CN110751835A - 一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统及方法 - Google Patents

一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统及方法，包括均与车载数据处理单元连接的横向状态监测单元、纵向状态监测单元、方向盘转角监测模块、坡道长度监测单元、修正参数监测单元、北斗定位模块、数据存储模块和车载预警提示模块；本发明基于北斗导航技术，针对车辆在不同路况下的行驶状态，结合车辆状态信息、道路环境信息、导航系统信息，按照一定的控制策略和算法将其分成多种控制模式，提高了系统对不同路况的适应性和针对性，并将控制数据实时输出至车载预警提示模块，进而根据行车环境、道路线形及车辆运行状态的不同，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证行车安全，且模块化设计使系统整体响应快速，实时性大幅提高。

Description

一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统及方法
技术领域
本发明属于北斗导航技术领域，特别涉及一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统及方法。
背景技术
现代交通的发达虽然给人们带来了无尽的便利，但同时也增加了许多安全隐患，尤其是我国高速公路快速发展，在方便人们出行的同时，车辆安全问题也随之而来，由于高速公路的不仅线路较长，而且路况复杂多变，除了直线行驶路段外，还有隧道、桥梁、弯道、坡道、匝道等各种行车环境，这就需要驾驶员能够在掌握车辆状态的情况下，不断地调整车辆运行状态去适应多种多样的道路环境，以保证行车安全，而驾驶员的驾驶技能毕竟有限，且有些安全问题较难避免，需要驾驶员提前获取信息进行调整车辆状态，这些车辆安全问题不仅对人们的生命财产造成了较大的损失，而且也不利于我国交通安全事业的发展。随着我国具有自主知识产权的北斗导航技术的发展，很多领域也将这项技术进行了多方面的应用，而其在交通安全方面的应用也逐渐成熟。
因此，如何针对车辆在不同路况下的行驶状态，结合车辆状态信息、道路环境信息、北斗导航系统信息，进行综合分析并及时将分析结果提供给驾驶员，进而根据行车环境、道路线形及车辆运行状态的不同，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证行车安全，已成为现在急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：
一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其特征在于，包括均与车载数据处理单元连接的横向状态监测单元（横向为与车辆行驶方向垂直的方向）、纵向状态监测单元（纵向为车辆行驶方向）、方向盘转角监测模块、坡道长度监测单元、修正参数监测单元、北斗定位模块、数据存储模块和车载预警提示模块；
所述横向状态监测单元，包括均与其连接的横向倾角监测模块和横向加速度监测模块，均布设在车辆底盘上相对水平的中部附近，具体位置可根据车辆重心位置适当调整，分别监测车辆在不同车速状态下的横向倾角和横向加速度，并将监测数据实时传输至横向状态监测单元，横向状态监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述纵向状态监测单元，包括均与其连接的纵向倾角监测模块和纵向加速度监测模块，均布设在车辆底盘上相对水平的中部附近，具体位置可根据车辆重心位置适当调整，分别监测车辆在不同车速状态下的纵向倾角和纵向加速度，并将监测数据实时传输至纵向状态监测单元，纵向状态监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述方向盘转角监测模块，布设于方向盘转轴上，实时监测车辆在不同车速状态下的方向盘转动角度，并将监测数据实时传输至车载数据处理单元；
所述坡道长度监测单元，在导航信息中没有坡道长度信息时工作，包括远距离传感器和近距离传感器，分别布设于车辆前端中上部和中下部附近，分别监测车辆在长下坡和弯道下坡时的坡道长度，并将监测数据实时传输至坡道长度监测单元，坡道长度监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述修正参数监测单元，包括温度传感器和湿度传感器，均布设于车辆底盘前部附近，分别监测车辆所处行车环境的温度和湿度，为各传感器的温度补偿和路面摩擦系数的修正提供环境参数，并将监测数据实时传输至修正参数监测单元，修正参数监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述北斗定位模块，实时收发北斗导航定位信息，为导航系统的实时定位和实时测速提供重要数据，布设于车辆顶部，方便信号收发，并将监测数据实时传输至车载数据处理单元；
所述数据存储模块，存储导航系统运行软件，导航地图数据，系统各单元和模块的实时数据，车载数据处理单元的控制算法、基本参数和运算数据，车辆运行状态及轨迹等相关数据；
所述车载预警提示模块，布设于驾驶室，根据车载数据处理单元的指令及时预警，可通过声音及画面提示驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全；
所述车载数据处理单元，接收各单元和各模块的数据，经过预设的控制策略和控制算法识别车辆当前运行状态，并判断是否需要调整及对应调整策略，同时将预警信息输出至车载预警提示模块，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全。
进一步的，所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的数据监测传感器可设置多个，通过特定的算法提高监测精度。
进一步的，所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的方向盘转角监测模块也可采用原车自带的方向盘转角传感器或从原车ECU中获取方向盘转角信息。
进一步的，所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的北斗定位模块和导航系统如满足本发明功能要求，也可采用原车自带的卫星定位和导航终端。
一种应用在所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统中的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S101，横向状态监测单元、纵向状态监测单元、方向盘转角监测模块、坡道长度监测单元、修正参数监测单元和北斗定位模块实时监测车辆在不同车速下的横向倾角、横向加速度、侧向倾角、侧向加速度、方向盘转过角度等车辆状态信息及其变化，坡道长度、环境温度和环境湿度等道路环境信息及其变化，以及北斗导航定位信息，同时将这些实时监测数据传输至车载数据处理单元；
S102，车载数据处理单元将接收到的车辆状态信息、道路环境信息中各参数其变化的数据，结合导航系统提供的位置、速度、地图等信息，经综合分析并按照一定的控制策略和控制算法进行计算后分析判断，输出为车辆当前状态下是否需要调整其运行参数，以及对应的调整方向（比如：加速、减速）和调整目标值（比如：目标速度）；
S103，车载数据处理单元经过综合分析与计算后将控制数据实时输出至车载预警提示模块，进而根据行车环境、道路线形及车辆运行状态的不同，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全；
S104，以上步骤循环进行直至整个系统关闭，由于行车环境、道路线形及车辆运行状态均随时间不断变化，故整个过程是实时动态的。
进一步的，所述方法中的控制策略和控制算法，根据不同路况，分为多种模式，具体模式及控制方法如下：
（1）直线无坡度模式或隧道模式（近似直线无坡度）
开启条件：当前车速
Figure 505978DEST_PATH_IMAGE001
；
控制目标车速
Figure 954277DEST_PATH_IMAGE002
计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 8382DEST_PATH_IMAGE004
——当前车速值；
Figure 403591DEST_PATH_IMAGE005
——路段或隧道限速值；
Figure 217964DEST_PATH_IMAGE002
——直线无坡度模式控制目标车速；
说明：由于隧道通常是直线无坡道的情况，故采用限速值。
（2）坡道模式（直线有坡度）
开启条件：
Figure 571585DEST_PATH_IMAGE006
或 ；
Figure 37518DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE009
控制目标车速
Figure 237555DEST_PATH_IMAGE010
计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure 230919DEST_PATH_IMAGE013
——车辆纵向倾角；
Figure 985248DEST_PATH_IMAGE014
——车辆纵向倾角标准值；
Figure 722260DEST_PATH_IMAGE016
——车辆滚动摩擦系数；
Figure 776804DEST_PATH_IMAGE017
——车辆滚动摩擦系数修正值，与路面材料、温度、湿度有关；
Figure 206648DEST_PATH_IMAGE018
——系统预估车速值，即车辆下坡时至少可达到的最高车速；
Figure 448274DEST_PATH_IMAGE010
——坡道模式控制目标车速；
Figure 723397DEST_PATH_IMAGE019
——坡道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关；
Figure 898027DEST_PATH_IMAGE005
——坡道限速值；
Figure 233193DEST_PATH_IMAGE004
——当前车速值；
Figure 962115DEST_PATH_IMAGE020
——车辆纵向加速度实测值；
Figure 40929DEST_PATH_IMAGE022
——坡道长度；
说明：坡道模式仅考虑车辆下坡时的安全性，因为上坡时车辆一直都有一个与车辆行驶方向相反的负加速度，车辆是克服多种阻力行驶的，速度较低且加速幅度较小，故此模式不考虑上坡情况。
Figure 538907DEST_PATH_IMAGE023
表示车辆在无动力（或空挡）情况下，车辆下坡时速度开始增加时的车辆纵向倾角，即车辆下坡时正负加速度分界线，大于此倾角则在车辆行驶方向有正加速度，车辆无动力仍可不断加速。表示车辆运行中某一时刻的速度，此处指车辆刚进入下坡状态及下坡过程中的动态车速。坡道长度通常由导航系统提供真实数据，若无数据则启动坡道监测单元进行现场实测，是一种应急备选方案，其测量精度无法达到导航系统中的地图数据精度。
Figure 792350DEST_PATH_IMAGE025
，为坡道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关，即车道数越少、车道宽度越小，则调整系数
Figure 674856DEST_PATH_IMAGE019
越小，此时需要车辆保持更低的安全车速。
（3）弯道模式（弯道无坡度）
开启条件： 或
Figure 969888DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 938981DEST_PATH_IMAGE027
Figure 359598DEST_PATH_IMAGE028
控制目标车速
Figure 832168DEST_PATH_IMAGE029
计算公式如下：
Figure 945617DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 402006DEST_PATH_IMAGE032
——弯道曲率；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE033
——弯道曲率初始值；
Figure 626314DEST_PATH_IMAGE034
——车辆横向加速度实测值；
Figure 687811DEST_PATH_IMAGE035
——进入弯道时的车速值；
Figure 972162DEST_PATH_IMAGE036
——弯道限速值；
——方向盘转角；
——方向盘转过角度所经过的时间；
Figure 315102DEST_PATH_IMAGE018
——方向盘转角变化幅度增加时的对应车速；
Figure 214924DEST_PATH_IMAGE043
——方向盘与转向轮的转角比例；
Figure 312193DEST_PATH_IMAGE029
——弯道模式控制目标车速；
Figure 613862DEST_PATH_IMAGE044
——弯道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关；
Figure 974436DEST_PATH_IMAGE046
——车辆横向倾角；
Figure 361555DEST_PATH_IMAGE047
——车辆滑动摩擦系数；
——车辆滑动摩擦系数修正值，与路面材料、温度、湿度有关；
Figure 153110DEST_PATH_IMAGE049
——重力加速度；
说明：
Figure 950165DEST_PATH_IMAGE050
为车辆从直线行驶刚进入弯道时的初始曲率，
Figure 559001DEST_PATH_IMAGE035
为进入弯道时的初始速度，此时刻的
Figure 732493DEST_PATH_IMAGE051
即为车辆在弯道产生的横向加速度初始值，后续随着弯道曲率的不断变化，驾驶员方向盘转角也在不断变化，当转角增加且幅度较大时，说明弯道曲率增加，需要调整当前车速；当转角减小且幅度较大时，说明弯道曲率减小或正在驶离弯道，需要切换安全模式。
Figure 274333DEST_PATH_IMAGE052
，为弯道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关，即车道数越少、车道宽度越小，则调整系数
Figure 242289DEST_PATH_IMAGE044
越小，此时需要车辆保持更低的安全车速。
（4）弯道坡道模式或匝道模式（连续弯道且有较大坡度）
弯道坡道模式是弯道模式和坡道模式的叠加，常见于山区连续弯道下坡路段及某些高速匝道，需要更低的安全控制目标车速，故其控制目标车速
Figure 338421DEST_PATH_IMAGE053
取两种模式中的最小值，计算公式如下：
Figure 50025DEST_PATH_IMAGE054
——弯道坡道模式控制目标车速。
说明：以上几种模式中的控制目标车速是指车辆在安全的前提下，此时能够允许的最高车速，其数值是随着车辆状态、道路环境、以及隧道、桥梁、弯道、坡道、匝道等各种路况动态变化的。北斗定位与导航系统结合完全可以识别车辆的直线、弯道、坡道行驶状态，若某些路段未能识别，则通过本发明中横向状态监测单元和纵向状态监测单元的监测数据，识别车辆的直线、弯道、坡道行驶状态，纵向为车辆行驶方向，横向为与车辆行驶方向垂直的方向，纵向倾角绝对值大于阈值则表示车辆处于坡道，值为正，表示车辆处于上坡状态，值为负，表示车辆处于下坡状态；方向盘转角绝对值大于阈值则表示车辆处于弯道，值为正表示左转弯，值为负表示右转弯。
与现有技术相比，本发明基于北斗导航技术，针对车辆在不同路况下的行驶状态，结合车辆状态信息、道路环境信息、导航系统提供的位置、速度、地图等信息，及其中各参数的变化，按照一定的控制策略和算法将其分成多种控制模式，提高了系统对不同路况的适应性和针对性，并将控制数据实时输出至车载预警提示模块，进而根据行车环境、道路线形及车辆运行状态的不同，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全。本发明将类似的监测数据组合作为一个数据采集单元（比如：横向状态监测单元，包括均与其连接的横向倾角监测模块和横向加速度监测模块），监测数据在传输至车载数据处理单元之前，就已经进行去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理，减轻车载数据处理单元的数据处理负担的同时，使车载数据处理单元的运算速度和输出速度均进一步提高，且模块化设计使系统整体响应快速，实时性大幅提高。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的实车布置示意图；
图3为本发明的横向纵向示意图；
图4为本发明的控制方法流程图；
图中：1-横向状态监测单元、2-纵向状态监测单元、3-方向盘转角监测模块、4-坡道长度监测单元远距离传感器、5-坡道长度监测单元近距离传感器、6-修正参数监测单元、7-北斗定位模块。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其特征在于，包括均与车载数据处理单元连接的横向状态监测单元（横向为与车辆行驶方向垂直的方向）、纵向状态监测单元（纵向为车辆行驶方向）、方向盘转角监测模块、坡道长度监测单元、修正参数监测单元、北斗定位模块、数据存储模块和车载预警提示模块；
所述横向状态监测单元，包括均与其连接的横向倾角监测模块和横向加速度监测模块，均布设在车辆底盘上相对水平的中部附近，具体位置可根据车辆重心位置适当调整，分别监测车辆在不同车速状态下的横向倾角和横向加速度，并将监测数据实时传输至横向状态监测单元，横向状态监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述纵向状态监测单元，包括均与其连接的纵向倾角监测模块和纵向加速度监测模块，均布设在车辆底盘上相对水平的中部附近，具体位置可根据车辆重心位置适当调整，分别监测车辆在不同车速状态下的纵向倾角和纵向加速度，并将监测数据实时传输至纵向状态监测单元，纵向状态监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述方向盘转角监测模块，布设于方向盘转轴上，实时监测车辆在不同车速状态下的方向盘转动角度，并将监测数据实时传输至车载数据处理单元；
所述坡道长度监测单元，在导航信息中没有坡道长度信息时工作，包括远距离传感器和近距离传感器，分别布设于车辆前端中上部和中下部附近，分别监测车辆在长下坡和弯道下坡时的坡道长度，并将监测数据实时传输至坡道长度监测单元，坡道长度监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述修正参数监测单元，包括温度传感器和湿度传感器，均布设于车辆底盘前部附近，分别监测车辆所处行车环境的温度和湿度，为各传感器的温度补偿和路面摩擦系数的修正提供环境参数，并将监测数据实时传输至修正参数监测单元，修正参数监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述北斗定位模块，实时收发北斗导航定位信息，为导航系统的实时定位和实时测速提供重要数据，布设于车辆顶部，方便信号收发，并将监测数据实时传输至车载数据处理单元；
所述数据存储模块，存储导航系统运行软件，导航地图数据，系统各单元和模块的实时数据，车载数据处理单元的控制算法、基本参数和运算数据，车辆运行状态及轨迹等相关数据；
所述车载预警提示模块，布设于驾驶室，根据车载数据处理单元的指令及时预警，可通过声音及画面提示驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全；
所述车载数据处理单元，接收各单元和各模块的数据，经过预设的控制策略和控制算法识别车辆当前运行状态，并判断是否需要调整及对应调整策略，同时将预警信息输出至车载预警提示模块，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全。
所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的数据监测传感器可设置多个，通过特定的算法提高监测精度。
所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的方向盘转角监测模块也可采用原车自带的方向盘转角传感器或从原车ECU中获取方向盘转角信息。
所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的北斗定位模块和导航系统如满足本发明功能要求，也可采用原车自带的卫星定位和导航终端。
实施例2
一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，包括均与车载数据处理单元连接的双轴倾角传感器、双轴加速度传感器、距离传感器、转角传感器、北斗卫星定位收发器、导航系统、车载显示器和语音提示器；
所述双轴倾角传感器，布置在车辆底盘上相对水平的中部附近，具体位置可适当调整，分别监测车辆在不同路况下的横向倾角和纵向倾角，并将传感器采集信息实时传输至车载数据处理单元；
所述双轴加速度传感器，布置在车辆底盘上相对水平的中部附近，具体位置可适当调整，分别监测车辆在不同路况下的横向加速度和纵向加速度，并将传感器采集信息实时传输至车载数据处理单元；
所述距离传感器，布置在车辆前端，监测与前车的距离，并将传感器监测信息实时传输至车载数据处理单元；
所述转角传感器，布置在方向盘转轴上，实时监测车辆在不同路况下的方向盘转动角度，并将传感器监测数据实时传输至车载数据处理单元；
所述北斗卫星定位收发器，布置在信号无遮挡的车辆上方，实时收发北斗卫星导航系统的定位信息，为导航系统定位和测速功能提供数据，并将数据实时传输至车载数据处理单元；
所述导航系统，为车载数据处理单元提供导航地图数据，包括车辆在地图上的位置、速度等数据；
所述车载显示器和语音提示器，布置在驾驶室，接收车载数据处理单元的指令及时预警，可通过画面及声音提示驾驶员当前的车辆状态，以及是否需要调整，发现安全隐患及时预警，保证车辆行驶安全；
所述车载数据处理单元，接收各传感器、北斗卫星定位收发器和导航系统提供的数据，经过综合运算分析后识别车辆在当前路况下的运行状态，并判断是否需要调整，若需要调整，则将预警信息发送至车载显示器和语音提示器，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证行车安全。
所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的各个传感器可在不同位置布置多个，通过互相补偿校验提高数据采集的准确性。
所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的转角传感器也可采用原车自带的传感器或从原车ECU中获取方向盘转角信息。
所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的北斗卫星定位收发器和导航系统如满足本发明功能要求，也可采用原车自带的卫星定位和导航终端。
说明：由于行车环境、道路线形及车辆运行状态均随时间不断变化，故整个过程是实时动态的。北斗卫星定位与导航系统结合完全可以识别车辆的直线、弯道、坡道行驶状态，如果某些路段未能识别，则通过本系统中双轴倾角传感器和转角传感器采集的纵向倾角和方向盘转角信息，识别车辆的直线、弯道、坡道行驶状态，纵向为车辆行驶方向，横向为与车辆行驶方向垂直的方向，纵向倾角绝对值大于阈值则表示车辆处于坡道，值为正，表示车辆处于上坡状态，值为负，表示车辆处于下坡状态；方向盘转角绝对值大于阈值则表示车辆处于弯道，值为正表示左转弯，值为负表示右转弯。
为提高数据采集精度，与数据监测相关的传感器的选型要求，在满足基本测量的基础上，提高一定幅度的测量精度和灵敏度，主要硬件设备参数，见表1：
表1主要硬件设备型号及参数
Figure 585229DEST_PATH_IMAGE055
说明：本实施例中的传感器选型方案是多方案的其中一种，不限定具体型号，其他满足本发明功能要求的选型方案均可。
实施例3
一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其特征在于，包括均与车载数据处理单元连接的横向状态监测单元（横向为与车辆行驶方向垂直的方向）、纵向状态监测单元（纵向为车辆行驶方向）、方向盘转角监测模块、坡道长度监测单元、修正参数监测单元、北斗定位模块、数据存储模块和车载预警提示模块；
所述横向状态监测单元，包括均与其连接的横向倾角监测模块和横向加速度监测模块，均布设在车辆底盘上相对水平的中部附近，具体位置可根据车辆重心位置适当调整，分别监测车辆在不同车速状态下的横向倾角和横向加速度，并将监测数据实时传输至横向状态监测单元，横向状态监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述纵向状态监测单元，包括均与其连接的纵向倾角监测模块和纵向加速度监测模块，均布设在车辆底盘上相对水平的中部附近，具体位置可根据车辆重心位置适当调整，分别监测车辆在不同车速状态下的纵向倾角和纵向加速度，并将监测数据实时传输至纵向状态监测单元，纵向状态监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述方向盘转角监测模块，布设于方向盘转轴上，实时监测车辆在不同车速状态下的方向盘转动角度，并将监测数据实时传输至车载数据处理单元；
所述坡道长度监测单元，在导航信息中没有坡道长度信息时工作，包括远距离传感器和近距离传感器，分别布设于车辆前端中上部和中下部附近，分别监测车辆在长下坡和弯道下坡时的坡道长度，并将监测数据实时传输至坡道长度监测单元，坡道长度监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述修正参数监测单元，包括温度传感器和湿度传感器，均布设于车辆底盘前部附近，分别监测车辆所处行车环境的温度和湿度，为各传感器的温度补偿和路面摩擦系数的修正提供环境参数，并将监测数据实时传输至修正参数监测单元，修正参数监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述北斗定位模块，实时收发北斗导航定位信息，为导航系统的实时定位和实时测速提供重要数据，布设于车辆顶部，方便信号收发，并将监测数据实时传输至车载数据处理单元；
所述数据存储模块，存储导航系统运行软件，导航地图数据，系统各单元和模块的实时数据，车载数据处理单元的控制算法、基本参数和运算数据，车辆运行状态及轨迹等相关数据；
所述车载预警提示模块，布设于驾驶室，根据车载数据处理单元的指令及时预警，可通过声音及画面提示驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全；
所述车载数据处理单元，接收各单元和各模块的数据，经过预设的控制策略和控制算法识别车辆当前运行状态，并判断是否需要调整及对应调整策略，同时将预警信息输出至车载预警提示模块，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全。
所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的数据监测传感器可设置多个，通过特定的算法提高监测精度。
所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的方向盘转角监测模块也可采用原车自带的方向盘转角传感器或从原车ECU中获取方向盘转角信息。
所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的北斗定位模块和导航系统如满足本发明功能要求，也可采用原车自带的卫星定位和导航终端。
一种应用在所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统中的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S101，横向状态监测单元、纵向状态监测单元、方向盘转角监测模块、坡道长度监测单元、修正参数监测单元和北斗定位模块实时监测车辆在不同车速下的横向倾角、横向加速度、侧向倾角、侧向加速度、方向盘转过角度等车辆状态信息及其变化，坡道长度、环境温度和环境湿度等道路环境信息及其变化，以及北斗导航定位信息，同时将这些实时监测数据传输至车载数据处理单元；
S102，车载数据处理单元将接收到的车辆状态信息、道路环境信息中各参数其变化的数据，结合导航系统提供的位置、速度、地图等信息，经综合分析并按照一定的控制策略和控制算法进行计算后分析判断，输出为车辆当前状态下是否需要调整其运行参数，以及对应的调整方向（比如：加速、减速）和调整目标值（比如：目标速度）；
S103，车载数据处理单元经过综合分析与计算后将控制数据实时输出至车载预警提示模块，进而根据行车环境、道路线形及车辆运行状态的不同，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全；
S104，以上步骤循环进行直至整个系统关闭，由于行车环境、道路线形及车辆运行状态均随时间不断变化，故整个过程是实时动态的。
所述方法中的控制策略和控制算法，根据不同路况，分为多种模式，具体模式及控制方法如下：
（1）直线无坡度模式或隧道模式（近似直线无坡度）
开启条件：当前车速
Figure 168657DEST_PATH_IMAGE056
；
控制目标车速
Figure 418373DEST_PATH_IMAGE057
计算公式如下：
Figure 403646DEST_PATH_IMAGE058
其中，
Figure 713405DEST_PATH_IMAGE059
——当前车速值；
Figure 315287DEST_PATH_IMAGE060
——路段或隧道限速值；
Figure 368694DEST_PATH_IMAGE057
——直线无坡度模式控制目标车速；
说明：由于隧道通常是直线无坡道的情况，故采用限速值。
（2）坡道模式（直线有坡度）
开启条件：
Figure 208474DEST_PATH_IMAGE061
或
Figure 689134DEST_PATH_IMAGE062
；
Figure DEST_PATH_IMAGE063
Figure 981575DEST_PATH_IMAGE064
控制目标车速计算公式如下：
Figure 369831DEST_PATH_IMAGE066
其中，
Figure 64118DEST_PATH_IMAGE013
——车辆纵向倾角；
Figure 715679DEST_PATH_IMAGE068
——车辆纵向倾角标准值；
Figure 760995DEST_PATH_IMAGE070
——车辆滚动摩擦系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE071
——车辆滚动摩擦系数修正值，与路面材料、温度、湿度有关；
——系统预估车速值，即车辆下坡时至少可达到的最高车速；
Figure 236156DEST_PATH_IMAGE065
——坡道模式控制目标车速；
Figure DEST_PATH_IMAGE073
——坡道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关；
——坡道限速值；
Figure 125319DEST_PATH_IMAGE059
——当前车速值；
——车辆纵向加速度实测值；
——坡道长度；
说明：坡道模式仅考虑车辆下坡时的安全性，因为上坡时车辆一直都有一个与车辆行驶方向相反的负加速度，车辆是克服多种阻力行驶的，速度较低且加速幅度较小，故此模式不考虑上坡情况。
Figure DEST_PATH_IMAGE077
表示车辆在无动力（或空挡）情况下，车辆下坡时速度开始增加时的车辆纵向倾角，即车辆下坡时正负加速度分界线，大于此倾角则在车辆行驶方向有正加速度，车辆无动力仍可不断加速。
Figure 986462DEST_PATH_IMAGE078
表示车辆运行中某一时刻的速度，此处指车辆刚进入下坡状态及下坡过程中的动态车速。坡道长度通常由导航系统提供真实数据，若无数据则启动坡道监测单元进行现场实测，是一种应急备选方案，其测量精度无法达到导航系统中的地图数据精度。
Figure 740791DEST_PATH_IMAGE079
，为坡道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关，即车道数越少、车道宽度越小，则调整系数
Figure 8961DEST_PATH_IMAGE073
越小，此时需要车辆保持更低的安全车速。
（3）弯道模式（弯道无坡度）
开启条件：
Figure 532347DEST_PATH_IMAGE080
或
Figure 962191DEST_PATH_IMAGE056
；
控制目标车速
Figure DEST_PATH_IMAGE083
计算公式如下：
Figure 10098DEST_PATH_IMAGE084
其中，
Figure 653569DEST_PATH_IMAGE086
——弯道曲率；
Figure 988736DEST_PATH_IMAGE087
——弯道曲率初始值；
——车辆横向加速度实测值；
Figure 796472DEST_PATH_IMAGE059
——进入弯道时的车速值；
——弯道限速值；
Figure 331675DEST_PATH_IMAGE038
——方向盘转角；
Figure DEST_PATH_IMAGE090
——方向盘转过角度所经过的时间；
Figure 430398DEST_PATH_IMAGE072
——方向盘转角变化幅度增加时的对应车速；
——方向盘与转向轮的转角比例；
Figure 256589DEST_PATH_IMAGE083
——弯道模式控制目标车速；
Figure 694524DEST_PATH_IMAGE093
——弯道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关；
Figure 115141DEST_PATH_IMAGE095
——车辆横向倾角；
Figure DEST_PATH_IMAGE096
——车辆滑动摩擦系数；
Figure 118869DEST_PATH_IMAGE097
——车辆滑动摩擦系数修正值，与路面材料、温度、湿度有关；
Figure DEST_PATH_IMAGE098
——重力加速度；
说明：
Figure 966739DEST_PATH_IMAGE087
为车辆从直线行驶刚进入弯道时的初始曲率，
Figure 891970DEST_PATH_IMAGE059
为进入弯道时的初始速度，此时刻的
Figure 116278DEST_PATH_IMAGE088
即为车辆在弯道产生的横向加速度初始值，后续随着弯道曲率的不断变化，驾驶员方向盘转角也在不断变化，当转角增加且幅度较大时，说明弯道曲率增加，需要调整当前车速；当转角减小且幅度较大时，说明弯道曲率减小或正在驶离弯道，需要切换安全模式。
Figure 443354DEST_PATH_IMAGE099
，为弯道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关，即车道数越少、车道宽度越小，则调整系数
Figure 258863DEST_PATH_IMAGE093
越小，此时需要车辆保持更低的安全车速。
（4）弯道坡道模式或匝道模式（连续弯道且有较大坡度）
弯道坡道模式是弯道模式和坡道模式的叠加，常见于山区连续弯道下坡路段及某些高速匝道，需要更低的安全控制目标车速，故其控制目标车速取两种模式中的最小值，计算公式如下：
——弯道坡道模式控制目标车速。
说明：以上几种模式中的控制目标车速是指车辆在安全的前提下，此时能够允许的最高车速，其数值是随着车辆状态、道路环境、以及隧道、桥梁、弯道、坡道、匝道等各种路况动态变化的。北斗定位与导航系统结合完全可以识别车辆的直线、弯道、坡道行驶状态，若某些路段未能识别，则通过本发明中横向状态监测单元和纵向状态监测单元的监测数据，识别车辆的直线、弯道、坡道行驶状态，纵向为车辆行驶方向，横向为与车辆行驶方向垂直的方向，纵向倾角绝对值大于阈值则表示车辆处于坡道，值为正，表示车辆处于上坡状态，值为负，表示车辆处于下坡状态；方向盘转角绝对值大于阈值则表示车辆处于弯道，值为正表示左转弯，值为负表示右转弯。
与现有技术相比，本发明基于北斗导航技术，针对车辆在不同路况下的行驶状态，结合车辆状态信息、道路环境信息、导航系统提供的位置、速度、地图等信息，及其中各参数的变化，按照一定的控制策略和算法将其分成多种控制模式，提高了系统对不同路况的适应性和针对性，并将控制数据实时输出至车载预警提示模块，进而根据行车环境、道路线形及车辆运行状态的不同，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全。本发明将类似的监测数据组合作为一个数据采集单元（比如：横向状态监测单元，包括均与其连接的横向倾角监测模块和横向加速度监测模块），监测数据在传输至车载数据处理单元之前，就已经进行去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理，减轻车载数据处理单元的数据处理负担的同时，使车载数据处理单元的运算速度和输出速度均进一步提高，且模块化设计使系统整体响应快速，实时性大幅提高。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其特征在于，包括均与车载数据处理单元连接的横向状态监测单元（横向为与车辆行驶方向垂直的方向）、纵向状态监测单元（纵向为车辆行驶方向）、方向盘转角监测模块、坡道长度监测单元、修正参数监测单元、北斗定位模块、数据存储模块和车载预警提示模块；
所述横向状态监测单元，包括均与其连接的横向倾角监测模块和横向加速度监测模块，均布设在车辆底盘上相对水平的中部附近，具体位置可根据车辆重心位置适当调整，分别监测车辆在不同车速状态下的横向倾角和横向加速度，并将监测数据实时传输至横向状态监测单元，横向状态监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述纵向状态监测单元，包括均与其连接的纵向倾角监测模块和纵向加速度监测模块，均布设在车辆底盘上相对水平的中部附近，具体位置可根据车辆重心位置适当调整，分别监测车辆在不同车速状态下的纵向倾角和纵向加速度，并将监测数据实时传输至纵向状态监测单元，纵向状态监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述方向盘转角监测模块，布设于方向盘转轴上，实时监测车辆在不同车速状态下的方向盘转动角度，并将监测数据实时传输至车载数据处理单元；
所述坡道长度监测单元，在导航信息中没有坡道长度信息时工作，包括远距离传感器和近距离传感器，分别布设于车辆前端中上部和中下部附近，分别监测车辆在长下坡和弯道下坡时的坡道长度，并将监测数据实时传输至坡道长度监测单元，坡道长度监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述修正参数监测单元，包括温度传感器和湿度传感器，均布设于车辆底盘前部附近，分别监测车辆所处行车环境的温度和湿度，为各传感器的温度补偿和路面摩擦系数的修正提供环境参数，并将监测数据实时传输至修正参数监测单元，修正参数监测单元将接收的数据经过去除杂波干扰、降低背景噪声、模数转化等预处理后，实时传输至车载数据处理单元；
所述北斗定位模块，实时收发北斗导航定位信息，为导航系统的实时定位和实时测速提供重要数据，布设于车辆顶部，方便信号收发，并将监测数据实时传输至车载数据处理单元；
所述数据存储模块，存储导航系统运行软件，导航地图数据，系统各单元和模块的实时数据，车载数据处理单元的控制算法、基本参数和运算数据，车辆运行状态及轨迹等相关数据；
所述车载预警提示模块，布设于驾驶室，根据车载数据处理单元的指令及时预警，可通过声音及画面提示驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全；
所述车载数据处理单元，接收各单元和各模块的数据，经过预设的控制策略和控制算法识别车辆当前运行状态，并判断是否需要调整及对应调整策略，同时将预警信息输出至车载预警提示模块，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全。
2.如权利要求1所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的数据监测传感器可设置多个，通过特定的算法提高监测精度。
3.如权利要求1所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的方向盘转角监测模块也可采用原车自带的方向盘转角传感器或从原车ECU中获取方向盘转角信息。
4.如权利要求1所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统，其中的北斗定位模块和导航系统如满足本发明功能要求，也可采用原车自带的卫星定位和导航终端。
5.一种应用在如权利要求1所述的一种基于北斗导航技术的车辆监测预警系统中的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S101，横向状态监测单元、纵向状态监测单元、方向盘转角监测模块、坡道长度监测单元、修正参数监测单元和北斗定位模块实时监测车辆在不同车速下的横向倾角、横向加速度、侧向倾角、侧向加速度、方向盘转过角度等车辆状态信息及其变化，坡道长度、环境温度和环境湿度等道路环境信息及其变化，以及北斗导航定位信息，同时将这些实时监测数据传输至车载数据处理单元；
S102，车载数据处理单元将接收到的车辆状态信息、道路环境信息中各参数其变化的数据，结合导航系统提供的位置、速度、地图等信息，经综合分析并按照一定的控制策略和控制算法进行计算后分析判断，输出为车辆当前状态下是否需要调整其运行参数，以及对应的调整方向（比如：加速、减速）和调整目标值（比如：目标速度）；
S103，车载数据处理单元经过综合分析与计算后将控制数据实时输出至车载预警提示模块，进而根据行车环境、道路线形及车辆运行状态的不同，及时提醒驾驶员调整车辆运行状态，保证车辆安全；
S104，以上步骤循环进行直至整个系统关闭，由于行车环境、道路线形及车辆运行状态均随时间不断变化，故整个过程是实时动态的。
6.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述方法中的控制策略和控制算法，根据不同路况，分为多种模式，具体模式及控制方法如下：
（1）直线无坡度模式或隧道模式（近似直线无坡度）
开启条件：当前车速；
控制目标车速
Figure 323214DEST_PATH_IMAGE002
计算公式如下：
Figure 402028DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
——当前车速值；
Figure 431164DEST_PATH_IMAGE006
——路段或隧道限速值；
——直线无坡度模式控制目标车速；
说明：由于隧道通常是直线无坡道的情况，故采用限速值；
（2）坡道模式（直线有坡度）
开启条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
或 ；
Figure 911321DEST_PATH_IMAGE010
控制目标车速
Figure DEST_PATH_IMAGE013
计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
其中，
Figure 49096DEST_PATH_IMAGE016
——车辆纵向倾角；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
——车辆纵向倾角标准值；
Figure 18189DEST_PATH_IMAGE018
——车辆滚动摩擦系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
——车辆滚动摩擦系数修正值，与路面材料、温度、湿度有关；
Figure 845331DEST_PATH_IMAGE020
——系统预估车速值，即车辆下坡时至少可达到的最高车速；
Figure 849059DEST_PATH_IMAGE013
——坡道模式控制目标车速；
——坡道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关；
Figure 369033DEST_PATH_IMAGE006
——坡道限速值；
Figure 825422DEST_PATH_IMAGE005
——当前车速值；
Figure 456255DEST_PATH_IMAGE022
——车辆纵向加速度实测值；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
——坡道长度；
说明：坡道模式仅考虑车辆下坡时的安全性，因为上坡时车辆一直都有一个与车辆行驶方向相反的负加速度，车辆是克服多种阻力行驶的，速度较低且加速幅度较小，故此模式不考虑上坡情况；
Figure 48910DEST_PATH_IMAGE017
表示车辆在无动力（或空挡）情况下，车辆下坡时速度开始增加时的车辆纵向倾角，即车辆下坡时正负加速度分界线，大于此倾角则在车辆行驶方向有正加速度，车辆无动力仍可不断加速；
Figure 333261DEST_PATH_IMAGE005
表示车辆运行中某一时刻的速度，此处指车辆刚进入下坡状态及下坡过程中的动态车速；坡道长度通常由导航系统提供真实数据，若无数据则启动坡道监测单元进行现场实测，是一种应急备选方案，其测量精度无法达到导航系统中的地图数据精度；
Figure 650848DEST_PATH_IMAGE024
，为坡道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关，即车道数越少、车道宽度越小，则调整系数
Figure 678847DEST_PATH_IMAGE021
越小，此时需要车辆保持更低的安全车速；
（3）弯道模式（弯道无坡度）
开启条件： 或
Figure 798112DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure DEST_PATH_IMAGE027
Figure DEST_PATH_IMAGE029
控制目标车速
Figure 518944DEST_PATH_IMAGE030
计算公式如下：
Figure 825291DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
——弯道曲率；
——弯道曲率初始值；
Figure DEST_PATH_IMAGE035
——车辆横向加速度实测值；
Figure 630753DEST_PATH_IMAGE005
——进入弯道时的车速值；
Figure 522486DEST_PATH_IMAGE006
——弯道限速值；
Figure 909605DEST_PATH_IMAGE036
——方向盘转角；
Figure DEST_PATH_IMAGE037
——方向盘转过角度
Figure 184466DEST_PATH_IMAGE036
所经过的时间；
Figure 606220DEST_PATH_IMAGE020
——方向盘转角变化幅度增加时的对应车速；
Figure 403275DEST_PATH_IMAGE038
——方向盘与转向轮的转角比例；
Figure 418635DEST_PATH_IMAGE030
——弯道模式控制目标车速；
Figure DEST_PATH_IMAGE039
——弯道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关；
Figure 123286DEST_PATH_IMAGE040
——车辆横向倾角；
——车辆滑动摩擦系数；
Figure 540492DEST_PATH_IMAGE042
——车辆滑动摩擦系数修正值，与路面材料、温度、湿度有关；
Figure DEST_PATH_IMAGE043
——重力加速度；
说明：
Figure 39607DEST_PATH_IMAGE034
为车辆从直线行驶刚进入弯道时的初始曲率，
Figure 135739DEST_PATH_IMAGE005
为进入弯道时的初始速度，此时刻的
Figure 253867DEST_PATH_IMAGE035
即为车辆在弯道产生的横向加速度初始值，后续随着弯道曲率的不断变化，驾驶员方向盘转角也在不断变化，当转角增加且幅度较大时，说明弯道曲率增加，需要调整当前车速；当转角减小且幅度较大时，说明弯道曲率减小或正在驶离弯道，需要切换安全模式；
Figure 119055DEST_PATH_IMAGE044
，为弯道模式控制目标车速调整系数，与行驶路段的车道数、车道宽度有关，即车道数越少、车道宽度越小，则调整系数
Figure 257913DEST_PATH_IMAGE039
越小，此时需要车辆保持更低的安全车速；
（4）弯道坡道模式或匝道模式（连续弯道且有较大坡度）
弯道坡道模式是弯道模式和坡道模式的叠加，常见于山区连续弯道下坡路段及某些高速匝道，需要更低的安全控制目标车速，故其控制目标车速
Figure DEST_PATH_IMAGE045
取两种模式中的最小值，计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
其中，
Figure 277559DEST_PATH_IMAGE045
——弯道坡道模式控制目标车速；
说明：以上几种模式中的控制目标车速是指车辆在安全的前提下，此时能够允许的最高车速，其数值是随着车辆状态、道路环境、以及隧道、桥梁、弯道、坡道、匝道等各种路况动态变化的；北斗定位与导航系统结合完全可以识别车辆的直线、弯道、坡道行驶状态，如果某些路段未能识别，则通过本发明中方向盘转角监测模块、横向状态监测单元和纵向状态监测单元的监测数据，识别车辆的直线、弯道、坡道行驶状态，纵向为车辆行驶方向，横向为与车辆行驶方向垂直的方向，纵向倾角绝对值大于阈值则表示车辆处于坡道，值为正，表示车辆处于上坡状态，值为负，表示车辆处于下坡状态；方向盘转角绝对值大于阈值则表示车辆处于弯道，值为正表示左转弯，值为负表示右转弯。
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