CN109703558A - 基于物联网的汽车预警安全系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网的汽车预警安全系统，包括：用于获取本车当前加速度值的加速度传感器、用于获取本车当前速度值的速度传感器、用于获取本车当前位置信息的GPS定位装置、用于计算行驶方向及判断是否发送碰撞的主处理器、用于发送车辆信息的DSRC发射设备、用于接收车辆信息的DSRC接收设备、用于显示车辆周边情况及突显即将发送碰撞车辆的显示器、用于语音告警的语音警告装置、用于制动汽车的电控制动系统和用于引爆安全气囊的安全气囊引爆器。利用上述本发明，能够更加快捷、直观地展示车辆的周边情况以及快速地产生预警信号，有效地提醒司机，还能够在发生碰撞之前主动帮助车辆减速，提前释放安全气囊，减轻人员受到的伤害。

Description

基于物联网的汽车预警安全系统

技术领域

本发明涉及汽车预警技术领域，更为具体地，涉及一种基于物联网的汽车预警安全系统。

背景技术

现有的汽车防碰撞系统主要有两种类型，一种是采用机械装置减小碰撞冲击，提高汽车安全性，另一种是通过GPS、红外线测距仪等设备发出警告信号，提醒司机，避免碰撞。

例如：申请号为201610064475.6，名称为“用于汽车防碰撞的方法、装置及汽车”的专利申请。该方案通过GPS定位，多次采集数据，使用算法计算出车辆位置，发送给其他车辆。但该方案需要多次收集DPS数据，上传给服务器，再传给车辆，所需时间较长，且容易受服务器载荷影响，反应较慢。

又如：申请号为201610585051.4，名称为“一种智能汽车防碰撞装置”的专利申请。该方案通过传感器测量距离，在距离过近时发出警告。但该方案受传感器精度限制，无法实现远距离的预警，且反应时间较短，容错率低，驾驶者操作不当时仍容易造成事故发生。

再如：申请号为201710296882.4，名称为“一种基于DSRC通信的异常车辆预警方法”的专利申请。该方案可以让产生异常的车辆发出警告信号，对周边正常行驶的车辆产生预警，避免事故产生。但该方案只能发出预警，不能够实质性地帮助司机，减少受到的伤害。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于物联网的汽车预警安全系统，以解决上述背景技术所指出的问题。

本发明提供的基于物联网的汽车预警安全系统，包括：分别安装在汽车上的加速度传感器、速度传感器、GPS定位装置、主处理器、DSRC发射设备、DSRC接收设备、显示器、语音警告装置、电控制动系统和安全气囊引爆器；其中，每辆汽车上安装的加速度传感器分别用于获取本车当前的加速度值传送至本车上安装的主处理器；每辆汽车上安装的速度传感器分别用于获取本车当前的速度值传送至本车上安装的主处理器；每辆汽车上安装的GPS定位装置分别用于获取本车当前的位置信息传送至本车上安装的主处理器；每辆汽车上安装的主处理器包括行驶方向计算模块、路径冲突判断模块、碰撞判断模块和信号发送模块；其中，行驶方向计算模块用于根据本车当前的加速度值、速度值和位置信息计算出本车的行驶方向；路径冲突判断模块用于结合本车与其它车辆的加速度值、速度值、位置信息、行驶方向判断本车与其它车辆的行驶路径是否发生路径冲突；碰撞判断模块用于在路径冲突判断模块判断出本车与其它车辆的行驶路径发生路径冲突时，判断两车发生碰撞的时间是否小于预设的阈值，如果该时间小于预设的阈值，通过预设的车辆最大加速度a_1max、最大制动减速度a_2max，以及车辆极限转角β得到离散化的未来时刻所有时空位置序列，如果经检测所有时空位置序列下均发生碰撞则判断两车即将发生碰撞；信号发送模块用于在碰撞判断模块判断出两车即将发送碰撞时，分别向本车的显示器、语音警告装置、电控制动系统和安全气囊引爆器分别发送警示信号、语音告警信号、制动信号和气囊引爆信号；每辆汽车上安装的DSRC发射设备用于将本车当前的加速度值、速度值、位置信息及行驶方向传送至预设范围内的其它车辆上安装的DSRC接收设备；每辆汽车上安装的DSRC接收设备用于接收其它车辆上安装的DSRC发射设备发送的汽车的加速度值、速度值、位置信息及行驶方向；每辆汽车上安装的显示器与对应的主控制器连接，用于显示预设范围内的其它车辆位置、行进方向、速度，以及根据信号发送模块发送的警示信号高亮显示即将发送碰撞的车辆；每辆汽车上安装的语音警告装置与对应的主控制器连接，用于根据信号发送模块发送的语音告警信号发出语音告警；每辆汽车上安装的电控制动系统与对应的主控制器连接，用于根据该主控制器发送的制动信号对本车进行制动；每辆汽车上安装的安全气囊引爆器与对应的主控制器连接，用于根据该主控制器发送的气囊引爆信号引爆本车的安全气囊。

此外，优选的方案是，显示器通过RGB色彩模式显示即将发送碰撞的车辆，高亮显示的颜色分别为R＝255×T₀/T、G＝255×(1-T₀/T)、B＝0；其中，R表示红色，G表示绿色，B表示蓝色。

利用上述本发明的基于物联网的汽车预警安全系统，能够更加快捷、直观地展示车辆的周边情况以及快速地产生预警信号，有效地提醒司机，还能够在发生碰撞之前主动帮助车辆减速，提前释放安全气囊，减轻人员受到的伤害。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的基于物联网的汽车预警安全系统的逻辑结构示意图；

图2为根据本发明实施例的基于物联网的汽车预警安全系统的第一情景示意图；

图3为根据本发明实施例的基于物联网的汽车预警安全系统的第二情景示意图。

其中的附图标记包括：加速度传感器1、速度传感器2、GPS定位装置3、主处理器4、行驶方向计算模块41、路径冲突判断模块42、碰撞判断模块43、信号发送模块44、DSRC发射设备5、DSRC接收设备6、显示器7、语音警告装置8、电控制动系统9和安全气囊引爆器10。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

如图1所示，本发明提供的基于物联网的汽车预警安全系统，包括：如图1所示，本发明提供的基于物联网的汽车预警安全系统，包括：分别安装在汽车上的加速度传感器1、速度传感器2、GPS定位装置3、主处理器4、DSRC发射设备5、DSRC接收设备6、显示器7、语音警告装置8、电控制动系统9和安全气囊引爆器10；其中，

每辆汽车上安装的加速度传感器1分别用于获取本车当前的加速度值传送至本车上安装的主处理器4。

每辆汽车上安装的速度传感器2分别用于获取本车当前的速度值传送至本车上安装的主处理器4。

每辆汽车上安装的GPS定位装置3分别用于获取本车当前的位置信息传送至本车上安装的主处理器4。

每辆汽车上安装的主处理器4包括行驶方向计算模块41、路径冲突判断模块42、碰撞判断模块43和信号发送模块44；其中，

行驶方向计算模块41用于根据本车当前的加速度值、速度值和位置信息计算出本车的行驶方向。

路径冲突判断模块42用于结合本车与其它车辆的加速度值、速度值、位置信息、行驶方向判断本车与其它车辆的行驶路径是否发生路径冲突。

碰撞判断模块43用于在路径冲突判断模块判断出本车与其它车辆的行驶路径发生路径冲突时，判断两车发生碰撞的时间是否小于预设的阈值，如果该时间小于预设的阈值，通过预设的车辆最大加速度a_1max、最大制动减速度a_2max，以及车辆极限转角β得到离散化的未来时刻所有时空位置序列，如果经检测所有时空位置序列下均发生碰撞则判断两车即将发生碰撞。

碰撞判断模块43在判断两车发生碰撞的时间是否小于预设的阈值的过程中，仅根据本车碰撞外观形状尺寸生成当前帧本车空间占用矩阵M₀₀，每个时间帧长度为t，t_i为未来第i时刻。那么t_i时刻时，本车路径长度为l_i＝t_i×v₀，本车行驶车道路径轨迹点集合中位于本车位置之后的第a个轨迹点至本车当前位置的沿车道路程长度为l_{lanepoint a}，找到本车路径长度l_{lanepoint a}<l_i＜l_{lanepoint a+1}，可确定在t_i时刻，本车位于本车行驶车道路径轨迹点集合中序列号为n和(n+1)的轨迹点之间某位置，序号为a的轨迹点和序号为(a+1)的轨迹点的车辆应当处于的位姿坐标为(x_a，y_a，β_a)、(x_a+1，y_a+1，β_a+1)，序号为n的轨迹点和序号为(a+1)的轨迹点之间的间距为l_{a a+1}，本车路径长度l_i超过序号为n的轨迹点长度为l_{pass i}、，设本车在t_i时刻，本车的位姿坐标(x_i，y_i，β_i)，则有x_i＝(k+1)x_a+kx_a+1，y_i＝(k+1)y_a+ky_a+1，β_i＝(k+1)β_a+kβ_a+1。根据该点位置坐标以及航向偏角，将本车碰撞外观形状矩阵平移使碰撞外观形状矩阵锚定点位于(x_i，y_i)，并旋转β_i，生成未来第i时间帧，本车预测空间占用地图矩阵M_0i。以上矩阵均采用当前时刻本车坐标系，并依时间帧顺序进行叠加，得到本车每帧的空间占用地图时空三维矩阵M_A。通过车联网通信手段，获取其他交通参与车辆的行驶信息，利用与本车占用地图时空三维矩阵生成方法类似的过程，根据交通参与车辆m的碰撞外观形状尺寸生成及其路径、速度，逐帧生成当前时刻本车坐标系下的第i时刻各车预测空间占用地图矩阵M_mi，以上时空占用地图矩阵下表数字前一个代表交通参与者编号、后一个为时间帧序号。除本车外的所有其他交通参与者的相同时间帧空间占用矩阵进行逻辑或操作，并依时间帧顺序进行叠加，得到三维的全交通参与者空间占用时空矩阵M_B。通过将本车每帧的空间占用地图时空三维矩阵与全交通参与者空间占用时空三维矩阵进行逻辑与操作，得到碰撞矩阵M_C。从0开始，逐帧检索碰撞矩阵中是否有元素为1。如果所有元素均为0，则说明该预测时间内不会发生碰撞，如果第i₁、i₂、i₃、…、i_n帧存在为1的元素，则说明i₁、i₂、i₃…i_n中的最小帧发生了碰撞，即碰撞时间为t_collision＝t_frame·min{i₁、i₂、i₃、…、i_n}

碰撞判断模块43在通过预设的车辆最大加速度a_1max、最大制动减速度a_2max，以及车辆极限转角β得到离散化的未来时刻所有时空位置序列的过程中，根据预设的车辆最大加速度a_1max、最大制动减速度a_2max，将其按照加速度微元a_σ将本时刻所有可能加速度离散为m₁个，分别为本车当前车速为v₀₀，得到根据车辆极限转角β，将其按照角度微元角度β_σ将本时刻所有可能运动偏角离散为m₂个。其系统时间帧长度t_frame，当处于第i关键时间帧时。对应着每帧m₁个可能加速度，每个上一时刻可能速度对应本时刻有m₁个可能车速，所以本关键时间帧共有m₁ ⁱ个可能速度，在这里用v代表某一当前时间帧可能车速，确定其路径步长l_step＝n_keyyvt_frame，上式中n_key为每次计算间隔的时间帧个数，有m₁ ⁱ个可能的路径步长l_{step i}。

若当前时间帧车辆轨迹点位姿坐标为(x₀，y₀，β₀)则下一关键时间

其中，

为关键时间帧的总个数。

则任意时间帧位姿坐标计算如下，设t为n_keyi到n_key(i+1)之间某一时刻，设则x_m＝x_ni+ktl_stepcosβ_n(i+1)，y_n(i+1)＝y_ni+k_tl_stepsinβ_n(i+1)。

按照上述方法，在第1个关键帧，生成m₁×m₂个可能轨迹点，在第i个关键事件帧生成(m₁×m₂)ⁱ条可能轨迹序列，总共生成条可能轨迹序列，在计算资源不充足的情况下，此处应采用多进程算法进行多核计算，以增强实时性。设将刚刚得到的p个可能时空位姿序列，重新标号为0～p。

碰撞判断模块43在根据时空位置序列判断是否发生碰撞的过程中，通过预存高精度地图在本车一定距离范围内的信息，通过坐标转换，由原始坐标转换到当前时刻本车坐标系下，生成静态交通边界矩阵M_static(有静态障碍物的栅格位置在矩阵的对应位置上元素为1，否则为0)。该静态交通边界矩阵M_static与全交通参与者空间占用时空矩阵M_B每帧进行逻辑或运动，得到交通环境矩阵M_env。根据得到的所有可能时空位姿序列集合0～p与车辆碰撞外观尺寸S生成各个可能时空位姿序列对应的本车预测时空占用矩阵M_Ap，p为可能时空位姿序列序号。各时空占用矩阵M_Ap与交通环境矩阵M_env分别进行逻辑与运算，得到碰撞矩阵M_Cp，如果所有碰撞矩阵M_Cp中均有元素为则说明两侧和即将发横碰撞。

信号发送模块44用于在碰撞判断模块43判断出两车即将发送碰撞时，向本车的显示器发送警示信号和用于向本车的语音警告装置发送语音告警信号。

每辆汽车上安装的DSRC发射设备5用于将本车当前的加速度值、速度值、位置信息及行驶方向传送至预设范围内的其它车辆上安装的DSRC接收设备6。

每辆汽车上安装的DSRC接收设备6用于接收其它车辆上安装的DSRC发射设备5发送的汽车的加速度值、速度值、位置信息及行驶方向。

每辆汽车上安装的显示器7与本车的主控制器4连接，用于显示预设范围内的其它车辆位置、行进方向、速度，以及根据信号发送模块44发送的警示信号高亮显示即将发送碰撞的车辆。

显示器7通过RGB色彩模式对即将发生碰撞的车辆进行高亮显示，当预计碰撞时间T小于阈值T₀时，高亮警示颜色为R＝255×T₀/T、G＝255×(1-T₀/T)、B＝0，其中，R表示红色，G表示绿色，B表示蓝色。

每辆汽车上安装的语音警告装置8与本车的主控制器4连接，用于根据信号发送模块44发送的语音告警信号发出语音告警。

每辆汽车上安装的电控制动系统9与本车的主控制器4连接，用于根据信号发送模块44发送的制动信号对本车进行制动，降低两车碰撞时的速度。

每辆汽车上安装的安全气囊引爆器10与本车的主控制器4连接，用于根据信号发送模块44发送的气囊引爆信号引爆本车的安全气囊，减轻对车内人员的伤害。

图2示出了根据本发明实施例的基于物联网的汽车预警安全系统的第一情景。

如图2所示，A车与B车即将在一个十字路口相遇，由于建筑物的遮挡，两车无法看见对方，此时A车、B车收集自身的速度、加速度以及GPS位置，分别通过DSRC信号发送给对方，在双方在收到信号后，由主处理器计算处理以后，显示在显示器上，司机得知即将有一辆车在前方的十字路口与自己相遇，司机降低速度，小心驾驶，避免两车相撞。

图3示出了根据本发明实施例的基于物联网的汽车预警安全系统的第二情景。

如图3所示，A车跟在B车身后，且A车车速较快，两车车距较近；此时A车无法避免即将撞上B车，B车发送自身的速度、加速度、GSP位置信号给A车，A车得到这些信号后，和自身的速度、加速度、GPS位置信息结合，计算得出两车的距离以及碰撞时间，再通过电控制动系统对车辆产生制动，并且操纵安全气囊引爆器，提前引爆安全气囊，从而最大程度地减轻碰撞对车内人员的伤害。

以上，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权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于物联网的汽车预警安全系统，其特征在于，包括：分别安装在汽车上的加速度传感器、速度传感器、GPS定位装置、主处理器、DSRC发射设备、DSRC接收设备、显示器、语音警告装置、电控制动系统和安全气囊引爆器；其中，

每辆汽车上安装的加速度传感器分别用于获取本车当前的加速度值传送至本车上安装的主处理器；

每辆汽车上安装的速度传感器分别用于获取本车当前的速度值传送至本车上安装的主处理器；

每辆汽车上安装的GPS定位装置分别用于获取本车当前的位置信息传送至本车上安装的主处理器；

每辆汽车上安装的主处理器包括行驶方向计算模块、路径冲突判断模块、碰撞判断模块和信号发送模块；其中，

所述行驶方向计算模块用于根据本车当前的加速度值、速度值和位置信息计算出本车的行驶方向；

所述路径冲突判断模块用于结合本车与其它车辆的加速度值、速度值、位置信息、行驶方向判断本车与其它车辆的行驶路径是否发生路径冲突；

所述碰撞判断模块用于在所述路径冲突判断模块判断出本车与其它车辆的行驶路径发生路径冲突时，判断两车发生碰撞的时间是否小于预设的阈值，如果该时间小于预设的阈值，通过预设的车辆最大加速度a_1max、最大制动减速度a_2max，以及车辆极限转角β得到离散化的未来时刻所有时空位置序列，如果经检测所有时空位置序列下均发生碰撞则判断两车即将发生碰撞；

所述信号发送模块用于在所述碰撞判断模块判断出两车即将发送碰撞时，分别向本车的显示器、语音警告装置、电控制动系统和安全气囊引爆器分别发送警示信号、语音告警信号、制动信号和气囊引爆信号；

每辆汽车上安装的DSRC发射设备用于将本车当前的加速度值、速度值、位置信息及行驶方向传送至预设范围内的其它车辆上安装的DSRC接收设备；

每辆汽车上安装的DSRC接收设备用于接收其它车辆上安装的DSRC发射设备发送的汽车的加速度值、速度值、位置信息及行驶方向；

每辆汽车上安装的显示器与本车的主处理器连接，用于显示预设范围内的其它车辆位置、行进方向、速度，以及根据所述信号发送模块发送的警示信号高亮显示即将发送碰撞的车辆；

每辆汽车上安装的语音警告装置与本车的主处理器连接，用于根据所述信号发送模块发送的语音告警信号发出语音告警；

每辆汽车上安装的电控制动系统与对应的主控制器连接，用于根据该主控制器发送的制动信号对本车进行制动；

每辆汽车上安装的安全气囊引爆器与对应的主控制器连接，用于根据该主控制器发送的气囊引爆信号引爆本车的安全气囊。

2.如权利要求1所述的基于物联网的汽车预警安全系统，其特征在于，所述显示器通过RGB色彩模式显示即将发送碰撞的车辆，高亮显示的颜色分别为R＝255×T₀/T、G＝255×(1-T₀/T)、B＝0；其中，R表示红色，G表示绿色，B表示蓝色。