阈值Ts采用如下计算公式：
Figure BDA0001120722300000041
自车周围预设道路面积范围内的车流量T采用如下计算公式：
Figure BDA0001120722300000042
其中，k为自车所在高速公路的车道数；t为当前车流量的更新周期，设置为3s；Vi为第i车道的车速，取第i车道上车辆速度的平均值，单位为m/s；L为车身长度，设置为5m；Dsi为第i车道上两车间的安全距离，Di为第i车道上的车间距，单位为m。
(3)第i车道的车速和第i车道上两车间的安全距离的计算方法为：
记第1车道为自车所在车道，则第1车道的车速即为自车当前车速；
i不等于1时，对于毫米波雷达监测到的第i车道上的任意一个运动车辆与自车的相对距离、相对速度和相对角度，通过将该运动车辆与自车的相对速度加上自车当前车速，即得到该运动车辆的车速，对第i车道上的其他运动车辆也计算得到对应的车速，并将监测到的第i车道上的多个运动车辆的车速进行平均，从而得到第i车道的车速，单位为m/s；
将第i车道的车速转化为单位为km/h的车速值，该车速值即为第i车道上两车间的安全距离。
(4)第i车道上的车间距的计算方法为：
记第1车道为自车所在车道，计算第1车道上自车前方车辆与自车的相对距离、第1车道上自车后方车辆与自车的相对距离的平均值，并将其作为第1车道上的车间距；
i不等于1时，获取毫米波雷达监测到的第i车道上所有运动车辆中距离自车的相对距离较短的相邻两个运动车辆，并将该相邻两个运动车辆的车间距作为第i车道上的车间距。
本发明实施例提供的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置及方法，该装置能够检测自车所处交通环境中的车流量，判断是否存在车速较高且车流量超出安全阈值的危险状况，并提示驾驶员谨慎采取合适的操作，降低驾驶员操作错误的可能性。进一步，整个高速公路自车周围车流量实时监测预警装置，只需毫米波雷达、车速传感器和闪光蜂鸣器和微处理器等即可实现，投资费用少，结构简单，技术可靠，无需对车辆进行过多改装，适合规模化推广；增加驾驶安全，减少事故发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警方法中非自车车道车间距的计算方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，为本发明实施例提供的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置，所述装置包括：4个毫米波雷达、车速传感器、车载CAN总线、CAN总线转换器、微处理器和闪光蜂鸣器；
每个毫米波雷达的信号输出端、车速传感器的信号输出端分别与车载CAN总线电连接，所述车载CAN总线还与所述CAN总线转换器的信号输入端电连接，所述CAN总线转换器的信号输出端与所述微处理器的I/O输入端连接，所述微处理器的I/O输出端与所述闪光蜂鸣器的控制端电连接；
所述4个毫米波雷达分别安装在自车前保险杠正中央、自车后保险杠正中央、自车左侧车身正中央、自车右侧车身正中央；所述车速传感器安装在自车车轮轴上；所述CAN总线转换器安装在车内车载CAN总线附近空闲处；所述微处理器固定安装在所述CAN总线转换器附近；所述闪光蜂鸣器固定安装在自车仪表盘上。
进一步的，所述4个毫米波雷达，用于实时获取自车周围车流量信息，并将所述自车周围车流量信息发送给所述车载CAN总线；
所述车速传感器，用于实时获取自车车速，并将所述自车车速发送给所述车载CAN总线；
所述CAN总线转换器，用于获取所述车载CAN总线上传输的信息；
所述微处理器，用于当自车车速较高，且自车周围车流量大于安全车流量阈值时，向闪光蜂鸣器发出报警信号；
所述闪光蜂鸣器，用于向驾驶员发出警示音。
具体的，所述4个毫米波雷达分别为ESR毫米波雷达；所述车速传感器为OEM车速传感器。
所述CAN总线转换器为RS422-CAN总线转换器。
所述微处理器采用ARM9处理器，型号为S3C2410；所述闪光蜂鸣器采用AD16-22SM型闪光蜂鸣器。
参照图2，为本发明实施例提供的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，车速传感器实时获取自车当前车速，并将自车当前车速发送到车载CAN总线；CAN总线转换器实时获取所述车载CAN总线上的数据，并将其发送到微处理器；
步骤2，设定高速行驶状态车速阈值，所述微处理器根据所述自车当前车速和所述高速行驶状态车速阈值，判断自车是否处于高速行驶状态；
步骤2具体包括：
设定高速行驶状态车速阈值为高速公路的最低限速60Km/h；
若所述自车当前车速大于所述高速行驶状态车速阈值，则微处理器判断自车当前处于高速行驶状态。
步骤3，若自车处于高速行驶状态，则4个毫米波雷达对自车与自车周围车辆的相对距离、相对速度和相对角度进行实时监控，并将监测到的数据发送到车载CAN总线；所述CAN总线转换器实时获取所述车载CAN总线上的数据，并将其发送到微处理器；
步骤4，所述微处理器根据自车当前车速、自车与自车周围车辆的相对距离、相对速度和相对角度，计算当前时刻的安全车流量阈值和自车周围预设道路面积范围内的车流量；
步骤4具体包括：
当前时刻的安全车流量阈值Ts采用如下计算公式：
Figure BDA0001120722300000081
自车周围预设道路面积范围内的车流量T采用如下计算公式：
Figure BDA0001120722300000082
其中，k为自车所在高速公路的车道数；t为当前车流量的更新周期，设置为3s；Vi为第i车道的车速，取第i车道上车辆速度的平均值，单位为m/s；L为车身长度，设置为5m；Dsi为第i车道上两车间的安全距离，Di为第i车道上的车间距，单位为m。
具体的，第i车道的车速和第i车道上两车间的安全距离的计算方法为：
记第1车道为自车所在车道，则第1车道的车速即为自车当前车速；
i不等于1时，对于毫米波雷达监测到的第i车道上的任意一个运动车辆与自车的相对距离、相对速度和相对角度，通过将该运动车辆与自车的相对速度加上自车当前车速，即得到该运动车辆的车速，对第i车道上的其他运动车辆也计算得到对应的车速，并将监测到的第i车道上的多个运动车辆的车速进行平均，从而得到第i车道的车速，单位为m/s；
将第i车道的车速转化为单位为km/h的车速值，该车速值即为第i车道上两车间的安全距离。
具体的，第i车道上的车间距的计算方法为：
记第1车道为自车所在车道，计算第1车道上自车前方车辆与自车的相对距离、第1车道上自车后方车辆与自车的相对距离的平均值，并将其作为第1车道上的车间距；
i不等于1时，获取毫米波雷达监测到的第i车道上所有运动车辆中距离自车的相对距离较短的相邻两个运动车辆，并将该相邻两个运动车辆的车间距作为第i车道上的车间距。
步骤5，所述微处理器将所述自车周围预设道路面积范围内的车流量与所述当前时刻的安全车流量阈值进行比较，若所述自车周围预设道路面积范围内的车流量大于所述当前时刻的安全车流量阈值，则所述微处理器向所述闪光蜂鸣器发送报警信号；
步骤6，所述闪光蜂鸣器根据所述微处理器发送的报警信号，对驾驶员进行报警。
更具体的，本发明实施例提供的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置的工作流程为：
S1，利用车速传感器实时获取自车车速，并通过车内的车载CAN总线将数据传送到CAN总线转换器，CAN总线转换器再将数据传递给微处理器；
具体的CAN总线转换器实时采集车载CAN总线上的数据，并对数据进行拆分，判断数据的标识符，识别出是否为自车车速数据，再对自车车速数据直接拆分并且按照编码组合的方式将数据组合成十进制，然后传递给微处理器。
需要说明的是，车速传感器传送到车载CAN总线的数据的标识符和毫米波雷达传送到车载CAN总线的数据的标识符不同。
S2，微处理器通过I/O接口实时接收自车车速，并与判定高速驾驶的速度阈值对比，如果获知当前时刻车速不大于阈值，返回S1；如果获知当前时刻车速大于阈值，进行S3；
具体地，对于判定高速驾驶的速度阈值，设定为高速公路的最低限速60km/h，用于判定车辆是否处于高速驾驶状态。当车速小于此阈值时，表示当前时刻车辆处于低速驾驶状态，驾驶员拥有较好的视界和注视能力、对道路交通环境和车速的感知能力，本装置不需要进一步判断是否需要预警；当车速大于此阈值时，表示当前时刻车辆处于高速驾驶状态，驾驶员的上述各项能力减弱，本装置开始进一步判断是否需要预警。
S3，利用毫米波雷达实时获取周围环境的信息，并传送到CAN总线转换器，再由CAN总线转换器将数据传递给微处理器；
具体地，当毫米波雷达检测到自车周围的物体时，根据相对角度和相对车速对物体锁定和实时监测，通过车内的车载CAN总线将相对距离、相对速度和相对角度数据发送至CAN总线转换器，CAN总线转换器实时采集CAN总线上的数据，并对数据进行拆分，判断数据的标识符，识别出是否为毫米波雷达的数据，再对毫米波雷达数据拆分并按照毫米波雷达编码顺序重新组合成十进制数据，从而得到十进制的自车与周围车辆的相对速度、相对角度和相对距离；
毫米波雷达在安装好了之后，微处理器需要对4个毫米波雷达进行联合标定：即4个毫米波雷达传递来的周围环境信息本来是使用其各自的坐标系，微处理器要将这些信息转化到同一车辆坐标系中，才能统一利用来自4个毫米波雷达的信息。在联合标定的毫米波雷达系统中：周围车辆与自车的相对速度，在周围车辆车速高于自车车速时为正，在周围车辆车速低于自车车速时为负；相对距离d为周围车辆中心与自车中心之间的距离；相对角度θ为以自车中心为原点，从正前方到正后方，沿顺时针为0°到180°，沿逆时针为0°到-180°，即自车右侧车辆相对自车的角度为正，自车左侧车辆相对自车的角度为负。
S4，微处理器实时接收来自毫米波雷达和车速传感器的数据，确定当前时刻的安全车流量阈值；
具体的，安全车流量阈值用于判定自车当前是否处于车速较高且车流量较大的危险驾驶状态。安全车流量阈值的计算公式为：
Figure BDA0001120722300000111
其中k为自车所在高速公路的车道数；t为当前车流量的更新周期，默认设置为3s；V1为自车车速，即自车所在车道的车速，V2、V3等为其他车道的车速，取其他车道上车辆速度的平均值，单位均为m/s；L为车身长，高速公路的车型构成中，小汽车占据了绝大多数的比例，所以L取默认值5m；Ds1为自车道上两车之间的安全距离，Ds2、Ds3等为其他车道上两车间的安全距离，单位均为m，安全距离的大小和当前速度有关。道路交通安全法规定：机动车在高速公路上行驶，时速60km/h，行车间距应为60m以上，时速80km/h，行车间距应为80m以上，以此类推。所以每车道的安全距离取当前车速单位由m/s转化为km/h的值。
具体地，对于每个车道的车速和安全距离的获取，分为以下三步：
(1)提取周围车辆数据：微处理器通过CAN总线转换器获得的毫米波雷达数据包括多个运动或静止的目标，因此要将是车辆目标的数据提取出来。微处理器首先判断目标是否处于运动状态，再结合高速公路行驶的车辆本身具有的高速度的特点，即目标的运动速度在某一速度区间，如50km/h到150km/h，即可认定此目标是自车周围的运动车辆。具体做法是微处理器同时采集来车速传感器的自车车速数据和毫米波雷达的目标状态数据，将每个目标与自车的相对速度和自车车速相加之后得到目标的绝对运动速度，如果目标的绝对运动速度在某一速度区间内，则认为此目标是车辆目标，毫米波雷达继续对其进行跟踪。而微处理器将会对每一个车辆目标的绝对速度V、相对距离d和相对角度θ这些运动状态数据做进一步处理；
(2)判断车辆所在车道：首先判断运动车辆是否为自车所在车道的车辆，具体做法是，利用采集到的周围车辆与自车的相对角度，与自车所在车道对应的角度临界值进行比较。设自车处于车道正中间，则对应不同的相对距离d和相对角度θ，若被检测到的车辆位于自车所在车道的前方，则被检测到的车辆与自车之间相对角度θ的绝对值小于
Figure BDA0001120722300000121
若被检测到的车辆位于自车所在车道的后方，则被检测到的车辆与自车之间相对角度θ的绝对值大于
Figure BDA0001120722300000122
需要补充的是，高速公路设计标准上写的一个车道的宽度一般为3.75m，因此本发明实施例在此处就采用标准中写明的车道宽度3.75m为例进行说明。
因此，对采集到的周围车辆相对自车的运动状态参数，首先根据车辆目标与自车的距离，计算判断其为自车所在车道车辆的临界角度值α1和β1，用实际检测到的相对角度θ的绝对值分别与α1和β1进行比较。如果实际检测到的相对角度θ的绝对值小于α1，则认为此检测到的车辆位于自车所在车道的前方；如果实际检测到的相对角度θ的绝对值大于β1，则认为此检测到的车辆位于自车所在车道的后方；否则，位于其他车道。
其他车道车辆的判定方法与以上自车车道车辆的判定方法类似：
自车车道右侧相邻车道的车辆判定方法为：实际检测到的运动车辆与自车的相对角度θ大于α1且小于
Figure BDA0001120722300000123
则运动车辆位于自车车道右侧相邻车道且在自车的前方，或实际检测到的运动车辆与自车的相对角度θ小于β1且大于
Figure BDA0001120722300000131
则运动车辆位于自车车道右侧相邻车道且在自车的后方；
自车车道左侧相邻车道的车辆判定方法为：实际检测到的运动车辆与自车的相对角度θ小于-α1且大于-α2，则运动车辆位于自车车道左侧相邻车道且在自车的前方，或实际检测到的运动车辆与自车的相对角度θ大于-β1且小于-β2，则运动车辆位于自车车道左侧相邻车道且在自车的后方；
自车车道右侧非相邻车道的车辆判定方法为：实际检测到的运动车辆与自车的相对角度θ大于α2且小于
Figure BDA0001120722300000132
则运动车辆位于自车车道右侧非相邻车道且在自车的前方，或实际检测到的运动车辆与自车的相对角度θ小于β2且大于
Figure BDA0001120722300000133
则运动车辆位于自车车道右侧非相邻车道且在自车的后方；
自车车道左侧非相邻车道的车辆判定方法为：实际检测到的运动车辆与自车的相对角度θ小于-α2且大于-α3，则运动车辆位于自车车道左侧非相邻车道且在自车的前方，或实际检测到的运动车辆与自车的相对角度θ大于-β2且小于-β3，则运动车辆位于自车道左侧非相邻车道且在自车的后方；
(3)获取每车道的车速和安全距离：周围车辆所在的车道确定之后，对于自车所在车道的车速，采用车速传感器返回的自车车速；对于其他车道的车速，由(1)中步骤可以获得此车道所有车辆的车速，对所有车速求平均值作为此车道的车速。接着，将各车道的车速由m/s单位转化为km/h单位，其值作为此车速下对应的安全距离值，单位为m；
至此，安全车流量阈值的计算公式中各数值均已知，可以计算出安全车流量阈值Ts，用于S5中危险状况的判断，如果此时自车所处道路交通环境的车流量大于Ts，则视为车辆处于车速较高且车流量超出安全阈值的危险状态，需要警示驾驶员采取换道或加速等操作时要谨慎，从而降低驾驶员操作错误的可能性。
S5，微处理器实时接收来自毫米波雷达和车速传感器的数据，计算自车周围一定道路面积范围内的车流量，并与安全车流量阈值对比，判断当前时刻车辆是否处于车速较高且车流量超出安全阈值的危险状态；
具体地，车流量的计算公式
Figure BDA0001120722300000141
其中k、t、Vi、L的含义及其计算方法与S4中相同，而D1为自车所在车道上的车间距，D2、D3等为其他车道上的车间距，单位均为m。
自车所在车道的车间距D1取自车与自车车道前车的相对距离和自车与自车车道后车的相对距离的均值；其他车道的车间距取其车道上可以探测到的所有车辆中，距离自车最近的相邻两辆车的车间距，其计算方法为：
D＝|d车1×cosθ车1-d车2×cosθ车2|
参照图3，下面分别以自车车道右侧相邻车道上的两车都位于自车前方和自车车道左侧相邻车道上的两车分别位于自车前后为例，对上述计算方法进行详细说明：
自车车道右侧相邻车道上的两车都位于自车前方，其车间距为两车与自车的相对距离在汽车前进方向上的投影之差的绝对值，即图中标注出的车间距D右的虚线部分。因为车右1、右2均位于自车右前方，所以其对应的相对角度θ右1和θ右2均大于0°小于90°，又cosθ右1和cosθ右2均大于0，所以其车间距的计算公式为：
D右＝|d右1×cosθ右1-d右2×cosθ右2|
自车车道左侧相邻车道上的两车分别位于自车前后，其车间距为两车与自车的相对距离在汽车前进方向上的投影之和，即图中标注出的车间距D左的虚线部分。因为车左1位于自车左前方、车左2位于自车左后方，所以其对应的相对角度θ左1大于-90°小于0°、θ左2大于-180°小于-90°，又cosθ左1大于0、cosθ左2均小于0，所以其车间距的计算公式为：
D左＝|d左1×cosθ左1-d左2×cosθ左2|
至此，由车间距计算公式可以计算得出每车道上的车间距，车流量计算公式中的所有数值均已知，车流量T可以计算得出。
得知车流量T之后，微处理器就可以将其与S4中得到的安全车流量阈值Ts进行比较，从而做出决策和控制。具体为，如果获知当前时刻自车所处道路环境的车流量T小于当前安全车流量阈值Ts，视为自车驾驶环境处于安全状态，则返回S2，继续进行监测；如果获知当前时刻自车所处道路环境的车流量T大于当前安全车流量阈值Ts，视为自车驾驶环境处于车速较高且车流量超出安全阈值的危险状态，则进行S6。
S6，当微处理器判定当前时刻自车处于车速较高且车流量超出阈值的危险状态时，触发仪表盘上的闪光蜂鸣器发声发光，向驾驶员发出预警，从而使驾驶员提前知道目前的行车道路环境可能存在潜在危险，使驾驶员在采取换道或加速等操作时更加谨慎，进而避免危险事故的发生；同时，微处理器持续执行S5，直至判定当前车辆脱离危险状态，微处理器不再向闪光蜂鸣器发出控制信号，闪光蜂鸣器停止发光发声。
综上所述，本发明的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置，主要部件采用毫米波雷达、车速传感器和闪光蜂鸣器和微处理器，操作简单，监测方便，技术可靠，无需对车辆进行过多改装，且不易受外界天气影响，适合规模化推广；本发明的一种高速公路自车周围车流量实时监测的预警的方法，基于上述的一种高速公路自车周围车流量实时监测的预警，其对周围车辆所在车道的识别、危险状态判断等均由微处理器直接完成，无需其他操作，且处理速度快，性能稳定，可靠性高，对驾驶员的预警提示既有视觉方面的又有听觉方面的，直观且可靠，从而增加驾驶安全，减少事故发生。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置，其特征在于，所述装置包括：4个毫米波雷达、车速传感器、车载CAN总线、CAN总线转换器、微处理器和闪光蜂鸣器；
每个毫米波雷达的信号输出端、车速传感器的信号输出端分别与车载CAN总线电连接，所述车载CAN总线还与所述CAN总线转换器的信号输入端电连接，所述CAN总线转换器的信号输出端与所述微处理器的I/O输入端连接，所述微处理器的I/O输出端与所述闪光蜂鸣器的控制端电连接；
所述4个毫米波雷达分别安装在自车前保险杠正中央、自车后保险杠正中央、自车左侧车身正中央、自车右侧车身正中央；所述车速传感器安装在自车车轮轴上；所述CAN总线转换器安装在车内车载CAN总线附近空闲处；所述微处理器固定安装在所述CAN总线转换器附近；所述闪光蜂鸣器固定安装在自车仪表盘上；
所述4个毫米波雷达，用于实时获取自车周围车流量信息，并将所述自车周围车流量信息发送给所述车载CAN总线；
所述车速传感器，用于实时获取自车车速，并将所述自车车速发送给所述车载CAN总线；
所述CAN总线转换器，用于获取所述车载CAN总线上传输的信息；
所述微处理器，用于当自车车速较高，且自车周围车流量大于安全车流量阈值时，向闪光蜂鸣器发出报警信号；
所述闪光蜂鸣器，用于向驾驶员发出警示音；
所述4个毫米波雷达分别为ESR毫米波雷达；所述车速传感器为OEM车速传感器。
2.根据权利要求1所述的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置，其特征在于，所述CAN总线转换器为RS422-CAN总线转换器。
3.根据权利要求1所述的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警装置，其特征在于，所述微处理器采用ARM9处理器，型号为S3C2410；所述闪光蜂鸣器采用AD16-22SM型闪光蜂鸣器。
4.一种高速公路自车周围车流量实时监测预警方法，所述方法应用于权利要求1-3中任一项所述的预警装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，车速传感器实时获取自车当前车速，并将自车当前车速发送到车载CAN总线；CAN总线转换器实时获取所述车载CAN总线上的数据，并将其发送到微处理器；
步骤2，设定高速行驶状态车速阈值，所述微处理器根据所述自车当前车速和所述高速行驶状态车速阈值，判断自车是否处于高速行驶状态；
步骤3，若自车处于高速行驶状态，则4个毫米波雷达对自车与自车周围车辆的相对距离、相对速度和相对角度进行实时监控，并将监测到的数据发送到车载CAN总线；所述CAN总线转换器实时获取所述车载CAN总线上的数据，并将其发送到微处理器；
步骤4，所述微处理器根据自车当前车速、自车与自车周围车辆的相对距离、相对速度和相对角度，计算当前时刻的安全车流量阈值和自车周围预设道路面积范围内的车流量；
步骤5，所述微处理器将所述自车周围预设道路面积范围内的车流量与所述当前时刻的安全车流量阈值进行比较，若所述自车周围预设道路面积范围内的车流量大于所述当前时刻的安全车流量阈值，则所述微处理器向所述闪光蜂鸣器发送报警信号；
步骤6，所述闪光蜂鸣器根据所述微处理器发送的报警信号，对驾驶员进行报警。
5.根据权利要求4所述的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警方法，其特征在于，步骤2具体包括：
设定高速行驶状态车速阈值为高速公路的最低限速60Km/h；
若所述自车当前车速大于所述高速行驶状态车速阈值，则微处理器判断自车当前处于高速行驶状态。
6.根据权利要求4所述的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警方法，其特征在于，步骤4具体包括：
当前时刻的安全车流量阈值Ts采用如下计算公式：
Figure FDA0004031210960000031
自车周围预设道路面积范围内的车流量T采用如下计算公式：
Figure FDA0004031210960000032
其中，k为自车所在高速公路的车道数；t为当前车流量的更新周期，设置为3s；Vi为第i车道的车速，取第i车道上车辆速度的平均值，单位为m/s；L为车身长度，设置为5m；Dsi为第i车道上两车间的安全距离，Di为第i车道上的车间距，单位为m。
7.根据权利要求6所述的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警方法，其特征在于，第i车道的车速和第i车道上两车间的安全距离的计算方法为：
记第1车道为自车所在车道，则第1车道的车速即为自车当前车速；
i不等于1时，对于毫米波雷达监测到的第i车道上的任意一个运动车辆与自车的相对距离、相对速度和相对角度，通过将该运动车辆与自车的相对速度加上自车当前车速，即得到该运动车辆的车速，对第i车道上的其他运动车辆也计算得到对应的车速，并将监测到的第i车道上的多个运动车辆的车速进行平均，从而得到第i车道的车速，单位为m/s；
将第i车道的车速转化为单位为km/h的车速值，该车速值即为第i车道上两车间的安全距离。
8.根据权利要求6所述的一种高速公路自车周围车流量实时监测预警方法，其特征在于，第i车道上的车间距的计算方法为：
记第1车道为自车所在车道，计算第1车道上自车前方车辆与自车的相对距离、第1车道上自车后方车辆与自车的相对距离的平均值，并将其作为第1车道上的车间距；
i不等于1时，获取毫米波雷达监测到的第i车道上所有运动车辆中距离自车的相对距离较短的相邻两个运动车辆，并将该相邻两个运动车辆的车间距作为第i车道上的车间距。
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