CN109859472B - 车辆行驶路障感知系统、方法、车辆及车路协同主动安全系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供车辆行驶路障感知系统、方法、车辆及车路协同主动安全系统和方法，能够感知路障，并将其上传至网络系统，实现车路协同。通过测距模块间断的定时的测量行驶路段测量地面低洼深度，通过分析测量数据得到地面低洼程度，然后判断车辆是否可以安全通过；当车辆感知到地面低洼程度后可以选择将该路况信息上传到车路协同系统，再由车路协同系统发送给该路段行驶的其他车辆，从而实现路障感知和车路协同主动安全。

Description

车辆行驶路障感知系统、方法、车辆及车路协同主动安全系统 和方法

技术领域

本发明属于智能交通领域，主要涉及路障感知和车路协同技术领域，尤其涉及车辆行驶路障感知系统、方法、车辆及车路协同主动安全系统和方法。

背景技术

互联网时代的来临，汽车网联化、智能化的趋势势不可挡；现在市面上已经有很多不错的车机智能化系统；智能网联车搭载先进车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现在通信与网络技术，实现车与(人、车、路、云端等)智能信息交换，可实现“安全、高效、舒适、节能”行驶，成为当前智能交通的新宠。车路协同系统是智能交通系统(ITS)的最新发展方向。车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

随着经济的快速发展，越来越多的人们都会拥有自己的车辆，车辆(私家车、商用车、路面养护车、管理部门等)融入智能道路交通网络，实现信息协同、共享协作主动安全，减少事故，避免拥堵，提高小路，成为一个迫切的需求和发展趋势。当前在路障感知、预警、道路养护等主动安全方面，取得了一定的发展，但是还存在一些不足：一方面，针对车辆行驶路障的本车感知预警和驾驶行为控制相关技术还不完善，需要提供一些新的方案，研发集成新的路障感知控制系统的商用车辆或路面检测车辆；另一方面，结合当前智能交通的发展，急需融合车路协同理念的路障感知车辆行驶主动安全系统和主动安全方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供车辆行驶路障感知系统、方法、车辆及车路协同主动安全系统和方法，能够感知路障，并将其上传至网络系统，实现车路协同。

本发明是通过以下技术方案来实现：

车辆行驶路障感知系统，包括：

测距模块，用于在出现路面低洼的行驶路段测量地面低洼深度，并将测量数据发送给单片机；

单片机，用于接收定时信息并根据定时信息控制测距模块进行定时测量，还用于接收测距模块的测量数据，然后发送给计数器；

定时器，用于根据从车辆ECU获取的车辆行车速度对测距模块的测量进行定时，将定时信息发送给单片机；

计数器，用于接收单片机发送的测量数据并进行计数，计数后的测量数据发送至处理器；

处理器，用于接收计数器发送的测量数据并发送至比较器，接收比较器发送的比较结果，根据比较结果分析路面低洼的程度，判断车辆经过该路段时是否会剐蹭底盘，并将判断结果发送报警器；

比较器，用于接收处理器发送的测量数据，比较连续测量数据之间的特性，将比较结果反馈给处理器；

报警器，用于接收处理器发送的判断结果，根据判断结果进行报警。

优选的，还包括导航触摸屏，通过导航触摸屏能够输入轮胎直径和底盘高度至处理器，处理器根据轮胎直径和底盘高度以及比较结果判断车辆经过该路段时是否会剐蹭底盘。

基于所述的车辆行驶路障感知系统的路障感知方法，包括如下步骤：

(1)定时器通过与车辆ECU相连收集车辆行驶速度，根据行驶速度，对测距模块的测量进行定时，将定时信息发送至单片机；

(2)单片机根据接收的定时信息，控制测距模块进行间断的定时测量地面的低洼程度，测距模块将测量数据反馈给单片机；

(3)单片机将接收到的测量数据传递到计数器，计数器控制连续测量的数据并计数，并将计数的连续不断的10个测量数据发送到处理器；

(4)处理器通过比较器比较各个测量数据之间的深度差异，分析路面的低洼程度，判断轮胎经过此路段时是否会剐蹭底盘，并将判断结果发送至报警器；

(5)报警器根据接收到的判断结果进行报警。

路障感知车辆，包括所述的车辆行驶路障感知系统，还包括测距横杆和电动伸缩杆；测距模块包括超声波测距仪；电动伸缩杆固定在车辆前端两侧，测距横杆固定在电动伸缩杆的前端，电动伸缩杆伸出时，测距横杆位于车辆前方；超声波测距仪固定在测距横杆的底部。

优选的，还包括方向盘套，报警器包括震动器和语音播放器；方向盘套套在方向盘上，震动器均匀设置在方向盘套上；若处理器判断车辆经过该路段时会剐蹭底盘，则发送信号到震动器，震动器发生震动，同时处理器发送信号到语音播放器，通过语音报警。

优选的，方向盘套上固定连接有储存套，储存套内设置有与震动器电性相连的可充电电池，储存套上设有电源插孔，电源插孔能够实时对可充电电池充电。

车路协同主动安全系统，包括所述的车辆行驶路障感知系统，还包括导航触摸屏、储存器、车路协同模块、公路管理中心系统；车路协同模块包括数据处理模块、人机交互模块、DSRC数据收发模块；

储存器，用于存储比较器和计数器的测量数据，然后将测量数据整合发送到数据处理器；

数据处理器，用于接收测量数据并整合为路况信息，然后发送到人机交互模块；还用于根据人机交互模块发送的上传指令将路况信息通过DSRC数据收发模块上传到公路管理中心系统；

人机交互模块，用于接收数据处理器发送的路况信息，并发送到导航触摸屏；还用于根据驾驶人员在导航触摸屏上的选择结果发送上传指令到数据处理器；

导航触摸屏，用于显示人机交互模块发送的路况信息，当驾驶人员查看路况后认为路况较差需要上传时，通过导航触摸屏控制人机交互模块发送上传指令到数据处理器；

公路管理中心系统，接收数据处理器上传的路况信息并发送到道路维修中心，同时将路况信息发送到其他车辆；

DSRC数据收发模块，用于将路况信息上传到公路管理中心系统。

优选的，DSRC数据收发模块包括车载OBU、无线发射模块、无线接收模块和道路RSU；数据处理器将路况信息一次经车载OBU、无线发射模块、无线接收模块和道路RSU上传至公路管理中心。

车路协同主动安全方法，基于所述的车路协同主动安全系统，包括如下步骤：

(1)车辆行驶到路面低洼路段时，车辆行驶路障感知系统工作，比较器和计数器将测量数据发送至储存器存储，然后将测量数据整合发送到数据处理器；

(2)数据处理器将接收的测量数据进行处理和整合为路况信息，发送到人机交互模块，然后人机交互模块将路况信息发送到导航触摸屏，供驾驶人员查看；

(3)当驾驶人员查看后认为路况较差需要上传时，通过导航触摸屏控制人机交互模块发送上传指令到数据处理器，数据处理器接收到上传指令后将路况信息依次通过车载OBU、无线发射模块、无线接收模块和道路RSU上传到公路管理中心系统；

(4)公路管理中心系统将路况信息发送到道路维修中心系统，同时公路管理中心系统将路况信息发送到在该路段行驶的其他车辆的导航系统。

优选的，步骤(4)中，其他车辆根据传来的路况信息及其车辆轮胎直径和底盘高度，判断其车辆是否会剐蹭底盘。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的路障感知系统和方法，通过定时器根据车辆行驶速度设定测量时间，从而单片机控制测距模块定时的测量数据，计数多个连续测量数据后通过处理器分析路面低洼程度，根据路面低洼程度和车辆轮胎和底盘高度判断车辆是否可以安全通过，如果存在风险则报警通知驾驶人员。本发明感知系统能够准确的感知路障，同时准确判断是否能够安全通过，并带有预警措施，很好的保证车辆行驶安全。

本发明还设计了路障感知系统在车辆上的实现方式，即提供了包含所述系统的车辆，通过电动伸缩杆方便的调整超声测距仪的位置，测量时，将其伸出到车辆前方，能够提前感知路障，指导车辆安全行驶。不使用时将其收回，不影响车辆行驶。

进一步的，通过振荡器和语音播放器两种方式进行报警，保证驾驶人员不会错过报警。

进一步的，存储套及其内设计的电源插孔，能实时为振荡器充电，保证振荡器能够正确工作。

本发明车路协同主动安全系统和方法，当驾驶人员觉得有必要上传车辆感知的路障信息时，能够将其上传至网络系统，实现车路协同，提醒其他车辆该路段的路况信息，其他车辆收到信息后根据自身车辆状态判断是否能安全通过，从而做出适当选择，从而车路协同主动安全。

附图说明

图1为车辆行驶路障感知系统组成架构图。

图2为测距模块组成架构图。

图3为测距模块通过低洼处的测距流程简图。

图4为超声波测距仪收回状态示意图。

图5为超声波测距仪伸出状态示意图。

图6为方向盘套结构示意图。

图7为方向盘套剖面结构示意图。

图8为图7中A处的结构示意图。

图9为车路协同模块组成架构图。

图10为车路协同主动安全系统组成架构图。

图11为车路协同主动安全方法框图。

图12为车路协同主动安全方法示意图。

图中：1、超声波测距仪；2、测距横杆；3、电动伸缩杆；4、储存套；5、方向盘套；6、震动器；7、可充电电池。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，本发明所述的车辆行驶路障感知系统，包括：

测距模块，设置在车辆前侧，用于在通过路况较差或者出现低洼的路段时测量地面低洼深度，并将测量数据发送给单片机；

单片机，与测距模块电性相连，根据定时信息控制测距模块进行定时测量，并接收测距模块的测量数据，然后发送给计数器；

定时器，通过与车辆ECU相连收集车辆行车速度，根据行车速度对测距模块的测量进行定时；与单片机串口通信，将定时信息发送给单片机；

计数器，与单片机串口通信，接收单片机发送的连续测量数据并进行计数，计数后的测量数据发送至处理器；

处理器，与计数器电性相连，接收计数器发送的测量数据，并发送至比较器，接收比较器发送的比较结果，分析低洼的程度，判断车辆经过该路段时是否会剐蹭底盘，并将判断结果发送报警器；

比较器，与处理器电性相连，接收处理器发送的测量数据，比较连续测量数据之间的特性，将比较结果反馈给处理器；

报警器，与处理器电性相连，接收处理器发送的判断结果，根据判断结果进行报警。

还包括导航触摸屏，导航触摸屏与处理器信号相连；通过导航触摸屏能够输入轮胎直径和底盘高度至处理器，从而便于处理器进行判断是否会出现底盘剐蹭，适用不同的车型。

如图2所示，测距模块包括：

集成电路，与单片机电性相连，集成电路采用PW0268集成电路，PW0268是超声波测距的专用集成电路，片内的超声波RC振荡器具有自动变频的功能，可以修正因温度而造成换能器谐振频率的飘移；片内还集成了1个32阶增益的时控放大器，它可以方便的补偿超声波在波程中幅值的衰减；集成电路还可以采用LM1812集成电路，LM1812性能优良，即能发送又能接收超声波的通超声波集成器件，测量效果好；

与集成电路依次电性相连的反激变换器驱动电路、发射电路和超声波测距仪1；反激变换器相对于正激式的变换器是不需要输出滤波电感，可以减小变换器体积，降低成本；

与集成电路依次电性相连的信号处理电路和接收电路，其中接收电路与超声波测距仪1电性相连。

超声波测距仪1包括与发射电路信号相连的发射换能器；与接收电路信号相连的接收换能器，便于快速准确的进行测距；超声波对液体、固体的穿透本领很大；在下雨的天气，由于路段可能出现低洼处，会有积水的情况下，可以准确判断低洼处的深浅程度。

报警器包括震动器6和语音播放器。震动器6和语音播放器均与处理器电性相连，处理器判断行驶可能存在剐蹭时，处理器发送信号到震动器6，震动器6发生震动，同时处理器发送信号到语音播放器，通过语音报警，从而驾驶人员进行绕行，确保行车安全便于快速提醒驾驶人员。

单片机采用C8051f320单片机，安装在超声波测距系统中使测算回波时间非常方便和准确，而且可以同时控制5个超声波测距模块工作；单片机还可以采用PIC16F876A单片机，精简指令使其执行效率大为提高；其引脚具有防瞬态能力，便于快速测距。

本发明所述的车辆行驶路障感知系统的工作过程为：

(1)车辆通过路况较差或者出现低洼的路段时，启动系统；

(2)通过定时器与车辆ECU信号相连收集车辆行驶速度，实现根据不同的行驶速度，能够调节定时器定时，因为低洼处具有一定的宽度，为了准确测定低洼的程度，需要进行间断的进行深度测定，需要与车辆的ECU进行协调，比如车辆每行进0.2m定时器进行设定一次，进行定时的测距，定时的控制测距模块进行测距；利用定时器进行等间距的进行测定时，比如当车辆行进2m时，定时器会在这2m的间距内定时等间距的测定s1-s10的10个低洼深度；如图3所示。

(3)从而定时器将定时的信息传递到单片机，单片机根据定时信息，控制设置在车辆前侧的测距模块进行间断的定时的测距，测量地面的低洼程度，测距模块将测量数据传送给单片机；

(4)然后单片机将测量数据传递到计数器，计数器控制连续测量的数据并计数，计数后的测量数据发送到处理器，由于车辆在前进，且低洼的宽度不同，为了实现连续不断的进行测定，需要设定接收连续不断的10个测距，进行技术分析，根据导航触摸输入轮胎直径和底盘的高度，从而判断车辆能够十分安全的进行行驶；

(5)处理器通过比较器比较连续测量数据之间的特性，即各个数据之间测量的深度差异，分析路面低洼的程度，以此判断轮胎经过此区域时会不会剐蹭底盘，确保行车安全。

(6)处理器将判断结果发送至报警器，报警器根据判断结果进行报警。

包含所述车辆行驶路障感知系统的车辆，其还包括测距横杆2和电动伸缩杆。电动伸缩杆3固定在车辆前端两侧，测距横杆2固定连接在电动伸缩杆3的前端，电动伸缩杆3伸出时，测距横杆2位于车辆前方；超声波测距仪1内嵌固定连接在测距横杆2的底部。如图4和5所示。

所述车辆还包括方向盘套5，方向盘套5套在方向盘上，震动器6设置在方向盘套5上。方向盘套5上固定连接有储存套4，储存套4内设置有与震动器6电性相连的可充电电池7，储存套4上设有可供充电插头插入的通孔，能够实时对可充电电池7充电，确保震动器6长时间使用。震动器6的个数为18-22个，且其均匀分别在方向盘套5上，震动器6均匀的内嵌连接在方向盘套5上，确保驾驶人员握在方向盘套上各个方位都可感应。如图6-8所示。

工作时，电动伸缩杆伸出，快速伸展测距横杆2，通过测距横杆2带动超声波测距仪1伸出到车辆前侧，提前测定路面低洼的深度，在单片机的控制下超声波测距仪1测量路面低洼深度。处理器判断行驶可能存在剐蹭时，处理器发送信号到震动器6，震动器6发生震动，而震动器6设置在方向盘套5上，驾驶人员手握方向盘套5能够及时通知驾驶人员，同时处理器发送信号到语音播放器，通过语音报警，从而驾驶人员进行绕行，确保行车安全。

本发明所述的车路协同主动安全系统，包括上述的车辆行驶路障感知系统，还包括储存器、车路协同模块、公路管理中心系统。

车路协同模块包括数据处理模块、人机交互模块和DSRC数据收发模块。DSRC数据收发模块包括车载OBU、第一无线发射模块储存器、道路RSU和第一无线接收模块。如图9所示。

储存器，与比较器和计数器分别电性相连，用于存储比较器和计数器发送的测量数据，然后将数据整合发送到数据处理器。

数据处理器，接收并处理已经经过的路段测量数据，整合为路况信息发送到人机交互模块，根据人机交互模块发送的上传指令将路况信息依次经车载OBU、第一无线发射模块、第一无线接收模块和道路RSU上传到公路管理中心系统。

人机交互模块，用于接收数据处理模块发送的路况信息，并发送到导航触摸屏，便于驾驶人员进行查看经过的路况信息，最后决定是否上传到网络系统，当驾驶人员选择上传时，人机交互模块发送上传指令到数据处理模块。

公路管理中心系统，接收数据处理器上传的路况信息并发送到道路维修中心，同时将路况信息通过第二无线发射模块发送到其他车辆的导航系统。

本发明所述的车路协同主动安全系统的整体系统架构如图10所示。

如图11-12所示，本发明所述的车路协同主动安全系统的工作过程为：

(1)车辆行驶路障感知系统启动，比较器和计数器将路况较差的路段测量数据发送至储存器存储，然后将数据整合发送到数据处理器；

(2)数据处理器处理已经经过的路段，然后将测量的数据进行处理和整合为路况信息发送到人机交互模块，然后人机交互模块将路况信息发送到导航触摸屏，便于驾驶人员进行查看经过的路况信息，最后决定是否上传到网络系统；

(3)当驾驶人员认为路况较差需要上传时，通过导航触摸屏控制人机交互模块发送上传指令到数据处理器，数据处理器将处理的路况信息通过DSRC数据收发模块发送到公路管理中心系统；车路协同模块通过DSRC数据收发模块进行数据传递，综合利用车载OBU和车载的第一无线发射模块，将路况信息发送到道路RSU，道路基站旁的RSU通过第一无线接收模块接收信息，然后传递到公路管理中心，实现快速信息上传。

(4)公路管理中心根据路况将信息发送到道路维修中心，进行快速的维修；同时公路管理中心将路况信息通过第二无线发射模块发送到其他车辆A、B、C的导航系统，导航系统的第二无线接收模块接收信息，从而及时通报其他车辆路况，实现车路协同；另外由于车辆的种类不同如SUV和普通轿车，他们底盘高度不同，对不同的路况适用不同，其他车辆A、B、C可以根据传来的导航信息确定路面的低洼程度，输入自己的车辆轮胎直径和底盘高度，以此判断自己的车辆能否安全通过。

车路协同主动安全系统能够采集路况信息、存储路况信息，并及时上传到导航系统，实现网络化，信息共享，确保车辆行驶安全；储存路况较差路段进行信息快速上传，实现车路协同。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.车路协同主动安全系统，其特征在于，包括路障感知车辆，还包括导航触摸屏、储存器、车路协同模块、公路管理中心系统；车路协同模块包括数据处理模块、人机交互模块、DSRC数据收发模块；

路障感知车辆包括车辆行驶路障感知系统，还包括测距横杆(2)和电动伸缩杆(3)；测距模块包括超声波测距仪(1)；电动伸缩杆(3)固定在车辆前端两侧，测距横杆(2)固定在电动伸缩杆(3)的前端，电动伸缩杆(3)伸出时，测距横杆(2)位于车辆前方；超声波测距仪(1)固定在测距横杆(2)的底部；还包括方向盘套(5)，报警器包括震动器(6)和语音播放器；方向盘套(5)套在方向盘上，震动器(6)均匀设置在方向盘套(5)上；若处理器判断车辆经过该路段时会剐蹭底盘，则发送信号到震动器(6)，震动器(6)发生震动，同时处理器发送信号到语音播放器，通过语音报警；方向盘套(5)上固定连接有储存套(4)，储存套(4)内设置有与震动器(6)电性相连的可充电电池(7)，储存套(4)上设有电源插孔，电源插孔能够实时对可充电电池(7)充电；

车辆行驶路障感知系统，包括：

测距模块，用于在出现路面低洼的行驶路段测量地面低洼深度，并将测量数据发送给单片机；

单片机，用于接收定时信息并根据定时信息控制测距模块进行定时测量，还用于接收测距模块的测量数据，然后发送给计数器；

定时器，用于根据从车辆ECU获取的车辆行车速度对测距模块的测量进行定时，将定时信息发送给单片机；

计数器，用于接收单片机发送的测量数据并进行计数，计数后的测量数据发送至处理器；

处理器，用于接收计数器发送的测量数据并发送至比较器，接收比较器发送的比较结果，根据比较结果分析路面低洼的程度，判断车辆经过该路段时是否会剐蹭底盘，并将判断结果发送报警器；

比较器，用于接收处理器发送的测量数据，比较连续测量数据之间的特性，将比较结果反馈给处理器；

报警器，用于接收处理器发送的判断结果，根据判断结果进行报警；

储存器，用于存储比较器和计数器的测量数据，然后将测量数据整合发送到数据处理器；

数据处理器，用于接收测量数据并整合为路况信息，然后发送到人机交互模块；还用于根据人机交互模块发送的上传指令将路况信息通过DSRC数据收发模块上传到公路管理中心系统；

人机交互模块，用于接收数据处理器发送的路况信息，并发送到导航触摸屏；还用于根据驾驶人员在导航触摸屏上的选择结果发送上传指令到数据处理器；

导航触摸屏，用于显示人机交互模块发送的路况信息，当驾驶人员查看路况后认为路况较差需要上传时，通过导航触摸屏控制人机交互模块发送上传指令到数据处理器；

公路管理中心系统，接收数据处理器上传的路况信息并发送到道路维修中心，同时将路况信息发送到其他车辆；

DSRC数据收发模块，用于将路况信息上传到公路管理中心系统；

DSRC数据收发模块包括车载OBU、无线发射模块、无线接收模块和道路RSU；数据处理器将路况信息一次经车载OBU、无线发射模块、无线接收模块和道路RSU上传至公路管理中心。

2.车路协同主动安全方法，其特征在于，基于权利要求1所述的车路协同主动安全系统，包括如下步骤：

(1)车辆行驶到路面低洼路段时，车辆行驶路障感知系统工作，比较器和计数器将测量数据发送至储存器存储，然后将测量数据整合发送到数据处理器；

(2)数据处理器将接收的测量数据进行处理和整合为路况信息，发送到人机交互模块，然后人机交互模块将路况信息发送到导航触摸屏，供驾驶人员查看；

(3)当驾驶人员查看后认为路况较差需要上传时，通过导航触摸屏控制人机交互模块发送上传指令到数据处理器，数据处理器接收到上传指令后将路况信息依次通过车载OBU、无线发射模块、无线接收模块和道路RSU上传到公路管理中心系统；

(4)公路管理中心系统将路况信息发送到道路维修中心系统，同时公路管理中心系统将路况信息发送到在该路段行驶的其他车辆的导航系统；

步骤(4)中，其他车辆根据传来的路况信息及其车辆轮胎直径和底盘高度，判断其车辆是否会剐蹭底盘。

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