一種汽車防追尾預(yù)警方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽車防追尾預(yù)警的方法和系統(tǒng)，系統(tǒng)包括路邊設(shè)置的無線通信DSRC設(shè)備，車輛上安裝的車載無線通信設(shè)備、數(shù)據(jù)采集單元和車載終端，其中，數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)部有數(shù)據(jù)采集模塊、GPS模塊和加速度傳感器；通過車載專用短程通信設(shè)備(DSRC)實現(xiàn)車車、車路無線通信交互；車載終端利用基于車路協(xié)同的最小安全距離模型計算自車與前車的安全距離，通過位置信息計算當(dāng)前自車與前車的實際距離，判斷是否存在追尾危險，如果存在追尾危險，則在車載終端界面上顯示危險提醒，并通過聲音報警。降低了防追尾預(yù)警系統(tǒng)的成本，并且提高了預(yù)警的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)具有成本低、體積小、預(yù)警準(zhǔn)確等特點并且適用于各種路況條件。
【專利說明】
一種汽車防追尾預(yù)警方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于交通汽車安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種汽車防追尾預(yù)警方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在傳統(tǒng)的汽車安全領(lǐng)域，比較常見的車輛防追尾技術(shù)主要是通過微波雷達和 攝像頭技術(shù)，但是微波雷達和攝像頭技術(shù)容易受到天氣、遮擋物的干擾，影響其性能，而且 由微波雷達和攝像頭技術(shù)組成的設(shè)備成本高昂，一般車輛很難安裝，并且只通過測量距離 和速度并沒有考慮前車的加速度信息和路面信息，使設(shè)備的預(yù)警有一定的滯后性，并且不 能適用于其他路況，比如潮濕路面、冰雪路面等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種汽車防追尾 方法和系統(tǒng)，采用車車、車路通信技術(shù)，使車輛能在超視距范圍內(nèi)獲得周圍車輛的速度信 息、加速度信息和路況信息。
[0004] 為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：
[0005] -種汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括下列步驟：
[0006] 步驟一，利用無線通信DSRC設(shè)備將設(shè)定好的路況信息向外不斷廣播;所述的路況 信息包括：
[0007] 1)路面的干燥、潮濕或冰雪狀況；
[0008] 2)路面材料是水泥、浙青或沙土；
[0009] 3)路面平整度；
[0010] 步驟二，通過數(shù)據(jù)采集模塊采集車輛行駛速度，通過加速度模塊采集車輛加速 度，通過GPS模塊采集車輛位置信息，并通過藍(lán)牙把采集的信息發(fā)送到車載終端；
[0011]步驟三，利用車載無線通信設(shè)備接收周圍車輛的廣播信息，所述的廣播信息主要 包括周圍車輛的速度、加速度、位置以及車身尺寸信息；
[0012] 步驟四，車載終端通過藍(lán)牙接收采集的自車的行駛速度、加速度以及車輛位置信 息，并通過USB網(wǎng)絡(luò)共享的UDP通信接收車載無線通信設(shè)備傳回的周圍車輛信息，并把這些 信息在車載終端屏幕上顯示，并通過UDP通信的方式將采集自車的信息發(fā)送到無線通信 DSRC設(shè)備，無線通信DSRC設(shè)備通過無線廣播自車信息；
[0013] 步驟五，車載終端首先利用接收的無線通信DSRC設(shè)備的路面信息，確定當(dāng)前路面 的摩擦系數(shù)，確定自車的最大減速度，然后利用基于車路協(xié)同的最小安全距離模型計算自 車與前車的安全距離；
[0014] 步驟六，車載終端利用GPS測量的實際距離So和計算的最小安全距離Des比較，判斷 是否存在追尾危險，當(dāng)實際距離So大于最小安全距離時。車輛安全行駛，當(dāng)實際距離接近或 等于安全距離時，車載終端開始初級預(yù)警，當(dāng)實際距離小于安全距離時，車載終端開始緊急 預(yù)警，并伴隨聲音提示。包括:數(shù)據(jù)采集單元、路側(cè)無線通信單元、車載無線通信單元和車載 終端。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，所述的基于車路協(xié)同的安全距離模型車路協(xié)同的安全距離模型主要 考慮信息傳輸延時、GPS誤差和路面摩擦系數(shù)對安全距離計算的影響，主要將減速過程分為 駕駛員接到預(yù)警到以最大減速度制動階段車輛所行駛的距離So、汽車以最大減速度制動所 行駛的距離S 1、信息傳播延時汽車行駛的距離S2、GPS測距帶來的誤差Derr和后車制動使兩車 保持相同的速度或靜止之后仍要保持的真實的車頭距d f，最小安全距離計算如式1所示： [OC^z1
[0017] 式中，VQ表示自車的速度，to表示駕駛員的反應(yīng)時間，Av表示前車與自車的速度 差，Aa表示前車和自車的加速度差，d f表示后車制動后兩車保持相同的速度或靜止之后仍 要保持的真實的車頭距，Td表示信息傳輸延遲，Derr表示GPS誤差，D es為基于車路協(xié)同的安全 距離模型計算的安全距離為Des。
[0018] 所述的基于車路協(xié)同的安全距離模型中Aa，如下式2所示：
[0019] Δ a = gu~ai (2)
[0020] 式中，g為重力加速度，U為路面摩擦系數(shù)，該路面摩擦系數(shù)是根據(jù)無線通信DSRC設(shè) 備發(fā)布的路面信息得到的，ai表示前車的加速度。
[0021] 所述的df表示后車制動后兩車保持相同的速度或靜止之后仍要保持的真實的車 頭距，得到如下式所示：
[0022] df=(La+Lb)/2+do (3)
[0023] 式中，LJPLb是前車和自車的長度，do表示兩車保持相同的速度或靜止之后仍要保 持的車頭距。
[0024] 所述的Td是通信信息傳輸延時，分為信號在傳播途中的延時Ttr和系統(tǒng)接收到信息 后對信息處理周期的延時T ap，Tap為防追尾系統(tǒng)的處理周期，所以Tap = T,得下式：
[0025] Td = Ttr+T (4)
[0026] 所述的Drr為GPS誤差，采用的GPS誤差為± 2.5m，按照正態(tài)分布計算GPS誤差，得到 誤差的概率分布如下式所示：
[0027]
(5)
[0028] 通過誤差的概率分布得到誤差的概率密度函數(shù)為：
[0029]
(6)
[0030] 所述的無線通信DSRC設(shè)備，采用IEEE802.11p和IEEE1609協(xié)議的短程無線專用設(shè) 備;且支持USB網(wǎng)絡(luò)共享的USB單元;無線通信DSRC設(shè)備之間通過無線廣播通信。
[0031 ]所述的車載終端選用Android智能手機。
[0032] 所述的無線通信DSRC設(shè)備和車載無線通信設(shè)備采用CohdaWireless公司的MK5設(shè) 備。
[0033] -種汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括：
[0034]路邊設(shè)置的無線通信DSRC設(shè)備，用于根據(jù)當(dāng)前路況信息，將路況信息以無線廣播 的方式周期性廣播，所述的路況信息包括路面的干燥、潮濕或冰雪狀況，路面使用的水泥、 瀝青或沙土材料和路面平整度；
[0035]在車輛上安裝的車載無線通信設(shè)備、數(shù)據(jù)采集單元和車載終端，其中，所述的數(shù)據(jù) 采集單元內(nèi)部有數(shù)據(jù)采集模塊、GPS模塊和加速度傳感器，用于采集自車當(dāng)前的速度、加速 度和位置信息；
[0036]車載無線通信單元用于接收周圍車輛的廣播信息，所述的廣播信息包括周圍車輛 的速度、加速度和位置信息，并將采集的自車的速度、加速度和信息并通過無線廣播播出； [0037]路邊設(shè)置的無線通信設(shè)備和車載無線通信設(shè)備通過無線通信廣播的方式進行交 互；
[0038]所述車載終端利用基于車路協(xié)同的最小安全距離模型計算自車與前車的安全距 離，通過位置信息計算當(dāng)前自車與前車的實際距離，判斷是否存在追尾危險，如果存在追尾 危險，則在車載終端界面上顯示危險提醒，并通過聲音報警。
[0039] 本發(fā)明的汽車防追尾預(yù)警方法和系統(tǒng)，帶來的技術(shù)效果是：
[0040] 車與車、車路通信以廣播形式通信，不需要連接，減少了通信連接延時和通信網(wǎng)絡(luò) 復(fù)雜度。首先，利用車載OBD接口采集速度信息，利用加速度模塊采集加速度信息，利用GPS 采集位置信息。然后，從接收路側(cè)單元廣播的路面信息，得到路面的摩擦系數(shù)，并計算車輛 的最大減速度，使得安全距離模型適用于冰雪、濕滑、干燥等各種路面情況。考慮了車車通 信的信息傳輸延時和GPS測距誤差，并對信息傳輸延時和GPS誤差做了補償，得到了更符合 實際的最小安全距離模型，最后，利用GPS測量實際距離與最小安全距離模型計算的距離比 較，實際距離接近或小于安全距離模型時系統(tǒng)預(yù)警。降低了防追尾預(yù)警系統(tǒng)的成本，并且提 高了預(yù)警的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)具有成本低、體積小、預(yù)警準(zhǔn)確等特點并且適用于各種路況條件。
【附圖說明】
[0041 ]圖1為本發(fā)明的汽車防追尾預(yù)警方法示意圖；
[0042] 圖2為本發(fā)明的防追尾預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043] 圖3為本發(fā)明的防追尾方法流程圖。
[0044]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。
【具體實施方式】
[0045]本實施例給出一種汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)，包括：
[0046]路邊設(shè)置的無線通信DSRC設(shè)備，用于根據(jù)當(dāng)前路況信息，將路況信息以無線廣播 的方式周期性廣播，所述的路況信息包括路面(干燥、潮濕或冰雪）狀況，路面使用的材料 (水泥、瀝青或沙土)和路面平整度；
[0047] 在車輛上安裝的車載無線通信設(shè)備、數(shù)據(jù)采集單元和車載終端，其中，所述的數(shù)據(jù) 采集單元內(nèi)部有數(shù)據(jù)采集模塊、GPS模塊和加速度傳感器，用于采集自車當(dāng)前的速度、加速 度和位置信息；
[0048] 車載無線通信設(shè)備用于接收周圍車輛的廣播信息，所述的廣播信息包括周圍車輛 的速度、加速度和位置信息，并將采集的自車的速度、加速度和信息并通過無線廣播播出； [0049]路邊設(shè)置的無線通信DSRC設(shè)備和車載無線通信設(shè)備通過專用短程通信設(shè)備實現(xiàn) 無線通信交互；
[0050] 所述車載終端利用基于車路協(xié)同的最小安全距離模型計算自車與前車的安全距 離，通過位置信息計算當(dāng)前自車與前車的實際距離，判斷是否存在追尾危險，如果存在追尾 危險，則在車載終端界面上顯示危險提醒，并通過聲音報警。
[0051] 數(shù)據(jù)采集單元主要采集自車的GPS位置信息、速度信息和加速度信息，車載終端安 裝防追尾預(yù)警APP(應(yīng)用程序），車載終端根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元的信息和車載無線通信設(shè)備接 收的周圍車輛信息和路況信息，運行防追尾預(yù)警APP中的車路協(xié)同的安全距離模型，計算是 否防追尾報警。
[0052] 在本實施例中，所述的無線通信DSRC設(shè)備和車載無線通信設(shè)備采用 CohdaWireless公司的MK5設(shè)備，所述的數(shù)據(jù)采集模塊采用0BDEST527芯片數(shù)據(jù)采集模塊，加 速度傳感器采用MMA7361傳感器，所述的車載終端選用Android智能手機。車載終端和MK5設(shè) 備之間采用OGT USB線連接。
[0053] 本實施例給出的汽車防追尾預(yù)警方法的示意圖如圖1所示，汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，主要采用GPS模塊測量自車位置信息，以50ms為周期，精度為土 2.5m，以IOOms為周期從自車的OBD接口讀取自車的速度信息，加速度傳感器測量自車加速 度信息，數(shù)據(jù)采集模塊將得到的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙以150ms為周期向車載終端發(fā)送一次。數(shù)據(jù)采 集單元安裝在車內(nèi)。無線通信DSRC設(shè)備作為無線廣播收發(fā)設(shè)備，通信距離為500m~1000m， 以100ms為周期向外廣播采集的自車信息，無線通信DSRC設(shè)備接收天線和GPS接收天線安裝 在車頂。無線通信DSRC設(shè)備安裝在路邊，高度為2m，以500ms廣播路況信息，當(dāng)車載終端接收 到所有需要的信息時，運行基于車路協(xié)同的安全距離模型，計算最小安全距離，判斷追尾的 可能性。
[0054]本發(fā)明汽車防追尾預(yù)警方法如下：
[0055]如圖3所示，首先測量通過數(shù)據(jù)采集模塊采集本車的速度信息、加速度信息和位置 信息，并將這些信息發(fā)回到車載終端設(shè)備。其次，車載通信設(shè)備接收周圍車輛的廣播信息， 路側(cè)的無線通信DSRC設(shè)備廣播信息，并將這些信息傳回到車載終端，然后，車載終端將接 收到的自車信息以UDP通信的方式發(fā)送到MK5通信設(shè)備，MK5將自車信息廣播。最后，車載終 端利用得到的自車信息、周圍車輛信息以及路況信息，利用防追尾預(yù)警APP(應(yīng)用程序）中的 基于車路協(xié)同的安全距離模型計算最小安全距離，利用位置信息計算實際距離，將最小安 全距離和實際距離比較，當(dāng)實際距離等于或小于最小安全距離時，終端通過預(yù)警條顏色變 化和聲音提醒的方式預(yù)警。具體的基于車路協(xié)同的安全距離模型計算如下：
[0056]上述基于車路協(xié)同的安全距離模型，主要考慮到信息傳輸延時、GPS誤差和路面摩 擦系數(shù)，將制動距離分為駕駛員接到預(yù)警到以最大減速度制動階段車輛所行駛的距離So、 汽車以最大減速度制動所行駛的距離一:、信息傳播延時汽車行駛的距離S 2、GPS測距帶來的 誤差Derr和后車制動使兩車保持相同的速度或靜止之后仍要保持的真實的車頭距d f。
[Onc^1
[0058」式中VQ表示自車的速度，to表示駕駛員的反應(yīng)時間，Δν表示前車與自車的速度差， A a表示前車和自車的加速度差，df表示后車制動后兩車保持相同的速度或靜止之后仍要 保持的真實的車頭距，Td表示信息傳輸延遲，D es為基于車路協(xié)同的安全距離模型計算的安 全距離為Des。
[0059]基于車路協(xié)同的安全距離模型中Aa，如下式2所示：
[0060] Δ a = gu~ai (2)
[0061] 式中g(shù)為重力加速度，u為路面摩擦系數(shù)，是通過無線通信DSRC設(shè)備廣播的路面信 息得到的，B1表示前車的加速度。
[0062] df表示后車制動后兩車保持相同的速度或靜止之后仍要保持的真實的車頭距，得 到如下式所示：
[0063]
[0064] 式中LjPLb是前車和自車的長度，do表示兩車保持相同的速度或靜止之后仍要保 持的車頭距。
[0065] Td是通信信息傳輸延時，分為信號在傳播途中的延時Ttr和系統(tǒng)接收到信息后對信 息處理周期的延時Tapt3Tap為防追尾系統(tǒng)的處理周期。
[0066] 所以 Tap = T,得：
[0067] Td = Ttr+T (4)
[0068] Drr為GPS誤差，系統(tǒng)采用的GPS誤差為± 2.5m，按照正態(tài)分布計算GPS誤差，得到誤 差的概率分布如下式所示：
[0069]
(5)
[0070] 通過誤差的概率分布得到誤差的概率密度函數(shù)為：
[0071]
(6)〇
【主權(quán)項】
1. 一種汽車防追尾預(yù)警方法，其特征在于，包括下列步驟： 步驟一，利用無線通信DSRC設(shè)備將設(shè)定好的路況信息向外不斷廣播;所述的路況信息 包括： 1) 路面的干燥、潮濕或冰雪狀況； 2) 路面材料是水泥、漸青或沙±; 3) 路面平整度； 步驟二，通過數(shù)據(jù)采集模塊采集車輛行駛速度，通過加速度模塊采集車輛加速度，通過 GPS模塊采集車輛位置信息，并通過藍(lán)牙把采集的信息發(fā)送到車載終端； 步驟Ξ，利用DSRC車載無線通信設(shè)備接收周圍車輛的廣播信息，所述的廣播信息主要 包括周圍車輛的速度、加速度、位置W及車身尺寸信息； 步驟四，車載終端通過藍(lán)牙接收采集的自車的行駛速度、加速度W及車輛位置信息，并 通過USB網(wǎng)絡(luò)共享功能，利用socket通信接收車載無線通信設(shè)備傳回的周圍車輛信息，并把 運些信息在車載終端屏幕上顯示，并通過socket通信的方式將采集自車的信息發(fā)送到無線 通信DSR村受備，無線通信DSR村受備通過無線廣播自車信息； 步驟五，車載終端首先利用接收的無線通信DSRC設(shè)備的路面信息，確定當(dāng)前路面的摩 擦系數(shù)，確定自車的最大減速度，然后利用基于車路協(xié)同的最小安全距離模型計算自車與 前車的安全距離； 步驟六，車載終端利用GPS測量的實際距離So和計算的最小安全距離Des比較，判斷是否 存在追尾危險，當(dāng)實際距離So大于最小安全距離時。車輛安全行駛，當(dāng)實際距離接近或等于 安全距離時，車載終端開始初級預(yù)警，當(dāng)實際距離小于安全距離時，車載終端開始緊急預(yù) 警，并伴隨聲音提示。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基于車路協(xié)同的安全距離模型車路 協(xié)同的安全距離模型主要考慮信息傳輸延時、GPS誤差和路面摩擦系數(shù)對安全距離計算的 影響，主要將減速過程分為駕駛員接到預(yù)警到W最大減速度制動階段車輛所行駛的距離 So、汽車W最大減速度制動所行駛的距離Si、信息傳播延時汽車行駛的距離S2、GPS測距帶來 的誤差Derr和后車制動使兩車保持相同的速度或靜止之后仍要保持的真實的車頭距df，最 小安全距離計算如式1所示：式中，V0表示自車的速度，to表示駕駛員的反應(yīng)時間，Δ V表示前車與自車的速度差，Δ a 表示前車和自車的加速度差，df表示后車制動后兩車保持相同的速度或靜止之后仍要保持 的真實的車頭距，T康示信息傳輸延遲，Derr表示GPS誤差，Des為基于車路協(xié)同的安全距離模 型計算的安全距離為Des。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的基于車路協(xié)同的安全距離模型中Δ a, 如下式2所示： Δ 曰= gu-曰 1 (2) 式中，g為重力加速度，U為路面摩擦系數(shù)，該路面摩擦系數(shù)是根據(jù)無線通信DSRC設(shè)備發(fā) 布的路面信息得到的，ai表示前車的加速度。4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的df表示后車制動后兩車保持相同的速 度或靜止之后仍要保持的真實的車頭距，得到如下式所示： df=化a+Lb)/化do (3) 式中，La和Lb是前車和自車的長度，do表示兩車保持相同的速度或靜止之后仍要保持的 車頭距。5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的Td是通信信息傳輸延時，分為信號在傳 播途中的延時Ttr和系統(tǒng)接收到信息后對信息處理周期的延時Tap, Tap為防追尾系統(tǒng)的處理 周期，所WTap = T，得下式： Td = Ttr+T (4)。6. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的化r為GPS誤差，采用的GPS誤差為± 2.5m，按照正態(tài)分布計算GI^誤差，得到誤差的概率分布如下式所示：(5) 通過誤差的概率分布得到誤差的概率密度函數(shù)為：(6)。7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的無線通信DSRC設(shè)備，采用IE邸802.1 Ip 和IE邸1609協(xié)議的短程無線專用設(shè)備;且支持USB網(wǎng)絡(luò)共享的USB單元;無線通信DSRC設(shè)備 之間通過無線廣播通信。8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的車載終端選用Amlroid智能手機。9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的無線通信DSRC設(shè)備和車載無線通信設(shè) 備義用CohdaWireless公司的MK5設(shè)備。10. -種汽車防追尾預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括： 路邊設(shè)置的無線通信DSRC設(shè)備，用于根據(jù)當(dāng)前路況信息，將路況信息W無線廣播的方 式周期性廣播，所述的路況信息包括路面的干燥、潮濕或冰雪狀況，路面使用的水泥、漸青 或沙±材料和路面平整度； 在車輛上安裝的車載無線通信設(shè)備、數(shù)據(jù)采集單元和車載終端，其中，所述的數(shù)據(jù)采集 單元內(nèi)部有數(shù)據(jù)采集模塊、GPS模塊和加速度傳感器，用于采集自車當(dāng)前的速度、加速度和 位置信息； 車載無線通信單元用于接收周圍車輛的廣播信息，所述的廣播信息包括周圍車輛的速 度、加速度和位置信息，并將采集的自車的速度、加速度和信息并通過無線通信設(shè)備廣播； 路邊設(shè)置的無線通信設(shè)備和車載無線通信設(shè)備通過無線通信廣播的方式進行交互； 所述車載終端利用基于車路協(xié)同的最小安全距離模型計算自車與前車的安全距離，通 過位置信息計算當(dāng)前自車與前車的實際距離，判斷是否存在追尾危險，如果存在追尾危險， 則在車載終端界面上顯示危險提醒，并通過聲音報警。
【文檔編號】G08G1/16GK105938660SQ201610402224
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】趙祥模, 惠飛, 景首才
【申請人】長安大學(xué)