基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，通过一安装在车辆上的预警控制装置实现，其包括前车碰撞预警及主动控制方法、后车追尾预警及主动控制方法以及两侧邻车变道预警及主动控制方法；本发明通过车车通信的协同方式交换双方的环境感知和状态数据，可以综合自车与邻车的情况调整安全车距和刹车装置，减少了自车和邻车的预警延时，使自车和邻车能够协同作出正确的主动车辆控制决策和操作，从而解决了现有技术中依靠自车防碰撞系统，无法获取邻车信息，无法针对邻车状态调整安全车距和刹车装置，进行车车协同碰撞预警和协同主动安全操作的问题，并且有效提高了车辆之间碰撞和主动控制的可靠性和精度。
【专利说明】
基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及车辆防碰撞技术领域，具体涉及一种基于车车通信的车辆碰撞预警及 主动控制方法。
【背景技术】
[0002] 现有车辆一般安装有主动安全系统，如前视防碰撞系统、变道防碰撞系统等，大多 是通过各类传感器如视觉传感器、雷达传感器、超声波传感器等感知车辆周边环境信息，例 如:车辆前方静态和动态障碍物，车辆两侧盲区运动物体，车辆后部逐渐靠近的物体等，然 后依据设定的参数判断车辆行驶的安全性，由控制系统自行执行车辆智能控制行为，包括 减速、刹车、变道避让等操作，达到车辆主动安全控制的目标。
[0003] 但是，现有的汽车主动安全系统为孤立系统，其至少存在以下问题：
[0004] 1)仅仅依靠自车防碰撞系统进行周边环境信息感知、识别和预警，无法获取邻车 行车信息，无法针对邻车状态调整自车安全车距和刹车装置，进行车车协同碰撞预警和协 同主动安全操作。
[0005] 2)所进行的自车预警和自车安全操作无法传播到邻车，增加了邻车的预警时延， 致使邻车无法协同做出相应的预警和安全操作动作，降低了主动安全系统的性能。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于，提出一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，以 解决现有汽车主动安全系统中仅仅依靠自车防碰撞系统，无法获取邻车信息，无法针对邻 车状态调整安全车距和刹车装置，进行车车协同碰撞预警和协同主动安全操作的问题。
[0007] 为了实现以上目的，本发明一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法可 包括前车碰撞预警及主动控制方法、后车追尾预警及主动控制方法以及两侧邻车变道预警 及主动控制方法中任意一个或几个方案。
[0008] (1)前车碰撞预警及主动控制方法:通过一安装在车辆上的预警控制装置实现，所 述预警控制装置包括数据处理单元以及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感知单 元、报警单元和车辆控制单元、车车通信单元；
[0009] 所述前车碰撞预警及主动控制方法包括以下步骤：
[0010] Al、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速Vll、自车加速度an、自车行驶方 向、自车刹车距离!^以及自车与前车车距S1，并输入自车的数据处理单元；
[0011] A2、通过自车的车车通信单元获取前车车速V12、前车加速度a12以及前车行驶方 向，并输入自车的数据处理单元；
[0012] A3、自车的数据处理单元根据两车相对方向、相对速度V1以及相对加速度初进行运 算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
[0013] 进一步，步骤A3中，若两车同向，则相对速度νι = νιι_ν?2、相对加速度ai = an_ai2; 若两车相向，则相对速度Vi = V11+V12、相对加速度ai = an+ai2;
[0014] 若^>0,则根据公式
计算碰撞发生时间h，转入步骤A4;否则，步骤 结束；
[0015] A4、计算时间。内自车行驶距离
[0016]若SnfL1，则为安全距离，步骤结束;若Sn 2 L1，报警单元输出报警，且车辆控制单 元实施车辆刹车的主动安全控制。
[0017] 进一步，自车刹车距?
，其中g为重力加速度，U1为道路摩擦系数。
[0018] (2)后车追尾预警及主动控制方法:通过一安装在车辆上的预警控制装置实现，所 述预警控制装置包括数据处理单元以及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感知单 元、报警单元和车辆控制单元、车车通信单元；
[0019] 所述后车追尾预警及主动控制方法包括以下步骤：
[0020] Bl、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速V21、自车加速度a21以及自车与后 车车距S 2，并输入自车的数据处理单元；
[0021] B2、通过自车的车车通信单元获取后车车速v22、后车加速度a22、后车刹车距离L2， 并输入自车的数据处理单元；
[0022] B3、自车的数据处理单元根据两车相对速度^以及相对加速度&2进行运算，判断是 否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
[0023] 进一步，步骤B3中，两车相对速度V2 = V22-V21，相对加速度a2 = a22_a2i;
[0024] 若^>0，则根据公;！
计算碰撞发生时间t2，转入步骤M;否则，步 骤结束；
[0025] B4、计算时间^内后车行驶距离
[0026]若S22<L2,则为安全距离，步骤结束;若S22^L 2,报警单元输出报警，且车辆控制单 元实施车辆加速的主动安全控制。
[0027] 进一步，后车刹车距离
，其中g为重力加速度，u2为道路摩擦系数。
[0028] (3)两侧邻车变道预警及主动控制方法:通过一安装在车辆上的预警控制装置实 现，所述预警控制装置包括数据处理单元以及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感 知单元、报警单元和车辆控制单元、车车通信单元；
[0029] 所述两侧邻车变道预警及主动控制方法包括以下步骤：
[0030] Cl、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速V31、自车加速度a31、自车行驶方 向角度Θ3:、自车与邻车横向车距S 3、自车与邻车纵向车距S4、自车横向刹车距离L31和自车纵 向刹车距离L32，并输入自车的数据处理单元；
[0031] C2、通过自车的车车通信单元获取邻车车速v32、邻车加速度a32、邻车行驶方向角 度θ 32，并输入自车的数据处理单元；
[0032] C3、自车的数据处理单元根据两车横向相对速度V3、纵向相对速度V4、横向相对加 速度a3、纵向相对加速度a4进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制 单元相应动作。
[0033] 进一步，步骤C3中，若两车同向，则两车横向相对速度V3 = V3i · sin931-v32 · sin Θ32、纵向相对速度V4 = V31 · cos931-v32 · C〇S032、横向相对加速度a3 = a3i · sin931-a32 · sin Θ32、纵向相对加速度a4 = a3i · cos931-a32 · cos932;若两车相向，则两车横向相对速度V3 = V31 · sin031+V32 · sin032、纵向相对速度V4 = V31 · cos931+v32 · COS032、横向相对加速度a3 = a3i · sin03i+a32 · sin032、纵向相对加速度a4 = a3i · cos93i+a32 · cos932;
[0034] 若v3>0且V4>〇,则根据公i
十算横向碰撞发生时间t3,根据公式
计算纵向碰撞发生时间t4转入步骤C4;否则，步骤结束；
[0035] C4、计算时间t3内自车横向行驶距萬
，计算时间 t4内自车纵向行驶距离
[0036] 若S31 <L3IS32<L32，则为安全距离，步骤结束;若S 31 2 L3^S32 2 L32，报警单元输
出报警，且车辆控制单元实施车辆偏向的主动安全控制。
[0037] 进一步，自车横向刹车距g
目车纵向刹车距_ 其中g为重力加速度，U3为道路摩擦系数。
[0038] 有益效果:本发明通过车车通信的协同方式交换双方的环境感知和状态数据，可 以综合自车与邻车的情况调整安全车距和刹车装置，减少了自车和邻车的预警延时，使自 车和邻车能够协同作出正确的主动车辆控制决策和操作，从而解决了现有技术中依靠自车 防碰撞系统，无法获取邻车信息，无法针对邻车状态调整安全车距和刹车装置，进行车车协 同碰撞预警和协同主动安全操作的问题，并且有效提高了车辆之间碰撞和主动控制的可靠 性和精度。
【附图说明】
[0039] 图1是实施例中预警控制装置的结构框图。
[0040] 图2是实施例中前车碰撞预警及主动控制方法的流程示意图。
[0041] 图3是实施例中后车追尾预警及主动控制方法的流程示意图。
[0042] 图4是实施例中两侧邻车变道预警及主动控制方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0043] 为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步 描述。
[0044]请参阅图1，实施例提出的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，通过一 安装在车辆上的预警控制装置实现，该预警控制装置包括数据处理单元10以及分别与数据 处理单元10通信连接的车载环境感知单元20、报警单元30、车辆控制单元40、车车通信单元 50。其中，车车通信单元50可与邻车（包括前车、后车或位于自车两侧的邻车）无线通信连 接;车载环境感知单元20获取自车环境感知和状态数据输入数据处理单元10;数据处理单 元10结合自车环境感知和状态数据、从车车通信单元50接收到的邻车环境感知和状态数据 判断是否有碰撞危险，相应通过报警单元30输出报警以及通过车辆控制单元40控制自车动 作。
[0045] 车载环境感知单元具体可包括OBD系统（即车载诊断系统)21、雷达传感器22、前摄 像头23、后摄像头24、左侧摄像头25及右侧摄像头26,这些均通过CAN总线与数据处理单元 10通信连接。其中，前摄像头23可安装在车辆前挡风玻璃中央位置，拍摄距离优选为车前方 0米至80米；后摄像头24可安装在车辆后挡风玻璃中央位置，拍摄距离优选为车尾0米至30 米;左侧摄像头25及右侧摄像头26可分别安装在车辆左右两侧后视镜上，拍摄距离优选为 车侧后方〇米至30米，拍摄角度优选为从车侧开始向外偏移60°;所述雷达传感器22可安装 在车前防撞杆中央位置。
[0046] 车载环境感知单元20获取的自车环境感知和状态数据具体可包括自车车速、自车 加速度、自车行驶方向、自车控制参数(例如刹车距离）、自车与障碍物的距离(若障碍物为 邻车，则为两车车距)等。其中，自车车速、自车加速度、自车行驶方向以及自车控制参数均 可从OBD系统21获得；自车与障碍物的距离等可由雷达传感器22结合获得前摄像头23、后摄 像头24、左侧摄像头25及右侧摄像头26获得，前摄像头23与后摄像头24可判断是否易与前 车、后车碰撞，左侧摄像头25及右侧摄像头26可检测到位于左右盲区的障碍物(例如左右盲 区是否有邻车）。
[0047]同理，邻车也可采用本实施例的车辆碰撞预警和控制装置，并获得其环境感知和 状态数据。自车的车车通信单元50可通过车载WIFI模块与邻车无线通信连接，以获得邻车 环境感知和状态数据判断，同时还将自车环境感知和状态数据反馈给邻车。数据处理单元 10结合自车环境感知和状态数据、从车车通信单元50接收到的邻车环境感知和状态数据判 断是否有碰撞危险，若有，则通过报警单元30输出报警，并通过车辆控制单元40控制自车， 包括控制自车进行加速、减速、刹车、变道避让、偏向操作等。
[0048] 实施例提出的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法具体可包括前车碰 撞预警及主动控制方法、后车追尾预警及主动控制方法以及两侧邻车变道预警及主动控制 方法，以下依序介绍。
[0049] 前车碰撞预警及主动控制方法
[0050] 请参阅图2、前车碰撞预警及主动控制方法包括以下步骤：
[0051 ] SlOO、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速vn、自车加速度an、自车行驶 方向、自车刹车距离1^以及自车与前车车距S1，并输入自车的数据处理单元。
[0052] 步骤SlOO中自车刹车距I
其中g为重力加速度(g可取9.8m/s2)， Ul为道 路摩擦系数。
[0053] S200、通过自车的车车通信单元获取前车车速V12、前车加速度a12以及前车行驶方 向，并输入自车的数据处理单元。
[0054] S300、自车的数据处理单元根据两车相对方向、相对速度V1以及相对加速度&1进行 运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
[0055] 步骤S300中两车相对方向包括两车同向或两车相向。
[0056] 若两车同向，则相对速度νι = νιι_ν?2、相对加速度ai = an_ai2;若两车相向，则相对 速度 Vi = νιι+ν?2、相对加速度 ai = aii+ai2;
[0057] gVl>0，则根据公￥
f算碰撞发生时间。，转入步骤S400;否则，步 骤结束。
[0058] S400、计算时间ti内自车行驶距?
[0059]若SnfL1，则为安全距离，报警单元和车辆控制单元无需进行报警及对车辆主动 安全控制，步骤结束;若Sn 2 L1，报警单元输出报警，且车辆控制单元实施车辆刹车的主动 安全控制。
[0060] 后车追尾预警及主动控制方法
[0061] 后车追尾预警及主动控制方法包括以下步骤：
[0062] L100、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速V21、自车加速度a21以及自车与 后车车距32，并输入自车的数据处理单元。
[0063] L200、通过自车的车车通信单元获取后车车速v22、后车加速度a22、后车刹车距离 L2，并输入自车的数据处理单元。
[0064] 步骤L200中，后车刹车距，其中g为重力加速度(g可取9.8m/s2)，u2为道 路摩擦系数。
[0065] L300、自车的数据处理单元根据两车相对速度^以及相对加速度&2进行运算，判断 是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。
[0066] 步骤L300中，两车相对速度V2 = V22_V2i，相对加速度a2 = a22_a2i;
[0067] 若￥2>0，则根据公式
计算碰撞发生时间t2，转入步骤L400;否则， 步骤结束。
[0068] L400、计算时间t2内后车行驶距I
[0069]若S22<L2,则为安全距离，报警单元和车辆控制单元无需进行报警及对车辆主动 安全控制，步骤结束;若S2QL2,报警单元输出报警，且车辆控制单元实施车辆加速的主动 安全控制。
[0070]两侧邻车变道预警及主动控制方法
[0071 ]两侧邻车变道预警及主动控制方法包括以下步骤：
[0072] FlOO、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速V31、自车加速度a31、自车行驶 方向角度Θ31、自车与邻车横向车距S3、自车与邻车纵向车距S4、自车横向刹车距离L 31和自车 纵向刹车距离L32,并输入自车的数据处理单元。
[0073] 步骤FlOO中，自车横向刹车距离 t其中g为重力加速度(g可取 9.8m/s2)，U3为道路摩擦系数。
[0074]自车纵向刹车距甚
[0075] F200、通过自车的车车通信单元获取邻车车速v32、邻车加速度a32、邻车行驶方向 角度θ32，并输入自车的数据处理单元。
[0076] F300、自车的数据处理单元根据两车横向相对速度V3、纵向相对速度V4、横向相对 加速度a3、纵向相对加速度a4进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控 制单元相应动作。
[0077]步骤F300中，两车相对方向包括两车同向或两车相向，若两车同向，则两车横向相 对速度V3 = V31 · sin031_V32 · sin032、纵向相对速度V4 = V31 · cos931-v32 · COS032、横向相对 加速度a3 = a3i · sin03i_a32 · sin032、纵向相对加速度a4 = a3i · C〇s031-a32 · C〇S032;若两车 相向，贝1J两车横向相对速度V3 = V31 · Sin931+V32 · sin932、纵向相对速度V4 = V31 · CosQ31+ V32 · cos932、横向相对加速度a3 = a3i · sin03i+a32 · sin032、纵向相对加速度a4 = a3i · CosQ31 +a32 · COS032 ;
[0080] 若&1<1^1且&2<1^ 2,则为安全距离，报警单元和车辆控制单元无需进行报警及对 车辆主动安全控制，步骤结束;若S31 2 L31SS32 2 L32，报警单元输出报警，且车辆控制单元实 施车辆偏向的主动安全控制。
[0081] 综上所述，实施例提出的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法通过车车 通信的协同方式交换双方的环境感知和状态数据，可以综合自车与邻车的情况调整安全车 距和刹车装置，减少了自车和邻车的预警延时，使自车和邻车能够协同作出正确的主动车 辆控制决策和操作，有效提高了车辆之间碰撞和主动控制的可靠性和精度。
[0082] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，通过一安装在车辆上的预警控 制装置实现，其包括前车碰撞预警及主动控制方法;其特征在于，所述预警控制装置包括数 据处理单元W及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感知单元、报警单元和车辆控制 单元、车车通信单元； 所述前车碰撞预警及主动控制方法包括W下步骤： A1、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速VII、自车加速度ail、自车行驶方向、自 车刹车距离及自车与前车车距&，并输入自车的数据处理单元； A2、通过自车的车车通信单元获取前车车速V12、前车加速度auW及前车行驶方向，并输 入自车的数据处理单元； A3、自车的数据处理单元根据两车相对方向、相对速度VIW及相对加速度ai进行运算， 判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。2. 根据权利要求1所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在于， 步骤A3中，若两车同向，则相对速度vi = vii-vi2、相对加速度ai = aii-ai2;若两车相向，则相 对速度VI = V11+V12、相对加速度曰1 = aii+ai2; 若VI >0，则根据公式计算碰撞发生时间ti，转入步骤A4;否则，步骤结 束； A4、计算时间ti内自车行驶距离若Sii<1^1，则为安全距离，步骤结束;若Sii八1，报警单元输出报警，且车辆控制单元实 施车辆刹车的主动安全控制。3. 根据权利要求1或2所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在 于，自车刹车距离庚中g为重力加速度，U1为道路摩擦系数。4. 一种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，通过一安装在车辆上的预警控 制装置实现，其包括后车追尾预警及主动控制方法;其特征在于，所述预警控制装置包括数 据处理单元W及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感知单元、报警单元和车辆控制 单元、车车通信单元； 所述后车追尾预警及主动控制方法包括W下步骤： B1、通过自车的车载环境感知单兀获取自车车速V21、自车加速度a2iW及自车与后车车 距S2，并输入自车的数据处理单元； B2、通过自车的车车通信单元获取后车车速V22、后车加速度曰22、后车刹车距离L2,并输 入自车的数据处理单元； B3、自车的数据处理单元根据两车相对速度V2W及相对加速度曰2进行运算，判断是否存 在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元相应动作。5. 根据权利要求4所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在于， 步骤B3中，两车相对速度V2 = V22-V21，相对加速度日2 =日22-日21; 若V2>0，则根据公式计算碰撞发生时间t2，转入步骤B4;否则，步骤结 束； B4、计算时间t2内后车行驶距育若S22<L2，贝1J为安全距离，步骤结束；若S22 > 12，报警单元输出报警，且车辆控制单元实 施车辆加速的主动安全控制。6. 根据权利要求4或5所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在 于，后车刹车距离其中g为重力加速度，U2为道路摩擦系数。7. -种基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，通过一安装在车辆上的预警控 制装置实现，其包括两侧邻车变道预警及主动控制方法;其特征在于，所述预警控制装置包 括数据处理单元W及分别与数据处理单元通信连接的车载环境感知单元、报警单元和车辆 控制单元、车车通信单元； 所述两侧邻车变道预警及主动控制方法包括W下步骤： C1、通过自车的车载环境感知单元获取自车车速V31、自车加速度曰31、自车行驶方向角度 031、自车与邻车横向车距S3、自车与邻车纵向车距S4、自车横向刹车距离L31和自车纵向刹车 距离L32，并输入自车的数据处理单元； C2、通过自车的车车通信单元获取邻车车速V32、邻车加速度曰32、邻车行驶方向角度032， 并输入自车的数据处理单元； C3、自车的数据处理单元根据两车横向相对速度V3、纵向相对速度V4、横向相对加速度 33、纵向相对加速度34进行运算，判断是否存在碰撞危险，并控制报警单元和车辆控制单元 相应动作。 8 .根据权利要求7所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在于， 步骤C3中，若两车同向，则两车横向相对速度V3 = V31 · sin目31-V32 · sin目32、纵向相对速度V4 = V31 · cos目31-V32 · cos目32、横向相对加速度日3 =日31 · sin目3广日32 · sin目32、纵向相对加速度 日4 =日31 · cos目3广日32 · cos目32;若两车相向，则两车横向相对速度V3 = V31 · sin目31+V32 · sin 白32、纵向相对速度V4 = V31 · COS目31+V32 · COS目32、横向相对加速度日3 =日31 · sin目31+日32 · sin 白32、纵向相对加速度日4 =日31 · COS目31+日32 · COS目32; 若V3>〇且V4>〇,则根据公式t算横向碰撞发生时间t3,根据公式计算纵向碰撞发生时间t4转入步骤C4 ;否则，步骤结束； C4、计算时间t3内自车横向行驶距离，计算时间t4内 自车纵向行驶距离若S31<L31且S32<L32,则为安全距离，步骤结束;若S31 > L3域S32 > L32,报警单兀输出报 警，且车辆控制单元实施车辆偏向的主动安全控制。9.根据权利要求7或8所述的基于车车通信的车辆碰撞预警及主动控制方法，其特征在 于，自车横向刹车距离其中g为重 力加速度，U3为道路摩擦系数。
【文档编号】G08G1/16GK105844967SQ201610326397
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】綦科, 刘冬民
【申请人】广州大学