CN111348016B - 一种基于v2x的车队协同制动方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于V2X的车队协同制动方法及系统，包括以下步骤：获取车队最前车的制动信息，通过V2X同时通知到车队剩余的所有跟随车辆；对于所有跟随车辆中的每一辆车，获取本车行驶数据、前车行驶数据及最前车的制动信息；建立动态安全跟驰距离模型；基于前车行驶数据、本车行驶数据和动态安全跟驰距离模型，计算得出车辆制动模型；根据车辆制动模型，得出本车理想制动加速度并传输给执行机构进行制动，使车辆的实际加速度跟随理想加速度值变化，完成车队协同制动。本发明可提高车与车之间的信息交互效率，缩短跟随车辆制动时间。

Description

一种基于V2X的车队协同制动方法及系统

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，特别涉及一种基于V2X(Vehicle to Everything)的车队协同制动方法及系统。

背景技术

车辆协同运用于智能交通运输系统，使得车与车、车与基站、基站与基站之间能够通信；随着V2X技术在驾驶车辆上的应用，车辆协同制动方法解决了一些交通问题，避免了许多交通事故。车辆协同制动过程中，车辆通过信息交互感知前车制动信息，为驾驶员提供辅助信息，便于创造更加安全的交通环境。基于V2X的车队协同制动方法能够更合理高效地控制车辆，车辆可以由前车制动迅速作出响应，大大缩短了驾驶人员的反应时间，增强了车辆在制动过程中的安全性。因此，研究基于V2X的车队协同制动方法具有十分重要的现实意义。

目前的车辆协同制动方法中，车辆跟驰安全距离大多由固定车间时距计算得来，灵活度不高，难以符合实际行驶中的需要；另外，现有方法中只接受前后车以及自身制动信息，根据前车情况接受制动命令并判定制动加速度，由于车队间存在难以避免的网络延迟，越往后的车辆延迟时间越长，一旦安全跟驰距离不足很容易发生事故。

综上，亟需一种新的基于V2X的车队协同制动方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于V2X的车队协同制动方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明可提高车与车之间的信息交互效率，缩短跟随车辆制动时间。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于V2X的车队协同制动方法，包括以下步骤：

步骤1，获取车队最前车的制动信息，通过V2X同时通知到车队剩余的所有跟随车辆；

步骤2，对于所有跟随车辆中的每一辆车，获取本车行驶数据、前车行驶数据及最前车的制动信息；

步骤3，基于步骤2获取的本车行驶数据和前车行驶数据，建立动态安全跟驰距离模型；

步骤4，基于前车行驶数据、本车行驶数据和动态安全跟驰距离模型，计算得出车辆制动模型；

步骤5，根据步骤4获得的车辆制动模型，得出本车理想制动加速度并传输给执行机构进行制动，使车辆的实际加速度跟随理想加速度值变化，完成车队协同制动；其中，根据动态安全跟驰距离模型调整制动加速度。

本发明的进一步改进在于，步骤1具体包括：

获取车队最前车的制动信号，通过V2X上传至云端；通过V2X将云端的制动信号同时下发给车队剩余的所有跟随车辆。

本发明的进一步改进在于，步骤2具体包括：

利用车队中每辆车辆安装的传感器，获取各个车辆的行驶数据，包括：车辆的初始速度v_b0、加速度a_b0；

其中，传感器采集频次f，单位采集时段t的计算表达式为：

将各车辆的行驶数据通过V2X发送至云端；从云端获取前车的行驶数据，包括：前车初始速度v_q0、加速度a_q0；

采集获取车队车辆之间距离x₀；其中，距离是指前车尾到本车头间距离。

本发明的进一步改进在于，步骤3中建立的动态安全跟驰距离模型的安全跟驰距离表达式为：

d＝S_b-S_q+d₀；

式中，S_b表示本车驶过的距离，S_q表示前车驶过的距离，d表示行驶过程中车辆间安全跟驰距离，d₀表示两车静止后本车车头到前车车尾的相对距离。

本发明的进一步改进在于，步骤4具体包括：

计算本车总制动距离时，分为三个阶段：匀速运动阶段、减速度增长阶段和持续制动阶段；

每个时段时长分别为t₁、t₂、t₃；其中，t₁+t₂+t₃＝t；

其中，匀速运动阶段的表达式为：S_匀i＝v_bit₁，

式中，v_bi为本车在采集间隔时段初速度；i＝0，表示制动初始阶段车辆行驶速度；t₁为接收制动信息到开始制动经历时间；

减速度增长阶段的表达式为：

式中，t₂为达到所需减速度需要经历的时间；

持续制动阶段的表达式为：

式中，a_bi为本车在该采集间隔时段初始制动加速度；t_b3为本车匀速制动时间；

本车在采集时段的制动距离表达式为：S_bi＝S_匀i+S_减i+S_持i；

本车总制动距离：

前车在采集时段车制动距离：

前车自制动开始到停止总制动距离为：

式中，a_qi为前车在该采集间隔时段初始制动加速度，v_qi为前车在采集间隔时段初速度；

当d-x≤c，车辆维持当前运动行驶状态；当d-x>c，调整本车制动机速度；其中，c为允许的误差范围，x为两车实际车间距。

本发明的进一步改进在于，步骤5具体包括：根据两车实际车间距x，计算下一时段理想加速度：

式中，d₀表示两车静止后本车车头到前车车尾的相对距离；

理想加速度小于车辆最大加速度，表达式为|a_理想|<a_max；

将理想制动加速度传输给执行机构，执行机构通过调节各相关部件使得车辆的实际加速度跟随理想加速度值变化。

本发明的进一步改进在于，步骤5还包括：

当a_理想≥0，车辆还未进入制动状态，提醒驾驶人员车辆即将进入制动状态；

当a_理想<0，车辆进入制动状态，告知驾驶人员车辆已经进入制动状态；

制动过程中根据动态安全跟驰距离模型调整制动加速度。

本发明的一种基于V2X的车队协同制动系统，包括：

信息获取模块，用于获取车队最前车的制动信息，通过V2X通知到车队剩余的所有跟随车辆；对于所有跟随车辆中的每一辆车，用于获取本车行驶数据和前车行驶数据；

动态安全跟驰距离模型构建模块，用于根据获取的本车行驶数据和前车行驶数据，建立动态安全跟驰距离模型；

车辆制动模型构建模块，用于根据前车行驶数据、本车行驶数据和动态安全跟驰距离模型，计算得出车辆制动模型；

执行模块，用于根据获得的车辆制动模型，得出本车理想制动加速度并传输给执行机构进行制动，使车辆的实际加速度跟随理想加速度值变化，完成车队协同制动；其中，根据动态安全跟驰距离模型调整制动加速度。

本发明的进一步改进在于，包括制动模块，所述制动模块安装于所述车队的每辆车上；

所述制动模块包括：

传感器，用于采集获取本车的制动信息及行驶信息；

信号传递模块，用于与云端进行信息交互，上传本车制动信息及行驶信息，获取前车及最前车的制动信息及行驶信息；

探测模块，用于监测本车与前车的车距；

中央处理器，用于根据获取的本车行驶数据和前车行驶数据，建立动态安全跟驰距离模型；用于根据前车行驶数据、本车行驶数据和动态安全跟驰距离模型，计算得出车辆制动模型；

执行机构，用于根据车辆制动模型完成制动。

本发明的进一步改进在于，所述制动模块还包括：

警报模块，用于发出制动报警信息；

电子显示屏，用于显示制动报警信息。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的方法中，采用动态安全跟驰距离模型，更加合理、符合实际情况，可提高车与车之间安全跟驰距离的灵活性；本发明实现了“跨车”识别，能够迅速根据前面所有车辆制动信息实现同步制动，可降低反应时间，提高车队制动过程中交通安全性。本发明中，为能够迅速根据领航车辆制动信息实现提前制动，降低反应时间从而提高车队制动过程中交通安全性，通过V2X将领航车制动信息通过一传多的方式下发至车队所有车辆而非一传一向后传递。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种基于V2X的车队协同制动系统的示意图；

图2是本发明实施例中，车辆避撞安全跟驰距离模型示意图；

图3是本发明实施例的一种基于V2X的车队协同制动方法的流程示意框图；

图中，1、传感器；2、信号传递模块；3、探测模块；4、警报模块；5、电子显示屏；6、执行机构；7、中央处理器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种基于V2X的车队协同制动系统，包括：传感器1、信号传递模块2、探测模块3、警报模块4、电子显示屏5、执行机构6和中央处理器7；其中，指令均由中央处理器7下达。

领航车辆(可以是车队的最前车)开始制动，利用领航车自带传感器1获取其制动信号；

利用信号传递模块2通过V2X上传至云端，并通过V2X将制动信号下发给车队其余车辆；

利用信号传递模块2接收领航车辆制动信息；

利用车队中每辆车辆自带传感器1根据采集频次f，单位采集时段t(s)为：

获取实时的车辆行驶数据，包括车辆的初始速度v_b0、加速度a_b0等数据；

将上述数据发送至各个车辆中央处理器7并利用信号传递模块2通过V2X发送至云平台；

利用探测模块3获取车辆之间距离x₀，并发送至中央处理器7；其中，距离是指前车尾到本车头间距离；

车队中每辆车辆通过V2X获取前车行驶数据并发送至中央处理器7，包括前车初始速度v_q0、加速度a_q0等数据；

为避免碰撞，自车需要采取制动措施以一定的加速度进行减速，为确保主动避撞的安全性，两车保持一定的安全跟驰距离d。

请参阅图2，根据上述过程本车与前车之间制动距离的关系建立车辆安全跟驰距离模型，两车之间安全跟驰距离d为：

d＝S_b-S_q+d₀ (2)

其中，S_b表示本车驶过的距离，S_q表示前车驶过的距离，d表示行驶过程中车辆间安全跟驰距离，d₀表示两车静止后本车车头到前车车尾的相对距离。

在实际驾驶过程中，本车与前车运动状态都是实时变化的，安全跟驰距离模型计算的结果也是实时进行更新的；基于已获取的数据，建立基于车间距保持的动态安全跟驰距离模型：

首先，计算本车制动距离，总制动距离分为三个阶段：匀速运动阶段、减速度增长阶段和持续制动阶段。

1、匀速运动阶段：

在制动协调时间车辆未开始制动，仍以制动前初速度行驶，次期间车辆行驶距离S_匀(m)为：

S_匀i＝v_bit₁ (3)

其中，v_bi(m/s)为本车该采集间隔时段初速度，当i＝0，表示制动初始阶段车辆行驶速度，下同，t₁为接收制动信息到开始制动经历时间。

2、减速度增长阶段：

在减速度增长阶段，由于时间较短，其增长可以看做是线性增长，这阶段车辆行驶距离S_减(m)为：

其中，t₂为达到所需减速度需要经历的时间，与车辆性能有关。

3、持续制动阶段：

在持续制动阶段，加速度达到理想值恒定不变，保持该加速度不变直至停车，这阶段车辆行驶距离S_持(m)为:

其中，t_b3为本车匀速制动时间，并且：

t＝t₁+t₂+t₃ (6)

本车该时段制动距离：

S_bi＝S_匀i+S_减i+S_持i (7)

假设车辆维持此制动加速度直到制动完成，本车总制动距离：

然后，计算前车制动距离，对于前车而言，因为是主动减速，无需考虑匀速运动阶段和减速度增长阶段，所以前车该时段制动距离：

假设车辆维持此制动加速度直到制动完成，前车总制动距离：

将计算结果代入上述安全跟驰距离。

当d-x≤c，其中，c为允许的误差范围，此时两车安全跟驰距离接近实际车距，车辆维持当前运动行驶状态，此时则第一阶段和第二阶段时间为0，即S₁、S₂为0；当d-x>c，跟驰距离太大或太小，应及时调整本车制动加速度。

当前车速度大于本车车速，相对安全，因此在本发明只考虑前车车速小于本车车速的情况，当自车减速到与前车速度相同即两车达到共速时未发生碰撞，在该采集时段两车就再无碰撞可能，根据两车实际车间距x，计算下一时段理想加速度：

理想加速度小于车辆最大加速度，即|a_理想|<a_max，当a_理想≥0，即车辆还未进入制动状态，警报模块4通过电子显示屏5提醒驾驶人员车辆即将进入制动状态；a_理想<0，车辆进入制动状态，警报模块4通过电子显示屏5告知驾驶人员车辆已经进入制动状态；

将理想制动加速度传输给执行机构6，执行机构6通过调节各相关部件使得车辆的实际加速度跟随理想加速度值变化；

制动过程中根据上述动态安全跟驰距离模型适时调整制动加速度，如果制动过程驾驶人员参与制动导致无法调整，当实际加速度大于理想加速度，即a_实际>a_理想，由警报模块4通过电子显示屏5向驾驶人员发出抬高制动踏板的口令；当实际加速度小于理想加速度，即a_实际<a_理想，由警报模块4通过电子显示屏5向驾驶人员发出踩低制动踏板的口令。

当车辆达到制动，或领航车辆解除制动从而车队无需制动，在保证安全跟驰距离的情况下解除制动状态，警报模块4解除警告，执行机构6不再进行制动。

本发明实施例的系统，基于V2X的车辆协同制动方法，采用动态安全跟驰距离模型，更加合理、符合实际情况，提高车与车之间安全跟驰距离的灵活性；能够迅速根据最前车制动信息实现提前制动，降低了反应时间，提高了车队制动过程中交通安全性。

请参阅图3，本发明实施例的一种基于V2X的车队协同制动方法，包括以下步骤：

利用领航车自带的传感器识别领航车制动信息并通过V2X通知到车队所有车辆；

警报模块向驾驶人员发出制动警告，提醒驾驶人员车辆进入制动状态；

利用车队中每辆车自带的传感器获取实时制动数据，包括初始速度v_b0、加速度a_b0等数据并输入其中央处理器；

将上述采集数据通过V2X发送至云平台；

车队中每辆车辆通过V2X获取前车制动数据，包括前车初始速度v_q0、加速度a_q0等数据并输入中央处理器；

利用车辆自带的探测模块获取该时刻与前车间距x并输入中央处理器；

基于获取数据，建立动态安全跟驰距离模型；

根据动态安全跟驰距离模型出本车理想制动加速度并传输给执行机构，使车辆的实际加速度跟随理想加速度值变化；

制动过程中根据动态安全跟驰距离模型适时调整制动加速度，如果制动过程驾驶人员参与制动导致无法调整，由警报模块向驾驶人员发出抬高或踩低制动踏板的口令。

继续利用车队中每辆车自带的传感器获取实时制动数据，包括速度v_bi、加速度a_bi等数据并输入其中央处理器，加速度a_bi为上述计算所得理想加速度，二者相差c，c为允许误差值；

重复上述步骤，直至车辆完全停止。

综上所述，本发明公开了一种基于V2X的车辆协同制动方法及系统，包括：利用最前车自带的传感器识别最前车制动信息并通过V2X通知到车队所有车辆；警报模块向驾驶人员发出制动警告，提醒驾驶人员车辆进入制动状态；利用本车与前车自带的传感器获取实时的本车与前车制动数据；基于获取的本车行驶数据和前车行驶数据，建立动态安全跟驰距离模型；基于前车行驶数据、本车行驶数据和可变时距安全跟驰距离模型，计算得出车辆制动模型；根据车辆制动模型得出本车理想制动加速度并传输给执行机构，使车辆的实际加速度跟随理想加速度值变化；制动过程中根据动态安全跟驰距离模型适时调整制动加速度，当制动时由于驾驶人员的参与导致无法调整，由警报模块向驾驶人员发出抬高或踩低制动踏板的口令。本发明的方法采用动态安全跟驰距离模型，更加合理、符合实际情况，提高车与车之间安全跟驰距离的灵活性；本发明实现了“跨车”识别，能够迅速根据前面所有车辆制动信息实现同步制动，降低了反应时间，提高了车队制动过程中交通安全性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于V2X的车队协同制动方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取车队最前车的制动信息，通过V2X同时通知到车队剩余的所有跟随车辆；

步骤2，对于所有跟随车辆中的每一辆车，获取本车行驶数据、前车行驶数据及最前车的制动信息；

步骤3，基于步骤2获取的本车行驶数据和前车行驶数据，建立动态安全跟驰距离模型；

步骤4，基于前车行驶数据、本车行驶数据和动态安全跟驰距离模型，计算得出车辆制动模型；

步骤5，根据步骤4获得的车辆制动模型，得出本车理想制动加速度并传输给执行机构进行制动，使车辆的实际加速度跟随理想加速度值变化，完成车队协同制动；其中，根据动态安全跟驰距离模型调整制动加速度；

其中，步骤1具体包括：获取车队最前车的制动信号，通过V2X上传至云端；通过V2X将云端的制动信号同时下发给车队剩余的所有跟随车辆；

步骤2具体包括：利用车队中每辆车辆安装的传感器，获取各个车辆的行驶数据，包括：车辆的初始速度v_b0、加速度a_b0；

其中，传感器采集频次f，单位采集时段t的计算表达式为：

将各车辆的行驶数据通过V2X发送至云端；从云端获取前车的行驶数据，包括：前车初始速度v_q0、加速度a_q0；

采集获取车队车辆之间距离x₀；其中，距离是指前车尾到本车头间距离；

步骤3中建立的动态安全跟驰距离模型的安全跟驰距离表达式为：

d＝S_b-S_q+d₀；

式中，S_b表示本车驶过的距离，S_q表示前车驶过的距离，d表示行驶过程中车辆间安全跟驰距离，d₀表示两车静止后本车车头到前车车尾的相对距离；

步骤4具体包括：

计算本车总制动距离时，分为三个阶段：匀速运动阶段、减速度增长阶段和持续制动阶段；

每个时段时长分别为t₁、t₂、t₃；其中，t₁+t₂+t₃＝t；t为单位采集时段；

其中，匀速运动阶段的表达式为：S_匀i＝v_bit₁，

式中，v_bi为本车在采集间隔时段初速度；i＝0，表示制动初始阶段车辆行驶速度；t₁为接收制动信息到开始制动经历时间；

减速度增长阶段的表达式为：

式中，t₂为达到所需减速度需要经历的时间；a_bi为本车在该采集间隔时段初始制动加速度；

持续制动阶段的表达式为：

式中，a_bi为本车在该采集间隔时段初始制动加速度；t_b3为本车匀速制动时间；

本车在采集时段的制动距离表达式为：S_bi＝S_匀i+S_减i+S_持i；

本车总制动距离：

前车在采集时段的制动距离：

前车自制动开始到停止总制动距离为：

式中，a_qi为前车在该采集间隔时段初始制动加速度，v_qi为前车在采集间隔时段初速度；

当d-x≤c，车辆维持当前运动行驶状态；当d-x＞c，调整本车制动速度；其中，c为允许的误差范围，x为两车实际车间距；

步骤5具体包括：根据两车实际车间距x，计算下一时段理想加速度：

式中，v_b为本车车速，v_q为前车车速，a_q为前车制动加速度，d₀表示两车静止后本车车头到前车车尾的相对距离；

理想加速度小于车辆最大加速度，表达式为|a_理想|＜a_max；

将理想制动加速度传输给执行机构，执行机构通过调节各相关部件使得车辆的实际加速度跟随理想加速度值变化；

步骤5还包括：

当a_理想≥0，车辆还未进入制动状态，提醒驾驶人员车辆即将进入制动状态；

当a_理想＜0，车辆进入制动状态，告知驾驶人员车辆已经进入制动状态；

制动过程中根据动态安全跟驰距离模型调整制动加速度。

2.一种基于V2X的车队协同制动系统，其特征在于，基于权利要求1所述的车队协同制动方法，包括：

信息获取模块，用于获取车队最前车的制动信息，通过V2X通知到车队剩余的所有跟随车辆；对于所有跟随车辆中的每一辆车，用于获取本车行驶数据和前车行驶数据；

动态安全跟驰距离模型构建模块，用于根据获取的本车行驶数据和前车行驶数据，建立动态安全跟驰距离模型；

车辆制动模型构建模块，用于根据前车行驶数据、本车行驶数据和动态安全跟驰距离模型，计算得出车辆制动模型；

执行模块，用于根据获得的车辆制动模型，得出本车理想制动加速度并传输给执行机构进行制动，使车辆的实际加速度跟随理想加速度值变化，完成车队协同制动；其中，根据动态安全跟驰距离模型调整制动加速度。

3.根据权利要求2所述的一种基于V2X的车队协同制动系统，其特征在于，包括制动模块，所述制动模块安装于所述车队的每辆车上；

所述制动模块包括：

传感器，用于采集获取本车的制动信息及行驶信息；

信号传递模块，用于与云端进行信息交互，上传本车制动信息及行驶信息，获取前车及最前车的制动信息及行驶信息；

探测模块，用于监测本车与前车的车距；

中央处理器，用于根据获取的本车行驶数据和前车行驶数据，建立动态安全跟驰距离模型；用于根据前车行驶数据、本车行驶数据和动态安全跟驰距离模型，计算得出车辆制动模型；

执行机构，用于根据车辆制动模型完成制动。

4.根据权利要求3所述的一种基于V2X的车队协同制动系统，其特征在于，所述制动模块还包括：

警报模块，用于发出制动报警信息；

电子显示屏，用于显示制动报警信息。

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