CN111354224A - 一种基于lte-v2x的车辆前向碰撞预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LTE‑V2X的车辆前向碰撞预警系统及方法，系统包括：数据获取模块，用于通过GNSS数据接口和CAN数据接口读取车辆信息，并处理封装成本车基本安全信息；车间通信模块，包括安装在本车和他车上LTE‑V模块，用于将他车基本安全信息发送给本车，本车接收并处理他车发送的数据以得到他车基本安全信息；数据处理模块，用于计算碰撞时间、碰撞危险距离和角度差，负责实现车辆前向碰撞预警任务，并计算得到预警结果，同时还负责提供实现数据存储函数的功能；预警显示模块，用于显示播报预警状况，提醒驾驶员规避风险。本发明利用LTE‑V2X技术进行实时获取本车和目标车辆运动状态，对潜在的如低光、低可视(雨雪雾天气)或不可视(遮挡或盲区)等条件下的危险进行预警。

Description

一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统及方法，属于车辆驾驶技术领域。

背景技术

随着汽车使用量的不断增加，汽车的安全问题也越来越受到重视，其中的车辆碰撞预警备受关注。目前车辆驾驶辅助系统大多基于摄像头、雷达等传感器，所获取的信息量较少，且在低光、低可视(雨雪雾天气)或不可视(遮挡或盲区)情况下，很难对可能发生的碰撞进行检测并预警。且传感器、雷达和摄像头方案仅限于自身可能发生碰撞的检测，并不能够实现信息共享，无法在交通控制层面提升整体安全水平。

而LTE-V2X(Vehicle to anything)技术作为新兴的车载物理层通信技术，通过整合GPS技术、V2X技术、无线通信技术等，获得实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息。LTE-V2X包括V2V(车-车)、V2I(车-行人)以及V2N(车云)。其传输距离可达300m以上，传输速率为10-50Hz；实时性强，提高了消息处理能力和效率，且弥补了摄像头和雷达等传感器易受环境影响、使用限制较大的缺点。

针对上述种种现状，提供设计一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统及方法，实时获取本车和目标车辆运动状态并对潜在的危险进行预警是非常有必要的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统及方法，本发明提供的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统及方法，利用LTE-V2X技术实时获取本车和目标车辆运动状态，对潜在的危险进行预警。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

一方面，本发明实施例提供的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统，包括：

数据获取模块，用于通过GNSS数据接口和CAN数据接口读取车辆信息，并处理封装成本车基本安全信息；

车间通信模块，包括安装在本车和他车上LTE-V模块，用于将他车基本安全信息发送给本车，本车接收并处理他车发送的数据以得到他车基本安全信息；

数据处理模块，用于计算碰撞时间、碰撞危险距离和角度差，负责实现车辆前向碰撞预警任务，并计算得到预警结果，同时还负责提供实现数据存储函数的功能；

预警显示模块，用于显示播报预警状况，提醒驾驶员规避风险。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述车辆信息包括从GNSS数据接口获取的卫星定位信息和从CAN数据接口获取的车辆行驶参数信息，所述数据获取模块将卫星定位信息和车辆行驶参数信息整理并封装成基本安全信息，并将其传给车间通信模块和数据处理模块。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述卫星定位信息包括经纬度和航向角，所述车辆行驶参数信息包括速度、加速度、制动、转向和油门信息。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述数据处理模块在获得本车和他车的基本安全信息后，调用通用工具算法函数进行车间距、方位角、速度差、加速度差、碰撞时间、碰撞危险距离计算，并调用前向碰撞预警应用函数计算得到预警结果，实现前向碰撞预警算法。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述预警显示模块用于显示碰撞时间、碰撞危险距离和车间距预警信息，车速、经纬度和航向角信息。

另一方面，本发明实施例提供的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警方法，包括：

步骤1，对数据获取模块、车间通信模块、数据处理模块和预警显示模块进行初始化；

步骤2，通过数据获取模块从CAN总线和GNSS接口获取本车的经纬度、航向角、时间、车速、加速度、制动、转向数据，并获取LTE-V模块发送过来的他车的经纬度、航向角、时间、车速、加速度、制动、转向数据；

步骤3，通过数据处理模块进行判断，当IPC_to_V2X_Pos_Sta＝＝(INT8U)HRVP1时，采用从CAN总线获取的车辆驾驶脑发过来的数据，当IPC_to_V2X_Pos_Sta＝＝(INT8U)VP1时，采用从GNSS接口获取的数据；

步骤4，通过数据处理模块计算得到本车与他车的车间距Dis、方位角RB、速度差Δv、加速度差Δa、碰撞时间TTC，以及两车横向偏移量Lateral Offset；

步骤5，判断横向偏移量LateralOffset是否>＝0且<＝Lateral_lim，如果是则进入步骤6，否则过程结束，其中

步骤6，判断是否HV>＝8km/h，如果是则进入步骤7，否则过程结束；

步骤7，判断是否Dis<＝300m，如果是则进入步骤8，否则过程结束；

步骤8，计算碰撞危险距离Ds和碰撞时间TTC；

步骤9，判断是否Dis<＝Ds，如果是则输出预警，否则过程结束；

步骤10，判断是否TTC<＝3s，如果是则输出预警，否则过程结束。

作为本实施例一种可能的实现方式，他车相对于本车的方位角根据车辆的经纬度坐标计算，计算公式为：

其中，H_Long,H_Lat为本车的经纬度，R_Long，R_Lat为他车的经纬度。

作为本实施例一种可能的实现方式，车间距计算公式为：

其中R为地球平均半径，取值为6378.137km；速度差计算公式为：Δv＝v_r-v_h，其中v_h为主车车速，v_r为他车车速；车辆的加速度差计算公式为：Δa＝a_r-a_h，其中a_h为主车车速，a_r为他车车速。

作为本实施例一种可能的实现方式，车辆的碰撞时间计算公式为：

其中Δv为车辆的速度差，Δa为车辆的加速度差，Dis为车辆的车间距。

作为本实施例一种可能的实现方式，碰撞危险距离计算公式为：

其中，T_max为驾驶人制动最大反应时间，取1.5s，f(μ)为制动因数，v_h为主车车速，Δv为车辆速度差，a_max为最大制动减速度，取-6m/s²。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

本发明实施例的技术方案利用LTE-V2X技术进行实时获取本车和目标车辆运动状态，对潜在的如低光、低可视(雨雪雾天气)或不可视(遮挡或盲区)等条件下的危险进行预警。利用车间通信模块能够实时获取他车最新的GPS和CAN数据，并可实时计算出两车间速度差、加速度差、碰撞时间、碰撞距离等；在有驾驶脑的状态下，可以通过CAN数据接口获取高精度厘米级定位信息，既可满足网联通信高精度厘米级定位需求，又能降低网联自身硬件成本；本发明适用范围较大，在浓雾、暴雪等恶劣天气、视野盲区等恶劣条件都能可靠使用且通信距离远。

附图说明：

图1是根据一示例性实施例示出的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统结构图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种数据获取模块架构图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种车间通信模块架构图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种数据处理模块架构图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种预警显示模块架构图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警方法流程图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种抽象车道示意图；

图8是根据一示例性实施例示出的一种两车相对位置图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统结构图。如图1所述，本发明实施例提供的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统，包括：

数据获取模块，用于通过GNSS数据接口和CAN数据接口读取车辆信息，并处理封装成本车基本安全信息；

车间通信模块，包括安装在本车和他车上LTE-V模块，用于将他车基本安全信息发送给本车，本车接收并处理他车发送的数据以得到他车基本安全信息；

数据处理模块，用于计算碰撞时间、碰撞危险距离和角度差，负责实现车辆前向碰撞预警任务，并计算得到预警结果，同时还负责提供实现数据存储函数的功能；

预警显示模块，用于显示播报预警状况，提醒驾驶员规避风险。

该系统包括数据获取模块、车间通信模块、数据处理模块、预警显示模块四个部分。数据获取模块用于读取本车GNSS数据接口、CAN数据接口信息，并处理封装成车辆基本安全信息；车间通信模块用于将他车基本安全信息发送给本车，本车接收并处理他车发送的数据以得到他车基本安全信息；数据处理模块用于计算碰撞时间、碰撞危险距离、角度差等通用工具函数，还负责实现车辆前向碰撞预警任务，计算得到预警结果，最后还负责提供实现数据存储函数的功能；预警显示模块用于显示播报预警状况，提醒驾驶员规避风险。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述车辆信息包括从GNSS数据接口获取的卫星定位信息和从CAN数据接口获取的车辆行驶参数信息，所述数据获取模块将卫星定位信息和车辆行驶参数信息整理并封装成基本安全信息，并将其传给车间通信模块和数据处理模块。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述卫星定位信息包括经纬度和航向角，所述车辆行驶参数信息包括速度、加速度、制动、转向和油门信息。

如图2所示，数据获取模块从GNSS数据接口获取经纬度、航向角等卫星定位信息，从CAN数据接口获取速度、加速度、制动、转向、油门等车辆行驶参数信息，若车辆接有驾驶脑，还可通过CAN数据接口从驾驶脑获取融合后的高精度厘米级定位信息，包括经纬度、航向角等；本模块使用高斯坐标转化算法将从GNSS接口获取的经纬度坐标映射成平面直角坐标，转化公式为经纬度(度)＝DDD+MM.MMMM/60；本模块将各个位置信息和车辆行驶参数信息整理并封装成基本安全信息，并将其传给车间通信模块和数据处理模块。

如图3所示，车间通信模块主要用于车间基本安全信息的收发。将从数据获取模块得到的他车基本安全信息发送给本车，本车接收并处理他车发送的数据以得到他车基本安全信息。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述数据处理模块在获得本车和他车的基本安全信息后，调用通用工具算法函数进行车间距、方位角、速度差、加速度差、碰撞时间、碰撞危险距离计算，并调用前向碰撞预警应用函数计算得到预警结果，实现前向碰撞预警算法。

如图4所示，数据处理模块主要用于车辆前向碰撞预警的相关计算和数据存储函数的实现；本模块在获得本车和他车的基本安全信息后，调用通用工具算法函数进行车间距、方位角、速度差、加速度差、碰撞时间、碰撞危险距离等函数的计算；本模块调用前向碰撞预警应用函数，计算得到预警结果，实现前向碰撞预警算法；本模块调用数据存储函数，用于本车和远车经纬度等信息存储，存储路径和存储文本名字可自行定义，本次存储路径为/home，存储文本为V2XPrintf.txt；本模块将预警结果和相关基本安全信息发送给预警显示模块，用于预警显示。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述预警显示模块用于显示碰撞时间、碰撞危险距离和车间距预警信息，车速、经纬度和航向角信息。

如图5所示，预警显示模块主要用于显示播报预警状况，提醒驾驶员规避风险；本模块既可在安卓平板上显示，需要通过车载设备释放热点，安卓平板连接设备WIFI后进行预警结果的传输，也可在笔记本上使用panel进行显示，包括碰撞时间、碰撞危险距离、车间距等预警信息、车速、经纬度、航向角等本车信息、车速、经纬度、航向角等他车信息。

图6是根据一示例性实施例示出的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警方法流程图。如图6所示，本发明实施例提供的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警方法，包括：

步骤1，对数据获取模块、车间通信模块、数据处理模块和预警显示模块进行初始化；

步骤2，通过数据获取模块从CAN总线和GNSS接口获取本车的经纬度、航向角、时间、车速、加速度、制动、转向数据，并获取LTE-V模块发送过来的他车的经纬度、航向角、时间、车速、加速度、制动、转向数据；

步骤3，通过数据处理模块进行判断，当IPC_to_V2X_Pos_Sta＝＝(INT8U)HRVP1时，采用从CAN总线获取的车辆驾驶脑发过来的数据，当IPC_to_V2X_Pos_Sta＝＝(INT8U)VP1时，采用从GNSS接口获取的数据；

步骤4，通过数据处理模块计算得到本车与他车的车间距Dis、方位角RB、速度差Δv、加速度差Δa、碰撞时间TTC，以及两车横向偏移量Lateral Offset；两车相对位置如图8所示；

步骤5，如图7所示，判断横向偏移量LateralOffset是否>＝0且<＝Lateral_lim，如果是则进入步骤6，否则过程结束，其中

步骤6，判断是否HV>＝8km/h，如果是则进入步骤7，否则过程结束；

步骤7，判断是否Dis<＝300m，如果是则进入步骤8，否则过程结束；

步骤8，计算碰撞危险距离Ds和碰撞时间TTC；

步骤9，判断是否Dis<＝Ds，如果是则输出预警，否则过程结束；

步骤10，判断是否TTC<＝3s，如果是则输出预警，否则过程结束。

作为本实施例一种可能的实现方式，他车相对于本车的方位角根据车辆的经纬度坐标计算，计算公式为：

其中，H_Long,H_Lat为本车的经纬度，R_Long，R_Lat为他车的经纬度。

作为本实施例一种可能的实现方式，车间距计算公式为：

其中R为地球平均半径，取值为6378.137km；速度差计算公式为：Δv＝v_r-v_h，其中v_h为主车车速，v_r为他车车速；车辆的加速度差计算公式为：Δa＝a_r-a_h，其中a_h为主车车速，a_r为他车车速。

作为本实施例一种可能的实现方式，车辆的碰撞时间计算公式为：

其中Δv为车辆的速度差，Δa为车辆的加速度差，Dis为车辆的车间距。

作为本实施例一种可能的实现方式，碰撞危险距离计算公式为：

其中，T_max为驾驶人制动最大反应时间，取1.5s，f(μ)为制动因数，v_h为主车车速，Δv为车辆速度差，a_max为最大制动减速度，取-6m/s²。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统，其特征是，包括：

数据获取模块，用于通过GNSS数据接口和CAN数据接口读取车辆信息，并处理封装成本车基本安全信息；

车间通信模块，包括安装在本车和他车上LTE-V模块，用于将他车基本安全信息发送给本车，本车接收并处理他车发送的数据以得到他车基本安全信息；

数据处理模块，用于计算碰撞时间、碰撞危险距离和角度差，负责实现车辆前向碰撞预警任务，并计算得到预警结果，同时还负责提供实现数据存储函数的功能；

预警显示模块，用于显示播报预警状况，提醒驾驶员规避风险。

2.根据权利要求1所述的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统，其特征是，所述车辆信息包括从GNSS数据接口获取的卫星定位信息和从CAN数据接口获取的车辆行驶参数信息，所述数据获取模块将卫星定位信息和车辆行驶参数信息整理并封装成基本安全信息，并将其传给车间通信模块和数据处理模块。

3.根据权利要求2所述的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统，其特征是，所述卫星定位信息包括经纬度和航向角，所述车辆行驶参数信息包括速度、加速度、制动、转向和油门信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统，其特征是，所述数据处理模块在获得本车和他车的基本安全信息后，调用通用工具算法函数进行车间距、方位角、速度差、加速度差、碰撞时间、碰撞危险距离计算，并调用前向碰撞预警应用函数计算得到预警结果，实现前向碰撞预警算法。

5.根据权利要求1所述的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警系统，其特征是，所述预警显示模块用于显示碰撞时间、碰撞危险距离和车间距预警信息，车速、经纬度和航向角信息。

6.一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警方法，其特征是，包括：

步骤1，对数据获取模块、车间通信模块、数据处理模块和预警显示模块进行初始化；

步骤2，通过数据获取模块从CAN总线和GNSS接口获取本车的经纬度、航向角、时间、车速、加速度、制动、转向数据，并获取LTE-V模块发送过来的他车的经纬度、航向角、时间、车速、加速度、制动、转向数据；

步骤3，通过数据处理模块进行判断，当IPC_to_V2X_Pos_Sta＝＝(INT8U)HRVP1时，采用从CAN总线获取的车辆驾驶脑发过来的数据，当IPC_to_V2X_Pos_Sta＝＝(INT8U)VP1时，采用从GNSS接口获取的数据；

步骤4，通过数据处理模块计算得到本车与他车的车间距Dis、方位角RB、速度差Δv、加速度差Δa、碰撞时间TTC，以及两车横向偏移量Lateral Offset；

步骤5，判断横向偏移量LateralOffset是否>＝0且<＝Lateral_lim，如果是则进入步骤6，否则过程结束，其中

步骤6，判断是否HV>＝8km/h，如果是则进入步骤7，否则过程结束；

步骤7，判断是否Dis<＝300m，如果是则进入步骤8，否则过程结束；

步骤8，计算碰撞危险距离Ds和碰撞时间TTC；

步骤9，判断是否Dis<＝Ds，如果是则输出预警，否则过程结束；

步骤10，判断是否TTC<＝3s，如果是则输出预警，否则过程结束。

7.根据权利要求6所述的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警方法，其特征是，他车相对于本车的方位角根据车辆的经纬度坐标计算，计算公式为：

其中，H_Long,H_Lat为本车的经纬度，R_Long，R_Lat为他车的经纬度。

8.根据权利要求6所述的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警方法，其特征是，车间距计算公式为：

其中R为地球平均半径，取值为6378.137km；速度差计算公式为：Δv＝v_r-v_h，其中v_h为主车车速，v_r为他车车速；车辆的加速度差计算公式为：Δa＝a_r-a_h，其中a_h为主车车速，a_r为他车车速。

9.根据权利要求6所述的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警方法，其特征是，车辆的碰撞时间计算公式为：

其中Δv为车辆的速度差，Δa为车辆的加速度差，Dis为车辆的车间距。

10.根据权利要求6所述的一种基于LTE-V2X的车辆前向碰撞预警方法，其特征是，碰撞危险距离计算公式为：

其中，T_max为驾驶人制动最大反应时间，取1.5s，f(μ)为制动因数，v_h为主车车速，Δv为车辆速度差，a_max为最大制动减速度，取-6m/s²。

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