CN109767651A - 一种v2x环境下典型弯道区域无缝通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种V2X环境下典型弯道区域的无缝通信方法，属于交通信息感知和通信领域。该方法包括：提取弯道中人、车、路、环境信息，对数据进行处理，建立汽车弯道避撞安全距离方程和吸引力因子模型；判断前后车相对距离Dr是否小于安全距离，判断安全度的评价等级，并根据判断决定是否切换通信模式及是否启动避撞系统。本发明充分考虑了多因素对驾驶员驾驶操作的影响，为无缝通信的判决提供参考依据并提高了行车安全性。

Description

一种V2X环境下典型弯道区域无缝通信方法

技术领域

本发明属于交通信息感知和通信领域，主要涉及一种V2X环境下典型弯道区域无缝通信 方法。

背景技术

弯道驾驶技术对于驾驶员是一项重要的驾驶技术，弯道行驶中有障碍物遮挡，人、车路、 环境是影响行驶安全度的四大主要因素。驾驶员对于进入弯道的即时状况和突发事件的了解 有延时，极易导致弯道驾驶事故的发生。鉴于此，寻找一种更有效的通信交互方式，提高数 据传输速率，提前、准确、全方位地接收到实时的弯道路况信息从而提示驾驶员做出相应的 预防措施，将很大程度避免交通事故发生。因此，需要一种方案能够改变单一的通信方式， 设计更有效的无缝通信方式。

基于V2X(Vehicle to Vehicle and Vehicle to Infrastructure)车路协同技术已经成为目前国 际智能交通领域的热门技术和研究焦点，该项技术是搭载先进的车载传感器、控制器、执行 器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与X(人、车、路、后台等)智能信息的交换共 享，其具有突破视觉死角的信息获取能力，具备智能决策、协同控制和执行等功能。因此， V2X为提高驾驶安全性、减少事故发生提供了更高条件。

无缝通信技术是指由系统中心监测并判决，将一个处于联系状态的移动终端转换到新的 信道上，并保持已经建立的链路不被中断的过程。其中的判决即要求一种能考虑多因素的预 测方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种V2X环境下进行弯道无缝通信方法，将V2X车 联网和自车传感系统提供的有效数据综合起来，将弯道分为人、车、路、环境因素，充分考 虑了车辆整个行驶环境的影响，预测车辆的最佳通信方式并适当限制车辆速度，达到安全行 车目的。通过建立汽车弯道避撞安全距离方程判断安全距离后，构建行车安全度方程，提取 驾龄、信用评分、车辆类型、侧向附着系数、路段车流量、天气这六个指标，建立吸引力因 子和吸引力之间的回归方程，并以此为基础设计一种V2X环境下的无缝通信方法，即实现驾 驶员的通信方式可实时更换，及时收到环境信息，从增强信息交流方面提高其驾驶的安全性。

本发明的技术方案如下：

一种V2X环境下典型弯道区域无缝通信方法，其步骤如下：

S1：获取由V2X车联网和自车传感模块采集的弯道车辆行车信息：获取前车的行驶速度V_f，前后辆车间的相对距离D_r，结合定位模组获得弯道半径R；由车载传感模块获取自车的行 驶速度V_r，同时提取车辆驾驶员驾龄、信用评分、车辆类型、侧向附着系数、路段车流畅通 度、天气条件影响因素；

S2：通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车弯道避撞安全距离方程；

所述汽车弯道避撞安全距离方程为：

其中，D_w:弯道避撞预警距离；

D_b:弯道中车辆强制制动距离；

D_h:表示相对速度消除后，自车与目标车辆间仍要保持的距离；

T_r-d:驾驶员反应时间，即驾驶员发现前方车辆并即时制动，到脚踩上制动踏板的时间；

T_r-b:车辆制动系统响应并制动时间；

V_f:前车车速(注：前车若为对向来车时，计算时速度取负值，表示方向相反)；

g:重力加速度；

μ:路面附着系数；

S3：将由车联网系统获取的相关因素数据代入汽车弯道避撞安全距离方程中进行求解计 算，得到弯道避撞预警距离D_w及弯道强制制动距离D_b；

根据安全距离方程，该方程仅能反映车速与弯道半径对安全距离的影响，不能完全代表 行车安全，行车安全还会受很多其他因素影响比如车流畅通度、天气条件等，在受到一些不 可预知因素的影响时往往不足以使车辆安全行驶，在此结合运用行车安全的吸引力因子模型 使降低汽车驾驶受外界因素的影响；

S4：建立吸引力因子模型，联系安全距离与吸引力因子模型，采用线性回归方程建立吸 引力因子模型对弯道可靠性评测的方法；

S5：数据处理：清除缺失值数据；提取车辆驾驶员驾龄、信用评分、车辆类型、侧向附 着系数、路段车流畅通度、天气条件六个因素；

S6：建立行车安全度方程Y₁＝β₀+β₁x₁+β₂x₂+……+β_mx_m+ε，其中：β为回归系数，ε为满足 正态分布的随机误差；

S7：建立吸引力因子回归模型Y＝5x₁+1.25x₂+0x₃+1.25x₄+1.75x₅+0.75x₆；其中x₁～x₆分别为 车辆驾驶员驾龄、信用评分、车辆类型、侧向附着系数、路段车流畅通度、天气条件；

S8：判断通信方式，综合汽车弯道避撞安全距离方程和吸引力因子模型对车辆通信方式 进行决策；

当两车同时同方向驶入弯道时：

测量的前后车相对距离D_r＞D_w时：

当安全度Y为良时，通信选择系统保持原有通信方式；避撞系统不开启；

当安全度Y为合格时，通信选择系统保持原有通信方式；避撞系统不开启；

当安全度Y为不合格时，通信选择系统不工作，即仍采取车-路通信；避撞系统工作，车 载装置提示驾驶员安全度过小应小心行驶；

测量的前后车相对距离D_w≥D_r＞D_b时：

当安全度Y为良时，通信选择系统保持原有通信方式；避撞系统不开启；

当安全度Y为合格时，通信选择系统工作，发出车车通信请求，若其中任一方不做选择 或拒绝，则判定车-车通信失效，仍保持原有通信方式；避撞系统工作，车载装置发出减速提 示；

当安全度Y为不合格时，通信选择系统工作，发出车车通信请求，若其中任一方不做选 择或拒绝且仍保持原速行驶，则自动转换车车通信；避撞系统工作，车载装置发出减速提示， 路侧装置发出预警音；

测量的前后车相对距离D_r≤D_b时：

当安全度Y为良时，通信选择系统工作，自动切换车-车通信；避撞系统工作，车载装置 发出减速提示；

当安全度Y为合格时，通信选择系统工作，自动转换车车通信；避撞系统工作，车载装 置强制后车减速，并且后车发出鸣笛和双闪；

当安全度Y为不合格时，通信选择系统工作，自动转换车车通信；避撞系统工作，车载 装置强制后车减速，并且后车发出鸣笛和双闪，路侧装置发出预警音。

作为本发明的进一步说明：所述步骤S6的行车安全度方程的建立过程为：设数据容量为 n，因变量为y_i(i＝1，2,3，..，n)，m个自变量为x_j(j＝1，2，3,...，m)；令：

则行车安全度方程Y₁＝β₀+β₁x₁+β₂x₂+……+β_mx_m+ε；其中β为回归系数，ε是随机误差，满 足ε～N(0,σ₂)。

作为本发明的进一步说明：汽车弯道避撞安全距离方程可适用于不同方向、多车辆行驶 的安全距离检测；当车辆同向行驶，前车速度取正值；当车辆相向驶入弯道，即自车驶入弯 道且对向也有车辆驶入弯道时，前车速度取负值，表示车辆行驶方向相反。

本发明方法利用V2X车联网，对弯道车辆的行驶信息进行了精确的获取，显著提高了系 统计算的精确度；提供了汽车通信方式与避撞系统协调控制方法，即实现弯道实时通信与弯 道避撞，即克服了车辆行驶时通信未能及时衔接的问题，从信息交接方面使汽车的安全性得 到显著的提高。

附图说明

图1为典型弯道下两车同时同方向驶入。

图2为典型弯道下同向与对向均有来车。

图3为实现弯道车路协同的基本信息交互过程。

图4为车辆驶入弯道，并在弯道内稳定行驶且无明显减速时的流程图。

图5判断流程图。

图6为预测算法的创建。

图7为吸引因子系统分析图。

图8为车路通信原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例：

为了使本发明的目的、技术方案及优势更加清晰明了，下面对本发明的具体实施方式作 进一步的详细描述。

S1：获取由V2X车联网和自车传感模块采集的弯道车辆行车信息：获取前车的行驶速度 V_f，前后辆车间的相对距离D_r，结合定位模组获得弯道半径R；由车载传感模块获取自车的行 驶速度V_r，同时提取车辆驾驶员驾龄、信用评分、车辆类型、侧向附着系数、路段车流畅通 度、天气条件影响因素；

S2：通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车弯道避撞安全距离方程；

所述汽车弯道避撞安全距离方程为：

其中，D_w:弯道避撞预警距离；

D_b:弯道中车辆强制制动距离；

D_h:表示相对速度消除后，自车与目标车辆间仍要保持的距离；

T_r-d:驾驶员反应时间，即驾驶员发现前方车辆并即时制动，到脚踩上制动踏板的时间；

T_r-b:车辆制动系统响应并制动时间；

V_f:前车车速(注：前车若为对向来车时，计算时速度取负值，表示方向相反)；

g:重力加速度；

μ:路面附着系数；

S3：将由车联网系统获取的相关因素数据代入汽车弯道避撞安全距离方程中进行求解计 算，得到弯道避撞预警距离D_w及弯道强制制动距离D_b；

S4：建立吸引力因子模型，联系安全距离与吸引力因子模型，采用线性回归方程建立吸 引力因子模型对弯道可靠性评测的方法；

S5：数据处理：清除缺失值数据；提取车辆驾驶员驾龄、信用评分、车辆类型、侧向附 着系数、路段车流畅通度、天气条件六个因素；各因素判断如表1所示；

表1因素判断

将各个因素根据评分指标转换成对应评分，评分标准如表2所示；

表2评分标准表

S6：建立行车安全度方程：

S6.1：输入输出变量：选取驾龄、信用评分、车辆类型、侧向附着系数、路段车流畅通 度、天气条件这六个影响因素作为变量，车辆行驶的安全度作为输出变量；

S6.2：数据标准化：将在弯道收集的多项车辆数据进行标准化处理：不同影响因素往往 具有不同的评价指标，不同的评价指标会造成不同的分析结果，为了消除各指标的分析结果 差异，可以将数据进行标准化处理，以解决数据指标之间的可比性，原始数据经过数据标准 化处理后，各指标处于同一数量级，适合进行综合对比评价；

将处理好的数据整理，部分训练集数据如表3所示；

表3影响因素数据

驾驶员驾龄	驾驶员信用评分	车辆类型	侧向附着系数	路段车流畅行度	天气条件	安全度
							x<sub>1</sub>	x<sub>2</sub>	x<sub>3</sub>	x<sub>4</sub>	x<sub>5</sub>	x<sub>6</sub>	Y
5	5	5	6	6	5	55
							6	6	6	6	6	6	62
6	7	7	7	8	6	68
							7	8	7	8	8	8	77
9	8	8	8	9	7	88
							9	10	9	10	8	8	92

S6.3建立行车安全度方程：即将进入弯道后的两辆车，预测两车的安全度所受的六个影 响因素，建立多元线性回归方程，能反映预测安全度与驾龄、信用评分、车辆类型、侧向附 着系数、路段车流畅通度、天气条件各因素之间的关系；设数据容量为n，因变量为y_i(i＝1， 2,3，..，n)，m个自变量为x_j(j＝1，2，3,...，m)；令：

则行车安全度方程Y₁＝β₀+β₁x₁+β₂x₂+……+β_mx_m+ε，其中：β为回归系数，ε是随机误差， 满足ε～N(0,σ₂)；

S6.4：由训练集数据，代入最小二乘法模型：

以上公式的X、Y以及β为矩阵；

由上训练集可得以下吸引系数：

	系数值
		常数项(截距)	0
驾龄	5
		信用评分	1.25
车辆类型	0
		侧向附着系数	1.25
路段车流量畅行度	1.75
		天气条件	0.75

所得公式为：Y＝5x₁+1.25x₂+0x₃+1.25x₄+1.75x₅+0.75x₆

S7:弯道环境的吸引力因子的综合作用形成了不同通信方式的吸引力大小，使用弯道环境 的吸引力因子来进行衡量，综合回归系数法，形成吸引力因子的模型： Y＝5x₁+1.25x₂+0x₃+1.25x₄+1.75x₅+0.75x₆，Y为车辆行驶安全度；

结合吸引力因子作用图7可以知道以上弯道变量对驾驶员选择通信方式的吸引力是一种 综合的因素，每个相关的因素都是形成吸引力的组成部分，经过系统计算形成不同程度大小 的影响，最终对通信方式进行选择作用；各因子系数的确定方法并不绝对，以最能反映对驾 驶者的影响为优；由计算结果Y值可以得到不同行驶情况对通信方式的吸引力；

所述自变量X在评分标准最高为10分，计算结果安全度Y值设定最大为100。根据预测 的安全度Y进行分级预警，具体分为三级：良、合格与不合格，根据模型参数的评分标准，此处取Y≥80为良，80＞Y≥60为合格，Y＜60为不合格。

S8：判断通信选择方式：综合汽车弯道避撞安全距离方程和吸引力因子模型对车辆通信 方式进行决策；

S8.1：两车同时同方向驶入弯道时：

在弯道的入口处设置路侧设施，当有车辆驶入弯道时，立即对车辆进行实时检测，记录 下汽车的车牌信息以及路段车流量，并通过互联网查询人车路等信息，系统控制处理器将各 项参数代入模型中计算；利用微波雷达等辅助设施，不断更新车速及实时跟车距离等信息；

测量的前后车相对距离D_r＞D_w时：

当安全度Y为良时，则ECU发出决策指令；通信选择系统保持原有通信方式；避撞系统 不开启；

当安全度Y为合格时，则ECU发出决策指令；通信选择系统保持原有通信方式；避撞系 统不开启；

当安全度Y为不合格时，则ECU发出决策指令；通信选择系统不工作，即仍采取车-路通 信；避撞系统工作，车载装置提示驾驶员安全度过小应小心行驶；

测量的前后车相对距离D_w≥D_r＞D_b时：

当安全度Y为良时，则ECU发出决策指令；通信选择系统保持原有通信方式；避撞系统 不开启；

当安全度Y为合格时，则ECU发出决策指令；通信选择系统工作，分别向不同车辆驾驶 员发出车车通信请求，若其中任一方不做选择或拒绝，则判定车-车通信失效，仍保持原有通 信方式；避撞系统工作，车载装置发出减速提示；

当安全度Y为不合格时，则ECU发出决策指令；通信选择系统工作，分别向不同车辆驾 驶员发出车车通信请求，若其中任一方不做选择或拒绝，则判定车-车通信失效，若车辆仍保 持原速行驶，则自动转换车车通信；避撞系统工作，车载装置发出减速提示，路侧装置发出 预警音，为相对的后方车辆驾驶员进行预警做好减速准备；

测量的前后车相对距离D_r≤D_b时：

当安全度Y为良时，则ECU发出决策指令；通信选择系统工作，自动切换车-车通信；避 撞系统工作，车载装置发出减速提示；

当安全度Y为合格时，则ECU发出决策指令；通信选择系统工作，自动转换车车通信； 避撞系统工作，车载装置通过车辆强制减速安全装置强制后车减速，并且后车发出鸣笛和双 闪灯，提示其他车辆驾驶员此车已强制减速；

当安全度Y为不合格时，则ECU发出决策指令；通信选择系统工作，自动转换车车通信； 避撞系统工作，车载装置通过车辆强制减速安全装置强制后车减速，并且后车发出鸣笛和双 闪灯，提示其他车辆驾驶员此车已强制减速，路侧装置发出预警音；

S8.2：两车相向驶入弯道，即自车驶入弯道且对向也有车辆驶入弯道时：运用同一公式， 将前方车辆速度置为负值，预测安全距离，判断方法与同向有车方法一致；

S8.3:车辆驶入弯道，并在弯道内稳定行驶且无明显减速的车辆可自行选择通信方式；

S8.4：当自车准备减速转弯且与后车处于车车通信时，检测到弯道另一端有对车驶入； 在刚检测到对车驶入时，自车与后车之间便通过车车通信自动将对向来车信息告知后车并提 醒后车开始减速，然后系统处理器将自车与对车车的参数带入模型中，进行通信选择决策；

S8.5：当对向行驶车辆与对车保持车路通信并准备转弯时，同时检测到后车驶入：在弯 道口处检测到后车驶入，对向行驶自车与对车通过车车通信将相距距离，实时车速等信息告 知对车，并进行通信选择决策。

上述一种V2X环境下区域无缝通信方法，可由LTE-V分布式基站、定位基站、车载设备 系统、路测设备系统、数据中心五部分组成。

所述LTE-V分布基站用于通信连接与数据传输。

所述定位基站设置于弯道的路侧，保证准确定位车辆位置。其中包括基站接收机(用于 接收卫星信号定位)，基站电台(用于校准信号)。

所述车载设备系统中，DECR/LTE-V用于建立车路之间(V2I)的连接，建立车车之间(V2V) 的连接。车载ECU用于将行驶信息发送至数据中心模块，并接受数据，根据接受到的数据和 建立的安全模型计算安全距离，然后决定是否鸣笛与开启双闪灯。定位模组通过接受卫星信 号获取车辆位置信息和已校准定位的基站电台获取车辆位置信息，两者进行数据交互，降低 定位误差。车载传感模块包括通信选择系统及避撞系统，用于执行决策指令。

所述路测设备系统中，检测模块用于检测道路周围环境，警鸣装置用于发出提示音提示 车辆减速。所述数据中心包括数据交换平台、数据存储平台及算法处理系统，主要用于交互 信息及预测建立算法。

以图1中汽车1为例:

①由V2X车联网以及自车传感模块采集的弯道车辆行车信息；

②通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车弯道避撞安全距离方程；

③对所建汽车弯道避撞安全距离方程进行求解计算，得到弯道避撞预警距离D_w、弯道强 制制动距离D_b；

④通过分析弯道车辆行车信息，建立吸引力因子模型；

⑤对所建吸引力方程方程进行求解计算，得到车辆行驶安全度Y；

⑥判断此时测量的两车相对距离D_w≥D_r≥D_b，Y为不合格，则ECU发出决策指令；通信 系统工作，向前方车辆驾驶员发出车车通信请求，前方驾驶员同意请求，建立车车通信；避 撞系统工作，车载装置发出减速提示，路侧装置发出预警音，为车辆驾驶员进行预警做减速 准备；

进一步行驶后，驾驶员未采取控制动作，此时测量的前后车相对距离D_r≤D_b，Y 为不合格，则ECU发出决策指令；通信系统工作，保持车车通信；避撞系统工作， 通过车辆强制减速安全装置强制本车减速，并且本车发出鸣笛和双闪灯，提示前 方车辆驾驶员此车已强制减速，路侧的语音播报装置发出预警音。

Claims (3)

1.一种V2X环境下典型弯道区域无缝通信方法，其特征在于，其步骤如下：

S1：获取由V2X车联网和自车传感系统采集的弯道车辆行车信息：获取前车的行驶速度V_f，前后辆车间的相对距离D_r，结合GPS定位系统获得弯道半径R；由车载传感系统获取自车的行驶速度V_r，同时提取车辆驾驶员驾龄、信用评分、车辆类型、侧向附着系数、路段车流畅通度、天气条件影响因素；

S2：通过分析弯道车辆行车信息，建立汽车弯道避撞安全距离方程；

所述汽车弯道避撞安全距离方程为：

其中，D_w:弯道避撞预警距离；

D_b:弯道中车辆强制制动距离；

D_h:表示相对速度消除后，自车与目标车辆间仍要保持的距离；

T_r-d:驾驶员反应时间，即驾驶员发现前方车辆并即时制动，到脚踩上制动踏板的时间；

T_r-b:车辆制动系统响应并制动时间；

V_f:前车车速(注：前车若为对向来车时，计算时速度取负值，表示方向相反)；

g:重力加速度；

μ:路面附着系数；

S3：将由车联网系统获取的相关因素数据代入汽车弯道避撞安全距离方程中进行求解计算，得到弯道避撞预警距离D_w及弯道强制制动距离D_b；

S4：建立吸引力因子模型，联系安全距离与吸引力因子模型，采用线性回归方程建立吸引力因子模型对弯道可靠性评测的方法；

S5：数据处理：清除缺失值数据；提取车辆驾驶员驾龄、信用评分、车辆类型、侧向附着系数、路段车流畅通度、天气条件六个因素；

S6：建立行车安全度方程Y₁＝β₀+β₁x₁+β₂x₂+……+β_mx_m+ε，其中：β为回归系数，ε为满足正态分布的随机误差；

S7：建立吸引力因子回归模型Y＝5x₁+1.25x₂+0x₃+1.25x₄+1.75x₅+0.75x₆；其中x₁～x₆分别为车辆驾驶员驾龄、信用评分、车辆类型、侧向附着系数、路段车流畅通度、天气条件；

S8：判断通信方式，综合汽车弯道避撞安全距离方程和吸引力因子模型对车辆通信方式进行决策；

当两车同时同方向驶入弯道时：

测量的前后车相对距离Dr＞Dw时：

当安全度Y为良时，通信选择系统保持原有通信方式；避撞系统不开启；

当安全度Y为合格时，通信选择系统保持原有通信方式；避撞系统不开启；

当安全度Y为不合格时，通信选择系统不工作，即仍采取车-路通信；避撞系统工作，车载装置提示驾驶员安全度过小，应小心行驶；

测量的前后车相对距离D_w≥D_r＞D_b时：

当安全度Y为良时，通信选择系统保持原有通信方式；避撞系统不开启；

当安全度Y为合格时，通信选择系统工作，发出车车通信请求，若其中任一方不做选择或拒绝，则判定车-车通信失效，仍保持原有通信方式；避撞系统工作，车载装置发出减速提示；

当安全度Y为不合格时，通信选择系统工作，发出车车通信请求，若其中任一方不做选择或拒绝且仍保持原速行驶，则自动转换车车通信；避撞系统工作，车载装置发出减速提示，路侧装置发出预警音；

测量的前后车相对距离D_r≤D_b时：

当安全度Y为良时，通信选择系统工作，自动切换车-车通信；避撞系统工作，车载装置发出减速提示；

当安全度Y为合格时，通信选择系统工作，自动转换车车通信；避撞系统工作，车载装置强制后车减速，并且后车发出鸣笛和双闪；

当安全度Y为不合格时，通信选择系统工作，自动转换车车通信；避撞系统工作，车载装置强制后车减速，并且后车发出鸣笛和双闪，路侧装置发出预警音。

2.根据权利要求1所述一种V2X环境下典型弯道区域无缝通信方法，其特征在于：所述步骤S6的行车安全度方程的建立过程为：设数据容量为n，因变量为y_i(i＝1，2,3，..，n)，m个自变量为x_j(j＝1，2，3,...，m)；令：

Y＝(y₁，y₂，...，y_n)^T，β＝(β₀，β₁，β₂...，β_m)，

则行车安全度方程Y₁＝β₀+β₁x₁+β₂x₂+……+β_mx_m+ε；其中β为回归系数，ε是随机误差，满足ε～N(0,σ₂)。

3.根据权利要求1所述的一种V2X环境下区域无缝通信方法，其特征在于：汽车弯道避撞安全距离方程可适用于不同方向、多车辆行驶的安全距离检测；当车辆同向行驶，前车速度取正值；当车辆相向驶入弯道，即自车驶入弯道且对向也有车辆驶入弯道时，前车速度取负值，表示车辆行驶方向相反。