一种车辆自动强制减速和限速的系统及方法与流程

本发明涉及车辆自动控制和交通安全领域，具体涉及一种面向高速公路养护作业区设置的路侧单元，同时在车辆上设置车速监测单元、车速优化单元、车速控制单元，强制车辆在固定距离之内完成安全自动减速以及限速的方法。

背景技术：

随着我国经济社会的持续快速发展，高速公路交通量增长迅速，我国早期修建的高速公路相继进入日常养护、大中修或改扩建阶段。高速公路养护作业时需要对部分车道进行封闭，车辆需要提前执行提前减速、强制性合流等行为保证安全通过施工区路段。现有的限速方式多通过放置限速标志和施工标志提醒驾驶员采取正确的驾驶行为，然而，无法避免部分驾驶员在高速公路行驶时容易忽略或者无视限速标志的情况，导致车辆在临近作业区时易产生冲突，造成严重的交通事故。中国专利(cn108297868a)公开了一种限速路段的车辆自动强制限速巡航系统，该系统包括限速信号发射器、车载信号接收器、自适应巡航控制器、车载can总线、执行器，通过车载信号接收器接收信号后，传达指令强制开启车辆自动巡航，该发明仅限于校园、小区等固定限速道路，且并未考虑到车辆强制限速后是否会与前车或者后车发生碰撞的情况，致使该系统本身具有局限性且不能适用于高速公路养护区车辆较多车速较快的情况。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种车辆自动强制减速和限速的系统及方法，强制车辆在规定距离之内完成安全自动减速以及限速，避免强制减速过程中发生交通冲突，运算简单高效、判断精准、避免车辆采取不恰当的制动减速度导致交通冲突的情况。

本发明为达到上述目标效果，采用以下技术手段：

一种车辆自动强制减速和限速的方法,包括以下步骤：

步骤一，限速信号发射模块将限速信号实时控制信息发送给信号接收模块；

步骤二，测速器读取本车当前车速v1并发送至第一判断模块，第一判断模块将v1与限速值v0进行比较，若v1＞v0，则执行步骤三，车辆进行强制减速，否则执行步骤六，车辆进行限速；

步骤三，信息预处理模块计算在最大制动减速距离值d0内，车辆调整车速至限速范围所需的制动减速度a0，并将当前车速v1和制动减速度a0发送给车载控制模块，雷达测距器将本车与前后车的车距信息发送给车载控制模块，雷达测速器将前后车的车速信息发送给车载控制模块；车辆控制模块将前车车速v2、后车车速v3、本车与前车距离d1和本车与后车距离d2发送给第二判断模块；

步骤四，第二判断模块将判断结果发送给制动减速度计算模块，从而计算本车在不与前后车发生碰撞的前提下，车辆应执行的最佳制动减速度范围值，并通过通讯模块将强制减速指令发送给语音播报执行器和车速控制执行器；

步骤五，语音播报执行器提示司机车辆进入强制减速阶段，车速控制执行器根据最佳制动减速度范围值采取相应的减速措施，控制车辆发动机动力和esc主动制动，在最大制动减速距离值d0内将车速调整至限制速度范围内；

步骤六，当前车速在限制速度范围内时，车载控制模块将当前车速v1和限速指令发送给通讯模块，通讯模块给车速控制执行器和语音播报执行器下达限速指令，车速控制执行器控制车辆发动机动力使车辆的最大速度不超过限速值，语音播报执行器提示司机限速；

步骤七，限速信号发射模块发射限速解除信号，信号接收模块接收信息，发送限速解除指令至通讯模块，通讯模块给语音播报执行器和车速控制执行器下达限速解除指令，解除车辆控制。

进一步，所述限速信息包含养护作业区的实时限速v0和车辆最大制动减速距离值d0。

进一步，所述制动减速度

进一步，所述本车在不与前后车发生碰撞的前提下应执行的制动减速度范围，包括最小制动减速度为a1和最大制动减速度为a2。

进一步，所述最小制动减速度

进一步，所述最大制动减速度

更进一步，所述制动减速度范围根据v1与v2、v3之间的大小关系进行判断，当v3<v1≤v2时，制动减速度的取值范围是a∈(a0,∞)；当v1≤v2且v1≤v3时，制动减速度的取值范围是a∈(a0,a2)；当v1>v2且v1>v3时，制动减速度的取值范围是a∈(max(a0,a1),∞)；当v2＜v1≤v3时，制动减速度的取值范围是a∈(max(a0,a1),a2)。

一种车辆自动强制减速和限速的系统，包括依次连接的路侧单元、车速监测单元、车速优化单元、车速控制单元，所述路侧单元包括相连接的限速信号控制模块和限速信号发射模块；所述车速监测单元包括信号接收模块、第一判断模块、测速器和信息预处理模块，信号接收模块与限速信号发射模块相连，信号接收模块还与第一判断模块、信息预处理模块依次相连接，测速器与第一判断模块连接；所述车速优化单元包括雷达测距器、雷达测速器、车载控制模块、第二判断模块、制动减速度计算模块和通讯模块，信息预处理模块、雷达测距器、雷达测速器与车载控制模块相连，车载控制模块依次与第二判断模块、制动减速度计算模块相连接，信号接收模块、车载控制模块、制动减速度计算模块均与通讯模块相连接，所述车速控制单元包括语音播报执行器、车速控制执行器、发动机动力控制、esc主动制动控制，通讯模块和语音播报执行器、车速控制执行器分别连接，车速控制执行器和发动机动力控制、esc主动制动控制相连

本发明的有益效果是：本发明通过建立车辆与路侧信号发射器之间的通讯，利用车辆的雷达传感器获取前后方车辆的速度和距离，计算当前车辆在避免与前后车发生交通冲突的条件下，为了达到限速值所需的最佳制动减速度范围值，控制车辆强制性自动减速并保证不超过限速值，同时，通过语音系统预警提示驾驶人员车辆将自动调整车速。以此保证车辆在固定距离之内，调整车速至路段限速范围内通过高速养护作业区，有效地提高了高速公路养护作业区的行车安全，减少由于车辆急刹或急加速带来的道路拥堵和交通事故。

附图说明

图1为本发明一种避免高速公路养护区交通冲突的车辆自动强制减速和限速系统结构示意图；

图2为本发明一种避免高速公路养护区交通冲突的车辆自动强制减速和限速方法的运行流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式，对本发明作进一步详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明涉及一种避免高速公路养护作业区交通冲突的车辆自动强制减速和限速系统，包括路侧单元、车速监测单元、车速优化单元、车速控制单元四个部分；路侧单元设置在高速公路养护作业区内，车速监测单元、车速优化单元、车速控制单元设置在本车上。

路侧单元包括限速信号控制模块和限速信号发射模块，限速信号控制模块用于存储限速信号实时控制信息，限速信号实时控制信息包括高速公路养护作业区的实时限速v0、车辆调整车速至限速范围内的最大制动减速距离d0以及限速解除信息，限速信号发射模块用于将限速信号实时控制信息传递给过往车辆，起到通信作用。

车速监测单元包括信号接收模块、第一判断模块、测速器和信息预处理模块，信号接收模块用于接收限速信号实时控制信息，第一判断模块用于判断当前车速和限速值之间的大小，即判断车辆是否需要采取自动强制减速和限速，测速器用于获取车辆的当前车速v1，信息预处理模块用于计算出在最大制动减速距离d0内，车辆达到实时限速v0的制动减速度a0。

车速优化单元包括雷达测距器、雷达测速器、车载控制模块、第二判断模块、制动减速度计算模块和通讯模块，雷达测距器用于测量当前车辆和前后车的实时车距d1、d2，雷达测速器用于获取前车与后车的当前车速v2、v3，车载控制模块用于接收信息预处理模块、雷达测距器和雷达测速器的响应数据，给通讯模块发送限速指令，第二判断模块用于比较前后车与当前车辆的速度大小，制动减速度计算模块用于计算车辆不与前后车发生碰撞的最佳制动减速度范围值，并将该信息发送给通讯模块，通讯模块用于接收信号接收模块发送的限速解除指令、车载控制模块发送的限速指令以及制动减速度计算模块发送的最佳制动减速度范围值和强制减速指令，并将以上信息传输至语音播报执行器和车速控制执行器。

车速控制单元包括语音播报执行器、车速控制执行器、发动机动力控制、esc主动制动控制，语音播报执行器用于接收通讯模块发送的强制减速指令、限速指令和限速解除指令，语音提示预警司机，车速控制执行器用于接收通讯模块发送的最佳制动减速度范围值、强制减速指令、限速指令和限速解除指令，选择相应的方式控制车辆强制减速和限速，发动机动力控制用于调节车辆发动机驱动力矩的大小，esc主动制动控制用于调节车辆的制动力矩。

限速信号控制模块的输出和限速信号发射模块的输入连接，限速信号发射模块的输出和信号接收模块的输入连接，信号接收模块、测速器的输出均和第一判断模块的输入连接，第一判断模块的输出和信息预处理模块的输入连接，信息预处理模块的输出和车载控制模块的输入连接，雷达测距器、雷达测速器的输出均和车载控制模块的输入连接，车载控制模块的输出和第二判断模块的输入连接，第二判断模块的输出和制动减速度计算模块的输入连接，信号接收模块、车载控制模块、制动减速度计算模块的输出均和通讯模块的输入连接，通讯模块的输出和语音播报执行器、车速控制执行器的输入分别连接，车速控制执行器和发动机动力控制、esc主动制动控制的输入连接。

如图2所示，一种避免高速公路养护区交通冲突的车辆强制限速系统和方法的运行流程图，包括以下步骤：

步骤一：车辆行驶至路侧单元信号覆盖范围内，限速信号发射模块将限速信号实时控制信息发送给信号接收模块，限速信号实时控制信息包括高速公路养护作业区的实时限速v0、车辆调整车速至限速范围内的最大制动减速距离值d0以及限速解除信息，信号接收模块将限速信号实时控制信息发送给信息预处理模块。最大减速距离值d0参照《公路养护安全作业规程(jtgh30-2015)》由路侧单元提前设置，具体数值如表1所示：

表1最大减速度距离值

步骤二：测速器读取车辆当前车速v1并发送至第一判断模块，第一判断模块将本车当前车速v1与限速值v0进行比较，如若v1＞v0，则执行步骤三，车辆进入强制减速步骤，否则执行步骤六，车辆进入限速步骤。

步骤三：信息预处理模块计算在最大制动减速距离值d0内，车辆调整车速至限速范围所需的制动减速度将制动减速度a0和当前车速v1发送给车载控制模块，雷达测距器将本车与前后车的车距信息发送给车载控制模块，雷达测速器将前后车的车速信息发送给车载控制模块，车载控制模块将前车车速v2、后车车速v3、本车与前车距离d1和本车与后车距离d2发送给第二判断模块。

步骤四：第二判断模块将判断结果发送给制动减速度计算模块，制动减速度计算模块计算本车在不与前后车发生碰撞的前提下应执行的制动减速度范围值，车辆在不与前车发生碰撞的最小制动减速度为a1，车辆在不与后车发生碰撞的最大制动减速度为a2，计算公式如下：

根据v1与v2、v3之间的大小关系判断本车强制减速所需采用的制动减速度的范围值：当v3<v1≤v2时，制动减速度的取值范围是a∈(a0,∞)；当v1≤v2且v1≤v3时，制动减速度的取值范围是a∈(a0,a2)；当v1>v2且v1>v3时，制动减速度的取值范围是a∈(max(a0,a1),∞)；当v2＜v1≤v3时，制动减速度的取值范围是a∈(max(a0,a1),a2)；制动减速度计算模块利用通讯模块，将最佳制动减速度范围值和强制减速指令发送给语音播报执行器和车速控制执行器。

步骤五：语音播报执行器向司机发出车辆即将强制减速提示，请司机提前做好准备，车速控制执行器根据所得到的最佳制动减速度范围值信息执行强制减速指令，控制车辆发动机动力和esc主动制动采取相应的减速措施，在避免与前后车发生交通冲突的条件下，在最大制动减速距离值d0内将车速调整至限制速度的范围内。

步骤六：当前车速在限制速度范围内时，车载控制模块将当前车速v1和限速指令发送给通讯模块，通讯模块给车速控制执行器和语音播报执行器下达限速指令，车速控制执行器控制车辆发动机动力使车辆的最大速度不超过限速信号给出的速度即可，不影响司机的其他操作，语音播报执行器提示司机限速。

步骤七：限速信号发射模块发射限速解除信号，信号接收模块接收信息，并将限速解除信号发送给通讯模块，通讯模块给车速控制执行器和语音播报执行器下达限速解除指令，车速控制执行器解除车辆限速控制，语音播报执行器提示司机车辆限速解除，司机可以自由控制车辆。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。