专利名称：一种基于车车通信的协同避撞装置及避撞方法
技术领域：
本发明属于智能交通/汽车安全控制技术领域，具体涉及ー种解决车辆行驶过程中由于车距过近而造成的碰撞事故的协同避撞装置与避撞方法。
背景技术：
随着现代交通的日益发达和汽车エ业的不断发展，近年来高速公路建设在我国发展很快，随之而来的是交通事故的频繁发生。在高速公路上，如遇恶劣天气、路况较差、交通拥堵或驾驶员疲劳等情況，极易发生汽车追尾、迎面相撞甚至连环交通事故。这给人民的生命财产安全带来了极大威胁，也突显出了研制汽车智能主动安全系统的必要性和迫切性。欧洲的ー项研究表明驾驶员只要在有碰撞危险的0.5S前得到“预警”，就可以避免至少60%的追尾撞车事故发生；若有IS钟的“预警”时间，则可避免90%的事故发生。汽车智能主动安全系统是利用计算机存储量大，运算速度快的特点，通过专家系统将汽车驾驶知识作为各种情况下的辅助指导操作手段，在紧急情况下进行报警并代替人的操作，避开行人阻碍车辆或其它障碍物，或者紧急制动(刹车)避免交通事故发生，保证车辆的安全。这样既挽救了人们的生命，又避免了经济的损失。目前国际上开发主动避撞系统较为成功的国家主要有德国、美国和日本。著名的Prometheus系统由欧洲17家著名汽车制造商和50多个研究所共同參与，它将传感器、通信、人工智能、计算机信息处理等多种技术集于一体，目的就是改进汽车安全性、有效性。并且该计划取得了相当令人瞩目的成果。在第76届日内瓦车展上，日本丰田公司发表了雷克萨斯LS460旗舰版，其配备的全新安全系统集合了先进障碍物检测系统、方向盘辅助系统、车位碰撞安全预警系统和驾驶员驾驶系统，也代表了现代汽车主动安全发展的新高度。目前研究开发的汽车主动避撞系统有以下3种类型(I)车辆主动避撞报警 CWS(collision warning system)此系统对探测到的危害情况给出警报，美国已经在一些重型载货车和公交车辆上实现商用。(2)车辆自适应巡航控制 ACC (adaptive cruise control)此系统可以实现简单交通情况下的主动避撞及巡航控制，一些汽车公司在高档车型上已经开始采用ACC技木。(3)复合型车辆智能控制系统该系统针对复杂交通情況，特别是市区交通环境，采用ACC系统辅以车辆停走(stop & go)系统,提高车辆智能控制的实用性。 申请号为201010181656的发明公开了一种激光扫描式车辆主动避撞系统，主要由激光扫描测距仪、自动转向机构、控制器等部件构成，能利用车载激光扫描测距仪测得的货物队列扫描测距信号、车辆的车体结构參数和行车状态信号、以及自动转向机构的转向位置信号等多种信息，依据主动避撞控制律实现车辆自动转向控制，使车辆与货物队列保持在安全距离范围内，避免车辆进退时与货物队列发生碰撞。该发明只是基于后车实现避撞，不具备与前车通信功能，无法与前车进行协同避撞。目前，常用的避撞系统都是基于后车实现，通过实时測量与前车车距来完成对制动踏板的控制，从而实现避撞功能；当车距小于最小制动车距时，如果仅依靠后车制动已经无法达到避撞效果，现有避撞系统容易发生避撞不及吋，从而发生碰撞等交通事故。此外，现有避撞系统后车和前车没有实时车车通信功能，无法进行车车之间信息交互
发明内容
本发明的目的是提供ー种基于车车通信的协同避撞装置及避撞方法，主要用于解决两车行驶过程中由于车距过近而造成的碰撞事故的装置与方法。通过车车通信単元实时交互前后车状态信息，通过判断不同的情况对车辆采取紧急制动、紧急加速操作，从而保持车辆在公路上安全行驶，执行协同避撞的各个车辆必须同时加装协同避撞装置，否则单辆车只能执行普通避撞装置的功能。本发明提出ー种基于车车通信的协同避撞装置，包括车辆运行信息采集单元、车车通信単元、信息处理控制単元、数据存储単元、报警单元和执行单元；所述车辆运行信息采集单元包括轮速传感器和测距模块；轮速传感器通过螺丝安装在每个车轮上，用来获取各个车轮轮速信息，并将信息发送到信息处理控制単元；测距模块为超声波模块，用来实时获取距离前方车辆的车距信息，并将该信息发送至信息处理控制単元，测距模块通过支架和螺丝安装固定在车辆的前端；所述车车通信単元由无线模块、通讯电缆和配套电源组成；通过配套电源为本发明供电；无线模块通过通讯电缆与信息处理控制単元相连接；所述数据存储单元用于记录车辆运行信息和控制单元运算过程中的运行信息，通过数据存储单元自带接ロ与信息处理控制単元相连接，并与信息处理控制単元同时安装在同一个密闭的机壳里，并通过螺栓固定在车体内部；所述的信息处理控制単元用来接收轮速传感器发送的车轮轮速信息，并对车轮轮速信息进行分析与处理，获得当前车辆的车轮轮速和车速信息，通过接收的车距信息来计算当前车距信息，并与无线模块通过通讯电缆相连，对其他车辆的运行信息进行采集；信息处理单元与数据存储単元安装在同ー密闭的机壳里，并通过螺栓固定在车体内部；所述报警単元与信息处理单元通过通讯线相连接，并受其信号控制；所述执行单元为连接车辆油门和制动踏板电机的控制卡，分别固定在油门和制动踏板的电机附近，通过通讯线与信息处理控制単元相连接，受其信号控制，通过对电机的控制从而完成油门和制动踏板的开度控制，制动踏板的开度值正比于信息处理控制単元的减速度信号值，油门踏板的开度值正比于信息处理控制単元的加速度信号值。本发明提出ー种基于车车通信的协同避撞装置的避撞控制方法，包括以下几个步骤步骤I :系统初始化；将信息处理控制単元中的缓存清除，初始化各连接单元的状态，包括初始化车车通信単元中无线模块的网络连接、检测数据存储単元是否磁盘已满、信息处理控制单元是否与其他単元通讯正常；步骤2 :车辆信息采集单元实时获取车速和车距信息；
后车通过信息处理控制単元实时接收各个轮速传感器发送的车轮轮速脉冲信号，并对车轮轮速脉冲信号进行分析与处理，实时获得当前车辆的车轮轮速和车速(利用轮速信息通过自适应斜率法估计车速)信息；后车通过信息处理控制单元实时接收测距模块中采集的车距信息，并对该车距信息进行分析与处理，计算安全车距Sfc =Vx2/2Xadmax +VxXtmm，其中ad_为最大減速度，由轮胎和路面附着系数決定，为常数；VX为相对车速，为后车车速减去前车车速，tmin是执行机构延迟时间，即制动和油门踏板以及机械传动装置的执行时间，一般为I 2秒。最大减速度adMX取值为adMX = gX小；小为附着系数，g为重力加速度；
步骤3 :车与车之间通过车车通信单元进行信息交互；后车通过车车通信单元实时向前车的信息处理控制单元发送当前车速、车距aSa以及信息处理控制単元中计算出的分配加速度值，同时接收前车辆的车速、车距以及分配减速度值(由前车计算并发送的)，并计算和前车间车车间相对车速Vx ；步骤4 :后车信息处理控制単元检测车距小于安全车距时触发避撞功能；后车通过信息处理控制単元实时判断当前车距与安全车距的关系，当车距大于等于安全车距时，正常行驶；当车距小于安全车距时，触发内部协同避撞功能，计算后车当前期望减速度值aSa aSa = Vx2/(2xSa);判断后车当前期望减速度值aSa与最大减速度ad_的大小关系，当后车期望減速度值aSa小于最大减速度admM时，后车的减速度执ィ丁当如期望减速度aSa，即a_g= aSa ;当后车期望减速度值aSa大于等于最大减速度adMX时，后车的减速度a^执行最大减速度adniax，BPaj== a—，并经信息处理控制単元计算分配加速度值Aap = Vx2/(2XSa)-admax，并将该
分配加速度值Aap经车车通信单元发送到前车的信息处理控制単元中；步骤5 :前车信息处理控制単元接收到分配加速度值时触发避撞功能；前车信息处理控制単元通过车车通信单元收到后车发送的分配加速度值A ap吋，触发并启动其内部协同避撞功能，通过判断分配加速度值Aap是否大于前车的最大加速度Bamax来确定前车当前期望加速度值aき最大加速度admax计算公式如下aamax =[(admax xtmm) -Vx2]/(Sa2 - Sbr);其中，Sa2是前车距离下一级前车(即前车的前车)的距离，当分配加速度值Aap小于最大加速度aa_时，前车当前期望加速度值a-执行分配加速度aw= Aap ;当分配加速度值△ aP大于等于最大加速度a_x时，前车当前期望加速度值aw执行最大加速度aw =A aP，同时计算分配减速度值AaF= A ap-a_x，并发送给后车，后车再根据当前情况重新计算分配加速度分值；步骤I :执行单元控制车辆加速/減速；前车和后车信息处理控制単元将计算得出的期望加/减速度的值换算成油门/制动踏板的电机控制器PWM值，由电机控制器去控制车辆油门/制动踏板的开度，控制车辆的加速/減速，从而达到避撞功能；步骤8 :报警单元报警；当信息处理控制单元收到车车通信单元发送的触发信号执行避撞功能时，同时控制报警单元报警；步骤9 :数据存储数据存储单元对车辆运行数据进行存储，用于记录车辆运行状态以及对交通事故进行数据分析。本发明的优点在于I、本发明提供ー种基于车车通信的协同避撞装置及避撞方法，通过给车辆加装一种新型的主动避撞装置，保障了车辆行驶 的安全。执行协同避撞的各个车辆必须同时加装协同避撞装置，否则单辆车只能执行普通避撞装置的功能；2、本发明提供ー种基于车车通信的协同避撞装置，其带有车车通信単元，可以实时接收车辆车距、前后车的车速等信息，并与周围的车辆进行实时信息交互；3、本发明提供ー种基于车车通信的协同避撞装置及避撞方法，当出现车距小于安全车距时，后车信息处理控制単元会通过计算期望减速度完成減速避撞；当仅靠后车无法完成避撞时，会发送分配加速度信息给前车，通知前车加速协同避撞。4、本发明提供ー种基于车车通信的协同避撞装置及避撞方法，前车信息处理控制単元通过车车通信单元收到后车的分配加速度信息后，进行加速协同避撞，但分配加速度大于自身最大加速度值时，会执行最大加速度，同时会给后车分配减速度，通过车车通信单元发送信息给后车，重新对加减速度进行分配；5、本发明提供ー种基于车车通信的协同避撞装置及避撞方法，通过协同避撞装置对加减速度进行合理分配，有效的保障了车辆运行的安全，減少或减缓了车辆碰撞和追尾事故的发生，更有效的避免了高速公路连环追尾事故的发生。
图I :本发明提出ー种基于车车通信的协同避撞装置的结构示意图；图2 :本发明提出ー种基于车车通信的协同避撞装置的避撞方法流程图；图中1_车辆运行信息采集单元；2_车车通信単元；3_信息处理控制単元；4_数据存储単元；5_报警单元；6_执行单元；
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进ー步的详细说明。本发明提供ー种基于车车通信的协同避撞装置，具体为用于车辆行驶中协同避撞的控制装置，包括车辆运行信息采集单元I、车车通信単元2、信息处理控制単元3、数据存储单元4、报警单元5和执行单元6。所述车辆运行信息采集单元I包括轮速传感器和测距模块。轮速传感器通过螺丝安装在每个车轮上，用来获取各个车轮轮速信息，并将信息发送到信息处理控制単元3。测距模块为超声波模块，用来实时获取距离前方车距信息，并将该信息发送至信息处理控制単元3。测距模块通过和支架和螺丝安装固定在车辆的前端(车头)。所述车车通信単元2是用于车辆与车辆间交互信息的器件，主要由无线模块、通讯电缆和配套电源组成，通过螺丝固定在车体内部，如果车体上层空间大的话，可以优选安装在车体顶端。配套电源可采用汽车蓄电池供电或者自带可充电电池供电，通过配套电源为本发明装置供电。无线模块通过通讯电缆与信息处理控制単元3相连接。无线模块优选为wifi模块或zigbee模块。所述数据存储单元4是用于记录车辆运行信息和控制单元运算过程中的运行信息，可选择U盘、SD卡或移动硬盘。通过数据存储单元4自带接ロ与信息处理控制単元3相连接，并与信息处理控制単元3同时安装在同一个密闭的机壳里，并通过螺栓固定在车体内部。所述的信息处理控制単元3包括16位或32位以上单片机，用来接收轮速传感器发送的车轮轮速信息，并对车轮轮速信息进行分析与处理，获得当前车辆的车轮轮速和车速信息。通过接收的车距信息来计算当前车距信息。并与无线模块通过通讯电缆相连，对其他车辆的运行信息进行采集，并做后续的处理分析。信息处理单元与数据存储単元4安装在同一密闭的机壳里，并通过螺栓固定在车体内部所述报警単元5为指示灯、喇叭和显示屏，当有紧急情况时提示驾驶员和车辆。它与信息处理单元通过通讯电缆相连接，并受其信号控制，指示灯和显示屏应安装在车辆前方驾驶员视野范围内，喇叭安装在车体外部，可用螺丝和支架固定。所述执行単元6为连接车辆油门和制动踏板电机的控制卡，分别固定在油门和制动踏板的控制电机附近，通过通讯线与信息处理控制単元3相连接，受其信号控制，通过对电机的控制从而完成油门和制动踏板的开度控制，制动踏板的开度值正比于信息处理控制単元3的减速度信号，油门踏板的开度值正比于信息处理控制単元3的加速度信号。基于上述基于车车通信的协同避撞装置的避撞控制方法，包括以下几个步骤步骤I :系统初始化；将信息处理控制単元3中的缓存清除，初始化各连接单元的状态，包括初始化车车通信単元2中无线模块的网络连接、检测数据存储単元4是否磁盘已满、信息处理控制单元3是否与其他単元通讯正常；步骤2 :车辆信息采集单元实时获取车速和车距信息；后车通过信息处理控制単元3实时接收各个轮速传感器发送的车轮轮速脉冲信号，并对车轮轮速脉冲信号进行分析与处理，实时获得车轮轮速和车速信息；通过信息处理控制単元3实时接收测距模块中的车距信息(后车与前方车辆的车间距离)，并对该车距信息进行分析与处理，计算安全车距，并在步骤4中将车距信息实时与安全车距比较判断，判断当前后车距离前车车距Sa是否小于安全车距Sfc ;当后车距离前车的车距Sa大于等于安全车距Sfc时，后车正常行驶；当后车距离前车的车距Sa小于安全车距Sfc时，触发避撞功能。安全车距计算方法Sbr =Yx2/2 xadmax+Yx Xtmm其中ad_为最大減速度，由路面附着系数决定，对某ー种固定路面，Bdfflax为常数；VX为相对车速，为后车车速减去前车车速，tmin是执行机构延迟时间，即制动和油门踏板以及机械传动装置的执行时间，一般为I 2秒。最大减速度adMX取值为adMX = gX小；小为路面附着系数，g为重力加速度。
权利要求
1.ー种基于车车通信的协同避撞装置，其特征在于包括车辆运行信息采集单元、车车通信単元、信息处理控制単元、数据存储単元、报警单元和执行单元； 所述车辆运行信息采集单元包括轮速传感器和测距模块；轮速传感器通过螺丝安装在每个车轮上，用来获取各个车轮轮速信息，并将信息发送到信息处理控制単元；测距模块为超声波模块，用来实时获取距离前方车距信息，并将该信息发送至信息处理控制単元，测距模块通过支架和螺丝安装固定在车辆的前端； 所述车车通信単元由无线模块、通讯电缆和配套电源组成；通过配套电源为本发明供电；无线模块通过通讯电缆与信息处理控制単元相连接； 所述数据存储单元用于记录车辆运行信息和控制单元运算过程中的运行信息，通过数据存储単元自带接ロ与信息处理控制単元相连接，并与信息处理控制単元同时安装在同一个密闭的机壳里,并通过螺栓固定在车体内部； 所述的信息处理控制単元用来接收轮速传感器发送的车轮轮速信息，并对车轮轮速信息进行分析与处理，获得当前车辆的车轮轮速和车速信息，通过接收的车距信息来计算当前车距信息，并与无线模块通过通讯电缆相连，对其他车辆的运行信息进行采集；信息处理単元与数据存储単元安装在同一密闭的机壳里，并通过螺栓固定在车体内部； 所述报警単元与信息处理单元通过通讯线相连接，并受其信号控制； 所述执行单元为连接车辆油门和制动踏板电机的控制卡，分别固定在油门和制动踏板的电机附近，通过通讯线与信息处理控制単元相连接，受其信号控制，通过对电机的控制从而完成油门和制动踏板的开度控制，制动踏板的开度值正比于信息处理控制単元的减速度信号，油门踏板的开度值正比于信息处理控制単元的加速度信号。
2.根据权利要求I所述的ー种基于车车通信的协同避撞装置，其特征在于所述的配套电源可采用汽车蓄电池供电或者自带可充电电池供电。
3.根据权利要求I所述的ー种基于车车通信的协同避撞装置，其特征在于所述的无线模块为wifi模块或zigbee模块。
4.根据权利要求I所述的ー种基于车车通信的协同避撞装置，其特征在于所述的数据存储単元选择U盘、SD卡或移动硬盘。
5.根据权利要求I所述的ー种基于车车通信的协同避撞装置，其特征在于所述的信息处理控制单元为16位或32位以上单片机。
6.根据权利要求I所述的ー种基于车车通信的协同避撞装置，其特征在于所述的报警单元为指示灯、喇叭和显示屏。
7.ー种应用权利要求I所述的基于车车通信的协同避撞装置的避撞控制方法，其特征在于包括以下几个步骤 步骤I :系统初始化； 将信息处理控制単元中的缓存清除，初始化各连接单元的状态，包括初始化车车通信単元中无线模块的网络连接、检测数据存储単元是否磁盘已满、信息处理控制单元是否与其他単元通讯正常； 步骤2 :车辆信息采集单元实时获取车速和车距信息； 后车通过信息处理控制単元实时接收各个轮速传感器发送的车轮轮速脉冲信号，并对车轮轮速脉冲信号进行分析与处理，实时获得当前车辆的车轮轮速和车速信息；后车通过信息处理控制单元实时接收测距模块中采集的车距信息，并对该车距信息进行分析与处理，计算安全车距Sfc =Vx2/2Xadmax +VxXtmm，其中ad_为最大減速度，由轮胎和路面附着系数決定，为常数；VX为相对车速，为后车车速减去前车车速，tmin是执行机构延迟时间； 最大减速度Sdmax取值为
全文摘要
本发明提供一种基于车车通信的协同避撞装置，属于智能交通/汽车安全控制技术领域，包括车辆运行信息采集单元、车车通信单元、信息处理控制单元、数据存储单元、报警单元和执行单元。车辆运行信息采集单元包括轮速传感器和测距模块。本发明增加了车辆行驶的安全保证，但执行协同避撞的各个车辆必须同时加装协同避撞装置，单辆车只能执行普通避撞装置的功能；本发明带有车车通信单元，可以实时采集周围车辆车距，车速等信息，并与周围的车辆进行实时信息交互；当出现车距小于安全车距时，后车信息处理控制单元会通过计算期望减速度完成减速避撞；当仅靠后车无法完成避撞时，会发送分配加速度信息给前车，通知前车加速协同避撞。
文档编号B60W40/04GK102616235SQ20121010146
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者余贵珍, 李芹, 王云鹏, 王庞伟, 田大新, 鲁光泉 申请人:北京航空航天大学