一种汽车防追尾预警方法和系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种汽车防追尾预警的方法和系统，系统包括路边设置的无线通信DSRC设备，车辆上安装的车载无线通信设备、数据采集单元和车载终端，其中，数据采集单元内部有数据采集模块、GPS模块和加速度传感器；通过车载专用短程通信设备(DSRC)实现车车、车路无线通信交互；车载终端利用基于车路协同的最小安全距离模型计算自车与前车的安全距离，通过位置信息计算当前自车与前车的实际距离，判断是否存在追尾危险，如果存在追尾危险，则在车载终端界面上显示危险提醒，并通过声音报警。降低了防追尾预警系统的成本，并且提高了预警的准确性。系统具有成本低、体积小、预警准确等特点并且适用于各种路况条件。
【专利说明】
一种汽车防追尾预警方法和系统
技术领域
[0001] 本发明属于交通汽车安全技术领域，特别涉及一种汽车防追尾预警方法及系统。
【背景技术】
[0002] 目前在传统的汽车安全领域，比较常见的车辆防追尾技术主要是通过微波雷达和 摄像头技术，但是微波雷达和摄像头技术容易受到天气、遮挡物的干扰，影响其性能，而且 由微波雷达和摄像头技术组成的设备成本高昂，一般车辆很难安装，并且只通过测量距离 和速度并没有考虑前车的加速度信息和路面信息，使设备的预警有一定的滞后性，并且不 能适用于其他路况，比如潮湿路面、冰雪路面等。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种汽车防追尾 方法和系统，采用车车、车路通信技术，使车辆能在超视距范围内获得周围车辆的速度信 息、加速度信息和路况信息。
[0004] 为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
[0005] -种汽车防追尾预警系统，其特征在于，包括下列步骤：
[0006] 步骤一，利用无线通信DSRC设备将设定好的路况信息向外不断广播;所述的路况 信息包括：
[0007] 1)路面的干燥、潮湿或冰雪状况；
[0008] 2)路面材料是水泥、浙青或沙土；
[0009] 3)路面平整度；
[0010] 步骤二，通过数据采集模块采集车辆行驶速度，通过加速度模块采集车辆加速 度，通过GPS模块采集车辆位置信息，并通过蓝牙把采集的信息发送到车载终端；
[0011]步骤三，利用车载无线通信设备接收周围车辆的广播信息，所述的广播信息主要 包括周围车辆的速度、加速度、位置以及车身尺寸信息；
[0012] 步骤四，车载终端通过蓝牙接收采集的自车的行驶速度、加速度以及车辆位置信 息，并通过USB网络共享的UDP通信接收车载无线通信设备传回的周围车辆信息，并把这些 信息在车载终端屏幕上显示，并通过UDP通信的方式将采集自车的信息发送到无线通信 DSRC设备，无线通信DSRC设备通过无线广播自车信息；
[0013] 步骤五，车载终端首先利用接收的无线通信DSRC设备的路面信息，确定当前路面 的摩擦系数，确定自车的最大减速度，然后利用基于车路协同的最小安全距离模型计算自 车与前车的安全距离；
[0014] 步骤六，车载终端利用GPS测量的实际距离So和计算的最小安全距离Des比较，判断 是否存在追尾危险，当实际距离So大于最小安全距离时。车辆安全行驶，当实际距离接近或 等于安全距离时，车载终端开始初级预警，当实际距离小于安全距离时，车载终端开始紧急 预警，并伴随声音提示。包括:数据采集单元、路侧无线通信单元、车载无线通信单元和车载 终端。
[0015]根据本发明，所述的基于车路协同的安全距离模型车路协同的安全距离模型主要 考虑信息传输延时、GPS误差和路面摩擦系数对安全距离计算的影响，主要将减速过程分为 驾驶员接到预警到以最大减速度制动阶段车辆所行驶的距离So、汽车以最大减速度制动所 行驶的距离S 1、信息传播延时汽车行驶的距离S2、GPS测距带来的误差Derr和后车制动使两车 保持相同的速度或静止之后仍要保持的真实的车头距d f，最小安全距离计算如式1所示： [OC^z1
[0017] 式中，VQ表示自车的速度，to表示驾驶员的反应时间，Av表示前车与自车的速度 差，Aa表示前车和自车的加速度差，d f表示后车制动后两车保持相同的速度或静止之后仍 要保持的真实的车头距，Td表示信息传输延迟，Derr表示GPS误差，D es为基于车路协同的安全 距离模型计算的安全距离为Des。
[0018] 所述的基于车路协同的安全距离模型中Aa，如下式2所示：
[0019] Δ a = gu~ai (2)
[0020] 式中，g为重力加速度，U为路面摩擦系数，该路面摩擦系数是根据无线通信DSRC设 备发布的路面信息得到的，ai表示前车的加速度。
[0021] 所述的df表示后车制动后两车保持相同的速度或静止之后仍要保持的真实的车 头距，得到如下式所示：
[0022] df=(La+Lb)/2+do (3)
[0023] 式中，LJPLb是前车和自车的长度，do表示两车保持相同的速度或静止之后仍要保 持的车头距。
[0024] 所述的Td是通信信息传输延时，分为信号在传播途中的延时Ttr和系统接收到信息 后对信息处理周期的延时T ap，Tap为防追尾系统的处理周期，所以Tap = T,得下式：
[0025] Td = Ttr+T (4)
[0026] 所述的Drr为GPS误差，采用的GPS误差为± 2.5m，按照正态分布计算GPS误差，得到 误差的概率分布如下式所示：
[0027]
(5)
[0028] 通过误差的概率分布得到误差的概率密度函数为：
[0029]
(6)
[0030] 所述的无线通信DSRC设备，采用IEEE802.11p和IEEE1609协议的短程无线专用设 备;且支持USB网络共享的USB单元;无线通信DSRC设备之间通过无线广播通信。
[0031 ]所述的车载终端选用Android智能手机。
[0032] 所述的无线通信DSRC设备和车载无线通信设备采用CohdaWireless公司的MK5设 备。
[0033] -种汽车防追尾预警系统，其特征在于，包括：
[0034]路边设置的无线通信DSRC设备，用于根据当前路况信息，将路况信息以无线广播 的方式周期性广播，所述的路况信息包括路面的干燥、潮湿或冰雪状况，路面使用的水泥、 沥青或沙土材料和路面平整度；
[0035]在车辆上安装的车载无线通信设备、数据采集单元和车载终端，其中，所述的数据 采集单元内部有数据采集模块、GPS模块和加速度传感器，用于采集自车当前的速度、加速 度和位置信息；
[0036]车载无线通信单元用于接收周围车辆的广播信息，所述的广播信息包括周围车辆 的速度、加速度和位置信息，并将采集的自车的速度、加速度和信息并通过无线广播播出； [0037]路边设置的无线通信设备和车载无线通信设备通过无线通信广播的方式进行交 互；
[0038]所述车载终端利用基于车路协同的最小安全距离模型计算自车与前车的安全距 离，通过位置信息计算当前自车与前车的实际距离，判断是否存在追尾危险，如果存在追尾 危险，则在车载终端界面上显示危险提醒，并通过声音报警。
[0039] 本发明的汽车防追尾预警方法和系统，带来的技术效果是：
[0040] 车与车、车路通信以广播形式通信，不需要连接，减少了通信连接延时和通信网络 复杂度。首先，利用车载OBD接口采集速度信息，利用加速度模块采集加速度信息，利用GPS 采集位置信息。然后，从接收路侧单元广播的路面信息，得到路面的摩擦系数，并计算车辆 的最大减速度，使得安全距离模型适用于冰雪、湿滑、干燥等各种路面情况。考虑了车车通 信的信息传输延时和GPS测距误差，并对信息传输延时和GPS误差做了补偿，得到了更符合 实际的最小安全距离模型，最后，利用GPS测量实际距离与最小安全距离模型计算的距离比 较，实际距离接近或小于安全距离模型时系统预警。降低了防追尾预警系统的成本，并且提 高了预警的准确性。系统具有成本低、体积小、预警准确等特点并且适用于各种路况条件。
【附图说明】
[0041 ]图1为本发明的汽车防追尾预警方法示意图；
[0042] 图2为本发明的防追尾预警系统结构示意图；
[0043] 图3为本发明的防追尾方法流程图。
[0044]以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
【具体实施方式】
[0045]本实施例给出一种汽车防追尾预警系统，包括：
[0046]路边设置的无线通信DSRC设备，用于根据当前路况信息，将路况信息以无线广播 的方式周期性广播，所述的路况信息包括路面(干燥、潮湿或冰雪）状况，路面使用的材料 (水泥、沥青或沙土)和路面平整度；
[0047] 在车辆上安装的车载无线通信设备、数据采集单元和车载终端，其中，所述的数据 采集单元内部有数据采集模块、GPS模块和加速度传感器，用于采集自车当前的速度、加速 度和位置信息；
[0048] 车载无线通信设备用于接收周围车辆的广播信息，所述的广播信息包括周围车辆 的速度、加速度和位置信息，并将采集的自车的速度、加速度和信息并通过无线广播播出； [0049]路边设置的无线通信DSRC设备和车载无线通信设备通过专用短程通信设备实现 无线通信交互；
[0050] 所述车载终端利用基于车路协同的最小安全距离模型计算自车与前车的安全距 离，通过位置信息计算当前自车与前车的实际距离，判断是否存在追尾危险，如果存在追尾 危险，则在车载终端界面上显示危险提醒，并通过声音报警。
[0051] 数据采集单元主要采集自车的GPS位置信息、速度信息和加速度信息，车载终端安 装防追尾预警APP(应用程序），车载终端根据数据采集单元的信息和车载无线通信设备接 收的周围车辆信息和路况信息，运行防追尾预警APP中的车路协同的安全距离模型，计算是 否防追尾报警。
[0052] 在本实施例中，所述的无线通信DSRC设备和车载无线通信设备采用 CohdaWireless公司的MK5设备，所述的数据采集模块采用0BDEST527芯片数据采集模块，加 速度传感器采用MMA7361传感器，所述的车载终端选用Android智能手机。车载终端和MK5设 备之间采用OGT USB线连接。
[0053] 本实施例给出的汽车防追尾预警方法的示意图如图1所示，汽车防追尾预警系统 结构示意图如图2所示，主要采用GPS模块测量自车位置信息，以50ms为周期，精度为土 2.5m，以IOOms为周期从自车的OBD接口读取自车的速度信息，加速度传感器测量自车加速 度信息，数据采集模块将得到的数据通过蓝牙以150ms为周期向车载终端发送一次。数据采 集单元安装在车内。无线通信DSRC设备作为无线广播收发设备，通信距离为500m~1000m， 以100ms为周期向外广播采集的自车信息，无线通信DSRC设备接收天线和GPS接收天线安装 在车顶。无线通信DSRC设备安装在路边，高度为2m，以500ms广播路况信息，当车载终端接收 到所有需要的信息时，运行基于车路协同的安全距离模型，计算最小安全距离，判断追尾的 可能性。
[0054]本发明汽车防追尾预警方法如下：
[0055]如图3所示，首先测量通过数据采集模块采集本车的速度信息、加速度信息和位置 信息，并将这些信息发回到车载终端设备。其次，车载通信设备接收周围车辆的广播信息， 路侧的无线通信DSRC设备广播信息，并将这些信息传回到车载终端，然后，车载终端将接 收到的自车信息以UDP通信的方式发送到MK5通信设备，MK5将自车信息广播。最后，车载终 端利用得到的自车信息、周围车辆信息以及路况信息，利用防追尾预警APP(应用程序）中的 基于车路协同的安全距离模型计算最小安全距离，利用位置信息计算实际距离，将最小安 全距离和实际距离比较，当实际距离等于或小于最小安全距离时，终端通过预警条颜色变 化和声音提醒的方式预警。具体的基于车路协同的安全距离模型计算如下：
[0056]上述基于车路协同的安全距离模型，主要考虑到信息传输延时、GPS误差和路面摩 擦系数，将制动距离分为驾驶员接到预警到以最大减速度制动阶段车辆所行驶的距离So、 汽车以最大减速度制动所行驶的距离一:、信息传播延时汽车行驶的距离S 2、GPS测距带来的 误差Derr和后车制动使两车保持相同的速度或静止之后仍要保持的真实的车头距d f。
[Onc^1
[0058」式中VQ表示自车的速度，to表示驾驶员的反应时间，Δν表示前车与自车的速度差， A a表示前车和自车的加速度差，df表示后车制动后两车保持相同的速度或静止之后仍要 保持的真实的车头距，Td表示信息传输延迟，D es为基于车路协同的安全距离模型计算的安 全距离为Des。
[0059]基于车路协同的安全距离模型中Aa，如下式2所示：
[0060] Δ a = gu~ai (2)
[0061] 式中g为重力加速度，u为路面摩擦系数，是通过无线通信DSRC设备广播的路面信 息得到的，B1表示前车的加速度。
[0062] df表示后车制动后两车保持相同的速度或静止之后仍要保持的真实的车头距，得 到如下式所示：
[0063]
[0064] 式中LjPLb是前车和自车的长度，do表示两车保持相同的速度或静止之后仍要保 持的车头距。
[0065] Td是通信信息传输延时，分为信号在传播途中的延时Ttr和系统接收到信息后对信 息处理周期的延时Tapt3Tap为防追尾系统的处理周期。
[0066] 所以 Tap = T,得：
[0067] Td = Ttr+T (4)
[0068] Drr为GPS误差，系统采用的GPS误差为± 2.5m，按照正态分布计算GPS误差，得到误 差的概率分布如下式所示：
[0069]
(5)
[0070] 通过误差的概率分布得到误差的概率密度函数为：
[0071]
(6)〇
【主权项】
1. 一种汽车防追尾预警方法，其特征在于，包括下列步骤： 步骤一，利用无线通信DSRC设备将设定好的路况信息向外不断广播;所述的路况信息 包括： 1) 路面的干燥、潮湿或冰雪状况； 2) 路面材料是水泥、渐青或沙±; 3) 路面平整度； 步骤二，通过数据采集模块采集车辆行驶速度，通过加速度模块采集车辆加速度，通过 GPS模块采集车辆位置信息，并通过蓝牙把采集的信息发送到车载终端； 步骤Ξ，利用DSRC车载无线通信设备接收周围车辆的广播信息，所述的广播信息主要 包括周围车辆的速度、加速度、位置W及车身尺寸信息； 步骤四，车载终端通过蓝牙接收采集的自车的行驶速度、加速度W及车辆位置信息，并 通过USB网络共享功能，利用socket通信接收车载无线通信设备传回的周围车辆信息，并把 运些信息在车载终端屏幕上显示，并通过socket通信的方式将采集自车的信息发送到无线 通信DSR村受备，无线通信DSR村受备通过无线广播自车信息； 步骤五，车载终端首先利用接收的无线通信DSRC设备的路面信息，确定当前路面的摩 擦系数，确定自车的最大减速度，然后利用基于车路协同的最小安全距离模型计算自车与 前车的安全距离； 步骤六，车载终端利用GPS测量的实际距离So和计算的最小安全距离Des比较，判断是否 存在追尾危险，当实际距离So大于最小安全距离时。车辆安全行驶，当实际距离接近或等于 安全距离时，车载终端开始初级预警，当实际距离小于安全距离时，车载终端开始紧急预 警，并伴随声音提示。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基于车路协同的安全距离模型车路 协同的安全距离模型主要考虑信息传输延时、GPS误差和路面摩擦系数对安全距离计算的 影响，主要将减速过程分为驾驶员接到预警到W最大减速度制动阶段车辆所行驶的距离 So、汽车W最大减速度制动所行驶的距离Si、信息传播延时汽车行驶的距离S2、GPS测距带来 的误差Derr和后车制动使两车保持相同的速度或静止之后仍要保持的真实的车头距df，最 小安全距离计算如式1所示：式中，V0表示自车的速度，to表示驾驶员的反应时间，Δ V表示前车与自车的速度差，Δ a 表示前车和自车的加速度差，df表示后车制动后两车保持相同的速度或静止之后仍要保持 的真实的车头距，T康示信息传输延迟，Derr表示GPS误差，Des为基于车路协同的安全距离模 型计算的安全距离为Des。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的基于车路协同的安全距离模型中Δ a, 如下式2所示： Δ 曰= gu-曰 1 (2) 式中，g为重力加速度，U为路面摩擦系数，该路面摩擦系数是根据无线通信DSRC设备发 布的路面信息得到的，ai表示前车的加速度。4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的df表示后车制动后两车保持相同的速 度或静止之后仍要保持的真实的车头距，得到如下式所示： df=化a+Lb)/化do (3) 式中，La和Lb是前车和自车的长度，do表示两车保持相同的速度或静止之后仍要保持的 车头距。5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的Td是通信信息传输延时，分为信号在传 播途中的延时Ttr和系统接收到信息后对信息处理周期的延时Tap, Tap为防追尾系统的处理 周期，所WTap = T，得下式： Td = Ttr+T (4)。6. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的化r为GPS误差，采用的GPS误差为± 2.5m，按照正态分布计算GI^误差，得到误差的概率分布如下式所示：(5) 通过误差的概率分布得到误差的概率密度函数为：(6)。7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的无线通信DSRC设备，采用IE邸802.1 Ip 和IE邸1609协议的短程无线专用设备;且支持USB网络共享的USB单元;无线通信DSRC设备 之间通过无线广播通信。8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的车载终端选用Amlroid智能手机。9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的无线通信DSRC设备和车载无线通信设 备义用CohdaWireless公司的MK5设备。10. -种汽车防追尾预警系统，其特征在于，包括： 路边设置的无线通信DSRC设备，用于根据当前路况信息，将路况信息W无线广播的方 式周期性广播，所述的路况信息包括路面的干燥、潮湿或冰雪状况，路面使用的水泥、渐青 或沙±材料和路面平整度； 在车辆上安装的车载无线通信设备、数据采集单元和车载终端，其中，所述的数据采集 单元内部有数据采集模块、GPS模块和加速度传感器，用于采集自车当前的速度、加速度和 位置信息； 车载无线通信单元用于接收周围车辆的广播信息，所述的广播信息包括周围车辆的速 度、加速度和位置信息，并将采集的自车的速度、加速度和信息并通过无线通信设备广播； 路边设置的无线通信设备和车载无线通信设备通过无线通信广播的方式进行交互； 所述车载终端利用基于车路协同的最小安全距离模型计算自车与前车的安全距离，通 过位置信息计算当前自车与前车的实际距离，判断是否存在追尾危险，如果存在追尾危险， 则在车载终端界面上显示危险提醒，并通过声音报警。
【文档编号】G08G1/16GK105938660SQ201610402224
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】赵祥模, 惠飞, 景首才
【申请人】长安大学