CN109426245A - 车辆智能行车安全控制技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种车辆智能行车安全控制技术，提供了一种基于优先级控制自组网技术建立车辆间数据网络通信，利用车辆动态的空间坐标、行车目的、运动状态和运动变化意图信息数据做参数，通过运动干涉可能性算法确立车辆间即时交互通信对象，实现车辆间实时行车运动状态信息交互通信，达到车辆及时有效地获取周围其它车辆的运动状态和运动意图变化信息的目的，进而实现车辆间协同安全行车控制功能的技术方案，本发明利用基于车辆间动态行车数据的计算处理及数据通信，解决了现有车辆智能行车安全控制技术无法有效进行车辆间协同安全行车控制的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆智能行车安全控制技术，特别是涉及一种基于车辆间实时行车运动状态数据交互通信实现车辆间行车安全控制的技术。
背景技术
现有车辆行车安全控制技术大多采用基于反应控制机理的主动安全系统控制技术，主要是依靠车辆搭载的自治传感器，例如：车载微波雷达、车载激光雷达以及车载影像处理装置来完成车辆行车周围环境数据参数的生成和收集，根据感应装置收集的周围行车环境参数，结合车辆行车运动状态数据进行数据处理，生成车辆行车控制数据，车辆行车控制系统依照生成的车辆行车控制数据参数控制车辆行车状态变化。
这种基于反应控制机理的主动安全车辆控制技术主要是通过对行车路径、路面状态、路面障碍物物理参数以及障碍物运行轨迹进行分析计算，进而根据计算分析结果实现对车辆行车状态的控制，由于这种主动安全控制技术所依靠的自治传感器的覆盖范围有限存，对周围行车环境的感应存在盲区，以及行车环境的自适应性有限等技术问题，在这种技术模式下车辆无法及时有效的获取周围其它车辆的行车运动意图的变化信息，缺乏同其它车辆间的交互协调行车状态控制，无法主动利用其它车辆行车状态变化信息及时调整自身行车运动状态，在遇到周围其它车辆发生突发性运动状态变化时存在一定的安全风险,同时因为该技术下车辆和交通控制系统之间不能进行基于车辆即时动态行车数据的数据交互通信，无法实现车辆和交通控制系统之间的协调配合行车控制。。
随着通信技术应用的发展，在一些车辆上已经开始应用基于自组网技术的数据交互通信，通过车辆间的数据交互通信在主动安全系统中引入数据交互技术，实现车辆间的协作驾驶，现有车辆所采用的自组网技术大致上分为两类，一类为依托于路边基站设备的自组网技术，但是这种利用路边基站设备实现的自组网技术受限于基站信号覆盖范围等因素，加上车辆的高速移动以及参与数据交互对象的不确定性原因，在实际应用中并不能很好满足智能车辆在复杂多变环境下的应用需求，另外一类是采用类似于AD HOC技术的无中心对等车辆自组网移动通信技术，但是这种无中心对等自组网通信技术的技术原理决定了该自组网网络模式下无中央协调功能设备端存在，因此网络通信存在大量的介质访问控制问题，参与通信设备间存在信道拥塞冲突、通信终端间会出现隐藏节点、网络存在数据广播风暴隐患以及广播多跳路由模式下数据包转发效率较低等技术问题，在特殊的应用环境，如狭窄的道路、高密度车辆终端分布、车辆高速移动等情况下，该无中心对等自组网通信技术下的网络信息传输能力将会受到极大的影响，将出现丢包增加、延迟增大的技术问题，再加上这种无中心自组网通信技术存在通信数据优先级控制技术缺陷，无法根据数据紧急情况有效实现数据传输优先级控制，在车辆遇到需要紧急处理的安全事故时，无法优先完成重要安全数据针对特定目标的有效数据交互传输，而且这种基于数据广播通信模式的自组网技术在进行针对性交互对象选择时也存在一定的技术缺陷，造成网络信道资源利用效率较低，限制了车辆间数据传输实际使用带宽，由于以上技术原因严重影响了在真实环境下车辆间即时数据交互的效果，无法满足实际应用中在车辆高速运行状态下高密度车辆终端间，通过车辆间实时行车运动状态变化数据交互通信实现车辆安全行车控制的需要。
发明内容
为解决基于反应控制机理的车辆主动行车安全控制技术所存在的不能及时有效获取周围其它车辆运动状态和运动意图变化信息，无法进行车辆间相互协同运动控制的缺陷，为了改善车辆在应用现有对等自组网通信技术时存在信道拥塞冲突、广播多跳路由数据转发效率较低以及无法实现有效的数据传输优先级控制，不能保障车辆间进行高效稳定的即时数据交互通信，无法实现基于车辆间实时运动状态变化数据参数交互通信达到车辆间协同控制车辆行车状态的问题，为了解决车辆与交通控制系统间缺乏有效的数据交互通信，无法实现基于车辆和交通控制系统间即时车辆运动状态数据交互通信达到车辆和交通控制系统之间的协调配合控制的技术问题，本发明提供了一种车辆间以及车辆和交通控制系统设备间基于自组网技术建立数据网络通信，实现基于车辆三维空间位置参数、车辆行车目的、车辆运动状态以及车辆运动状态变化意图数据信息，利用运动干涉可能性算法确定车辆间即时数据交互通信对象筛选，通过车辆间以及车辆和交通控制系统设备间实时行车运动状态数据交互通信传输，达到协同控制车辆安全行车的技术方案。
本发明所采用的技术方案是：车辆搭载基于优先级控制自组网技术的网络通信模块，该通信模块将根据参与通信车辆或交通控制系统设备的通信模块所启用的网络服务状态、设备类型和设备硬件参数以及设备主物理地址作为优先级排序标准，按照优先级先后顺序启动不同的网络服务模式，启动为网络中心端服务模式的车辆或交通控制系统设备，接收其它启动为网络终端模式车辆的通信接入请求完成数据通信网络的建立，车辆搭载的基于应用数据的防火墙用于对通信数据进行数据过滤防护，车辆通过优先级控制自组网通信模块建立数据通信网络连接，新入网车辆通过数据通信网络发送包含自身基础运动参数的广播数据报文，其它车辆在接收到新入网车辆的广播报文后对比分析新入网车辆的基础运动参数，分析该新入网车辆是否和自身存在运动干涉可能，如果存在运动干涉可能则向对方反馈自身的基础运动参数信息，并请求建立即时数据交互通信，如果不存在运动干涉可能则暂时不反馈自身基础运动参数信息；车辆在运动中根据网络时隙控制定期通过数据通信网络发送包含自身基础运动参数信息的网络广播报文；车辆对所接收的网络广播通信报文进行计算分析筛选确定存在运动干涉可能的车辆，存在运动干涉可能的车辆互相发起即时数据交互通信请求，建立即时数据交互通信，进行包含车辆物理参数、行车目的、运动速度、运动状态变化意图等行车信息的数据交互传输，车辆接收和自己存在运动干涉车辆的实时运动状态变化数据，结合自身实时运动状态变化数据以及自身车载主动周围环境传感装置所生成的周围行车环境感应数据，对存在运动干涉可能的车辆的实时运动状态变化数据进行计算分析生成车辆安全辅助控制信息数据，将生成的车辆安全辅助控制信息数据发送给数据交互控制系统，必要时通过车辆行车控制系统优化车辆运行状态，实现车辆间交互行车安全控制。
车辆和交通控制系统之间基于自组网网络通信技术建立数据网络通信，交通控制系统通过数据网络通信获取交通道路路网内车辆的即时动态行车数据，车辆通过数据通信网络接收交通控制系统发布的交通控制信号配时信息以及交通流分流诱导信息，车辆根据以上信息实时调整自身的平均车速和行车路线，达到优化行车控制的目的。
上述基础运动参数包括车辆类型、车辆三维空间坐标、车辆运行速度、车辆行车目的；运动干涉可能性是指运动车辆间，从当前三维空间位置到行车目的地之间的运动轨迹交通路径中存在交汇通过的节点，或者同向运动双方的行车间距进入到需安全行车控制范围之内，存在近距离跟行、并行以及超车等对行车有一定安全影响因素的情况。
在车辆间网络交互通信过程中，处于网络中心端服务模式的车辆将根据数据通讯质量变化、车辆三维空间位置、车辆行进方向、车辆行车目的地差异、车辆平均行车车速等数据参数对车辆进行通信分组，自动完成通信网络拓扑结构优化，优化车辆间网络通信效果。
车辆与其它存在运动干涉可能车辆通过干涉节点后或脱离干涉范围后将自动结束即时数据交互通信，以优化网络通信质量。
车辆在接收其它车辆发送的广播通信报文时自动丢弃已建立即时数据通信车辆所发送的广播通信报文，仅接收分析未建立即时数据通信的车辆发送的广播通信报文，发现新的具有运动干涉可能的设备则发送建立即时数据通信的请求。
与现有的车辆间行车安全控制技术相比，本技术方案的优点和益处如下：
本发明基于优先级控制自组网技术的车辆行车安全控制技术解决了基于反应控制机理的车辆主动行车安全控制技术所存在的不能及时有效获取周围其它车辆运动状态和运动意图变化信息，无法进行车辆间相互协同运动控制的缺陷，解决了应用现有自组网技术车载交互通信所存在的通信信道拥塞冲突、网络数据广播风暴、数据通信传输效率较低以及无法实现数据传输优先级有效控制造成车辆间基于车辆行车状态变化数据实现车辆交互控制的稳定性难以得到有效保障的技术问题，通过中心端网络设备的有效协调控制优化了交互通信效果，实现了车辆间高效数据交互通信，解决了车辆间行车数据高即时性通信技术问题，解决了实际应用中现有自组网技术在高密度和高速移动状态下通信质量难以保障的技术问题，同时本技术方案还提供了车辆间优化网络通信质量的技术方案，实现了车辆间进行高质量数据交互传输，进行行车安全交互协调控制提供了一种可靠的整体技术解决方案，具体显著特点如下：
（1）解决了基于反应控制机理的车辆主动行车安全控制技术所存在的不能及时有效获取周围其它车辆运动状态和运动意图变化信息，无法进行车辆间相互协同运动控制的缺陷。
（2）解决了车辆应用现有自组网通信技术所存在的通信信道冲突拥塞、网络通信优先等级缺乏有效控制、网络通信效率较低，在实际应用中，道路高密度车辆终端环境下因网络通信质量严重下降造成无法实现基于行车运动状态数据交互通信技术达到车辆行车安全控制的问题。
（3）实现了车辆间网络通信信道的有效控制，根据车辆间的数据通信状态、通信质量、行车状态、行车目的地以及车辆平均行车速度等参数进行车辆间分组通信，优化了车辆间数据通信的通信质量和通信保持性优化，提高了车辆间行车状态数据传输的效率以及车辆间网络拓扑结构自动调整的效率，提高了车辆间运动状态数据传输的可靠性。
（4）利用车辆间运动干涉可能性筛选算法，有效地解决了车辆间即时运动数据交互对象确定的问题。
（5）利用车辆间运动干涉性算法实现了车辆运动状态优先交互对象的确定，通过运动干涉对象间的运动状态变化数据即时交互通信，提高了车辆间行车状态变化交互的效率，实现了车辆间具有针对性的高安全风险行车状态变化数据的实时交互通信，实现了车辆和针对性目标之间基于互相之间实时动态行车状态数据交互通信达到车辆安全行车控制的目的。
（6）利用车辆和交通控制系统之间的数据网络通信，实现交通控制系统获取交通道路路网内车辆的即时动态行车数据信息和车辆实时接收交通控制系统发布的交通控制信号配时信息和交通流分流诱导信息，达到了优化车辆行车控制的效果。
附图说明
图1是本发明技术方案基本原理图。
图2是本发明技术方案车辆间运动干涉可能性计算原理图。
图3是本发明技术方案车辆间行车交互协调控制原理示意图。
图4是本发明技术方案数据交互通信质量优化方案原理图。
图5是本发明技术方案车辆与交通控制系统间数据网络通信示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的技术方案原理做进一步说明：
图1本发明技术方案基本原理图，图1中应用本发明车辆间智能交互通信技术的车辆通过优先级控制通信模块建立基础数据通信网络连接，新加入数据通信网络的车辆或自身行车运动状态发生变更的车辆，主动发送包含有自身基础运动状态参数数据的广播通信报文，基础运动状态参数数据包括：车辆类型、车辆三维空间位置、车辆行车目的地以及车辆行车速度，在发送完广播通信报文后接收其它车辆发送的包含基础运动状态的广播通信报文或其它车辆的即时数据通信请求，应用数据包过滤防火墙对数据进行安全性过滤，读取接收到的通信报文信息内容，计算分析是否有和自身行车运动存在运动干涉可能车辆的存在，如果无和自身行车存在运动干涉可能存在的车辆，结束运动干涉可能存在计算，根据网络通信时隙轮询控制准备进行下一轮包含自身基础运动状态的广播通信报文的发送，如果存在和自身行车运动存在干涉可能的车辆则向对方发起建立即时数据通信的请求，建立即时数据交互通信，双方进行实时行车运动状态数据交互通信，车辆结合自身车载周围行车环境感应装置数据对即时交互行车数据进行可靠性验证，如果未通过可靠性验证则反馈数据异常警告，并通知对方重新建立即时数据交互通信，如果通过可靠性验证。则将即时交互数据结合车载周围行车环境感应装置的数据生成行车控制数据，将生成的行车控制数据发送至车辆行车交互控制界面，必要时将行车控制数据直接发送至车辆行车控制系统，优化车辆行车状态，规避行车安全隐患。
图2是本发明技术方案车辆间运动干涉可能性计算原理图，图2中应用本发明车辆间智能交互通信技术的车辆接收到其它车辆发送的包括基础运动状态参数的广播通信报文，读取报文中包含的信息，通过对比分析对方的车辆类型和三维空间位置参数数据，判断双方是否处于需要进行安全行车控制安全范围之内，是则判定为双方存在运动干涉可能，向对方发起建立即时数据交互通信的请求，否则根据双方三维空间位置参数及行车目的地判断双方行车路径是否存在交汇点，存在交汇点则根据当前三维空间位置至交汇点的距离以及行车车速判定双方是否同时抵达交汇点，如果同时抵达交汇点则判定双方存在运动干涉可能，向对方发起建立即时数据交互通信的请求，如果不是同时抵达交汇点则判定双方不存在运动干涉可能结束干涉可能计算，如果双方行车路径不存在交汇点，根据三维空间位置和行车方向判断双方是否为相同道路同向行驶，如果不是则判定双方不存在运动干涉可能，结束干涉可能计算，如果是相同道路同向行驶则根据双方三维空间位置和行车车速差距计算双方是否存在进入需行车安全控制范围之内，是则判定双方存在运动干涉可能，向对方发起建立即时数据交互通信的请求，如果不是则判定双方不存在运动干涉可能，结束运动干涉可能计算。
图3是本发明技术方案车辆间即时数据交互通信建立原理示意图，图3中数据通信网络中存在车辆A、车辆B和车辆C三辆应用了应用本发明车辆间智能交互通信技术的车辆，车辆A发送包含基础运动状态的广播通信报文，车辆B和车辆C接收到车辆A发送的广播通信报文后进行干涉可能计算分析，经计算分析后，车辆B发现和车辆A之间存在运动干涉可能，车辆B向车辆A发起建立即时数据通信的请求，车辆A在接收车辆A反馈的建立即时数据通信的请求后和车辆B之间建立即时数据交互通信，双方通过即时数据交互通信交换实时行车状态变化数据参数，然后结合自身车载周围空间感应装置的数据生成车辆控制参数，实现车辆间行车安全数据的即时数据交互通信；车辆C接收到车辆A发送的广播通信报文后进行干涉可能计算分析，经计算分析后，发现车辆A和车辆C之间不存在运动干涉可能，车辆C结束运动干涉可能计算，根据网络通信时隙控制轮询排序结果发送包含自身基础运动状态的广播通信报文。
图4是本发明技术方案数据交互通信质量优化方案原理图，在图4中车辆A、B、C、D、E、F组成数据数据通信网络，车辆C为当前网络中心端设备，车辆A、B、D、E、F以车辆C为数据通信交换中心，期间车辆A、B之间存在运动干涉可能双方建立即时数据交互通信，车辆D、E、F之间存在运动干涉可能互相建立即时数据通信，车辆B经监测网络内各车辆间的数据交互通信状态并结合各车辆的行车目的地以及车辆平均行车速度等参数，对参与网络交互通信的车辆进行通信分组，车辆A、B、C分为一组以车辆C为网络通信中心，车辆D、E、F分为一组车辆E为网络通信中心，车辆B作为网络通信中心保持与次级网络中心端车辆E的数据通信连接，通过网络通信分组调整改变原有网络拓扑结构优化车辆间数据交互通信质量及网络通信保持质量，实现了运动干涉车辆间更加稳定的通信质量的维持。
图5是本发明技术方案车辆与交通控制系统间数据网络通信示意图，在图5中搭载自组网数据通信模块的车辆与交通控制系统的无线信号基站建立数据网络通信，车辆将包括自身三维空间位置、车辆物理参数、车辆型号、车速、行车方向、行车目的地等基础行车运动状态参数的数据通过交通控制系统的无线信号基站发送给交通控制系统，交通系统完成车辆即时动态行车数据信息收集工作，交通控制系统将交通控制信号配时信息和交通流分流诱导信息通过交通控制系统的无线信号基站发送给车辆，车辆根据接收到的交通控制信号配时信息调整平均车速以适应交通控制信号配时管制方案，根据接收到的交流分流诱导信息结合自身的行车目的地信息调整车辆的行车路线，避开交通拥堵路段，优化行车控制。
Claims (10)
1.一种车辆智能行车安全控制技术，其特征在于：所述车辆智能行车安全控制技术包含车辆间以及车辆和交通控制系统设备间，使用基于自组网网络通信技术建立车辆间以及车辆和交通控制系统设备间的数据网络通信；车辆通过数据通信网络发送和接收包含车辆基础运动状态参数的广播通信报文；车辆根据所接收的广播通信报文所包含的车辆类型、车辆三维空间位置、车辆行车速度以及车辆行车方向数据信息结合自身相应数据参数信息进行计算分析，根据计算分析结果筛选出参与网络通信的车辆中和自身存在运动干涉可能的车辆；具有运动干涉可能的车辆间建立即时数据交互通信，交互传输车辆的实时运动状态数据，将接收到的和自身存在运动干涉车辆的实时运动状态变化数据结合车辆自身车载周围行车环境感应设备数据进行计算分析，生成行车状态安全控制数据，将生成的行车状态安全控制数据反馈给车辆行车交互控制系统或车辆行车控制系统，进而实现车辆间基于即时数据交互通信技术的车辆智能行车安全控制功能；车辆和交通控制系统设备间建立数据网络通信，交通控制系统通过数据网络通信获取交通道路路网内车辆的即时动态行车数据，并把交通控制信号配时信息和交通流分流诱导信息发送给交通道路路网内的车辆，车辆根据以上信息自动优化自身的行车状态和行车路线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的车辆智能行车安全控制技术包括应用于车辆间以及车辆和交通控制系统设备之间通过自组网网络通信技术建立数据网络通信的方法。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的车辆智能行车安全控制技术包括车辆基于计算分析参与数据通信的其它车辆是否存在和自身有运动干涉可能的目的，通过数据通信网络发送和接收包含车辆类型、车辆三维空间位置、车辆行车目的地以及车速等自身基础运动状态参数信息的广播通信报文的方法。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的车辆智能行车安全控制技术包括车辆通过分析计算所接收的数据广播通信报文包含的其它车辆基础运动状态参数数据，判断其它参与数据网络通信的车辆是否和自身存在运动干涉可能方法。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的车辆智能行车安全控制技术包括用于存在运动干涉可能车辆间建立基于各自车辆的实时运动变化状态数据交互传输为目的即时数据交互通信的方法。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的车辆智能行车安全控制技术包括结合车载周围运动环境感应装置数据对车辆间即时交互传输的运动状态变化数据进行可靠性验证的方法。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的车辆智能行车安全控制技术包括结合和自身存在运动干涉可能的车辆的实时行车运动状态变化数据、自身的实时行车运动状态变化数据以及车载周围环境感应装置数据，生成行车安全控制数据的方法，以及将生成的行车安全数据反馈给车辆行车控制交互系统或车辆行车控制系统的方法。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的车辆智能行车安全控制技术包括车辆与交通控制系统设备之间基于自组网技术建立数据网络通信，实现交通控制系统收集车辆的即时动态行车数据，车辆接收交通控制系统的交通控制信号配时信息和交通流分流诱导信息的方法。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的车辆智能行车安全控制技术包括用于根据车辆间数据通信状态、车辆行车目的地、车辆行进方向以及车辆平均行车速度对车辆间交互数据通信进行通信分组，优化车辆间数据网络通信质量，提高车辆行车安全控制质量的方法。
10.一种运动平台运动控制技术，基于本技术方案原理，用于运动平台间相互协同运动安全控制，所使用运动控制技术执行权利要求1-9中任何一项所述的方法。
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