CN112908033A - 一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警系统及方法，通过车车通信技术，获取车辆在其辐射范围内与其垂直车道车辆的信息并共享自身车辆信息，以同时到达一个交叉路口的时间作为辆车预判信息，若到达同一路口的两辆车辆时间差绝对值小于设定阈值，且车辆距离交叉口的距离与计算出的安全距离的比值小于1.6时，人机交互模块对驾驶员进行预警，本申请能够感知到周围环境中的其他车辆，从而根据行驶状态判断是否会发生碰撞，驾驶员可以通过避碰预警系统的提示采取相应的措施，进而避免碰撞，利用车车通信技术实现的协同式交叉路口碰撞预警可以有效降低无信控交叉口碰撞事故的发生，提高道路交通安全。

Description

一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警系统及方法

技术领域

本发明涉及道路交通安全领域，具体是一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警系统及方法。

背景技术

交通作为国民经济的重要支柱，对国家的发展具有重要意义。随着汽车保有量的增加，交通安全问题日益突出。汽车的智能化、网联化已经成为全球汽车产业的发展重点，发展智能网联汽车被认为是解决交通安全问题的最佳方法。

无信控交叉口作为车流的汇集地，是交通事故的多发地段。其中交叉路口垂直会车是日常驾驶中最容易发生交通事故的交通场景之一，传统的基于传感器的防撞预警技术多用于两车相距很近时的前后车碰撞，检测范围受限，而且可能会由于建筑物或周围环境事物的遮挡，无法检测到交叉路口盲区的车辆，也无法实现车辆间的信息共享。容易造成预警的误报漏报，增加了交叉口碰撞的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警系统及方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警系统，包括人机交互模块、数据采集模块、定位模块、数据交互模块和数据处理模块。人机交互模块用于提醒驾驶员预警信息和驾驶员设置系统参数；数据采集模块用于获取车辆自身的行驶信息并传送至数据处理模块，包括车辆速度、车辆长度和车辆加速度信息，并将获取的车辆行驶信息传送至数据处理模块；定位模块用于获取车辆的位置信息，并将获取的车辆位置信息传送至数据处理模块，数据处理模块根据车辆位置信息和车辆行驶信息计算出车辆到达下一个路口的时间；数据交互模块用于获取车辆辐射半径范围内与其垂直的车道车辆的信息，然后计算出垂直车道车辆到达交叉口的时间，若到达同一路口的两辆车辆时间差绝对值小于设定阈值，选择到达交叉口时间较大的车辆，根据车辆距离交叉口的距离和安全距离的比值，根据车辆距离交叉口的距离和安全距离的比值，数据处理模块向人机交互模块发送分级预警信号，人机交互模块通过声音和弹窗的方式提醒驾驶员，预警级别越高，声音响度越大，频率也越快；否则不触发预警，车辆正常行驶。

进一步的，数据交互模块通过V2V通信方式与其在交叉路口辐射半径内与其垂直的车道的车辆进行通信，实现车辆状态信息的共享。

进一步的，数据交互模块具体采用C-V2X通信模块，其通信收发天线置于车辆顶部无遮蔽位置，设备采用车上12V供电，C-V2X通信模块用于车辆与与其垂直的车道的车辆进行数据交换。

一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警方法，包括以下步骤：

S1，车辆行驶过程中实时获取其辐射半径内的其他车辆的行驶方向、车辆位置、速度和长度信息；

S2，车辆根据其位置和速度，计算其到达自身行驶方向的下一个路口的时间，若垂直车道有其他车辆到达该路口的时间与车辆自身到达该路口的时间差绝对值小于设定阈值，则说明两个车辆在当前行驶状态下同时到达该地点，则对到达交叉口时间较长的车辆进行分级预警，否则不进行预警。

进一步的，计算车辆到达交叉口的时间TTC：

x为车辆当前距离交叉口的距离，v为车辆当前的行驶速度。

进一步的，设定阈值ε：

l_A为车辆A至交叉口的距离，v_A为车辆A行驶速度，l_B车辆B至交叉口的距离，v_B为车辆B行驶速度。

进一步的，预警车辆计算其行驶至交叉口的安全距离，如果车辆自身至交叉口的距离与其安全距离比值小于1.1，则采取二级预警；若小于1.6，则采取一级预警；否则不预警。

进一步的，当前车辆行驶至交叉口的安全距离：

d＝s₁+s₂+s₃

s₁＝v₀×t₁

t₁为驾驶员反应时间和制动系统反应时间和，v₀为车辆当前的速度；t₂为车辆制动时间；k_b为车辆制动减速度；a_des为车辆达到预期制动减速度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

预警系统每次仅对一辆车进行预警，即后到达交叉口的车辆进行预警，可以有效降低同时预警的无效情况，并增加预警的有效性；预警的阈值根据车辆的行驶状态动态计算得到，可以提高预警的准确性；预警系统采用分级预警机制，充分发挥了预警的功能，且避免了分级预警级数太多导致过早预警，驾驶员忽略低级预警信号，削弱驾驶员对预警信号的信任和重视程度。

本发明一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警系统，通过车车通信技术，获取车辆在其辐射范围内与其垂直的车道的车辆信息并共享自身车辆信息，以同时到达一个交叉路口的时间作为车辆预判信息，若到达同一路口的两辆车辆时间差绝对值小于设定阈值，对于到达交叉口时间较长的车辆，其数据处理模块通过人机交互模块对驾驶员进行分级预警，本申请能够感知到周围环境中的其他车辆，从而根据行驶状态判断是否会发生碰撞，驾驶员可以通过避碰预警系统的提示采取相应的措施，进而避免碰撞，利用车车通信技术实现的协同式交叉路口碰撞预警可以有效降低无信控交叉口碰撞事故的发生，提高道路交通安全。

附图说明

图1为本发明实施例中系统模块图。

图2为本发明实施例中无信控交叉口场景示意图。

图3为本发明的协同避碰方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警系统，包括人机交互模块、数据采集模块、定位模块、数据交互模块和数据处理模块，数据采集模块用于获取车辆自身的行驶信息并传送至数据处理模块，包括车辆速度、车辆长度和车辆加速度信息，并将获取的车辆行驶信息传送至数据处理模块；定位模块用于获取车辆的位置信息，并将获取的车辆位置信息传送至数据处理模块，数据处理模块根据车辆位置信息和车辆行驶信息计算出车辆到达下一个路口的时间；数据交互模块用于获取车辆辐射半径范围内与其垂直的车道车辆的信息，然后计算出垂直车道车辆到达交叉口的时间，若到达同一路口的两辆车辆时间差绝对值小于设定阈值，选择到达交叉口时间较大的车辆，根据车辆距离交叉口的距离和安全距离的比值，根据车辆距离交叉口的距离和安全距离的比值，数据处理模块向人机交互模块发送分级预警信号，人机交互模块通过声音和弹窗的方式提醒驾驶员，预警级别越高，声音响度越大，频率也越快；否则不触发预警，车辆正常行驶。数据处理模块还连接有人机交互模块，进行预警信息显示。

数据交互模块通过V2V通信方式与其在交叉路口辐射半径内与其垂直的车道的车辆进行通信，实现车辆状态信息的共享。数据交互模块具体采用C-V2X通信模块，其通信收发天线置于车辆顶部无遮蔽位置，设备采用车上12V供电，C-V2X通信模块用于车辆与与其垂直的车道的车辆进行数据交换

如图3所示，一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警方法，包括以下步骤：

S1，车辆行驶过程中实时获取其辐射半径内的其他车辆的行驶方向、车辆位置、速度和长度信息；

S2，车辆根据其位置和速度，计算其到达自身行驶方向的下一个路口的时间，若垂直车道有其他车辆到达该路口的时间与车辆自身到达该路口的时间差绝对值小于设定阈值，则说明两个车辆在当前行驶状态下同时到达该地点，则对到达交叉口时间较长的车辆进行分级预警，否则不进行预警。

实施例

参见图1的无信控交叉口，网联车辆A和网联车辆B在各自的道路上驶向无信控交叉口，网联车辆A的速度为v_A，网联车辆B的速度为v_B，网联车辆A和网联车辆B利用车车通信技术交换车辆位置信息、车辆长度信息和车辆速度信息，在交叉口处网联车辆A和B存在一个潜在的碰撞点。

本发明的具体步骤如下：

步骤a.在车辆行驶过程中，网联车辆A和网联车辆B采集自身车辆位置信息、车辆长度信息和车辆速度信息，并通过车车通信技术交换车辆位置信息、车辆长度信息和车辆速度信息。

步骤b.根据当前车辆距离潜在碰撞点的距离x和车速v分别计算出网联车辆A和网联车辆B到达潜在碰撞地点(即交叉口)的时间TTC，计算公式如下：

根据网联车辆A和网联车辆B的车长和速度计算TTC预警阈值ε：

步骤c.当网联车辆A和网联车辆B的到达潜在碰撞地点的时间TTC差值的绝对值小于等于TTC预警阈值ε(即满足下式)时，触发预警系统，进入步骤d；否则不预警，进入步骤i。

|TTC_A-TTC_B|＝TTC

|TTC_A-TTC_B|≤ε

TTC_A为网联车辆A到达潜在碰撞地点的时间，TTC_B为网联车辆B到达潜在碰撞地点的时间。

步骤d.安全距离的计算分为三段：1)驾驶员和制动系统反应阶段；2)制动减速度上升阶段；3)车辆达到预期加速度后匀减速阶段。

第一阶段车辆行驶距离。设该阶段时间为t₁，包含驾驶员反应时间和制动系统反应时间，车辆当前的速度为v₀，则该阶段车辆行驶的距离为：

s₁＝v₀×t₁

第二阶段车辆行驶距离。设该阶段时间为t₂，车辆的制动减速度按照k_b的斜率线性增大，则速度随时间的变化为：

该阶段车辆行驶的距离s₂为：

在第三阶段车辆行驶距离。车辆达到预期制动减速度a_des，开始做匀变速直线运动，当车速降为0时，行驶的距离s₃为：

最终得到车辆从预警开始到采取制动措施后车辆行驶的距离为：

d＝s₁+s₂+s₃

步骤e.判断网联车辆A和网联车辆B的当前距离x和安全距离d的比值(x/d)小于等于1.1，则进入步骤f；否则进入步骤g。

步骤f.对网联车辆A和网联车辆B中TTC较大的车辆进行二级预警，驾驶员以加速度a_max采取全力制动，进入步骤j。

步骤g.判断网联车辆A和网联车辆B的当前距离x和安全距离d的比值(x/d)小于等于1.6，则进入步骤h；否则不预警，进入步骤i。

步骤h.对网联车辆A和网联车辆B中TTC较大的车辆进行一级预警，驾驶员按min(a_comf-2,a_now)减速度进行制动，a_comf计算公式如下，a_now为车辆当前制动减速度，进入步骤j。

a_comf＝-0.735-0.0859×v

步骤i.驾驶员可以看见目标车辆且TTC小于2秒时，判断自己在交叉口和目标车辆相比是否占先，若不占先，则进行制动；反之，继续按照预期的速度特性行驶。网联车辆A处于网联车辆B的左侧，其占先的概率为P_L；网联车辆B处于车辆A的右侧，其占先的概率为P_R。当占先概率小于等于0.5时，驾驶员认为自己不占先。反之，认为占先。P_L和P_R的计算方法如下：

u_R＝-0.794+0.182*DISTANCE+0.573*SPEED_DIFFRE-0.223*DISTANCE_DIFFERENCE

u_L＝-1.602-0.201*SPEED_R-0.238*SPEED_DIFFERENCE+0.153*ROSS_DISTANCE_R+0.132*CROSS_TIME_R-0.215*CROSS_DISTANCE_L

式中：CROSS_DISTANCE_R和CROSS_DISTANCE_L分别表示右车和左车距离碰撞点的距离；DISTANCE表示两车之间的直线距离；

DISTANCE_DIFFERENCE表示CROSS_DISTANCE_R与CROSS_DISTANCE_L的差值；

SPEED_R和SPEED_DIFFERENCE分别表示右车的速度与两车的矢量和；CROSS_TIME_R表示右车到达碰撞点所用的时间，计算方法为CROSS_DISTANCE_R除以SPEED_R。

步骤j.返回步骤a。

上述步骤中，驾驶员预期的速度特性为匀速行驶至距离交叉口60m左右，开始匀减速，进入交叉路口时速度降至12m/s左右，然后匀速通过交叉口。车辆的最大制动减速度为

其中m为车辆的质量，15000为车辆的最大质量。预警方式通过人机交互界面和预警播报声音的方式展示，二级预警的播报声音更大，频率也更快。

Claims (8)

1.一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警系统，其特征在于，包括人机交互模块、数据采集模块、定位模块、数据交互模块和数据处理模块；人机交互模块用于提醒预警信息和设置系统参数；数据采集模块用于获取车辆自身的行驶信息并传送至数据处理模块，包括车辆速度、车辆长度和车辆加速度信息，并将获取的车辆行驶信息传送至数据处理模块；定位模块用于获取车辆的位置信息，并将获取的车辆位置信息传送至数据处理模块，数据处理模块根据车辆位置信息和车辆行驶信息计算出车辆到达下一个路口的时间；数据交互模块用于获取车辆辐射半径范围内与其垂直的车道车辆的信息，然后计算出垂直车道车辆到达交叉口的时间，若到达同一路口的两辆车辆时间差绝对值小于设定阈值，选择到达交叉口时间较大的车辆，根据车辆距离交叉口的距离和安全距离的比值，数据处理模块向人机交互模块发送分级预警信号；否则不触发预警，车辆正常行驶。

2.根据权利要求1所述的一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警系统，其特征在于，数据交互模块通过V2V通信方式与其在交叉路口辐射半径内与其垂直的车道的车辆进行通信，实现车辆状态信息的共享。

3.根据权利要求2所述的一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警系统，其特征在于，数据交互模块具体采用C-V2X通信模块，其通信收发天线置于车辆顶部无遮蔽位置，设备采用车上12V供电，C-V2X通信模块用于车辆与与其垂直的车道的车辆进行数据交换。

4.一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，车辆行驶过程中实时获取其辐射半径内与其垂直的车道的车辆的行驶方向、车辆位置、速度和长度信息；

S2，车辆根据其位置和速度，计算其到达自身行驶方向的下一个路口的时间，若垂直车道有其他车辆到达该路口的时间与车辆自身到达该路口的时间差绝对值小于设定阈值，则说明两个车辆在当前行驶状态下同时到达该地点，则对到达交叉口时间较长的车辆进行分级预警，否则不进行预警。

5.根据权利要求4所述的一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警方法，其特征在于，车辆到达交叉口的时间TTC：

x为车辆当前距离交叉口的距离，v为车辆当前的行驶速度。

6.根据权利要求4所述的一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警方法，其特征在于，设定阈值ε：

l_A为车辆A至交叉口的距离，v_A为车辆A行驶速度，l_B车辆B至交叉口的距离，v_B为车辆B行驶速度。

7.根据权利要求4所述的一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警方法，其特征在于，预警车辆计算其行驶至交叉口的安全距离，如果车辆自身至交叉口的距离与其安全距离比值小于1.1，则采取二级预警；若小于1.6，则采取一级预警；否则不预警。

8.根据权利要求7所述的一种无信控交叉口环境下网联车辆协作避碰预警方法，其特征在于，当前车辆行驶至交叉口的安全距离：

d＝s₁+s₂+s₃

s₁＝v₀×t₁

t₁为驾驶员反应时间和制动系统反应时间和，v₀为车辆当前的速度；t₂为车辆制动时间；k_b为车辆制动减速度；a_des为车辆达到预期制动减速度。

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