一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统及其生成方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统，包括数据存储单元，其信号输入端分别与车车通信单元、车速获取单元、车载GPS相连，其信号输出端与信息处理单元的输入端相连，信息处理单元的输出端与用于生成轨迹信息的轨迹生成单元的输入端相连，轨迹生成单元的输出端与用于显示超车轨迹的轨迹显示单元的输入端相连，轨迹生成单元与数据存储单元之间双向通讯。本发明还公开了一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统的生成方法。本发明利用车车通信单元能够不断获取邻车最新的航向角、经纬度坐标和车速信息，系统实时性好；超车时能避免多辆高速运行车辆同时采取超车动作发生车祸，不受车辆运行的各种环境条件影响，确保车辆高速运行安全。
【专利说明】一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统及其生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆信息【技术领域】，尤其是一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统及其生成方法。
【背景技术】
[0002]超车是车辆在行驶过程中非常频繁的一个动作，然而很多驾驶员对超车路径的选择都是随意的，并没有很好地结合道路以及邻近车辆的实际行驶状况，极容易发生追尾和侧向碰撞等交通事故，行车安全性较低。因此，有必要在驾驶员执行超车动作前将车辆行驶轨迹规划出来，为安全超车提供必要的条件。
[0003]车车通信是指在同一自动车队或一定控制区域内车辆之间的短程通信，它是汽车智能化的一个重要方向。车车通信具有提高交通安全性和增加司乘人员舒适性的巨大潜力，在紧急事件报警、路况信息通知，交通流分配、娱乐和接入互联网方面具有广阔的应用前景。
[0004]申请号为200510017293.5，发明创造名称为“车辆行驶轨迹预估及车道偏离评价方法”的发明专利利用图像传感器采集前方道路上车道标志线信息并结合车载传感器提供的车速、加速度、转向状态等信息，模拟驾驶员前视作用，预测车辆在未来一段时间内的预期行驶轨迹；申请号为201210519589.7，发明创造名称为“一种智能车辆自主行驶动态轨迹规划方法及系统”的发明专利利用最优控制方法搜索数学模型的最优解生成智能车辆的行驶轨迹，该方法有较强的学习能力和对未知环境的适应性。然而，上述两个发明专利虽然能规划出车辆的未来行驶轨迹，但并未考虑到邻车对未来行驶轨迹的影响，当车流密度较大时，生成的车辆未来行驶轨迹的可靠性较低。
【发明内容】
[0005]本发明的首要目的在于提供一种能够通过车辆间的实时通信信息生成安全的超车轨迹，可靠性高，能够有效避免超车事故，保障行车安全的基于车车通信的动态超车轨迹生成系统。
[0006]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统，包括用于存储车辆行驶状态信息的数据存储单元，其信号输入端分别与用于与邻车进行通讯的车车通信单元、用于采集车速信息的车速获取单元、用于采集航向角和经讳度坐标信息的车载GPS相连,其信号输出端与信息处理单兀的输入端相连,信息处理单元的输出端与用于生成轨迹信息的轨迹生成单元的输入端相连，轨迹生成单元的输出端与用于显示超车轨迹的轨迹显示单元的输入端相连，轨迹生成单元与数据存储单元之间双向通讯。
[0007]所述车速获取单元安装在车辆的四个车轮上，车速获取单元为车速传感器，所述车车通信单元由无线收/发模块和电源模块组成，车车通信单元固定在车辆顶端；所述数据存储单元采用SD卡；所述信息处理单元采用TMS320DM64单片机，信息处理单元、轨迹生成单元和数据存储单元共同安装在同一个密闭机壳内，并固定于车辆内部；所述轨迹显示单元采用车载触摸屏。
[0008]所述电源模块采用汽车蓄电池或可充电电池；无线收/发模块采用Zigbee模块、3G模块、4G模块、802.1lp模块中的任意一种。
[0009]本发明的另一目的在于提供一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统的轨迹生成方法，该方法包括下列顺序的步骤:
[0010](I)车距在其车车通信单元的最大可覆盖范围内的车辆之间建立信息交互，实时交互各自的行驶状态信息，该行驶状态信息包括车速、经纬度坐标、航向角等；
[0011](2)具有超车意图的车辆通过车车通信单元将其超车意图发送至邻车，并接收邻车的行驶状态信息进行处理；
[0012](3)具有超车意图车辆的信号处理单元根据处理后的信息判断是否满足超车条件，若满足，则由轨迹生成单元生成驾驶员可识别的超车轨迹并在轨迹显示单元上显示；否则，具有超车意图的车辆继续向邻车发送超车意图信息。
[0013]当两相邻车之间的车距在车车通信单元的最大可覆盖范围以内时，具有超车意图的车辆通过其车车通信单元将超车意图发送给邻车，邻车通过其车车通信单元来接收并跟踪该超车意图；
[0014]假设Rniax表示车车通信单元的最大可覆盖范围，A代表超车意图车辆，BiQ = O,
1，......η)代表与A的车距小于Rmax的其他车辆，其中Btl代表A意图超越的车辆，Dffii表示八与&间的实际车距，通过下式计算:
[0015]
【权利要求】
1.一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统，其特征在于:包括用于存储车辆行驶状态信息的数据存储单元，其信号输入端分别与用于与邻车进行通讯的车车通信单元、用于采集车速信息的车速获取单元、用于采集航向角和经纬度坐标信息的车载GPS相连，其信号输出端与信息处理单元的输入端相连，信息处理单元的输出端与用于生成轨迹信息的轨迹生成单元的输入端相连，轨迹生成单元的输出端与用于显示超车轨迹的轨迹显示单元的输入端相连，轨迹生成单元与数据存储单元之间双向通讯。
2.根据权利要求1所述的基于车车通信的动态超车轨迹生成系统，其特征在于:所述车速获取单元安装在车辆的四个车轮上，车速获取单元为车速传感器；所述车车通信单元由无线收/发模块和电源模块组成，车车通信单元固定在车辆顶端；所述数据存储单元采用SD卡；所述信息处理单元采用TMS320DM64单片机，信息处理单元、轨迹生成单元和数据存储单元共同安装在同一个密闭机壳内，并固定于车辆内部；所述轨迹显示单元采用车载触摸屏。
3.根据权利要求2所述的基于车车通信的动态超车轨迹生成系统，其特征在于:所述电源模块采用汽车蓄电池或可充电电池；无线收/发模块采用Zigbee模块、3G模块、4G模块、802.1lp模块中的任意一种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于车车通信的动态超车轨迹生成系统的轨迹生成方法，该方法包括下列顺序的步骤: (1)车距在其车车通信单元的最大可覆盖范围内的车辆之间建立信息交互，实时交互各自的行驶状态信息，该行驶状态信息包括车速、经纬度坐标、航向角等； (2)具有超车意图的车辆通过车车通信单元将其超车意图发送至邻车，并接收邻车的行驶状态信息进行处理 ； (3)具有超车意图车辆的信号处理单元根据处理后的信息判断是否满足超车条件，若满足，则由轨迹生成单元生成驾驶员可识别的超车轨迹并在轨迹显示单元上显示；否则，具有超车意图的车辆继续向邻车发送超车意图信息。
5.根据权利要求4所述的轨迹生成方法，其特征在于:当两相邻车之间的车距在车车通信单元的最大可覆盖范围以内时，具有超车意图的车辆通过其车车通信单元将超车意图发送给邻车，邻车通过其车车通信单元来接收并跟踪该超车意图； 假设Rmax表示车车通信单元的最大可覆盖范围，A代表超车意图车辆，BiQ = O,.1，......η)代表与A的车距小于Rmax的其他车辆，其中Btl代表A意图超越的车辆，B0的个数为一个或多个，DABi表示A与Bi间的实际车距，通过下式计算:
其中，radLatA和radLat Bi分别表不A与Bi的讳度，radLonA和radLon Bi分别表不A与Bi经度，R表示地球半径常量； 当DAl' - h'时,A与Bi间相互发送经讳度坐标(radLon, radLat)、航向角Θ、车速V，并在轨迹显示单元上显示接收到的对方车辆的经纟韦度坐标(radLon, radLat)、航向角Θ、车速V，建立了车车通信联系；当> R,.时，A与Bi间的距离超过了车车通信的最大可覆盖范围Rmax，车车通信联系失去。
6.根据权利要求5所述的轨迹生成方法，其特征在于:A通过车车通信单元将超车意图P0发送给Bi ;同时，Bi通过车车通信单元获取并跟踪该超车意图Ptl,超车意图Ptl的内容包括具有超车意图车辆的车长L、经纬度坐标(radLon，radLat)、航向角Θ和车速V。
7.根据权利要求6所述的轨迹生成方法，其特征在于=Bi接收到A发送的超车意图Ptl后，经过其信息处理单元分析，Bi将自车的车长L、经纬度坐标(radL0n，radLat)、航向角Θ、车速V和超车意图PyPi为Bi的超车意图，以各个车的车牌号为单位打包并通过车车通信单元发送给A ;A通过车车通信单元接收Bi发送过来的以车牌号为单位的打包信息，并将这些信息发送给A的信息处理单元进行提取与处理，A的信息处理单元计算Btl与A的相对车速Vx和安全车距Ssafe，Vx和安全车距Ssafe的计算公式如下:
其中，Vx为A与Btl的相对车速，Va为A的车速G为Btl的车速，La为A的车长Lb力B0的车长，Dab0为A与Bci间的车距，其中，Dabo的表达式如下:
8.根据权利要求7所述的轨迹生成方法，其特征在于:A的信息处理单元判断Ssill, ^ Dabo是否成立，若满足超车条件叉?/e ?。，则A的车车通信单元向Bi发送“确定执行超车”的信息，以禁止Bi超车或突然改变行驶状态； 同时A的数据存储单元以固定的时间间隔h保存A —开始发送超车意图Ptl以及行驶到当前位置的所有纟韦度坐标(radLon, radLat)、航向角Θ、车速V ；A的轨迹生成单元提取数据存储单元中存储的纟韦度坐标(radLon, radLat)、航向角Θ、车速V并以另一固定的时间间隔t2通过经纬度坐标到笛卡尔坐标的变换生成轨迹关键点Cli (i =0，1，...，n)，Cli为四维向量，所述四维向量由平面坐标x、y、航向角Θ和一维时间坐标t组成，规划出的超车轨迹也由包含平面坐标X、y、航向角Θ和一维时间坐标t的四维坐标描述；利用车辆稳态动力学特性并结合车辆在道路上行驶时的约束条件来生成超车轨迹，当Bi的行驶状态发生突变时，车车通信单元能够及时捕捉到这一变化，并以此来对以生成的超车轨迹进行动态调整；若‘ > Di3o，则A继续向Bi发送超车意图，直到满足超车条件Ssclfe < Dabo时，再由轨迹生成单元生成超车轨迹； 若在超车过程中Bi的行驶状态突然发生改变，Bi的车车通信单元将这个状态改变发送给A，使A根据该状态变化调整已生成的超车轨迹。
【文档编号】G08G1/16GK104167097SQ201410446578
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】刘伟, 张莎莎, 朱茂飞, 梁华为, 丁祎, 朱润新, 李碧春 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院