基于車路協(xié)同和4g網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警裝置，包括：路側(cè)信號整合處理模塊，接收交通信號燈模塊信息并整合路側(cè)4G模塊接收的信息，并進(jìn)行處理；路側(cè)4G模塊，接收路側(cè)信號整合處理模塊的信息，與內(nèi)部存儲的路口中心位置的GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)信息向外廣播；車載4G模塊，與路側(cè)4G模塊通信；車載GPS模塊，用于測定車輛的位置信息，并將發(fā)送給車載控制器模塊；車載控制器模塊，用于控制車載4G模塊和HMI模塊的顯示信息，計算當(dāng)前車輛到達(dá)路口的時間以及與被檢測目標(biāo)車輛分別到達(dá)路口的時間差，并判斷是否達(dá)到報警閾值，若達(dá)到相應(yīng)的報警閾值，則闖紅燈報警和/或碰撞報警。成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，對車輛碰撞進(jìn)行快速預(yù)警。
【專利說明】
基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及智能交通和道路交通安全技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警裝置及方法，尤其適用于燈交叉路口進(jìn)行闖紅燈報警和交叉路口盲區(qū)預(yù)警。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城鎮(zhèn)化率的不斷提高，目前有視線遮擋且有交通信號燈的交叉路口路況越來越多。雖然在路口有信號燈的情況下，行車安全性顯著提高，但是由于某些駕駛員存在闖黃燈等危險駕駛行為，或者前方大貨車遮擋視線等情況時有發(fā)生，仍然給行車安全造成很大隱患。并且，將道路和車輛作為分立系統(tǒng)考慮的傳統(tǒng)交通管理方式，已經(jīng)難以滿足人們對道路交通安全水平的要求。
[0003]傳統(tǒng)的主動安全技術(shù)主要基于自主式車輛傳感器來實現(xiàn)，不僅受限于行車狀況、道路條件、天氣和環(huán)境因素，同時無法滿足傳感器盲區(qū)和異常道路環(huán)境的安全預(yù)警要求。基于DSRC(Dedicated Short Range Communicat1ns，專用短程通信)的車車、車路通信技術(shù)可滿足上述需求，但是路側(cè)和車載設(shè)備的改造安置需要大量基礎(chǔ)投入，成本高昂，短期內(nèi)難以普及。
[0004]中國專利文獻(xiàn)CN102431556公開了一種基于車路協(xié)同的駕駛員一體化預(yù)警裝置，包括設(shè)置在車輛上的自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊、主控模塊、車載無線通信模塊和人機(jī)交互模塊，所述自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊的輸出信號輸入主控模塊，主控模塊通過無線通信模塊與周圍車輛以及道路上的設(shè)備通信，主控模塊通過人機(jī)交互模塊發(fā)出預(yù)警。通過車車通信方式獲取周圍車輛駕駛意圖，從而對潛在危險進(jìn)行識別、預(yù)警。該裝置非常復(fù)雜，通過各種傳感器采集信息，然后進(jìn)行分析車輛的駕駛意圖。該裝置成本高昂，應(yīng)用前景不佳。
[0005]基于4G(The4th Generat1n Mobile Communicat1n Technology，第四代移動通信技術(shù))的車路協(xié)同技術(shù)以其低成本、高覆蓋率、較好實時性等優(yōu)點已經(jīng)成為目前國際智能交通領(lǐng)域的較熱門技術(shù)，包括美國、日本、歐洲在內(nèi)的主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都在積極研究該技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，有序推進(jìn)相關(guān)立法工作。車路協(xié)同是指應(yīng)用傳感探測、無線通信、信號處理等技術(shù)，使車輛端和道路端能夠共享車輛狀態(tài)、路側(cè)設(shè)備狀態(tài)、道路交通條件等信息，以達(dá)到有效提升道路交通安全、道路通行效率的目的。
[0006]目前，隨著通信技術(shù)的研究和發(fā)展，4G技術(shù)以其低成本、高覆蓋率、較好實時性的特點已成為非常熱門的車路協(xié)同通信技術(shù)。本發(fā)明由此而來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述技術(shù)方案存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出了一種基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警裝置和方法，成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，可以對車輛進(jìn)行闖紅燈報警和交叉路口盲區(qū)預(yù)警，使駕駛員及時預(yù)判交通信號燈狀況和盲區(qū)路況，有效避免車輛違章和碰撞事故的發(fā)生。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]—種基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警裝置，其特征在于，包括車載設(shè)備和路側(cè)設(shè)備;所述路側(cè)設(shè)備包括:
[0010]一路側(cè)信號整合處理模塊，用于接收交通信號燈模塊信息并整合路側(cè)4G模塊接收的信息，經(jīng)過解析和去除冗余后，將信息傳輸給路側(cè)4G模塊；
[0011 ] 一路側(cè)4G模塊，與路側(cè)信號整合處理模塊連接，用于接收路側(cè)信號整合處理模塊的信息，并連同其內(nèi)部存儲的路口中心位置的GPS經(jīng)瑋度坐標(biāo)信息通過4G方式向外廣播；
[0012]所述車載設(shè)備包括:
[0013]一車載4G模塊，由車載控制器模塊控制與路側(cè)4G模塊進(jìn)行通信；
[0014]—車載GPS模塊，用于測定當(dāng)前車輛的位置信息，并將所述位置信息發(fā)送給車載控制器模塊；
[0015]一車載控制器模塊，用于控制車載4G模塊和HMI模塊的顯示信息，計算當(dāng)前車輛到達(dá)路口的時間以及與被檢測目標(biāo)車輛分別到達(dá)路口的時間差，并判斷是否達(dá)到報警閾值，若達(dá)到相應(yīng)的報警閾值，則闖紅燈報警和/或碰撞報警；
[0016]一 HMI模塊，用于顯示車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)和安全預(yù)警信息。
[0017]優(yōu)選的，所述車載設(shè)備還包括車載信號整合處理模塊，用于接收車載GPS模塊信息并整合車載4G模塊接收的廣播信息，經(jīng)過解析和去除冗余后，將車輛行駛狀態(tài)信息通過車載4G模塊對外廣播。
[0018]本發(fā)明還公開了一種基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0019]S01:根據(jù)當(dāng)前車輛的經(jīng)瑋度坐標(biāo)和路側(cè)4G模塊的經(jīng)瑋度坐標(biāo)計算車輛與路側(cè)4G模塊的距離，作為當(dāng)前車輛到路口的距離；
[0020]S02:根據(jù)車輛到路口的距離判斷是否大于預(yù)警臨界距離D，若小于D，執(zhí)行步驟S03；
[0021 ] S03:實時判斷檢測區(qū)域內(nèi)有無其他車輛正在向路口行進(jìn)，若檢測到其他車輛向路口行進(jìn)，則執(zhí)行步驟S04 ；
[0022]S04:獲取交通信號燈模塊的信息，計算當(dāng)前車輛以當(dāng)前速度勻速行駛到路口的時間^，將^與信號燈相位信息比較，若小于信號燈相位信息，則判斷車輛無闖紅燈風(fēng)險，HMI模塊顯示當(dāng)前交通信號燈相位信息和相位剩余時間；反之，判斷車輛有闖紅燈風(fēng)險，則HMI模塊顯示闖紅燈報警提示信息；
[0023]S04:獲取所有被檢測目標(biāo)車輛的速度和到路口的距離，計算被檢測目標(biāo)車輛以當(dāng)前速度勻速行駛到達(dá)路口的時間，并選取其中的最小值知；
[0024]S05:計算出當(dāng)前車輛與被檢測目標(biāo)車輛分別到達(dá)路口的時間差的絕對值I T I =tP-ti I，判斷I τ I是否大于預(yù)警臨界時間τ，若小于τ進(jìn)行碰撞報警。
[0025]優(yōu)選的，實時檢測獲取當(dāng)前車輛的位置信息，若在一定時間內(nèi)，當(dāng)前車輛的位置信息變化小于設(shè)定值，則控制進(jìn)入低功耗模式。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0027]在有交通信號燈的交叉路口在安裝本發(fā)明主動安全預(yù)警裝置后，可以高效地與安裝4G接收控制裝置的沿途車輛進(jìn)行車路通信，又可以將交通信號燈相位信息實時傳廣播給沿途車輛，及時將駕駛員視線之外的車況、路況、信號燈狀況發(fā)送給所需車輛。經(jīng)過車載控制器對基于4G的廣播信息的解析處理，指示車載HMI設(shè)備發(fā)出危險報警，可讓駕駛員有效提前預(yù)知視線外的危險狀況，及時采取合理規(guī)避措施，有效提升道路交通安全。同時，現(xiàn)有的4G通信網(wǎng)絡(luò)可滿足預(yù)警需求，不需額外大量投入以建設(shè)路側(cè)設(shè)備，在滿足功能的基礎(chǔ)上可有效減少項目成本。
【附圖說明】
[0028]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0029]圖1是本發(fā)明基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0030]圖2是本發(fā)明主動安全預(yù)警裝置的路側(cè)DSRC模塊安裝位置示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明主動安全預(yù)警方法的流程圖。
[0032]圖中，1.演示車輛，11.HMI模塊，12.車載4G模塊，13.車載控制器模塊，14.車載GPS模塊，2.路側(cè)設(shè)備，21.路側(cè)4G模塊，22.路側(cè)信號整合處理模塊，23.交通信號燈模塊，3.路口范圍內(nèi)的行駛車輛，31.車載4G模塊，32.車載信號整合處理模塊33.車載GPS模塊。
【具體實施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實施方式】并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0034]實施例:
[0035]本發(fā)明為一種帶闖紅燈報警功能的交叉路口主動安全預(yù)警裝置及算法，該裝置需要演示車輛1、路側(cè)設(shè)備2和路口范圍內(nèi)的行駛車輛3三部分配合以實現(xiàn)其功能。其中，演示車輛I車載裝置由車載控制器模塊13、車載4G模塊12、車載GPS模塊14和HMI(Human MachineInterface，人機(jī)界面)模塊11組成，路側(cè)設(shè)備2由路側(cè)4G模塊21、路側(cè)信號整合處理模塊22和交通信號燈模塊23組成，路口范圍內(nèi)行駛車輛3車載裝置由車載信號整合處理模塊32、車載4G模塊31和車載GPS模塊33組成。各模塊的數(shù)據(jù)流連接方式如圖1所示。其中，路側(cè)設(shè)備路口安裝位置如圖2所示，相關(guān)參數(shù)L1、L2、L3根據(jù)如下要求確定:
[0036]1、L1為路口寬度；
[0037]2、L2為路口東西向?qū)挾鹊囊话耄?br>[0038]3、L3為路口南北向?qū)挾鹊囊话搿?br>[0039]本發(fā)明基于車路協(xié)同的無信號燈交叉路口主動安全預(yù)警裝置及算法的具體配置及實施方式包括以下內(nèi)容:
[0040]該裝置中，車載控制器模塊13的主控芯片采用Freescale ARM Cortex_A9系列芯片，其與HMI模塊11采用Wifi方式進(jìn)行通信;HMI模塊11采用基于Android系統(tǒng)，支持Wifij辨率至少為720P的平板電腦;車載GPS模塊14采用高精度差分GPS設(shè)備，其與車載控制器模塊13采用RS232串口傳輸數(shù)據(jù);車載4G模塊12和路側(cè)4G模塊21均采用支持4G網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)備，其與其他模塊采用串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;路側(cè)信息整合處理模塊22由基于Freescale控制芯片并支持串口通信方式的開發(fā)板組成;交通信號燈模塊23由三種顏色并能指揮四個方向的移動式交通信號燈組成，其與路側(cè)4G模塊21通過串行接口傳輸數(shù)據(jù)。
[0041]當(dāng)前演示車輛由南向北行駛，此時僅東西向行駛車輛可觸發(fā)碰撞預(yù)警，具體方向如圖2中所示。
[0042]預(yù)警方法如圖3所示:
[0043]1、車載控制器模塊實時讀取車載GPS模塊檢測到的車輛速度、經(jīng)瑋度、航向角等信息，車載控制器模塊同時也讀取路側(cè)設(shè)備廣播的其自身的經(jīng)瑋度信息，根據(jù)車輛的經(jīng)瑋度坐標(biāo)和路側(cè)設(shè)備的經(jīng)瑋度坐標(biāo)計算出車輛與路側(cè)設(shè)備的距離，此即為車輛到路口的距離。
[0044]2、得到和車輛到路口距離之后，判斷此距離是否大于預(yù)警臨界距離D，如大于D則返回步驟I繼續(xù)偵測車速和距離信息;如小于D則啟動預(yù)警程序并執(zhí)行步驟3。
[0045]3、車載控制器模塊從車載4G模塊讀取由路側(cè)4G模塊廣播過來的路側(cè)信息并進(jìn)行實時解析，判斷路口范圍內(nèi)有無其他車輛正在向路口行進(jìn)。如檢測到其他車輛向路口行進(jìn)，則執(zhí)行步驟5。
[0046]4、車載控制器模塊從車載4G模塊讀取由路側(cè)4G模塊廣播過來的交通信號燈信號并進(jìn)行實時解析，同時計算出該車輛以目前速度勻速行駛到達(dá)路口的時間^，將^與信號燈相位信息比較以判斷車輛有無闖紅燈風(fēng)險。如有闖紅燈風(fēng)險，則HMI模塊顯示闖紅燈報警提示信息；如無闖紅燈風(fēng)險，則HMI模塊顯示當(dāng)前交通信號燈相位信息和相位剩余時間。在HMI模塊顯示相關(guān)信息的同時，返回步驟3，繼續(xù)檢測所監(jiān)測方向上有無其他車輛正在通行。
[0047]5、車載控制器模塊解析路側(cè)信息，分別獲取向路口行進(jìn)的若干車輛的速度和到路口的距離。同時分別計算出這些車輛以目前速度勻速行駛到達(dá)路口的時間，選碰撞取其中最小值tp。
[0048]6、車載控制器模塊根據(jù)公式I T I = I tP-ti I，計算出當(dāng)前行駛車輛與目標(biāo)車輛分別到達(dá)路口的時間差的絕對值。判斷|τ|是否大于預(yù)警臨界時間τ，如大于τ則返回步驟I繼續(xù)偵測車速和距離信息;如小于T則執(zhí)行步驟7，進(jìn)行碰撞報警。
[0049]7、車載控制器模塊將報警信息通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸給HMI模塊，HMI模塊通過其內(nèi)部的預(yù)設(shè)程序顯示與報警信息對應(yīng)的報警界面以提醒駕駛員小心駕駛。
[0050]8、車輛控制器模塊實時檢測獲取的當(dāng)前車輛GPS經(jīng)瑋度信息，如果在某特定的較長時間內(nèi)，GPS經(jīng)瑋度信息變化很小，則認(rèn)為車輛已經(jīng)停車，程序暫停運(yùn)行;如果車輛未停止運(yùn)行，則返回步驟I重復(fù)運(yùn)行上述步驟。
[0051]本發(fā)明的碰撞報警可以有不同的預(yù)警等級，根據(jù)預(yù)警等級的不同可以發(fā)送不同的預(yù)警提示。
[0052]當(dāng)OS I T I <T2且OSUt1或者OS I T I，預(yù)警等級為碰撞紅色預(yù)警，提示駕駛員“注意謹(jǐn)慎駕駛，務(wù)必減速慢行”；
[0053]當(dāng)T2S I T I <Τ3且O彡t〈ti或者O彡I T I〈!^且仂彡t或者T1S I T I <T2且乜彡伏仂，預(yù)警等級為碰撞橙色預(yù)警，提示駕駛員“注意謹(jǐn)慎駕駛，務(wù)必減速慢行”；
[0054]當(dāng)T3彡|T|或者T2彡|T|〈T3且或者T1S |T|〈T2且t2彡t，預(yù)警等級為碰撞黃色預(yù)警，提示駕駛員“注意謹(jǐn)慎駕駛”；
[0055]其中，HT3為當(dāng)前車輛與被監(jiān)測車輛到達(dá)路□時間差的設(shè)定閾值，且TKTXT3;t1、t2為當(dāng)前車輛到達(dá)路口時間的設(shè)定閾值，且tKt2。
[0056]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。
【主權(quán)項】
1.一種基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警裝置，其特征在于，包括車載設(shè)備和路側(cè)設(shè)備;所述路側(cè)設(shè)備包括: 一路側(cè)信號整合處理模塊，用于接收交通信號燈模塊信息并整合路側(cè)4G模塊接收的信息，經(jīng)過解析和去除冗余后，將信息傳輸給路側(cè)4G模塊； 一路側(cè)4G模塊，與路側(cè)信號整合處理模塊連接，用于接收路側(cè)信號整合處理模塊的信息，并連同其內(nèi)部存儲的路口中心位置的GPS經(jīng)瑋度坐標(biāo)信息通過4G方式向外廣播； 所述車載設(shè)備包括: 一車載4G模塊，由車載控制器模塊控制與路側(cè)4G模塊進(jìn)行通信； 一車載GPS模塊，用于測定當(dāng)前車輛的位置信息，并將所述位置信息發(fā)送給車載控制器豐旲塊; 一車載控制器模塊，用于控制車載4G模塊和HMI模塊的顯示信息，計算當(dāng)前車輛到達(dá)路口的時間以及與被檢測目標(biāo)車輛分別到達(dá)路口的時間差，并判斷是否達(dá)到報警閾值，若達(dá)到相應(yīng)的報警閾值，則闖紅燈報警和/或碰撞報警； 一 HMI模塊，用于顯示車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)和安全預(yù)警信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警裝置，其特征在于，所述車載設(shè)備還包括車載信號整合處理模塊，用于接收車載GPS模塊信息并整合車載4G模塊接收的廣播信息，經(jīng)過解析和去除冗余后，將車輛行駛狀態(tài)信息通過車載4G模塊對外廣播。3.—種基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警方法，其特征在于，包括以下步驟: SO1:根據(jù)當(dāng)前車輛的經(jīng)瑋度坐標(biāo)和路側(cè)4G模塊的經(jīng)瑋度坐標(biāo)計算車輛與路側(cè)4G模塊的距離，作為當(dāng)前車輛到路口的距離； S02:根據(jù)車輛到路口的距離判斷是否大于預(yù)警臨界距離D，若小于D，執(zhí)行步驟S03; S03:實時判斷檢測區(qū)域內(nèi)有無其他車輛正在向路口行進(jìn)，若檢測到其他車輛向路口行進(jìn)，則執(zhí)行步驟S04; S04:獲取交通信號燈模塊的信息，計算當(dāng)前車輛以當(dāng)前速度勻速行駛到路口的時間t，將^與信號燈相位信息比較，若t小于信號燈相位信息，則判斷車輛無闖紅燈風(fēng)險，HMI模塊顯示當(dāng)前交通信號燈相位信息和相位剩余時間；反之，判斷車輛有闖紅燈風(fēng)險，則HMI模塊顯示闖紅燈報警提示信息； S04:獲取所有被檢測目標(biāo)車輛的速度和到路口的距離，計算被檢測目標(biāo)車輛以當(dāng)前速度勻速行駛到達(dá)路口的時間，并選取其中的最小值知； S05:計算出當(dāng)前車輛與被檢測目標(biāo)車輛分別到達(dá)路口的時間差的絕對值I T I = I tp-ti I，判斷I τ I是否大于預(yù)警臨界時間τ，若小于τ進(jìn)行碰撞報警。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動安全預(yù)警方法，其特征在于，實時檢測獲取當(dāng)前車輛的位置信息，若在一定時間內(nèi)，當(dāng)前車輛的位置信息變化小于設(shè)定值，則控制進(jìn)入低功耗模式。
【文檔編號】G08C17/02GK106023627SQ201610552667
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】李亮, 戴凡, 戴一凡, 李敏, 榮根熙, 王曉輝, 趙峰, 成波, 李克強(qiáng)
【申請人】清華大學(xué)蘇州汽車研究院（吳江）