专利名称：行车即时防撞警示系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种行车即时防撞警示系统及其方法，特别是涉及一种对行驶中车辆 预先给予警示以避免与其它车辆产生意外碰撞，由此提高行车安全的即时防撞警示系统与 方法。
背景技术：
导致交通事故发生的原因有相当多种，可概略区分为天候自然环境因素及纯粹人 为因素所导致，其中，人为因素若能有效预先防范，交通事故的发生机率实际上是可有效降 低的。因此目前市场有各式各样与行车安全相关的产品可供车主选用，以期提高行车安全。在各种交通事故中，因车辆碰撞所引发的伤害程度往往相当严重而不可忽视。因 此有关如何防止行进中车辆与其它行车发生意外碰撞的安全警示技术相继开发出来，依其 设计原理可概略分为电磁波式、光学式、声学式、机械式等。电磁波式的装置虽然具有可扫 瞄距离较远的优势，但是所使用的电磁波信号具有方向性，无法应用于全方位侦测其它车 辆，且成本也相对较高。光学式装置本身具备监视范围大的优点，但仍是具有方向性、距离 限制、高成本等缺点。声学装置在成本上相对前述两者虽较为便宜，但其信号传输距离有 限，且行车速度若较快时则无法适用。机械式防撞装置大多是额外安装于车体上作为碰撞 发生当下的紧急保护装置，无法达到任何事先预防的效果。中国台湾发明专利公告第1284297号“智慧型即时防撞预警系统及方法”公开了 一本车向四周围的车辆广播其行车资讯，且接收其四周围车辆所广播出来的行车资讯，由 一运算处理器根据所述车辆的行车资讯判断本车是否会与其它车辆产生碰撞，在此专利 中，该运算处理器是利用车子坐标系统先计算出相对航向夹角，再使用移动投影量计算出 可能的碰撞点，然后使用几何投影算出移动碰撞时间，如同其说明书之中的第9、10计算式 中所列，在计算时间值!\、\时，会涉及三角函数中的正切函数(tan)，但是正切函数在角度 到达一定程度时，其值会变化迅速且渐趋发散。因此，该专利所用的技术仍无法适用于各种 情况，换言之无法应用于预测位于任何方向的其它行车与本车的碰撞可能性，实用效益有 限。
发明内容
鉴于目前防车辆碰撞的技术仍有其应用限制，而无法适用预测位于任何方向的其 它行车，本发明的主要目的是提供一种可判断本车与任何方位的邻近车辆是否会发生意外 碰撞的行车即时防撞警示系统及其方法，并依据判断结果输出警示信号以预警驾驶人，提 高行车安全。为达成前述目的，本发明的行车即时防撞警示方法包含有持续对外发送本车的行车信息封包及接收它车广播出来的行车信息封包，其中各 行车信息包含有位置、车速及航向等；坐标系统转换，是将本车与它车的位置资讯转换为相对平面坐标；
碰撞区域分类，是根据本车的航向角与坐标以及它车的航向角与坐标等资讯，预 测碰撞点的所在位置、本车相距碰撞点的距离、它车相距碰撞点的距离；判断碰撞点是否存在，是判断本车与碰撞点的位置向量与本车的行驶方向是否同 向，且它车与碰撞点的位置向量与它车的行驶方向是否同向，若判断结果皆为同向，则代表 该碰撞点存在，并进行下一步骤；计算碰撞时间，是根据车速、相距该碰撞点的距离，分别运算出本车与它车相对该 碰撞点的纵向碰撞时间，以及本车与它车的相对横向碰撞时间；发出警示信号，是发出一警示信号以显示前述纵向碰撞时间、横向碰撞时间及碰 撞点的位置。又，本发明的行车即时防撞警示系统包含有一定位模块，定位出一车辆位置；一中央处理单元，接收该车辆位置而估算出车速及航向并整合为一行车信息封 包，并内建有一防碰撞演算程序负责数据处理及运算，其中该防碰撞演算程序是通过坐标 系统转换步骤、碰撞区域分类步骤、判断碰撞点是否存在步骤、计算碰撞时间步骤而完成， 并进而发出一警示信号；一无线通讯模块，连接中央处理单元以及将中央处理单元送出的该行车信息封包 对外广播，该行车信息封包中包括来自前述定位模块所提供的位置、车速、航向，又无线通 讯模块接收它车广播出来的行车信息封包并传输至该中央处理单元；一警示单元，连接至中央处理单元，由中央处理单元驱动警示信息提醒驾驶人。本发明利用行车信息封包中的所含资讯，以数学运算式及三角函数预估出各方位 邻近车辆是否会与本车产生碰撞，其碰撞时间及碰撞点所在位置皆可推算，所得结果也可 经由一警示装置以图形式画面呈现给驾驶者，让驾驶者可预先提高个人警觉，注意周围行 车状况，能有效降低与其它车辆的碰撞机率，提高行车安全性。
图1为本发明的系统方块图。图2为本发明的防碰撞演算程序的流程图。图3为本发明用于判断碰撞区域的车辆几何关系图。图4A、图4B为本发明在分类碰撞区域的示意图，其中碰撞点落于第I、IV象限。图5A、图5B为本发明在分类碰撞区域的示意图，其中碰撞点落于第II、III象限。图6A为本发明判断碰撞点是否存在的示意图，其中碰撞点为存在。图6B为本发明判断碰撞点是否存在的另一示意图其中碰撞点为不存在。图7A为本发明判断纵向碰撞时间是否存在重叠的示意图，其中碰撞时间具有重 叠时段。图7B为本发明判断纵向碰撞时间是否存在重叠的示意图，其中碰撞时间不具有
重叠时段。图8为本车与它车发生横向碰撞的示意图。图9为本发明的警示画面的一示意图。主要元件符号说明
(11)中央处理单元(12)定位模块(13)车载资讯感测单元(14)无线通讯模块(15)警示单元(20)它车(30)碰撞位置(31)它车位置
具体实施例方式请参考图1所示，本发明的系统整合于车辆当中，其基本架构包含有一定位模块12，定位出一车辆位置； 一中央处理单元11，接收该车辆位置并估算出车速及航向并整合为一行车信息封 包，并内建有一防碰撞演算程序并负责数据处理及运算；一车载资讯感测单元13，侦测并撷取各项本车车载资讯并传递予中央处理单元 11，例如方向灯灯号、煞车状态、油门状态等；一无线通讯模块14，连接中央处理单元11以及将中央处理单元11送出的行车 信息封包对外广播，该行车信息封包中可包括来自前述定位模块12与车载资讯感测单元 13所提供的车辆位置、车速、航向及车载资讯等，无线通讯模块14并与具有相同通讯通道 (channel)及协定(protocol)的它车通讯模块双向构成无线连线，藉以接收其它车辆的行 车信息封包并传输至该中央处理单元11 ；一警示单元15，连接至中央处理单元11，由中央处理单元11所驱动以发出警示 信息提醒驾驶人，该警示信息可包含图形式画面、声音等格式，在本实施例中该警示装置15 为一显示器而可提供一碰撞预警画面予驾驶人，并配合一声音播放装置输出警示音讯以告 知驾驶人；其中该定位模块可为一 GPS装置、雷达装置...等。以下是以该定位模块12为一 GPS装置为例说明，其中如上述该定位模块取得的该 车辆位置亦即为GPS装置所取得的一坐标当本发明系统启动时，该定位模块12便连续地接收卫星定位信号，并将信号解算 为坐标后持续传输予该中央处理单元11，而中央处理单元11利用该坐标估算出车速及航 向后整合为一本车行车信息封包，该无线通讯模块14将持续更新的本车行车信息封包对 外广播，同时也接收它车20所广播出来的行车信息封包，根据这些接收到的本车及他车行 车信息封包判断是否需执行该防碰撞演算程序，其步骤包含有判断周围车辆是否位于预警 范围内201、坐标系统转换202、碰撞区域分类203、判断碰撞点是否存在204、计算纵向与横 向碰撞时间205以及发出警示信号206等，以下将逐一说明。请参考图2所示，中央处理单元11在接收到其它周围车辆的行车信息封包后，首 先判断周围车辆是否位于预警范围内201，其利用周围车辆广播出来的行车信息封包中的 坐标资讯与本车的坐标资讯进行比对，判断周围车辆是否与本车接近到一预警范围而必须 计算两车是否将产生碰撞，若否，则代表周围车辆与本车仍足够遥远，暂不需启动计算，故 仍旧接收其它周围车辆的行车信息封包；若是，则进行下一步骤。
坐标系统转换202，是将本车与它车的坐标资讯由球面坐标转换为相对平面坐标 (导航坐标系统)，假设本车的球面坐标为(Λ。，AQ，hQ)，它车的球面坐标为(A1, A^h1), 则可依下式转换 其中， 碰撞区域分类203，是根据本车的航向角与坐标以及它车的航向角与坐标等其它 资讯，预测碰撞点的所在位置、本车相距碰撞点的距离、它车相距碰撞点的距离等；此处所 指的航向角即代表车辆的航向。请参考图3所示，首先对附图上所表示的各项代号解释如 下B:本车目前的所处位置，本车沿着Dl方向行驶，其坐标位置的误差范围为半径bl 所涵盖的范围。A 它车目前的所处位置，它车沿着D2方向往前行驶，其坐标位置的误差范围为半 径al所涵盖的范围。C 本车与它车可能发生碰撞点的所在位置，碰撞点位置的误差范围为半径Cl所 涵盖的范围。Hb:本车的航向角，是以正北方为0度，依顺时针方向起算本车行驶方向Dl与正北 方的相对夹角，为一已知参数；Ha:它车的航向角，是以正北方为0度，依顺时针方向起算它车行驶方向D2与正北 方的相对夹角，为一已知参数；Hab 它车相对于本车的角度，是以正北方为0度及以本车为原点，依顺时针方向起 算它车对本车而言的所在角度，此Hab角度值可根据本车与它车两者的坐标位置计算而获得。Hba 本车相对于它车的角度，是以正北方为0度及以它车为原点，依顺时针方向起 算本车对它车而言的所在角度，此Hba角度值可根据本车与它车两者的坐标位置计算而获得。D 本车与它车的相对直线距离，是根据本车与它车两者的坐标位置计算而获得， 为已知参数。 前述A、B、C三点可构成三角状的几何关系，且当中的Ha、Hba, Hb与Hab角度皆为已 知，故其中一内角Z CAB (或记为Z A)与另一内角Z ABC (或记为Z B)可计算求得。
请参考图4A至图5B所示，若以本车的所在位置为原点(附图上以单圆点表示)， 则它车的位置(以双圆点表示)可相对位于第I IV象限。若它车位在第I、IV象限，则 前述Z A、Z B角度的计算式包含有态样I 态样IV，若它车位于II、III象限，前述Z A、 Z B角度的计算式包含有态样V 态样VIII，其计算式整理成以下两张表所示。 表一碰撞点在第I、IV象限 表二 碰撞点在第II、III象限前述八种态样中，仅有其中一种态样可获得ZA与ZB两皆为正值且皆小于180° 的正确运算结果，亦即代表A车与B车之间存在碰撞点；但若其中有任一角度值的计算结果 为负值或大于180°，即为错误，亦即代表A车与B车之间不存在碰撞点。请再回到图3所示，以A、B、C三点构成的三角形而言，当Z A与Z B计算得知后， 则可得知碰撞角,C的值，且A、B两点的直线距离D亦为已知，则可利用正弦定理计算出所 需距离数据BDM、ADM
其中，BDM表示本车位置B相距该碰撞点C的距离。另外，ADM表示它车位置A相 距该碰撞点C的距离。请回到图2所示，当距离值ADM、BDM已计算得知，则进行下一步骤判断碰撞点是 否存在204，是根据以下二条件加以进行判断，即本车与碰撞点的位置向量巨ζ方向角与本 车的行驶方向Hb判断是否同向，且它车与碰撞点的位置向量@方向角与它车的行驶方向 Ha是否同向；如图6Α所示，若向量方向角与行驶方向Ha (如虚线箭号所指)为同向，而 且向量@方向角与行驶方向Hb也是同向，则代表碰撞点C为存在并进行下一步骤；反之若 有任何一条件不成立，即代表碰撞点不存在，例如图6B所示，假设向量@方向角与行驶方 向Ha (如虚线箭号所指)为反向，代表它车已经从位置C点远离至A点，纵使本车从B点朝 C点方向前进，仍不可能产生碰撞，故不可能导致碰撞意外。计算碰撞时间205，在计算碰撞时间步骤中，区分为纵向碰撞时间与横向碰撞时
9间；纵向碰撞时间是依据它车的车速Va与相距该碰撞点C的距离ADM求出抵达该碰撞点C 的所需时间、Μ，以及本车的车速Vb与相距该碰撞点C的距离BDM求出抵达该碰撞点C的 所需时间tBDM，两者的计算式如下 请参考图7A所示，在计算时间tADM时可加入误差范围，例如在图3上所示的误差 范围半径al，如此可得到一段时间tA1 A2，同样在本车可得到一段时间tB1 B2，若两时间有 重叠时段，则代表两车可能发生碰撞的时间，举例而言4 6秒与5 7秒具有重叠时段；请参考图7B所示，若时间tA1 A2与tB1 B2不具有重叠时段，则代表不会发生碰撞；而所谓横向碰撞时间的判断，请参考图8所示，是指两车若持续前进，可能在抵达 碰撞点之前，双方因车体较大(如大型货柜车、连接车等)便先发生横向擦撞意外，故本发 明是以双方的车速投影量来计算一横向碰撞时间、Μ，其计算公式如下 当横向碰撞时间小于一预设值时，便会发出警示以提醒驾驶人。发出警示信号206，请参考图9所示，在计算完毕纵向、横向碰撞时间后，本发明可 通过警示单元15产生警示信号，本实施例中该警示装置15是显示一碰撞预警画面予驾驶 人，在画面上以本车为原点，显示它车位置31、碰撞位置30纵向、横向碰撞时间等资讯。
权利要求
一种行车即时防撞警示方法，其特征在于，包含有持续对外发送本车的行车信息封包及接收它车广播出来的行车信息封包，其中各行车信息包含有位置、车速及航向等；坐标系统转换，是将本车与它车的位置资讯转换为相对平面坐标；碰撞区域分类，是根据本车的航向角与坐标以及它车的航向角与坐标等资讯，预测碰撞点的所在位置、本车相距碰撞点的距离、它车相距碰撞点的距离；判断碰撞点是否存在，是判断本车与碰撞点的位置向量与本车的行驶方向是否同向，且它车与碰撞点的位置向量与它车的行驶方向是否同向，若判断结果皆为同向，则代表该碰撞点存在，并进行下一步骤；计算碰撞时间，是根据车速、相距该碰撞点的距离，运算出本车、它车与相对该碰撞点间的至少一碰撞时间碰撞；发出警示信号，是发出一警示信号以显示前述碰撞时间碰撞及碰撞点的位置。
2.根据权利要求1所述的行车即时防撞警示方法，其特征在于，在该碰撞区域分类的 步骤中，它车位置(A)、本车位置(B)及该碰撞点(C)构成三角形几何关系，其中本车航向角(Hb)，它车航向角(Ha)、它车相对于本车的角度(Hab)、本车相对于它车的角 度(Hba)、本车与它车的相对直线距离⑶为已知参数，根据这些已知参数计算出两内角Z A 与Z B及碰撞角Z C; 依据正弦定理 运算获得本车位置(B)相距该碰撞点(C)的距 离(BDM)，以及它车位置㈧相距该碰撞点(C)的距离(ADM)。
3.根据权利要求2所述的行车即时防撞警示方法，其特征在于，前述内角ZA与ZB的 计算方式为以本车位置(B)为坐标原点，它车位置(A)相对本车位置(B)可位于第I、II、III或 IV象限；依据它车位置(A)的所在象限，前述内角ZA与ZB是由以下态样I 态样VIII的计 算式求得态样 I A = 2 π -Hba+Ha, ZB = Hab-Hb ； 态样 II Z A = Hba-Ha, ZB = Hb-Hab ； 态样 III Z A = Ha-Hba, ZB = Hab-Hb ； 态样 IV Z A = Ha-Hba, ZB = 2ji +Hab-Hb ； 态样 V A = Hba-Ha, ZB = 2ji -Hab+^ ； 态样 VI Z A = Ha-Hba, ZB = Hab-Hb ； 态样 VII Z A = Hba-Ha, ZB = Hb-Hab ； 态样 VIII Z A = 2 π -Ha+Hba, ZB = Hb-Hab ；其中，它车位置(A)若位于第I或IV象限，则根据态样I 态样IV的计算式求得，且 Z A与Z B皆为小于180°正值；它车位置(A)若位于第II或III象限，则根据态样V 态样VIII的计算式求得，且 Z A与Z B皆为正值。
4.根据权利要求3所述的行车即时防撞警示方法，其特征在于，在该计算碰撞时间的步骤中，该至少一碰撞时间包含纵向碰撞时间及横向碰撞时间，其中它车相对该碰撞点的纵向碰撞时间(tADM)是依据公式 ，a围求得，其 中，Va为它车的车速；本车相对该碰撞点的纵向碰撞时间(tBDM)是依据公式 求得，其中，Vb为本车的车速； 求得。
5.根据权利要求1至4任一所述的行车即时防撞警示方法，其特征在于，在该发出警示 信号的步骤中，是将前述至少一碰撞时间碰撞及碰撞点的位置显示于一图形式画面。
6.一种行车即时防撞警示系统，其特征在于，包含有 一定位模块，定位出一车辆位置；一中央处理单元，接收该车辆位置而估算出车速及航向并整合为一行车信息封包，其 中并内建有一防碰撞演算程序并负责数据处理及运算，其中该防碰撞演算程序是通过坐标 系统转换步骤、碰撞区域分类步骤、判断碰撞点是否存在步骤、计算碰撞时间步骤而完成， 并进而发出一警示信号；一无线通讯模块，连接中央处理单元以及接收该行车信息封包并对外广播，又无线通 讯模块接收它车广播出来的行车信息封包并传输至该中央处理单元；一警示单元，连接至中央处理单元，接收来自中央处理单元发出的该警示信号，进而提 醒驾驶人。
7.根据权利要求6所述的行车即时防撞警示系统，其特征在于，该警示单元为一显示 器，该显示器显示一碰撞预警画面以告知驾驶人。
8.根据权利要求7所述的行车即时防撞警示系统，其特征在于，该警示单元为一声音 播放装置，输出警示音讯以告知驾驶人。
9.根据权利要求6、7或8所述的行车即时防撞警示系统，其特征在于，该防碰撞演算程 序进一步包含持续对外发送本车的行车信息封包及接收它车广播出来的行车信息封包，其中该行车 信息封包包含有位置、车速及航向等；在该坐标系统转换步骤中，将本车与它车的位置资讯转换为相对平面坐标； 在该碰撞区域分类步骤中，根据本车的航向角与坐标以及它车的航向角与坐标等资 讯，预测碰撞点的所在位置、本车相距碰撞点的距离、它车相距碰撞点的距离；在该判断碰撞点是否存在的步骤中，判断本车与碰撞点的位置向量与本车的行驶方向 是否同向，且它车与碰撞点的位置向量与它车的行驶方向是否同向，若判断结果皆为同向， 则代表该碰撞点存在，并进行下一步骤；在该计算碰撞时间的步骤中，根据车速、相距该碰撞点的距离，分别运算出本车与它车 相对该碰撞点的纵向碰撞时间，以及本车与它车的相对横向碰撞时间；在该发出警示信号的步骤中，发出一警示信号以显示前述纵向碰撞时间、横向碰撞时间及碰撞点的位置。
10.根据权利要求9所述的行车即时防撞警示系统，其特征在于，在该碰撞区域分类的 步骤中，它车位置(A)、本车位置(B)及该碰撞点(C)构成一三角形的几何关系，其中本车航向角(Hb)，它车航向角(Ha)、它车相对于本车的角度(Hab)、本车相对于它车的角 度(Hba)、本车与它车的相对直线距离⑶为已知参数，根据这些已知参数计算出两内角Z A 与Z B及碰撞角Z C; 离(BDM)，以及它车位置㈧相距该碰撞点(C)的距离(ADM)；其中，前述内角Z A与Z B的计算方式为以本车位置(B)为坐标原点，它车位置(A)相对本车位置(B)可位于第I、II、III或 IV象限；依据它车位置(A)的所在象限，前述内角ZA与ZB是由以下态样I 态样VIII的计 算式求得态样 I A = 2 π -Hba+Ha, ZB = Hab-Hb ； 态样 II Z A = Hba-Ha, ZB = Hb-Hab ； 态样 III Z A = Ha-Hba, ZB = Hab-Hb ； 态样 IV Z A = Ha-Hba, ZB = 2ji +Hab-Hb ； 态样 V A = Hba-Ha, ZB = 2ji -Hab+^ ； 态样 VI Z A = Ha-Hba, ZB = Hab-Hb ； 态样 VII Z A = Hba-Ha, ZB = Hb-Hab ； 态样 VIII Z A = 2 π -Ha+Hba, ZB = Hb-Hab ；其中，它车位置(A)若位于第I或IV象限，则根据态样I 态样IV的计算式求得，且 ZA与Z B皆为正值；它车位置(A)若位于第II或III象限，则根据态样V 态样VIII的计算式求得，且 ZA与ZB皆为正值；在该计算碰撞时间的步骤中它车相对该碰撞点的纵向碰撞时间(t-)是依据公式 祆，旭围求得，其 中，Va为它车的车速；本车相对该碰撞点的纵向碰撞时间(tBDM)是依据公式G =jg^土祆，饱围求得，其 中，Vb为本车的车速；D本车与它车的横向碰撞时间(、Μ)是依据公式二 求得。
全文摘要
本发明为一种行车即时防撞警示系统及其方法，令本车利用无线通讯模块持续对外发送本车的行车信息封包及接收它车广播出来的行车信息封包，根据所接收的行车信息封包中的资讯，判断周围车辆是否位于本车的预警范围内，若是则进行本车与它车的坐标系统转换、执行碰撞区域分类以得知碰撞点的坐标位置、判断该碰撞点是否存在、计算碰撞时间等步骤，其中，该碰撞点的预估运算不受邻近车辆的所在位置而有所限制，能判断来自各个方向的潜在危险，有效提高防撞预警的安全性。
文档编号G08G1/16GK101908283SQ20091014061
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者柯亮宇, 梁智能, 许展维 申请人:财团法人车辆研究测试中心