CN108615383A - 一种基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统，包括：测距传感器，其安装在冷却水箱隔栅内侧，用于检测本车与前车之间的距离；摄像头，其安装在汽车挡风玻璃内侧，用于检测前方路况；白线检测传感器，其安装在汽车保险杠下侧，用于检测路口处的车辆停止线；车速传感器；车载电控单元，其靠近仪表盘设置，用于接收并处理测距传感器、摄像头、白线传感器及车速传感器检测到的信号，并输出车辆通行信息；执行器，其接收所述车辆通行信息，并对驾驶员进行预警提醒；同时，公开了一种所述辅助通行系统的控制方法。本发明提供的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统及其控制方法，并能够辅助驾驶员做出预判，提高车辆通过路口的通行效率。

Description

一种基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统及其控制 方法

技术领域

本发明属于驾驶辅助系统技术领域，特别涉及一种基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统及其控制方法。

背景技术

交通路口是安全事故频发的地段。同时，随着汽车保有量和使用率的升高，交通路口拥堵，通行效率低的问题越发严重。为了提高交通路口通行的安全性和高效性，可以通过交通灯信号预判和通行辅助提醒装置，来为驾驶员在接近十字路口时提供当前红绿灯的信息，再结合路况使用算法计算出能够正常安全通过路口的剩余通行时间，并通过语音提示的方式告知驾驶员能否在安全时间内通过路口。

现已有的关于提高交通路口通行效率的发明和手段主要分为以下两种。中国专利申请，申请号2014105884441“交通指示灯的车载识别方法及装置”，是通过图像识别技术识别交通灯的倒计时，为驾驶员播报剩余的秒数。这主要是解决了在大车遮挡视野的情况下，驾驶员不能提前预判自己能否通过的交通灯信号获取问题。中国专利申请，申请号2016107498943“一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息灯预警方法及系统”是设计可以实现群体广播的智能交通灯。智能交通灯可以向位于交通路口附近的所有车辆发射信号，播报当前交通信号灯的状态以及剩余秒数。

虽然上述相关发明从不同的角度解决了交通灯视觉盲区的问题，但是并没有涉及辅助驾驶员做出预判的功能。无论是图像识别还是群体广播都只是告知驾驶员当前红绿灯的状态以及剩余的秒数，并不能解决驾驶员由于过分自信而闯红灯的现象，或由于过于保守在时间充足的情况下提前停车影响通行效率问题。另外，也不能解决在路况复杂情况下，前车突发紧急事故，驾驶员来不及应变，造成的追尾、剐蹭的问题。为了解决这些问题，智能交通灯装置必须包括识别、计算、判断、辅助预判、紧急应对等附加功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统，以整个交通路口的等候车辆队伍为模型单元，采用“循环递归法”，通过队列中每辆车的多个车载传感器采集路况信息，由系统整合后，判断位于当前位置的车辆能否在安全的绿灯时间内通过路口，其解决了交通灯视觉盲区的问题，并能够辅助驾驶员做出预判，提高了车辆通过路口的通行效率。

本发明提供的技术方案为：

一种基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统，包括：

测距传感器，其安装在冷却水箱隔栅内侧，用于检测本车与前车之间的距离；

摄像头，其安装在汽车挡风玻璃内侧，用于检测前方路况；

白线检测传感器，其安装在汽车保险杠下侧，用于检测路口处的车辆停止线；

车速传感器；

车载电控单元，其靠近仪表盘设置，用于接收并处理所述测距传感器、摄像头、白线传感器及车速传感器检测到的信号，并输出车辆通行信息；

执行器，其接收所述车辆通行信息，并对驾驶员进行预警提醒。

优选的是，所述执行器包括语音播报器和提醒指示灯。

优选的是，所述车载电控单元采用I/O接口与所述测距传感器、所述白线检测传感器、所述语音播报器和所述提醒指示灯连接。

优选的是，所述摄像头通过Serial串口与所述车载电控单元线连接。

一种基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统的控制方法，使用所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统，包括如下步骤：

步骤一、将等待连续通过路口的三辆汽车作为一个队列，检测到路口车辆停止线的车辆为第一车，其后侧依次为第二车及第三车；

步骤二、所述第一车通过摄像头检测绿灯示数，并将所述绿灯示数t、自身车长x₁、自身车速v₁通过无线通信传递给所述第二车；

步骤三、所述第二车通过超声波测距传感器检测与所述第一车之间的距离s₁，并将自身车长x₂、自身车速v₂、与所述第一车之间距离s₁，以及接收到的第一车发送的信息，通过无线通信传递给所述第三车；

步骤四、所述第三车的车载电控单元计算出理论安全通过时间t₀，将所述绿灯示数t与所述理论安全通过时间t₀进行比较：

如果t＜t₀，则判断第三车不能通过；

如果t≥t₀，则判断第三车可以通过；

步骤五、执行器根据判断结果对驾驶员进行提示。

优选的是，在所述步骤二之前还包括将所述绿灯示数t与临界时间t′进行比较：

如果t＜t′，则继续判断所述队列能否通过路口；

如果t≥t′，则第一车直接通过路口。

优选的是，所述临界时间t′为8秒。

优选的是，所述理论安全通过时间t₀的计算方法为：

其中，x₁为第一车的车身长度，x₂为第二车的车身长度，s₁为第二车与第一车之间的距离，s₂为第三车与第二车之间的距离，v₃为第三车的速度。

优选的是，所述测距传感器检测到与前车的车距小于安全阈值时，执行器对驾驶员进行预警提示。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用车车通信技术解决了后车因为前车车体遮挡红绿灯造成无法准确判断是否应该通过路口、从而引发潜在危险或影响通行效率的问题；相比较现有通过单车图像识别技术，本发明对于解决大车遮挡下的红绿灯识别更加准确可靠。

2、本发明的信息传输不涉及整个交通路口复杂的车流之间的车联网通信，而是一个由三辆车组成的车队形成V2V通信，无需上位机云端服务，采用循环递归算法将复杂的车流状况简化为分时三辆车的数学模型，相比较车联网交通路口群体广播的智能信号灯技术，本发明具有只对涉事小车队通信的要求，故更具针对性和通信效率，避免对其他无关车辆造成干扰。

3、本发明通过对待通过路口的车辆车速及其距前车的距离的测量，自动判定本车驾驶员按当前车速是否能安全通过路口，并通过车载扬声器提醒和警示灯警告的方式，辅助驾驶员做是否安全通过路口的判定，一定程度上可以弥补驾驶员因个体差异对能否通过路口判定的不准确评估，从而避免闯红灯等违章事件或提前停车影响通行效率问题的发生。

附图说明

图1为本发明所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统组成框图。

图2为本发明所述的超声波测距传感器及车底白线检测传感器布置示意图。

图3为本发明所述的ECU及车载前置摄像头布置示意图。

图4为本发明所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统的电控单元线路图。

图5为本发明所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统主程序流程图。

图6为本发明所述的子程序1流程图。

图7为本发明所述的子程序2流程图。

图8为本发明所述的子程序3流程图。

图9为本发明所示的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统，如图1-3所示，本系统由传感器单元、车载电控单元(ECU)、执行器组成。ECU100为带有无线通信模块、串行接口、I/O接口、音频接口的32位单片机。ECU100安装在仪表盘附近。传感器单元由超声波测距传感器210、车载前置摄像头220、车底白线检测传感器230、车速传感器240组成。其中，超声波测距传感器210安装在冷却水箱隔栅内侧。车载前置摄像头220设置于汽车挡风玻璃内侧(参考行车记录仪位置)，不遮挡驾驶员视线的情况下可以清晰拍摄前方路况。车底白线检测传感器230采用红外传感器，并安装在汽车保险杠底侧。执行器包括语音播报器310、提醒指示灯320。语音播报器310和提醒指示灯320安装在仪表盘附近，具体位置保证驾驶员能注意到提醒指示灯即可。

在本实施例中，采用树莓派单片机作为ECU。所述的交通路口辅助通行系统的电控系统线路图如图4所示，ECU采用I/O接口与超声波测距传感器210、车底白线检测传感器230、语音播报器310和提醒指示灯320连接。ECU的5V PWR与超声波测距传感器的Vcc相连，ECU的GND接口与超声波测距传感器GND相连。ECU的I/O接口分别与超声波测距传感器的两个I/O接口(TRIG、ECHO)相连。车底白线检测传感器230的Vcc和GND分别与ECU的5V和GND相连。车底白线检测传感器230的I/O接口与ECU的I/O相连。车载前置摄像头220通过Serial串口与ECU线连接。提醒指示灯320由ECU的I/O口直接控制。语音播报器310安装在ECU音频接口上。车速传感器240通过CAN通信与ECU连接。

本发明所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助高效通行系统的ECU内部存储器中存储有事先编写的程序，其由主程序、子程序1、子程序2、子程序3组成。具体执行步骤如下：

(1)主程序，如图5所示：

第一步，系统初始化；

第二步，系统自检硬件是否故障，若有故障则跳至第三步；若没有问题，则跳至第四步；

第三步，故障灯亮起，返回第一步；

第四步，打开车底白线检测传感器；

第五步，读取白线检测传感器信号；

第六步，判断检测信号是否在设定的安全阈值内，若符合安全阈值(检测到白线)，则跳至第七步。若没有在安全阈值内(未检测到白线)，则跳至第九步。

第七步，打开WIFI发射模块；

第八步，调用子程序1，结束；

第九步，打开WIFI接收模块；

第十步，接收WIFI信号，比较WIFI信号强弱。若信号在强信号安全阈值，则跳至第十一步，若信号在弱信号安全阈值，则跳至第十二步。

其中，所述安全阈值为根据经验设定值。

第十一步，调用子程序2，结束；

第十二步，调用子程序3，结束；

(2)子程序1，如图6所示：

第一步，设变量地址编号N；

第二步，赋值N＝1；

第三步，摄像头初始化；

第四步，摄像头拍摄照片；

第五步，识别照片中的绿灯读秒t；

第六步，判断t是否小于8秒，若是，则跳至第七步。若不是，则返回主函数；

第七步，通过WIFI将绿灯秒数t，1号车(自身)的车长x₁，1号车(自身)车速v₁，发送给地址编号N＝2的地址，并返回主函数。

(3)子程序2，如图7所示：

第一步，设变量地址编号N；

第二步，赋值N＝2；

第三步，超声波测距传感器初始化；

第四步，超声波测距传感器测量与前车车距s₁；

第五步，通过WIFI信号接收由地址N＝1发出的信号t,1号车车长x₁,1车号车速v₁；

第六步，通过车速传感器获取自身车速v₂；

第七步，通过WIFI发送信息读秒t，1号车车长x₁，1号车车速v₁，1号车与前车车距s₁，2号车车速v₂，2号车车长x₂给地址编号N＝3的地址，并返回主函数。

(4)子程序3，如图8所示：

第一步，设变量地址编号N；

第二步，赋值N＝3；

第三步，超声波测距传感器初始化；

第四步，超声波测距传感器测量与前车车距s₂；

第五步，通过WIFI接收信号读秒t，1号车车长x₁，1号车车速v₁，1号车与前车车距s₁，2号车车速v₂，2号车车长x₂，整合数据；

第六步，通过车速传感器获取自身车速v₃；

第七步，按公式计算理论通过时间t₀；

第八步，比较读秒t和t₀，若t≥t₀,跳至第九步，若t＜t₀,则跳至第十二步；

第九步，超声波传感器检测与前车的车距，若与前车车距小于安全阈值，则跳至第十步；若车距大于安全阈值，则跳至第十一步；

其中，所述安全阈值为根据经验设定值。

第十步，语音播报器提示“请立即减速制动”，提醒指示灯红灯闪烁，并返回主函数；

第十一步，语音播报器提示“可以安全通过”，提醒指示灯不亮，并返回主函数；

第十二步，语音播报器提示“请立即减速制动”，提醒指示灯红灯闪烁，并返回主函数。

所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统的工作原理为：

如图9所示，本发明所述的交通路口辅助通行系统的控制方法适用对象始终保持由等待连续通过路口的三辆车组成的车队。具体步骤如下：

1)、每辆车经过路口时识别地上白线(交通路口车辆停止线)，识别到白线后车载前置摄像头拍照，识别绿灯倒计时读秒；

2)、判断绿灯倒计时数字是否小于临界时间8秒，在另一实施例中，所述临界时间根据实验与实际车况设定。若小于8秒则系统进入后续操作，自动标记为首车(1车)，打开WIFI信号发射装置，与后车建立通信，并将绿灯示数t、自身车长x₁、自身车速v₁等信息通过WIFI无线通信传递给后车。后车接受信息后自动标记为2车。若大于等于8秒则重新进入循环。

3)、2车使用超声波测距传感器测出与前车距离s₁，并将自身车长x₂、自身车速v₂、与前车距离s₁，以及首车(1车)发送给它的三个信息，通过WIFI无线通信传递给后车。后车接收信号，自动标记为3车。

4)、3车通过算法计算出理论安全通过时间t₀，将倒计时读秒t与计算出的理论安全通过时间t₀比较，向驾驶员发出两种提示：“可以安全通过”或“请立即减速制动”，并且用提醒指示灯给驾驶员相应的视觉提示。

5)、若计算结果为t＜t₀(为不能通过)，则发送提示“请立即减速制动”，并且系统运行结束。

6)、若计算结果为t≥t₀(能通过)，则发送提示“请保持当前车速行驶”，系统继续运行。

7)、1车成功通过白线以后，当2车到达白线时，刷新数据标记自身为首车(1车)，原来的3车变为2车。以此类推进入循环，直到有3车计算出结果为不能通过，系统关闭。

8)、本算法模型中2车为必能通过路口的一辆车。若2车的行驶状况突然异常(车速骤减、有停车倾向)，系统会向3车驾驶员发出警报，让其减速制动，避免追尾。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统，其特征在于，包括：

测距传感器，其安装在冷却水箱隔栅内侧，用于检测本车与前车之间的距离；

摄像头，其安装在汽车挡风玻璃内侧，用于检测前方路况；

白线检测传感器，其安装在汽车保险杠下侧，用于检测路口处的车辆停止线；

车速传感器；

车载电控单元，其靠近仪表盘设置，用于接收并处理所述测距传感器、摄像头、白线传感器及车速传感器检测到的信号，并输出车辆通行信息；

执行器，其接收所述车辆通行信息，并对驾驶员进行预警提醒。

2.根据权利要求1所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统，其特征在于，所述执行器包括语音播报器和提醒指示灯。

3.根据权利要求2所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统，其特征在于，所述车载电控单元采用I/O接口与所述测距传感器、所述白线检测传感器、所述语音播报器和所述提醒指示灯连接。

4.根据权利要求3所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统，其特征在于，所述摄像头通过Serial串口与所述车载电控单元线连接。

5.一种基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统的控制方法，使用如权利要求1-4所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将等待连续通过路口的三辆汽车作为一个队列，检测到路口车辆停止线的车辆为第一车，其后侧依次为第二车及第三车；

步骤二、所述第一车通过摄像头检测绿灯示数，并将所述绿灯示数t、自身车长x₁、自身车速v₁通过无线通信传递给所述第二车；

步骤三、所述第二车通过超声波测距传感器检测与所述第一车之间的距离s₁，并将自身车长x₂、自身车速v₂、与所述第一车之间距离s₁，以及接收到的第一车发送的信息，通过无线通信传递给所述第三车；

步骤四、所述第三车的车载电控单元计算出理论安全通过时间t₀，将所述绿灯示数t与所述理论安全通过时间t₀进行比较：

如果t＜t₀，则判断第三车不能通过；

如果t≥t₀，则判断第三车可以通过；

步骤五、执行器根据判断结果对驾驶员进行提示。

6.根据权利要求5所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤二之前还包括将所述绿灯示数t与临界时间t′进行比较：

如果t＜t′，则继续判断所述队列能否通过路口；

如果t≥t′，则第一车直接通过路口。

7.根据权利要求6所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统的控制方法，其特征在于，所述临界时间t′为8秒。

8.根据权利要求7所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统的控制方法，其特征在于，所述理论安全通过时间t₀的计算方法为：

其中，x₁为第一车的车身长度，x₂为第二车的车身长度，s₁为第二车与第一车之间的距离，s₂为第三车与第二车之间的距离，v₃为第三车的速度。

9.根据权利要求8所述的基于车间通信的汽车交通路口辅助通行系统的控制方法，其特征在于，所述测距传感器检测到与前车的车距小于安全阈值时，执行器对驾驶员进行预警提示。