基于车路协同的主动安全预警装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于车路协同的主动安全预警装置，包括：车辆检测模块，用于检测区域车辆的状态信息；路侧DSRC模块，用于接收车辆检测模块的检测信息，并通过DSRC向外广播；车载DSRC模块，用于接收路侧DSRC模块传输的信息，并传输给车载控制器模块，将信息向路侧DSRC模块进行广播；车载GPS模块，用于测定当前车辆的位置信息并发送给车载控制器模块；车载控制器模块，控制车载DSRC模块的信息输出和HMI模块的显示信息，计算当前车辆与被检测目标车辆分别到达路口的时间差，参考分级报警表确定报警等级进行报警；HMI模块，用于显示车辆的运行状态和安全预警信息。成本低廉、结构简单，对车辆碰撞进行快速预警。
【专利说明】
基于车路协同的主动安全预警装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及智能交通和道路交通安全技术领域，具体地涉及一种基于车路协同的 主动安全预警装置及方法，尤其适用于无信号灯交叉路口。
【背景技术】
[0002] 随着我国城镇化率的不断提高，目前有视线遮挡的无信号灯交叉路口路况越来越 多，给行车安全造成很大隐患。并且将道路和车辆作为分立系统考虑的传统交通管理方式， 已经难以满足人们对道路交通安全水平的要求。
[0003] 传统的主动安全技术主要基于自主式车辆传感器来实现，不仅受限于道路条件、 天气和环境因素，同时无法满足传感器盲区和异常道路环境的安全预警要求。
[0004] 基于DSRC(Dedicated Short Range Communications，专用短程通信）的车路协同 技术已经成为目前国际智能交通领域的热门技术和研究焦点，包括美国、日本、欧洲在内的 主要发达国家和地区都在积极研究该技术的相关应用，有序推进相关立法工作。车路协同 是指应用传感探测、无线通信、信号处理等技术，使车辆端和道路端能够共享车辆状态、路 侧设备状态、道路交通条件等信息，以达到有效提升道路交通安全、道路通行效率的目的。
[0005] 目前，随着通信技术的研究和发展，DSRC技术以其高安全性、低延时率、高容量的 特点已成为最热门的车路协同通信技术。
[0006] 中国专利文献CN 102431556公开了一种基于车路协同的驾驶员一体化预警装置， 包括设置在车辆上的自车状态感知模块、车外环境感知模块、主控模块、车载无线通信模块 和人机交互模块，所述自车状态感知模块、车外环境感知模块的输出信号输入主控模块，主 控模块通过无线通信模块与周围车辆以及道路上的设备通信，主控模块通过人机交互模块 发出预警。通过车车通信方式获取周围车辆驾驶意图，从而对潜在危险进行识别、预警。该 装置非常复杂，通过各种传感器采集信息，然后进行分析车辆的驾驶意图。该装置成本高 昂，应用前景不佳。
【发明内容】
[0007] 针对上述技术方案存在的缺陷，本发明的目的是提出了一种基于车路协同的主动 安全预警装置和方法，成本低廉、结构简单，可以对个体车辆碰撞进行快速预警，并提供安 全驾驶建议，从而大幅提升交通安全性。
[0008] 本发明的技术方案是：
[0009] -种基于车路协同的主动安全预警装置，其特征在于，包括：
[0010] -车辆检测模块，用于检测设定区域的车辆的状态信息并进行处理；
[0011] 一路侧DSRC模块，与车辆检测模块连接，用于接收车辆检测模块的检测信息，将所 述检测信息和其内部存储的路口中心位置的GPS经炜度坐标信息通过DSRC方式向外广播；
[0012] 一车载DSRC模块，用于接收路侧DSRC模块传输的信息，并传输给车载控制器模块， 将车辆控制器模块允许广播的信息通过DSRC方式向路侧DSRC模块进行广播；
[0013] -车载GPS模块，用于测定当前车辆的位置信息，并将所述位置信息发送给车载控 制器模块；
[0014] 一车载控制器模块，控制车载DSRC模块的信息输出和HMI模块的显示信息，计算当 前车辆与被检测目标车辆分别到达路口的时间差，参考分级报警表，确定报警等级进行报 警；
[0015] 一 HMI模块，用于显示车辆当前的运行状态和安全预警信息。
[0016] 优选的，所述车辆检测模块包括微波交通流检测器和信号处理器，微波交通流检 测器用于检测沿途车辆的状态信息，信号处理器用于接收微波交通流检测器传输的数据， 经过解析和去除冗余后，将信息传输给路侧DSRC模块。
[0017] 本发明还公开了一种基于车路协同的主动安全预警方法，其特征在于，包括以下 步骤：
[0018] S01:根据当前车辆的经炜度坐标和路侧DSRC模块的经炜度坐标计算车辆与DSRC 模块的距离，作为车辆到路口的距离；
[0019] S02:根据当前车速和车辆到路口的距离判断是否达到设定的预警启动条件，若达 到设定的预警启动条件，执行步骤S03;
[0020] S03:实时判断车辆检测模块检测的区域内有无其他车辆正在向路口行进，若检测 到其他车辆向路口行进，则执行步骤S04;
[0021] S04:获取被检测目标车辆的速度和到路口的距离，计算该车辆以当前速度匀速行 驶到达路口的时间t P;
[0022] S05:计算出当前车辆与被检测目标车辆分别到达路口的时间差的绝对值I T I = tP-t I，t为当前车辆以当前速度匀速行驶到达路口的时间；参考分级报警表，根据IτI和t确 定报警等级进行报警。
[0023]优选的，所述预警等级包括：
[0024] 当0< I T I <T2且OSUt1或者OS I T I，预警等级为碰撞红色预警，提示 驾驶员"注意谨慎驾驶，务必减速慢行"；
[0025] 当T2彡I T I <T3且0彡t〈ti或者0彡I T I〈!^且仂彡t或者T1S I T I CT2且预警等 级为碰撞橙色预警，提示驾驶员"注意谨慎驾驶，务必减速慢行"；
[0026] 当T3彡|T|或者T2彡|T|〈T3且或者T1S |T|〈T2且t2彡t，预警等级为碰撞黄色 预警，提示驾驶员"注意谨慎驾驶"；
[0027] 其中，HT3为当前车辆与被监测车辆到达路□时间差的设定阈值，且TKIKT3; t!、七 2为当前车辆到达路口时间的设定阈值，且tKt2。
[0028] 与现有技术相比，本发明的优点是：
[0029] 可以高效地与安装DSRC接收控制装置的沿途车辆进行车路通信，及时将驾驶员视 线之外的车况、路况发送给所需车辆。经过车载控制器对基于DSRC的广播信息的解析处理， 指示车载HMI设备发出危险报警，可让驾驶员有效提前预知视线外的危险状况，及时采取合 理规避措施，有效提升道路交通安全。
【附图说明】
[0030] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
[0031]图1是本发明基于车路协同的主动安全预警装置的结构框图；
[0032]图2是本发明主动安全预警装置的路侧DSRC模块安装位置示意图；
[0033]图3是本发明主动安全预警方法的流程图。
[0034]图中i . HMI模块，2 .车载DSRC模块，3 .路侧DSRC模块，4.车载控制器模块，5 .车载 GPS模块，6.车辆检测模块，7.微波交通流检测器。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参 照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发 明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本 发明的概念。
[0036] 实施例：
[0037]本发明提供了一种基于车路协同的主动安全预警装置，装置主要由车载控制器模 块4、HMI模块1、车载DSRC模块2、车载GPS模块5、路侧DSRC模块3和车辆检测模块6组成，各模 块的数据流连接方式如图1所示。其中，路侧设备包括路侧DSRC模块3和车辆检测模块6，其 具体安装位置如图2所示，相关参数H、LI、L2、L3、L4根据如下要求确定：
[0038] 1、安装高度H为5 ±0.25米；
[0039] 2、L4由所探测车道的中心线位置确定，在中心线正上方误差0.2米以内即可满足 要求；
[0040] 3、L3为微波交通流检测器车辆检测准确率大于等于95%的最大检测距离；
[0041] 4、L2为路口宽度；
[0042] 5、根据L2和L3计算LI，LI = (L3-L2) /2。
[0043] 考虑城市交叉路口工况，制定表1安全预警启动时机分级表。
[0044] 表1安全预警启动时机分级表
[0046] 对表1-安全预警启动时机分级表的解释说明：
[0047] 1、当监测到当前行驶车辆与路口距离为dn(n = 2，3，…，8)时，如车速大于vn(n = 2， 3，···，8)则启动预警机制，否则不启动预警机制并继续对距离进行监测，其中CM5Pvn中的η- 一对应并且检测顺序按照序号从大到小进行；
[0048] 2、当监测到当前行驶车辆与路口距离为Cl1时，直接启动预警机制，不用对车速进 行监测。
[0049] 表2分级报警表
[0051] 对表2-分级报警表中不同报警等级对应的驾驶员提示信息的解释说明：
[0052] 1、表中1'1、了2、1'34132、的值均可以根据具体情况进行适当调整，且满足1' 1〈了2〈1'3、 tl〈t2 〇
[0053] 2、提示:即碰撞黄色预警，碰撞概率低，提示驾驶员"注意谨慎行驶"；
[0054] 3、一级：即碰撞橙色预警，碰撞概率中等，提示驾驶员有一定碰撞风险，"注意谨慎 驾驶，减速慢行"；
[0055] 4、二级：即碰撞红色预警，碰撞概率高，提示驾驶员碰撞风险很高，"注意谨慎驾 驶，务必减速慢行"。
[0056] 本发明基于车路协同的无信号灯交叉路口主动安全预警装置及算法的具体配置 及实施方式包括以下内容：
[0057] 车载控制器模块4的主控芯片采用Freescale ARM Cortex_A9系列芯片，其与HMI 模块1采用Wifi方式进行通信;HMI模块1采用基于Android系统，支持Wifi，分辨率至少为 720P的平板电脑;车载GPS模块5采用高精度差分GPS设备，其与车载控制器模块4采用RS232 串口传输数据;车载DSRC模块2采用Cohda MK50BU设备，其与车载控制器模块4采用RJ45接 口传输数据；路侧DSRC模块3采用Cohda MK5RSU设备，其与车载DSRC模块2采用DSRC通信方 式传输数据;车辆检测模块6由SMS DTAM D29微波检测器和基于Freescale控制芯片并支持 RS485串口和RJ45通信方式的开发板组成，其与路侧DSRC模块3通过RJ45接口传输数据。
[0058] 当前车辆由南向北行驶，微波交通流检测器7检测东西方向的路过车辆，具体方向 如图2中所示。
[0059]预警方法如图3所示：
[0060] 1、车载控制器模块4实时读取车载GPS模块5检测到的车辆速度、经炜度、航向角等 信息，车载控制器模块4同时也读取路侧设备广播的其内部预存储的路口中心点经炜度信 息，根据车辆的经炜度坐标和路口中心点的经炜度坐标计算出车辆到路口的距离。
[0061] 2、得到车速和车辆到路口距离之后，根据预设的安全预警启动机制详见表1，确定 是否启动安全预警程序。如未达到预警程序启动条件，则返回步骤3继续侦测车速和距离信 息;如达到预警程序启动条件，则启动预警程序并执行步骤5。
[0062] 3、车载控制器模块4从车载DSRC模块2读取由路侧DSRC模块3广播过来的车辆检测 模块6信号并进行实时解析，判断车辆检测模块6所检测区域内有无其他车辆正在向路口行 进。如未检测到其他车辆向路口行进，则重复执行本步骤，对特定区域进行检测；如检测到 其他车辆向路口行进，则执行步骤6。
[0063] 4、车载控制器模块4解析车辆检测模块6信息，获取被检测目标车辆的速度和到路 口的距离，计算出该车辆以目前速度匀速行驶到达路口的时间t P。
[0064] 5、车载控制器模块4根据公式|T| = |tP_t|，计算出当前行驶车辆与被检测目标车 辆分别到达路口的时间差的绝对值。根据此计算值，参考预设的分级报警表详见表2,确定 报警等级。
[0065] 6、车载控制器模块4将报警信息通过无线网络技术传输给HMI模块1，HMI模块1通 过其内部的预设程序显示与报警信息对应的报警界面以提醒驾驶员小心驾驶。
[0066] 7、车辆控制器模块4实时检测获取的当前车辆GPS经炜度信息，如果在某特定的较 长时间内，GPS经炜度信息变化很小，则认为车辆已经停车，程序暂停运行;如果车辆未停止 运行，则返回步骤3重复运行上述步骤。
[0067] 应当理解的是，本发明的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本发明的 原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何 修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨 在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修 改例。
【主权项】
1. 一种基于车路协同的主动安全预警装置，其特征在于，包括： 一车辆检测模块，用于检测设定区域的车辆的状态信息并进行处理； 一路侧DSRC模块，与车辆检测模块连接，用于接收车辆检测模块的检测信息，将所述检 测信息和其内部存储的路口中心位置的GPS经炜度坐标信息通过DSRC方式向外广播； 一车载DSRC模块，用于接收路侧DSRC模块传输的信息，并传输给车载控制器模块，将车 辆控制器模块允许广播的信息通过DSRC方式向路侧DSRC模块进行广播； 一车载GPS模块，用于测定当前车辆的位置信息，并将所述位置信息发送给车载控制器 丰旲块； 一车载控制器模块，控制车载DSRC模块的信息输出和HMI模块的显示信息，计算当前车 辆与被检测目标车辆分别到达路口的时间差，参考分级报警表，确定报警等级进行报警； 一 HMI模块，用于显示车辆当前的运行状态和安全预警信息。2. 根据权利要求1所述的基于车路协同的主动安全预警装置，其特征在于，所述车辆检 测模块包括微波交通流检测器和信号处理器，微波交通流检测器用于检测沿途车辆的状态 信息，信号处理器用于接收微波交通流检测器传输的数据，经过解析和去除冗余后，将信息 传输给路侧DSRC模块。3. -种基于车路协同的主动安全预警方法，其特征在于，包括以下步骤： SOI:根据当前车辆的经炜度坐标和路侧DSRC模块的经炜度坐标计算车辆与DSRC模块 的距离，作为车辆到路口的距离； S02:根据当前车速和车辆到路口的距离判断是否达到设定的预警启动条件，若达到设 定的预警启动条件，执行步骤S03; S03:实时判断车辆检测模块检测的区域内有无其他车辆正在向路口行进，若检测到其 他车辆向路口行进，则执行步骤S04; S04:获取被检测目标车辆的速度和到路口的距离，计算该车辆以当前速度匀速行驶到 达路口的时间tP; S05:计算出当前车辆与被检测目标车辆分别到达路口的时间差的绝对值| T | = | tP-t |，t 为当前车辆以当前速度匀速行驶到达路口的时间；参考分级报警表，根据I T I和t确定报警 等级进行报警。4. 根据权利要求3所述的基于车路协同的主动安全预警方法，其特征在于，所述预警等 级包括： 当〇< I τ | <τ2且〇<伏乜或者〇< | τ |〈。且乜^^":^预警等级为碰撞红色预警^是示驾驶 员"注意谨慎驾驶，务必减速慢行"； 当τ2彡| τ | <τ3且〇彡t〈ti或者〇彡| τ |〈^且乜彡t或者TiS | τ | <τ2且乜彡认匕预警等级为 碰撞橙色预警，提示驾驶员"注意谨慎驾驶，务必减速慢行"； 当τ3彡| τ |或者τ2彡| τ | <τ3且或者TiS | τ | <τ2且t2彡t，预警等级为碰撞黄色预警， 提示驾驶员"注意谨慎驾驶"； 其中，Ti、Τ2、Τ3为当前车辆与被监测车辆到达路口时间差的设定阈值，且TKTXTs; 、t2 为当前车辆到达路口时间的设定阈值，且ti〈t2。
【文档编号】G08G1/16GK106056974SQ201610552559
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】李亮, 戴凡, 戴一凡, 李敏, 王晓辉, 赵峰, 成波, 李克强
【申请人】清华大学苏州汽车研究院（吴江）