CN201465309U - 一种汽车高速接近时的预警装置 - Google Patents

Abstract

一种汽车高速接近时的预警装置，它包括全球卫星导航系统接收模块、无线通信模块、危险评估单元和报警显示装置；全球卫星导航系统接收模块用于实时接收导航卫星的导航信息，确定当前车辆的行驶参数，将这些行驶参数传送给无线通信模块和危险评估单元；无线通信模块用于广播当前车辆的行驶参数，接收周围车辆所广播的行驶参数信息，将周围车辆的行驶参数传送给危险评估单元；危险评估单元接收到当前车辆和周围车辆的行驶参数后，进行当前车辆行驶的安全判定，并将判定结果输出给报警显示装置；报警显示装置在接收到判定结果后，提示司乘人员当前驾驶状态存在的安全隐患。本实用新型具有结构简单紧凑、成本低廉、安装方便、适用范围广、安全性高等优点。

Description

一种汽车高速接近时的预警装置

技术领域

本实用新型主要涉及到智能化交通领域，特指一种汽车高速接近时的预警装置。

背景技术

随着汽车等交通工具的普及，随之而来的是交通事故带来的严重问题。交通事故不仅造成直接财产损失，更对人类的生命安全构成巨大威胁。因此，汽车使用中的安全性能越来越受到人们的重视，也是汽车制造商们最近几年一直强调的重点，许多制造商在近几年来都对主动安全性和被动安全性进行了大量持续的研究，以达到安全最大化。在主动安全方面，视觉状况的改善、车内噪音的降低、车内仪器和报警信号的易读性、驾驶中的平稳性、良好的操控性、ABS制动、特别的底盘设计、全轮驱动等等，取得较大进展。在被动安全方面，乘客安全座位、变形区域、车座安全带、气囊、层压的玻璃、合理放置油箱的位置等，也都有不小成就。汽车总体安全性能已经得到较大改善，但远不能满足人对于安全的要求。

美国弗吉尼亚州技术局和NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration，美国国家公路交通安全管理局)在2006年的研究结果显示，公路交通事故80％的原因是由驾驶员在事故前3秒内的疏忽造成的。Daimler Benz的调查显示，提前0.5秒发出警报能防止60％的追尾事故，提前1.5秒能防止90％。

当前的汽车的测距防撞控制系统有多种，主要差异体现在车距探测方式不同。常见的车距探测方式有红外线、超声波、激光雷达、毫米波雷达、视频系统等。表1是各种探测方式的性能比较。

表1汽车各种测距方式主要探测方式性能比较

探测方式	红外线	超声波	激光雷达	毫米波雷达	视频系统
						最大探测距离	最大10m	最大10m	最大150m，由激光功率决定	≥150m，由波束宽度和接收机灵敏度决定	≥100m
分辨率	10mm	差	最小1mm	10mm	差
						方向性	最小30°	一般为90°	能达到1.0°	最小为2.0°	好，由所用的棱镜决定
响应时间	受声速限制	慢，一般为103ms	快，一般为10ms	快，一般为1ms	中，一般大于100ms

探测方式	红外线	超声波	激光雷达	毫米波雷达	视频系统
						温度稳定性	差	一般	好	好	一般
传感器脏、湿度的影响	一般	差	差	好	差
						环境适应性	恶劣天气适应性差，穿透力强	恶劣天气适应性差，穿透力强	恶劣天气适应性差，穿透力强	恶劣天气适应性强，穿透力强	恶劣天气适应性差，穿透力差
硬件价格	低	低	较高	较低	较高

从表1可以看出，现有的车距探测方式在实际应用中难以得到普及和推广，主要原因有：

1、探测距离有限。一般高速行驶汽车的车速约为20～40m/s，因此安全车距应保持在60～120m，探测距离应保持在100～150m。但红外线、超声波等探测方式的探测距离小于10m。这显然无法满足高速行驶车辆的安全预警需要。

2、安装方式复杂。对依靠传感器进行车距探测的方式，常需要在车体外部探测方向(前、后、侧向)安装波束发射装置和回波检测装置。安装较为复杂，甚至需要改变车体外形，且传感装置容易受到污染，影响探测精度，效果不佳。

3、探测对象不明。对于通过发射波束、接收回波类型的车距探测方式，无法探测被测物的类别和性质，常常导致误警。

4、环境适应性差。大多数传感器无法在大雨、大雾、强电磁干扰等恶劣环境下工作，无法全天候安全预警。

5、探测范围有限。仅能探测同向行驶车辆，难以探测侧向交叉行驶车辆。

6、价格成本昂贵。探测系统常需要一组或几组价格昂贵的传感器构成，仅能在高档车辆中使用，难以普及。

7、响应时间缓慢。现有的探测方式一般涉及复杂的数据融合算法或图像处理算法，响应时间缓慢，无法满足实时预警的需要。

随着卫星导航技术广泛而深入的发展，当前全球卫星导航系统已经成为确定地面车辆运动状态的常用手段。卫星导航属于依靠无线电的测时、测距体制，导航定位精度受到多种误差源的影响而较低，相对导航可有效解决这一问题，由于靠近的两个卫星导航接收机同步观测卫星，可消除共有误差，实现高精度的导航定位，为确定车辆间的相对位置提供了一种有效方法。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单紧凑、成本低廉、安装方便、适用范围广、安全性高的汽车高速接近时的预警装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案。

本实用新型提供一种汽车高速接近时的预警装置，其特征在于：它包括全球卫星导航系统接收模块、无线通信模块、危险评估单元和报警显示装置；

所述全球卫星导航系统接收模块用于实时接收导航卫星的导航信息，确定当前车辆的行驶参数，并将这些行驶参数传送给无线通信模块和危险评估单元；

所述无线通信模块用于广播当前车辆的行驶参数，并接收周围车辆所广播的行驶参数信息，将周围车辆的行驶参数传送给危险评估单元；

所述危险评估单元接收到当前车辆和周围车辆的行驶参数后，根据危险评估算法和预设的预警参数阈值进行当前车辆行驶的安全判定，并将判定结果输出给报警显示装置；

作为本实用新型的进一步改进。

所述报警显示装置在接收到危险评估单元作出的判定结果后，提示司乘人员当前驾驶状态存在的安全隐患，同时显示行驶参数的信息。

所述报警显示装置包括声音报警装置、光信号报警装置以及显示屏。

与现有技术相比，本实用新型的优点就在于：

1、性价比高。本实用新型有效利用了全球卫星导航系统强大的信息告知能力，由于卫星导航系统将复杂的计算归结到中心站，对接收机的性能要求较低，因此本实用新型成本低廉且预警精度高。

2、探测域广。由于卫星导航系统对地的覆盖特性，该装置可进行360°全方位探测，因此既可探测同向车辆，也可探测侧向交叉车辆。探测距离仅受无线通信能力的限制。

3、安装简单。本装置体积小，安装简单，不需改变车体结构，且安装在车体内部，不易被污损、盗窃。

4、独立性好。安装本装置的汽车即构成一个独立单元，不依赖其他任何辅助设施，整系统建设难度较小，易于推行实施。

5、实时性高。本实用新型危险评估单元算法简单，时间、资源开销小，预警实时性高。

6、全天时、全天候使用。由于本系统依赖的卫星导航系统具有全天候、全天时提供导航信号的能力。因此，本实用新型可在黑夜、恶劣天气等环境下应用。同时本实用新型方法航迹推算简单，可在短时间导航信号缺失条件下正常使用。

附图说明

图1是本实用新型在应用实例中的示意图；

图2是本实用新型中汽车高速接近时预警装置的框架结构示意图；

图3是汽车高速接近时预警装置的工作及时间校正算法示意图；

图4是汽车高速接近时预警装置相邻车辆之间无线通信网络拓扑示意图；

图5是汽车高速接近时预警装置危险评估单元的工作流程示意图；

图6是汽车高速接近时预警装置的侧向交叉安全检测示意图；

图7是汽车高速接近时预警装置的数据显示和功能设置模块结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和说明书附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，为本实用新型汽车高速接近时预警装置应用实例的示意图。该装置包括全球卫星导航系统接收模块1、无线通信模块2、危险评估单元3、报警显示装置4、功能参数设置模块5。

其中，全球卫星导航系统接收模块1接收全球卫星导航系统导航卫星6的导航信号，确定当前车辆的行驶参数；无线通信模块2一方面通过无线收发天线7接收周围车辆发送的行驶参数，另一方面通过无线收发天线7向周围车辆广播本车的行驶参数。危险评估单元3在获取车辆自身和周围车辆的行驶参数信息后，根据危险评估算法和功能参数设置模块5设定的预警监测参数阈值进行车辆行驶安全检测，当存在行驶危险时，通过报警显示装置4进行报警和参数的显示。

如图2所示，为本实用新型汽车高速接近时预警装置的结构框图。本实用新型装置硬件组成包括作为危险评估单元3的中央处理器、全球卫星导航系统接收模块1、无线通信模块2、报警显示装置4、I/O模块25等。

其中，中央处理器可采用通用DSP，如TMS320LF2407A芯片，其内嵌CAN控制器26、D/A转换模块27、I/O缓存器28。

全球卫星导航系统接收模块1采用普通的GPS接收板卡，如NovAtel OEMV高精度GPS板卡OEMV1/2/3或JNS100。该模块接收卫星导航信息并确定车辆当前的位置、速度、时间。

无线通信模块2采用SZ02-ZIGBEE无线通信模块。该模块集成了符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器，具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性；可实现、多点对多点之间的设备间数据的透明传输。通过该模块实现本车与周围车辆的行驶参数的共享。

图3是汽车高速接近时预警装置的工作示意图。装配有本实用新型的汽车在高速行驶时，一方面实时接收全球卫星导航系统导航卫星6的导航信号并完成自主行驶参数的确定(图中S₁，S₂，S₃，……，S_K为车M可视的空间导航卫星)；另一方面通过无线网络接收周围车辆的行驶参数信息。图中的黑色虚线圆是车M无线收发模块覆盖范围的示意图，车M_i1、M_i2、M_i3，……和M_R为覆盖区域内的所有车辆，均可与M之间进行行驶参数的相互传递；位于覆盖区域之外的车辆(即M_o1等)无法与M进行行驶参数的相互传递；黑色单向实线箭头表示车道方向，因此M_R为与车M反向行驶车辆。

汽车高速接近时，危险评估单元3将根据车辆自身的行驶参数信息和周围车辆的行驶参数信息对自身车辆的行驶进行安全评估。

如图4所示，为汽车高速接近时预警装置相邻车辆之间无线通信网络拓扑示意图。为保证安全预警的实时性和准确性，车车通信网络采用星形拓扑结构，各车均向其无线网络覆盖区域内的所有车辆广播行驶参数。

本装置结构简单，体积小，且不需在车体外部安装，一般安装在司乘人员视线前方。

如图5所示，为汽车高速接近时预警装置中危险评估单元3的工作流程示意图.该单元的输入参数包括本车行驶参数501，报警阈值设置参数502、周围邻近区域内其他车辆的行驶参数503.其中本车行驶参数501来源于卫星导航系统确定结果；报警阈值设置参数502为用户通过功能设置模块设定结果；其他车辆的行驶参数503是通过车车无线网络接收得到.在得到这些参数后，完成以下安全评估流程：

步骤(504)：本车导航时间校正；

车车传递的行驶参数中导航时间为各车通过卫星导航系统确定的位置速度参数对应的时间，该时间受到导航误差的影响而不准确，因此需要进行导航时间的修正。各车广播的行驶参数中的导航时间均为校正后时间，因此，可认为通过无线接收到的导航时间数是准确的。

假设本车无线网络覆盖区域内行驶的汽车总数为N，其编号分别为M_i(i＝1，2，…，N)；本车M的行驶参数记为T′、P、V；其在一段时间内接收其他车辆行驶参数的时刻分别为τ_i(i＝1，2，…，N)；接收到的其他车辆行驶参数分别为T_i、P_i0、V_i0(i＝1，2，…，N)。如图3所示，本车导航时间T′的校正值ΔT为：

$\mathrm{\ΔT}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i(T_i-{\mathrm{\τ}}_i),(i=\mathrm{1,2},...,N)---\left(1.1\right)$

式中ω_i为权系数，计算方法为为：

${\mathrm{\ω}}_i=\frac{1}{N}---\left(1.2\right)$

因此则修正后的导航时间(T)为

T＝T′+ΔT    (1.3)

步骤(505)：周围车辆行驶参数更新；

在完成导航时间校正后，需将本车接收到的其他车辆的行驶参数推算到本车当前时刻，T时刻各车的位置参数更新为：

P_i＝P_i0+V_i0(T-T_i)(i＝1，2，…，N)(1.4)

步骤(506)：相对行驶方向判定，依次选择周围车辆M_i，进行危险评估。车M_i与车M速度矢量夹角为θ_i，其计算方法为：

${\mathrm{\θ}}_i=\arccos \left(\frac{V\·V_t}{\left|V\right|\left|V_i\right|}\right)---\left(1.5\right)$

(·)为矢量的点乘运算；|·|为取模运算。其相对行驶方向判别如下：

1)步骤(507)：如果θ_i＝0±15°，车M_i与车M同向行驶；

2)步骤(508)：如果θ_i＝180±15°，车M_i与车M反向行驶；

3)步骤(509)：其他，车M_i与车M侧向交叉行驶；

步骤(510)：如果为相对同向行驶，首先进行安全车距检测，车M_i与车M的车距R_i计算方法为：

R_i＝|P-P_i|(1.6)

步骤(511)：如果R_i低于设定的安全车距，则进行安全车距报警(DisAlarm)，即：

$\left\{\begin{array}{cc}{R}_i\≤R_{\mathrm{safe}}& \mathrm{DisAlarm},\\ R_i>R_{\mathrm{safe}}& \mathrm{NonAlarm}.\end{array}\right.---\left(1.7\right)$

式中，R_safe为设定的安全车距。

如果未发现与车M_i有潜在行驶危险，如果覆盖区域内存在未检测车辆，则选择下一辆车继续检测，返回步骤(506)；否则，返回，本次检测完成，车M可不更改状态安全行驶。

步骤(512)：如果为侧向交叉行驶，需进行侧向行驶安全接近检测。如图6所示，汽车M、M_i经过相同的交叉路口O，定义半径为R(取为100m)的安全圆，假设M、M_i进入安全圆的时间分别为t_cross、t_{cross_i}，则侧向接近时间T_{cross_i}定义为：

T_{cross_i}＝|t_cross-t_{cross_i}|(1.8)

步骤(513)：如果T_{cross_i}低于设定的安全侧向接近时间，则进行安全侧向接近时间报警(CroAlarm)，即：

$\left\{\begin{array}{cc}{T}_{\mathrm{cross}\_i}\≤t_{\mathrm{cross}\_\mathrm{safe}}& \mathrm{CroAlarm},\\ T_{\mathrm{cross}\_i}>t_{\mathrm{cross}\_\mathrm{safe}}& \mathrm{NonAlarm}.\end{array}\right.---\left(1.9\right)$

式中，t_{cross_safe}为设定的安全侧向接近时间。

如果未发现与车M_i有潜在行驶危险，如果覆盖区域内存在未检测车辆，则选择下一辆车继续检测，返回步骤(506)；否则，返回，本次检测完成，车M可不更改状态安全行驶。

如图7所示，为汽车高速接近时预警装置中报警显示装置。报警显示装置包括数据显示、功能设置、声光报警、报警处理等常用功能。可详尽的显示车距82，报警信息81等。当有潜在危险时，声音警报器83进行报警。同时可通过模式选择键84、确认键85、返回键86、数值增加键88、数值减少键89进行各项功能参数的自行设定等。同时还配有报警处理消音按键87。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种汽车高速接近时的预警装置，其特征在于：它包括全球卫星导航系统接收模块、无线通信模块、危险评估单元和报警显示装置；

所述全球卫星导航系统接收模块用于实时接收导航卫星的导航信息，确定当前车辆的行驶参数，并将这些行驶参数传送给无线通信模块和危险评估单元；

所述无线通信模块用于广播当前车辆的行驶参数，并接收周围车辆所广播的行驶参数信息，将周围车辆的行驶参数传送给危险评估单元；

所述危险评估单元接收到当前车辆和周围车辆的行驶参数后，根据危险评估算法和预设的预警参数阈值进行当前车辆行驶的安全判定，并将判定结果输出给报警显示装置；

所述报警显示装置在接收到危险评估单元作出的判定结果后，提示司乘人员当前驾驶状态存在的安全隐患，同时显示行驶参数的信息。

2.根据权利要求1所述的汽车高速接近时的预警装置，其特征在于：所述报警显示装置包括声音报警装置、光信号报警装置以及显示屏。

3.根据权利要求1或2所述的汽车高速接近时的预警装置，其特征在于：所述危险评估单元与一功能参数设置模块相连，所述功能参数设置模块用于各种预设参数的输入。

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