一种车辆追尾预警方法与预警系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种车辆追尾预警方法，包括以下步骤：基于预定的时间间隔，通过车载采集装置采集连续时间序列下的车辆行进数据，车载采集装置所在的车辆为所述本车；计算当前序列时间时刻的前车运行速度；基于本车的速度信息以及路面摩擦系数信息，计算本车的最短刹车时间；基于本车最短刹车时间以及前车的运行速度，计算本车与前车在加上本车最短刹车时间时刻的间隔；计算本车在抱死情况下的最小刹车距离；基于前述步骤计算的本车最小刹车距离，以及本车与前车在加上本车最短刹车时间时刻的间隔，判断是否存在追尾风险：如果判定不存在风险，返回前述步骤继续进行采集和判断；如果判定存在风险，控制发出预警信号。本发明还提出一种车辆追尾预警系统。
【专利说明】
一种车辆追尾预警方法与预警系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能交通预警【技术领域】，具体而言涉及一种车辆追尾预警方法与预警系统。
【背景技术】
[0002]高速公路交通事故形态以碰撞为主，2013年间，由于车辆追尾碰撞事故形态所导致的当量死亡数占总数比例的42%。因此，设计一种高速汽车追尾防撞预警系统成为迫切的需要。
[0003]自1970年开始，日本智能公路计划中开始在车辆换道、十字路口防撞、行人避让和车距保持等领域开展研究，而德国的一些机构利用光学原理研制了 Mear系统，目的是为了探测车头正前方以外区域的障碍物，确保车辆行驶安全。美国通用汽车公司研究了一种称之为“视觉控制雷达”的碰撞告警系统，利用雷达监测车辆运行过程中的环境信息，保持前后车辆的安全间距，防止追尾。从2000年之后国内汽车防撞系统才相继有一些科研院所和大专院校进行此方面的研究，并且在近距离和静态碰撞预警方面取得了一定的成果，例如倒车雷达和车距报警系统己在车辆上安装使用。
[0004]但是目前对车辆动态最远监测距离为60米，测距误差大于I米。车辆在高速公路上运行速度达到80Km/h以上，平均刹车距离达到83米，因此现有的防碰撞技术仍无法解决高速公路车辆的防追尾问题，许多关键技术有待于进一步解决。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种车辆追尾预警方法与预警系统，可快速实现追尾风险的判别和预警，防止车辆追尾的事件的发生。
[0006]本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。
[0007]为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0008]一种车辆追尾预警方法，其实现包括以下步骤:
[0009]步骤1、基于预定的时间间隔，通过车载采集装置采集连续时间序列下的车辆行进数据:本车与前车之间的间距信息、本车在行驶过程中的速度信息、加速度信息以及所行驶路面的摩擦系数信息，其中车载采集装置所在的车辆为所述本车；
[0010]步骤2、基于步骤I所采集的某一序列时间ti与前一序列时间的车辆间距信息sq1、Sqp1、当前序列时间ti时刻下本车的速度信息Vi，计算当前序列时间ti时刻的前车运行速度 Vli:vli = Vi+(Sq1-Sqi^1)/ (W1)；
[0011]步骤3、基于本车在当前序列时间ti时刻下的速度信息Vi以及本车当前所行驶路面的摩擦系数信息Ui,计算本车的最短刹车时间tmin(i):tmin(i) = ViAii ;
[0012]步骤4、基于前述步骤所得的本车最短刹车时间tmin(i)以及前车的运行速度Vli,计算本车与前车在 ti+Uw)时刻的间隔 Sq(i+Dlin(i)):Sq(i+min(i)) = SqJvldtniinw ；
[0013]步骤5、计算本车在抱死情况下的最小刹车距离
[0014]步骤6、对比本车最小刹车距离Smin(i+min(m，以及本车与前车在时刻的间fe SQ(i+min(i))， 判断是否存在追尾风险:
[0015]如果本车最小刹车距离Smin(i+min(i))小于前述间隔Sq(i+min⑴)，则判定不存在风险，返回前述步骤I ;
[0016]如果本车最小刹车距离Smin(i+min(i))大于或等于前述间隔Sq(i+min(i))，则判定存在风险，控制发出预警信号。
[0017]根据本发明的改进，本公开的另一方面还提出一种车辆追尾预警系统，搭载于本车上，该预警系统包括:
[0018]数据采集装置，至少包括用于测量路面摩擦系数的装置、用于测量本车车轮转速的装置、以及用于测量本车与前车之间行进间距数据的装置；
[0019]一个或多个处理器，用于控制所述车辆追尾预警系统的操作；以及
[0020]至少一个存储器，用于存储由所述一个或多个处理器使用的数据和程序指令，所述一个或多个处理器被配置为执行所述存储器中存储的程序指令，用于:
[0021]控制所述数据采集装置以预定时间间隔，采集连续时间序列下的车辆行进数据；
[0022]基于所采集的数据，执行下述计算过程:
[0023]a)基于某一序列时间\与前一序列时间V1的车辆间距信息SqpSc^1、当前序列时间\时刻下本车的速度信息Vi，计算当前序列时间\时刻的前车运行速度Vli:
[0024]Vli = Vi+(Sq1-Sqi^1)/ (t「tH)；
[0025]b)基于本车在当前序列时间\时刻下的速度信息Vi以及本车当前所行驶路面的摩擦系数信息Ui,计算本车的最短刹车时间
[0026]c)基于本车最短刹车时间tmin⑴以及前车的运行速度Vli,计算本车与前车在ti+tmin⑴时刻的间 1? Sq(i+min⑴):Sq(i+min⑴)一SqJvli5^tmin⑴；
[0027]d)计算本车在抱死情况下的最小刹车距离
Smin(i+min(i)) * Smin(i+min(i))—
Vi2/2;以及
[0028]基于计算结果的最小刹车距离本车与前车在\+^ηω时刻的间隔SQ(i+min(i))， 进行追尾风险判断，并且在前述最小刹车距离大于或等于前述本车与前车在\+^ηω时刻的间隔Sq 时控制发出预警信号。
[0029]由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于:
[0030]1、本发明的方案中设计了全新的预警算法，基于本车的最小刹车时间计算前车与本车之间的最小可能刹车间距，并与实际采集得到的车辆行驶过程中的间距相比较，根据比较结果来进行预警；
[0031]2、本发明的方案中，预警算法的计算量小，各参数、状态量持续更新，可不间断地进行预警，提高预警的及时性和连续性；
[0032]3、本发明的方案中，车载设备的选择上，可采用现有技术中成熟的传感器和处理器(例如三星公司生产的微处理器)，方便安装在各类型汽车中，而且方便进行调试，有效降低预警系统的成本，(目前市场上与本发明同等精度的V2V系统的价格在208美元(约合1580元人民币)左右);
[0033]4、利用本发明的预警方案，可拓展性强。本发明的每一个实施实例都具备对车辆车距和车速信息的采集和分析功能，能够对装置所在的车辆进行追尾预警。在优选的方案中，也可以通过无线发射网络将每辆车采集到的信息传输到高速公路运营管理中心，实现对整个高速公路所有车辆的防追尾安全预警功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本发明一实施方式车辆追尾预警方法的实现流程示意图。
[0035]图2为本发明一实施方式车辆防追尾预警系统的系统结构示意图。
[0036]图3为本发明另一实施方式车辆防追尾预警系统的系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0037]为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0038]如图1所示，根据本发明的较优实施例，一种车辆追尾预警方法，其实现包括以下步骤:
[0039]步骤1、基于预定的时间间隔，通过车载采集装置采集连续时间序列下的车辆行进数据:本车与前车之间的间距信息、本车在行驶过程中的速度信息、加速度信息以及所行驶路面的摩擦系数信息，其中车载采集装置所在的车辆为所述本车；
[0040]步骤2、基于步骤I所采集的某一序列时间\与前一序列时间的车辆间距信息Sq1、Sqp1、当前序列时间\时刻下本车的速度信息Vi，计算当前序列时间\时刻的前车运行速度 Vli:vli = Vi+(Sq1-Sqi^1)/ (W1)；
[0041]步骤3、基于本车在当前序列时间\时刻下的速度信息Vi以及本车当前所行驶路面的摩擦系数信息Ui,计算本车的最短刹车时间tmin(i):tmin(i) = ViAii ;
[0042]步骤4、基于前述步骤所得的本车最短刹车时间tmin(i)以及前车的运行速度Vli,计算本车与前车在 ti+Uw)时刻的间隔 Sq(i+Dlin(i)):Sq(i+min(i)) = SqJvldtniinw ；
[0043]步骤5、计算本车在抱死情况下的最小刹车距离
[0044]步骤6、对比本车最小刹车距离Smin(i+min(m，以及本车与前车在时刻的间fe SQ(i+min(i))， 判断是否存在追尾风险:
[0045]如果本车最小刹车距离Smin(i+min(i))小于前述间隔Sq(i+min⑴)，则判定不存在风险，返回前述步骤I ;
[0046]如果本车最小刹车距离Smin(i+min(i))大于或等于前述间隔Sq(i+min(i))，则判定存在风险，控制发出预警信号。
[0047]结合图1所示，本实施例中采用的预警方法，基于本车的最小刹车时间计算前车与本车之间的最小可能刹车间距，并与实际采集得到的车辆行驶过程中的间距相比较，根据此比较结果来进行预警，一方面计算量小，计算和判断速度快，可达到及时性的目的，另一方面，通过连续采集和实时判断，可达到连续实时预警的效果。
[0048]作为可选的实施方式，前述步骤中的车辆行进数据可通过下述方式来进行采集:
[0049]通过安装在车辆轮轴上的轮速传感器采集车辆运行数据，包括行驶过程中的速度信息、加速度信息；
[0050]通过安装在车辆底部的路面摩擦信息采集模块，例如地面摩擦因子传感器，来采集车辆所行驶路面的地面摩擦系数；
[0051]通过安装在车辆前端(例如保险杠下部)的测距装置，例如激光测距仪，来采集行驶过从中本车与前车的间距信息。
[0052]本实施例中，前述步骤I所称的预定时间间隔，可根据实际情况和精度要求进行预设和调整，例如可设定为2s采集一次，或者5s采集一次，当然并不以此为限制。本实施例中所设定的不同的时间间隔，其带来的结果是预警精度的改变，取值越小，精度越高。
[0053]前述步骤中采集的数据和计算的中间结果、最后结果可存储在存储器中，再由一处理器在执行前述各步骤的过程中，调用所存储的数据进行相关的计算和判断。
[0054]作为可选的实施方式，前述方法中，当判定在某一序列时间ti;本车与前车之间存在追尾风险时，将控制发出预警信号，例如声和/或光信号，通过安装在驾驶室内的显示屏和/或扬声器，反馈给车内的人，例如驾驶员。
[0055]在另一些实施例中，当判定在某一序列时间ti;本车与前车之间存在追尾风险时，还可通过一网络，例如互联网(Internet)向远程的监控中心或监控室发送预警信号，进而可由该监控中心或监控室广播或针对性地发布预警信号。
[0056]在另一些实施例中，当判定在某一序列时间ti;本车与前车之间存在追尾风险时，还可通过专用网络，例如交警专用网络，向交警专用监控平台发送预警信息，预告当前车辆的追尾风险，从而方便做出及时的预警以及提前采取紧急措施，例如通过路面的语音交互系统/路面交警的拦截提示等，减小路面事故发生的风险。
[0057]根据本公开，如图2所示，一种车辆追尾预警系统，搭载于本车上，该预警系统包括:
[0058]数据采集装置10，至少包括用于测量路面摩擦系数的装置11、用于测量本车车轮转速的装置12、以及用于测量本车与前车之间行进间距数据的装置13 ；
[0059]一个或多个处理器20，用于控制所述车辆追尾预警系统的操作；以及
[0060]至少一个存储器30，用于存储由所述一个或多个处理器20使用的数据和程序指令，所述一个或多个处理器30被配置为执行所述存储器中存储的程序指令，用于:
[0061]控制所述数据采集装置10以预定时间间隔，采集连续时间序列下的车辆行进数据；
[0062]基于所采集的数据，执行下述计算过程:
[0063]a)基于某一序列时间\与前一序列时间V1的车辆间距信息SqpSc^1、当前序列时间\时刻下本车的速度信息Vi，计算当前序列时间\时刻的前车运行速度Vli:
[0064]Vli = Vi+(Sq1-Sqi^1)/ (t「tH)；
[0065]b)基于本车在当前序列时间\时刻下的速度信息Vi以及本车当前所行驶路面的摩擦系数信息Ui,计算本车的最短刹车时间
[0066]c)基于本车最短刹车时间tmin⑴以及前车的运行速度Vli,计算本车与前车在ti+tmin⑴时刻的间 1? Sq(i+min⑴):Sq(i+min⑴)一SqJvli5^tmin⑴；
[0067]d)计算本车在抱死情况下的最小刹车距离
Smin(i+min(i)) * Smin(i+min(i))—
Vi2/2;以及
[0068]基于计算结果的最小刹车距离本车与前车在\+^ηω时刻的间隔SQ(i+min(i))， 进行追尾风险判断，并且在前述最小刹车距离大于或等于前述本车与前车在\+^ηω时刻的间隔Sq 时控制发出预警信号。
[0069]本实施例中，作为优选的方案，用于测量路面摩擦系数的装置11，包括至少一个地面摩擦因子传感器，安装在车辆底部，从而方便采集车辆所行使路面的摩擦系数。
[0070]用于测量本车车轮转速的装置12，包括至少一个轮速传感器，安装在车辆轮轴上，采集车辆运行数据，包括行驶过程中的速度信息、加速度信息。
[0071]用于测量本车与前车之间行进间距数据的装置13，包括至少一个激光测距仪，或者超声波测距仪，安装在车辆的前部，例如前保险杠下端等位置，以方便检测本车与前车之间在行驶过程中的实时间距。
[0072]作为优选，本实施例中的测距装置13，采用成熟激光测距仪来实现，其精度高，而且性能稳定。
[0073]如前所述，在越小的采集时间间隔下，本车的行进速度看做是匀速行驶，从而进行上述a)_d)的计算过程越是接近实际情况，从而更加真实地反映车辆行进过程中的追尾风险。
[0074]一个或多个处理器20，作为控制和处理装置，一方面用于控制前述数据采集装置10的数据采集和存储，另一方面用于根据所采集的数据调用预置于存储器30中的程序指令进行计算和预警判断。其计算过程和预警判断，如前所述。
[0075]本实施例中，优选地，一个或多个处理器20采用单片机来实现，当然在另外的实施例中，也可以采用微处理器来实现,例如三星公司?或微软公司?生产的微处理器。
[0076]前述存储器30，可采用SD卡、TF卡、MMC卡及其它的非挥发性数据存储介质实现。
[0077]一个或多个处理器20通过数据线和数据接口与前述数据采集装置10、存储器30连接。
[0078]作为优选的实施方式，如图2所示，该车辆追尾预警系统还包括一指示装置21，例如LED显示器，或者LED指示灯，连接至所述一个或多个处理器20，用于监控车辆追尾预警系统的运行状态，例如数据采集装置10的运行状态是否发生异常，各模块之间的数据连接是否顺畅等，通过文本框或者LED指示灯以适当的形式进行指示。
[0079]在另一些实施例中，该车辆追尾预警系统还可以设置操作面版，例如触控式操作面板，或者按压输入式操作面板，用以对输入操作指令。
[0080]作为优选的实施方式，如图2所示，该车辆追尾预警系统还包括还配置有一无线通信装置60 (例如3G通信模块)，连接至所述一个或多个处理器20，通过接入互联网(Internet)或者专用网络(例如公安交警专用网络)，向指挥中心、监控中心或者监控室发送预警信息，如前所述，预告当前车辆的追尾风险，从而方便做出及时的预警以及提前采取紧急措施，减小路面交通事故发生的可能性。
[0081]如图2所示，作为可选的实施方式，该车辆追尾预警系统还包括一扬声器40，所述存储器300内还存储有预置的报警语音(例如危险，车距过小等)，当所述一个或多个处理器20判定当前时刻存在追尾风险时，控制该扬声器40播报前述存储的报警语音。
[0082]在另一实施例中，如图3所示，前述图2中的还可以替换为一光反馈装置50，该光反馈装置可构造为一 LED阵列，或者一双色显示LED,或者一个LED灯,连接至所述一个或多个处理器20，所述存储器300内还存储有预置的表示报警的光控制信号(例如闪烁，或者改变显示的颜色)，当所述一个或多个处理器20判定当前时刻存在追尾风险时，控制该光反馈装置50以闪烁、改变颜色显示等方式来进行反馈预警信息。
[0083]在另一些实施例中，前述图2和图3中的扬声器40和光反馈装置50可同时设置，同时反馈预警信息。
[0084] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
【权利要求】
1.一种车辆追尾预警方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、基于预定的时间间隔，通过车载采集装置采集连续时间序列下的车辆行进数据:本车与前车之间的间距信息、本车在行驶过程中的速度信息、加速度信息以及所行驶路面的摩擦系数信息，其中，车载采集装置所在的车辆为所述本车； 步骤2、基于步骤I所采集的某一序列时间ti与前一序列时间V1的车辆间距信息sq1、Sq^1、当前序列时间\时刻下本车的速度信息Vi，计算当前序列时间\时刻的前车运行速度 Vli:vli = Vi+(Sq1-Sqi^1)/ (W1)； 步骤3、基于本车在当前序列时间\时刻下的速度信息Vi以及本车当前所行驶路面的摩擦系数信息Ui,计算本车的最短刹车时间 步骤4、基于前述步骤所得的本车最短刹车时间以及前车的运行速度Vli,计算本车与前车在 &+、_)时刻的间隔 Sq(i+Dlin(i)):Sq(i+min(i)) = SqJvldtniinw ； 步骤5、计算本车在抱死情况下的最小刹车距离
Smin(i+min(i)).Smin(i+min(i)) — /2 ； 步骤6、基于前述步骤计算的本车最小刹车距离Smin(i+min(i))，以及本车与前车在Vtminw时刻的间隔Sq
(i+min(i))， 判断是否存在追尾风险: 如果本车最小刹车距尚S小于前述间隔Sq(i+min(i))， 则判定不存在风险，返回前述步骤I; 如果本车最小刹车距尚S大于或等于前述间隔Sq(i+min(i))， 则判定存在风险，控制发出预警信号。
2.根据权利要求1所述的车辆追尾预警方法，其特征在于，前述方法中，当判定在某一序列时间ti;本车与前车之间存在追尾风险时，控制发出声和/或光信号，通过安装在驾驶室内的显示屏和/或扬声器，反馈出来。
3.根据权利要求1所述的车辆追尾预警方法，其特征在于，前述方法中，当判定在某一序列时间ti;本车与前车之间存在追尾风险时，还通过一网络，向远程发送预警信号。
4.一种车辆追尾预警系统，搭载于本车上，其特征在于，该预警系统包括: 数据采集装置(10)，至少包括用于测量路面摩擦系数的装置(11)、用于测量本车车轮转速的装置(12)、以及用于测量本车与前车之间行进间距数据的装置(13)； 一个或多个处理器(20)，用于控制所述车辆追尾预警系统的操作；以及至少一个存储器(30)，用于存储由所述一个或多个处理器(20)使用的数据和程序指令，所述一个或多个处理器(30)被配置为执行所述存储器中存储的程序指令，用于: 控制所述数据采集装置以预定时间间隔，采集连续时间序列下的车辆行进数据； 基于所采集的数据，执行下述计算过程: a)基于某一序列时间\与前一序列时间的车辆间距信息SqpSc^1、当前序列时间\时刻下本车的速度信息Vi，计算当前序列时间\时刻的前车运行速度Vli: Vli = Vi+(Sq1-Sqi^1)/； b)基于本车在当前序列时间\时刻下的速度信息Vi以及本车当前所行驶路面的摩擦系数信息Ui,计算本车的最短刹车时间 c)基于本车最短刹车时间以及前车的运行速度Vli,计算本车与前车在ti+tmin⑴时刻的间隔 Sq(i+Dlin⑴):Sq(i+min(i)) = SqJvljtniin⑴； d)计算本车在抱死情况下的最小刹车距离Vi2/2;以及 基于计算结果的最小刹车距离S
min(i+min(i))、 本车与前车在ti+t-α)时刻的间隔SQ(i+min(i))， 进行追尾风险判断，并且在前述最小刹车距离大于或等于前述本车与前车在\+^ηω时刻的间隔Sq 时控制发出预警信号。
5.根据权利要求4所述的车辆追尾预警系统，其特征在于，用于测量路面摩擦系数的装置(11)，包括至少一个地面摩擦因子传感器，安装在车辆底部。
6.根据权利要求4所述的车辆追尾预警系统，其特征在于，所述用于测量本车车轮转速的装置(12)，包括至少一个轮速传感器，安装在车辆轮轴上，采集车辆运行数据，包括行驶过程中的速度信息、加速度信息。
7.根据权利要求4所述的车辆追尾预警系统，其特征在于，所述用于测量本车与前车之间行进间距数据的装置(13)，包括至少一个激光测距仪，安装在车辆的前部。
8.根据权利要求4所述的车辆追尾预警系统，其特征在于，该车辆追尾预警系统还包括一扬声器(40)和/或光反馈装置(50)，连接至所述一个或多个处理器(20)。
9.根据权利要求4所述的车辆追尾预警系统，其特征在于，该车辆追尾预警系统还包括一无线通信装置(60)，连接至所述一个或多个处理器(20)。
【文档编号】G08G1/16GK104200705SQ201410411767
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】胡启洲, 高宁波, 俆忠文, 郑丽媛, 周畅, 刘琛, 刘倩茜, 冯中信 申请人:南京理工大学