CN109300323A - 一种基于车联网的车速引导方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于车联网的车速引导方法，包括：通过车联网获取路口信号灯转变为红灯的时刻t_R和转变为绿灯的时刻t_G，并由所述t_R和t_G获得允许车辆通过路口的时间t_p；通过车联网获取车辆到路口的距离d_v2i，计算车辆可以通过路口的速度v_p；通过车联网获取车辆当前的行驶速度v_c，并通过车辆的加速度a的取值判断是以当前即将通过路口的方向为正方向，分别对应减速、匀速和加速；若v_c∈v_p则保持当前车速v_c通过路口；若则对车辆的加速时油耗α和车内人员对加速度的承受度δ进行约束根据生成最优速度曲线，使车辆按照曲线进行速度的变换通过路口。本发明的有益效果为：通过以车联网技术为基础，将车辆通过有信号灯的路口的行驶根据最优速度曲线进行调整，从而减少汽车尾气的排放。

Description

一种基于车联网的车速引导方法及系统

技术领域

本发明属于车速引导技术领域，具体涉及一种基于车联网的车速引导方法及系统。

背景技术

汽车在行驶过程中不可避免的会产生不必要的燃油损耗，然而对车速的控制不当更是会加剧损耗量，作为汽车保有量最多的国家美国单是由于不必要的制动损耗的燃油就可达19亿加仑以上。我国作为世界上最大的发展中国家，随着经济的快速发展，汽车保有量也在集聚的上升在未来几年内就可成为汽车保有量最多的国家，而近年来雾霾频发，汽车尾气的排放正是造成这一现象的重要原因之一。

因此，如何对车辆的速度进行控制以减少车辆在行驶过程中的停留时间，进而减小车辆的尾气排放减轻汽车尾气对环境的污染已经成为亟需解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的车辆路口停留时间长，尾气排放严重的问题，本发明提供了一种基于车联网的车速引导方法及系统，其具有减少车辆路口等待时间减少汽车尾气排放等特点。

本发明的目的是提供一种减少车辆在路口的停留时间以减少汽车尾气排放的方法和系统。

根据本发明的具体实施方式的一种基于车联网的车速引导方法，包括：

通过车联网获取路口信号灯转变为红灯的时刻t_R和转变为绿灯的时刻t_G，并由所述t_R和t_G获得允许车辆通过路口的时间t_p，则

通过车联网获取车辆到路口的距离d_v2i，则车辆可以通过路口的速度v_p为：

其中v_down、v_up分别表示车辆可以通过路口的速度下限和上限；

通过车联网获取车辆当前的行驶速度v_c，则车辆的加速度a的变化为：

其中a的取值判断是以当前即将通过路口的方向为正方向，分别对应减速、匀速和加速；

若v_c∈v_p则保持当前车速v_c通过路口；

若则对车辆的加速时油耗和车内人员对加速度的承受度进行约束：

v_h为车辆的平均速度，满足

v_d为v_h与v_c的差值，α、δ分别表示对油耗和车内人员对加速度的承受度的约束；

根据生成最优速度曲线，使车辆按照所述曲线进行速度的变换通过路口。

进一步地，所述转变为红灯的时刻t_R由信号灯由绿灯转换为黄灯的时刻算起。

进一步地，δ＝max{δ}是在满足对油耗和车内人员舒适度的情况下取最大值，以保证车辆在按照最优速度曲线时油耗最低。

进一步地，所述方法还包括：使用NHTSA算法对车辆经过路口过程中的与前后车的临界报警距离进行计算，向驾驶人员提供相应的提示。

进一步地，所述临界报警距离的第一临界报警距离为：

其中，d₀是车头偏移距离，v是跟随在后方的车辆行驶速度，v_rel是跟随车辆和前行车辆之间的相对速度，a是跟随车辆的实时加速度，a_max是跟随车辆的最大制动减速度，a_rel是跟随车辆与前行车辆之间的相对加速度，T_R是反应时间，T_M是两辆车之间的相对速度达到零的时间，T_LS和T_FS分别是前方车辆和后方车辆的停车时间，其中

进一步地，所述临界报警距离的第二临界报警距离为：

进一步地，所述方法还包括：若T_FS大于T_LS，则选择第一临界报警距离d_w1作为临界警告距离，否则则使用d_w2作为临界报警距离。

进一步地，所述方法还包括：若前行车辆的速度是恒定的或者前行车辆的最大制动减速度大于1m/s²，则选择第二临界报警距离d_w2作为临界警告距离。

根据本发明的具体实施方式的一种基于车联网的车速引导系统，包括：

远程通信模块，所述远程通信模块用于和车联网的DSRC模块进行通信，以获取路口信号灯的转换和定时信息以及车辆到路口的距离信息、车速信息；以及主控制器，所述主控制器与车辆的智能控制系统连接，并根据所述远程通信模块获取的上述信息控制车辆通过路口。

进一步地，所述系统还包括：报警模块，所述远程通信模块还获取车联网的DSRC模块提供的车辆车头偏移距离以及前后车辆的速度、加速度信息；所述主控制器根据所述远程通信模块获取的信息，测算出和前后车辆的临界报警距离并控制报警模块向驾驶员发出相应的报警。

本发明的有益效果为：通过以车联网技术为基础，将车辆通过有信号灯的路口的行驶过程根据最优速度曲线进行调整，可有效减少刹车制动时间以及车辆的停留时间，从而减少汽车尾气的排放同时使车内人员更加的安全舒适。

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是根据一示例性实施例提供的基于车联网的车速引导方法的流程图；

图2是根据一示例性实施例提供的基于车联网车速引导方法的绿灯时的最优速度曲线；

图3是根据一示例性实施例提供的基于车联网车速引导方法的红灯时的最优速度曲线；

图4是根据一示例性实施例提供的基于车联网的车速引导系统的结构示意图。

附图标记

1-远程通信模块；2-主控制器；3-报警模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参照图1所示，本发明的实施例提供了一种基于车联网的车速引导方法，其包括以下步骤：

通过车联网获取路口信号灯转变为红灯的时刻t_R和转变为绿灯的时刻t_G，并由所述t_R和t_G获得允许车辆通过路口的时间t_p，则

通过车联网获取车辆到路口的距离d_v2i，则车辆可以通过路口的速度v_p为：

其中v_down、v_up分别表示车辆可以通过路口的速度下限和上限；

通过车联网获取车辆当前的行驶速度v_c，则车辆的加速度a的变化为：

其中a的取值判断是以当前即将通过路口的方向为正方向，分别对应减速、匀速和加速；

若v_c∈v_p则保持当前车速v_c通过路口；

若则对车辆的加速时油耗和车内人员对加速度的承受度进行约束：

vh为车辆的平均速度，满足

v_d为v_h与v_c的差值，α、δ分别表示对油耗和车内人员对加速度的承受度的约束；

根据生成最优速度曲线，使车辆按照曲线进行速度的变换通过路口。

其中SPAT是车联网技术根据此时路口信号灯的信号通过DSRC模块发送给车辆智能系统的t_G t_R

给车辆智能系统是tGtR。

在本发明的一具体实施例中，在通过路口时，车辆到达路口时一共有以下几种情形：

1.保持现有速度在信号灯为绿灯时匀速通过路口；

2.路口信号灯为红色或是绿色即将转变为红色且无论如何加速也不能通过路口时，在路口减速停车，等待绿灯时变色；

3.加速行驶，在绿灯快要变为红色之前通过。

要保证节能，则务必要尽可能的减少由刹车带来的燃油损失，可知车辆到达路口时，信号灯有红绿两种情况。其中用t_R、t_Y、t_G分别代表信号灯转变成红灯、黄灯和绿灯的时刻，因为黄灯的存在不会对车辆容许通过路口的时间段做出影响，因此将把黄灯与红灯，也就是t_Y与t_R合并到一起计算容许车辆通过路口的时间t_p。

δ＝max{δ}是在满足对油耗和车内人员舒适度的情况下取最大值，以保证车辆在按照最优速度曲线时油耗最低。

作为上述实施例的一种可行的实现方式，在本发明的一具体实施例中，车辆在开到距离路口110m处接收到通过车联网DSRC模块接收到的SPAT信号，还有6s信号灯将变为红色，此时车辆网技术收集到车辆的行驶速度为15m/s，此时该车辆能达到的最大加速度为2m/s²，则该车辆的最优速度曲线为：

由上述情况可知d_v2i＝110m，t_R＝6s，v_c＝15m/s，a_max＝2m/s²。

v_c*t_R＝90m<110m，故该车匀速无法通过路口。

而故该车可以在信号灯变为红色之前通过该路口。则可得

代入方程组可得出α＝1.70，δ＝0.70；再将两个参数值带入方程组

并通过MATLAB即可生成参照图2所示的速度曲线，车辆只需按照此速度曲线进行速度的变化就可通过路口，不必进行等待，从而减少了尾气的排放。

在本发明的另一具体实施例中，车辆在开到距离路口120m处接收到通过DSRC模块接收到的SPAT信号，还有8s信号灯将变为绿色且绿灯周期为40s，此时车辆网技术收集到车辆的行驶速度为20m/s，则该车辆的最优速度曲线为：

分析该场景可知d_v2i＝120m，t_G＝8s，t_R＝48s，v_c＝20m/s。

v_c*t_G＝160m>120m，故该车匀速行驶到路口时信号灯仍为红色。

而t_p＝[t_G,t_R]＝[8,48],故

代入约束方程组可得出α＝2.81，δ＝0.71；

将上述两个参数代入速度曲线方程组，并通过MATLAB即可生成参照图3所示的红灯状态下的速度曲线，可使车辆按照此速度曲线即可顺利通过路口，而不用停车等待，进一步减少了汽车尾气的排放。

在本发明的一具体实施例中，还利用车联网对车辆行进过程中与其他车辆的位置信息进行了处理，从而提醒驾驶人员避免碰撞发生交通事故，其包括：使用NHTSA算法对车辆经过路口过程中的与前后车的临界报警距离进行计算，向驾驶人员提供相应的提示。

其中，临界报警距离的第一临界报警距离为：

其中，d₀是车头偏移距离，v是跟随在后方的车辆行驶速度，v_rel是跟随车辆和前行车辆之间的相对速度，a是跟随车辆的实时加速度，a_max是跟随车辆的最大制动减速度，a_rel是跟随车辆与前行车辆之间的相对加速度，T_R是反应时间，T_M是两辆车之间的相对速度达到零的时间，T_LS和T_FS分别是前方车辆和后方车辆的停车时间，其中

临界报警距离的第二临界报警距离为：

若T_FS大于T_LS，则选择第一临界报警距离d_w1作为临界警告距离，否则则使用d_w2作为临界报警距离。

若前行车辆的速度是恒定的或者前行车辆的最大制动减速度大于1m/s²，则选择第二临界报警距离d_w2作为临界警告距离。

采用NHTSA算法的防碰撞技术更符合车联网技术的要求，实时获取道路上其他车辆的速度、加速度等信息，通过计算出可能的停车和碰撞时间来规避车辆的碰撞，而且该算法以实时计算出的大小比较为根据从两段碰撞报警距离中选择一个进行及时反馈，是非常好的碰撞距离预警方法。

参照图4所示，本发明的实施例还提供了一种基于车联网的车速引导系统，包括：

远程通信模块1，远程通信模块1用于和车联网的DSRC模块进行通信，以获取路口信号灯的转换和定时信息以及车辆到路口的距离信息、车速信息；以及主控制器2，主控制器2与车辆的智能控制系统连接，并根据远程通信模块1获取的上述信息控制车辆通过路口。

在本发明的一具体实施例中，还包括：报警模块3，远程通信模块1还获取车联网的DSRC模块提供的车辆车头偏移距离以及前后车辆的速度、加速度信息；主控制器2根据远程通信模块1获取的信息，测算出和前后车辆的临界报警距离并控制报警模块3向驾驶员发出相应的报警。

作为上述实施例一种可行的实现方式，主控制器2可结合无人驾驶技术应用于车辆上，使车辆按照最优速度曲线进行形式，从而使道路更加的顺畅，进一步减少汽车尾气的排放。

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 (10)

1.一种基于车联网的车速引导方法，其特征在于，包括：

通过车联网获取路口信号灯转变为红灯的时刻t_R和转变为绿灯的时刻t_G，并由所述t_R和t_G获得允许车辆通过路口的时间t_p，则

通过车联网获取车辆到路口的距离d_v2i，则车辆可以通过路口的速度v_p为：

其中v_down、v_up分别表示车辆可以通过路口的速度下限和上限；

通过车联网获取车辆当前的行驶速度v_c，则车辆的加速度a的变化为：

其中a的取值判断是以当前即将通过路口的方向为正方向，分别对应减速、匀速和加速；

若v_c∈v_p则保持当前车速v_c通过路口；

若则对车辆的加速时油耗和车内人员对加速度的承受度进行约束：

v_h为车辆的平均速度，满足

v_d为v_h与v_c的差值，α、δ分别表示对油耗和车内人员对加速度的承受度的约束；

根据生成最优速度曲线，使车辆按照所述曲线进行速度的变换通过路口。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转变为红灯的时刻t_R由信号灯由绿灯转换为黄灯的时刻算起。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，δ＝max{δ}是在满足对油耗和车内人员舒适度的情况下取最大值，以保证车辆在按照最优速度曲线时油耗最低。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：使用NHTSA算法对车辆经过路口过程中的与前后车的临界报警距离进行计算，向驾驶人员提供相应的提示。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述临界报警距离的第一临界报警距离为：

其中，d₀是车头偏移距离，v是跟随在后方的车辆行驶速度，v_rel是跟随车辆和前行车辆之间的相对速度，a是跟随车辆的实时加速度，a_max是跟随车辆的最大制动减速度，a_rel是跟随车辆与前行车辆之间的相对加速度，T_R是反应时间，T_M是两辆车之间的相对速度达到零的时间，T_LS和T_FS分别是前方车辆和后方车辆的停车时间，其中

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述临界报警距离的第二临界报警距离为：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：若T_FS大于T_LS，则选择第一临界报警距离d_w1作为临界警告距离，否则则使用d_w2作为临界报警距离。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：若前行车辆的速度是恒定的或者前行车辆的最大制动减速度大于1m/s²，则选择第二临界报警距离d_w2作为临界警告距离。

9.一种基于车联网的车速引导系统，其特征在于，包括：

远程通信模块，所述远程通信模块用于和车联网的DSRC模块进行通信，以获取路口信号灯的转换和定时信息以及车辆到路口的距离信息、车速信息；以及主控制器，所述主控制器与车辆的智能控制系统连接，并根据所述远程通信模块获取的上述信息控制车辆通过路口。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括：报警模块，所述远程通信模块还获取车联网的DSRC模块提供的车辆车头偏移距离以及前后车辆的速度、加速度信息；所述主控制器根据所述远程通信模块获取的信息，测算出和前后车辆的临界报警距离并控制报警模块向驾驶员发出相应的报警。