基于车载通信的防后车追尾预警与控制方法及系统与流程

本发明涉及智能交通系统领域，特别是关于一种在车载通信条件下考虑后车驾驶意图的防被追尾预警与控制方法及系统。

背景技术：

随着我国经济的发展，汽车保有量在不断增加，随之而来的交通事故发生概率也在持续增长，交通安全状况日益恶化。我们在享受科技进步带来的便利时，也不能忽视汽车安全的重要性。而减少汽车追尾导致的一系列事故对提高汽车安全具有很重要的意义。因此，如何减少汽车追尾事故发生概率，提高汽车行驶安全性能是现在交通安全领域的研究重点。

现有的研究一般是防止自车对前车造成追尾事故（如已有的自动紧急制动系统及自适应巡航系统等安全驾驶辅助技术），但对于防止后车追尾自车的研究很少。对于汽车行驶安全而言，避免后车追尾自车和避免自车追尾前车一样具有重要意义，后车追尾自车所造成的影响同样不可忽视。

现有的安全驾驶辅助技术大多通过超声波测距、雷达测距、激光测距或摄像头拍摄图像等方式获取周边环境信息，相应采用的测距设备可以是摄像头、雷达等车载传感器。具体情况可以是单独使用其中一种方式或多种方式任意组合来获取所需信息。上述车载传感器的检测范围和检测精度受天气、障碍物、光线等环境因素的影响，只能获取周围有限范围内的目标车辆状态信息，且无法获取目标车辆驾驶状态的详细信息（制动、加速、期望的局部路径及车速、转向、驾驶人状态等），降低了自车对目标车辆下一时刻驾驶状态的预估准确性，限制了自车在复杂场景下的行车风险判断，阻碍了汽车安全性能的进一步提高。相对于传统的行车环境信息获取方式，车载通信可扩大自车获取周围车辆信息的范围，且使自车能接收到目标车辆传递出的丰富的驾驶状态信息，可进一步提高车辆行驶安全，防止交通事故发生。

关于车载通信条件下防止被后车追尾的相关专利尚不存在。与之类似的已有技术主要是基于车载通信防止自车追尾前车的方法或基于车载传感器防止被后车追尾的方法。重庆邮电大学提出的基于v2x的车路协同防撞预警系统（专利申请公开号cn110232837a）通过在v2x情况下对前方车辆的驾驶分析，判断车辆的危险状况，提前对驾驶人进行危险提醒，但只分析了如何防止自车追尾前车的预警方式，且不涉及预警之后的避撞措施及如何防止自车被后车追尾方法。武汉理工大学提出的在车车通信条件下考虑他车驾驶意图的安全辅助驾驶预警方法（专利申请公开号cn110164183a）也存在上述问题。河南理工大学提出通过微波雷达传感器监测后方可疑物体（专利申请公开号cn109901171a），根据可疑物体的距离，可疑物体的速度，判断被追尾风险并进行预警，但微波雷达受环境因素影响大且只能获得周围有限范围内的车辆信息，也不能获得详细的驾驶状态信息（制动、加速、期望的局部路径及车速、转向、驾驶人状态等），不如车载通信的环境适用性强、获取的信息充足，且也没有预警之后的避撞措施。贵州大学提出的一种电动客车防追尾方法（专利申请公开号cn109849777a）能同时提醒追尾车司机和被追尾车司机，实现双方共同预防追尾的作用，但通过检测器模块即车载传感器获得后方车辆状态信息（距离、相对速度、相对加速度等）的可靠性受限于传感器的检测范围、精度和周围环境，与车载通信条件下得到的车辆行驶状态信息相比不够可靠和丰富。上海爱驱汽车技术有限公司提出的一种车辆避撞控制方法及系统（专利申请公开号cn110027554a），通过监测车辆与后车的距离和相对速度，并协调控制制动系统和/或驱动系统的配合工作来协同避撞。其获取两车车距的方式是基于车载传感器的测量，或两车的控制系统直接从导航数据中提取位置数据和速度数据，但没有指出位置数据和速度数据的传输方式，默认两车可获得彼此的位置和速度来获取车距、相对速度信息。文远知行有限公司提出的防止交通对象追尾方法、装置、计算机设备和存储介质（专利申请公开号cn110316056a）能获取后方交通对象的运动行为，判断风险后可进行不同级别的告警以防被追尾，但其通过车载传感器获取后方交通工具的运动行为，从而判断有无驾驶员分心驾驶状态，仅考虑后方人工驾驶车辆，未考虑后方自动驾驶车辆，且通过车载传感器（如摄像头、激光雷达等）测量范围较车载通信更为有限，获取的预判运动信息不如他车通过车载通信广播出的相关信息可靠。法乐第（北京）网络科技有限公司提出的一种预防车辆被追尾的方法（专利申请公开号cn107878308a）通过处理距离信息计算后车的追尾概率，再采取对应的预防措施，但仅对距离信息进行处理，没有考虑速度信息，因此计算得到的追尾概率与实际追尾概率有着更为明显的差异，且没有对后方人工驾驶及自动驾驶车辆所具有的不同驾驶状态信息进行区分，进一步分类判断被追尾场景，同样此专利仅通过车载传感器直接获取相关信息，不及通过车载通信获取信息的效果更佳。长安大学提出的一种汽车防追尾预警方法和系统（专利申请公开号cn105938660a）通过dsrc实现车车、车路无线通信交互以防追尾前车情况的发生，但没有区分人工驾驶及自动驾驶车辆发生追尾风险的场景，也没有考虑不同风险场景下的避撞策略需要，如前期预警情况和后期紧急情况，且仅对自车做出警示控制，没有考虑对他车的追尾提醒。

综上，虽然目前对车载通信技术应用于汽车协同避撞方面有了一定的研究，但目前的应用仅是利用车载通信技术避免自车追尾前车，对于如何利用车载通信技术来避免自车被后车追尾还没有切实有效的研究。此外，目前基于非车载通信下防被后车追尾方法中大多只有预警和紧急控制的一部分内容，方法不够完整。因此，本发明利用车载通信技术实现超视距感知，如感知后方多辆汽车，同时可获取丰富的后车驾驶状态信息，如后车减速度、期望的局部路径、规划的车速、驾驶人状态等，当与设定的安全条件冲突时，对自车和后方车辆采取多种避撞措施，包括在预警阶段时对自车和后车都发出相应的预警提示，在需要紧急控制时对自车进行主动避撞，如加速或换道等行为，以防被后车追尾。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于车载通信的防后车追尾的预警与控制方法及系统，该方法及系统通过车载通信实现超视距感知，传输后方车辆丰富的驾驶状态信息，如后车减速度、期望的局部路径、规划的车速、驾驶人状态等，自车对这些信息进行处理，与设定的安全条件进行比较，对自车和后车都给出相应的预警和/或控制的避撞策略。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于车载通信的防后车追尾预警与控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，在行驶过程中，所有车辆通过车载通信将自身详细的驾驶状态信息广播出去；

步骤二，自车接收后方车辆的驾驶状态信息，通过计算自车与后方车辆的相对速度和位置关系进一步得到本车与后方车辆的车头时距thw和碰撞时间ttc，并与设定的安全临界阈值进行比较，判断自车是否面临被后车追尾的冲突风险；

步骤三，若不存在被追尾风险，则自车保持原始行驶状态，否则，再依据后车驾驶状态信息进行二次判别，由此对自车和后车都做出相应的预警和/或控制避撞策略；

步骤四，脱离碰撞危险后，整体系统退出工作。

作为本发明的进一步改进，所述步骤一中的驾驶状态信息包括后车减速度、期望的局部路径和规划的车速，其中在后车为自动驾驶车辆时，则还包括期望轨迹和期望速度，在后车为人工驾驶车辆时，还包括驾驶人状态信息。

作为本发明的进一步改进，所述步骤三中的二次判别具体步骤如下：

步骤三一，判断后车是自动驾驶车辆还是人工驾驶车辆；

步骤三二，若后车为自动驾驶车辆，则二次判别为对其规划轨迹信息与自车行车轨迹进行补充判断，仍存在风险时，则进行预警，并且在预警后重复进行风险评估，若仍无避撞行为，且已达紧急阈值，启动自车主动避撞，否则自车脱离碰撞危险；若后车为人工驾驶车位，则二次判别为对其驾驶人状态信息进行补充判断，仍存在风险时，进行预警；预警后重复进行风险评估，若仍无避撞行为，且已达紧急阈值，启动自车主动避撞，否则自车脱离碰撞危险。

作为本发明的进一步改进，在启动自车主动避撞中，自车先利用车载传感器检测前方是否存在足够避撞空间，当存在足够避撞空间时采取主动避撞操作，如加速或换道，否则进行被动防护，即提前进行安全带和安全气囊的准备；

本发明另一方面提供了一个系统，包括车载终端和计算服务器，所述车载终端和计算服务器相互通信连接，以运行搭载所述方法的程序。

本发明的有益效果，1、本发明基于车载通信实现超视距感知，可得到后方信号覆盖范围内的多辆汽车信息，扩大避撞范围。2、相较于传统方式获得的基础信息（车距、车速等）外，还可获得如后车期望的局部路径、规划的车速、驾驶人状态等丰富的驾驶状态信息，提升避撞效能。3、提出的防后车追尾的方法在预警和紧急情况时有不同的避撞策略，能切实有效地避免自车被后车追尾，减少交通事故的发生。4、提出的防追尾预警控制系统不仅考虑了自车避撞策略，还考虑到了对后车预警提示，对自车防后车追尾有着更为积极的作用。

附图说明

图1是本发明在自车不存在被后车追尾风险时的防后车追尾预警与控制系统工作流程示意图；

图2是本发明在自车存在被后方自动驾驶车辆追尾风险时的防后车追尾预警与控制系统工作流程示意图；

图3是本发明在自车存在被后方人工驾驶车辆追尾风险时的防后车追尾预警与控制系统工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

本实施例提供基于车载通信的防后车追尾预警及控制方法和系统，其包括以下步骤：

1）在行驶过程中，所有车辆通过车载通信将自身详细的驾驶状态信息广播出去；

2）自车接收后方车辆的驾驶状态信息，通过计算自车与后方车辆的相对速度和位置关系进一步得到本车与后方车辆的车头时距thw和碰撞时间ttc，与设定的安全临界阈值进行比较，判断自车是否面临被后车追尾的冲突风险；

3）若不存在被追尾风险，则自车保持原始行驶状态，否则，防后车追尾预警与控制系统再依据后车驾驶状态信息进行二次判别，由此对自车和后车都做出相应的预警和/或控制避撞策略。

在二次判别中，需根据后车驾驶状态信息判断是否仍存在碰撞风险，若后车为自动驾驶车辆，对其规划轨迹信息与自车行车轨迹进行补充判断，仍存在风险时，则进行预警（预警给自车驾驶人或自动驾驶系统，及后车自动驾驶系统）；预警后重复进行风险评估，若仍无避撞行为（可能由于感知、决策或控制失效），且已达紧急阈值，启动自车主动避撞，否则自车脱离碰撞危险。若后车为人工驾驶车辆，再利用其驾驶人状态信息（是否处于正常驾驶状态）进行补充判断，仍存在风险时，进行预警（预警给自车驾驶人或自动驾驶系统，及后车驾驶人）；预警后重复进行风险评估，若仍无避撞行为（可能处于无驾驶能力状态），且已达紧急阈值，启动自车主动避撞，否则自车脱离碰撞危险。

在自车主动避撞中，自车先利用车载传感器检测前方是否存在足够避撞空间，当存在足够避撞空间时采取主动避撞操作，如加速或换道等方式，否则进行被动防护，即提前进行安全带和安全气囊等准备。

4）脱离碰撞危险后，防后车追尾预警与控制系统退出工作。

实施例1

由图1所示，车载通信信号覆盖范围内的后方所有车辆都向自车传递自身的驾驶状态信息，具体包括后车减速度、期望的局部路径、规划的车速、驾驶人状态等。

由图1可见，该实施例中防后车追尾具体步骤为：

（1）后方车辆通过多种方式获取自身的驾驶状态信息，如车载传感器感知，提取卫星定位相关数据，等间距设置于公路上的射频通信模块与车内射频模块双向通信采集相关信息，或者由惯性导航技术通过惯性导航定位系统利用目标载体的加速度数据，通过计算得到相关信息等。

（2）后车通过车载通信技术将自身驾驶状态传递至自车。

（3）自车接收后车驾驶状态信息，经处理器计算得实时ttc和thw都不低于安全阈值，判定为不存在碰撞风险。

（4）防后车追尾预警与控制系统不工作，自车和后车按当前状态继续行驶。

实施例2

由图2可见，另一种情况下防后车（自动驾驶车辆）追尾的具体步骤为：

（1）后方自动驾驶车辆通过多种方式获取自身的驾驶状态信息（位置、速度、加速度、规划轨迹信息等），如车载传感器感知，提取卫星定位相关数据，等间距设置于公路上的射频通信模块与车内射频模块双向通信采集相关信息，或者由惯性导航技术通过惯性导航定位系统利用目标载体的加速度数据，通过计算得到相关信息等。

（2）后方自动驾驶车辆通过车载通信技术将自身驾驶状态信息（位置、速度、加速度、规划轨迹信息等）传递至自车。

（3）自车接收后车驾驶状态信息，经处理器计算得实时ttc或thw低于设定的安全阈值。

（4）防后车追尾预警与控制系统再依据后车驾驶状态信息进行二次判别，由此对自车和后车都做出相应的预警和/或控制避撞策略。

上述二次判别中，在实时ttc或thw低于预警阈值时，自车利用后车规划轨迹信息进行补充判断，仍存在风险时，进行预警（预警给自车驾驶人或自动驾驶系统，及后车自动驾驶系统），预警后重复进行风险评估。若后车仍无避撞行为（可能由于感知、决策或控制失效），且已达紧急阈值，则自车进行主动避撞；相反，若后车在接收预警提示后采取防追尾措施，使得实时ttc和thw都大于预警阈值，则自车脱离碰撞危险。

上述步骤（4）中的预警提示可通过人机界面hmi等车载设备来实现，发出的预警提示可通过视觉、触觉、听觉等多种方式单独提示或组合提示。对直接后车的预警提示可通过车载通信技术传输或自车尾部的车载设备显示，但对间接后车的预警提示则需通过车载通信技术传输。因此车载通信技术在本发明中对防后车追尾有着重要作用。在自车主动避撞中，自车先利用车载传感器检测前方是否有足够避撞空间，当存在足够避撞空间时进行紧急加速或换道等主动避撞操作，否则进行被动防护，即提前进行安全带和安全气囊准备。

（5）脱离碰撞危险后，防后车追尾预警与控制系统退出工作。

实施例3

由图3可见，另一种情况下防后车（人工驾驶车辆）追尾的具体步骤为：

（1）后方人工驾驶车辆通过多种方式获取自身的驾驶状态信息（位置、速度、加速度、驾驶人状态等），如车载传感器感知，提取卫星定位相关数据，等间距设置于公路上的射频通信模块与车内射频模块双向通信采集相关信息，或者由惯性导航技术通过惯性导航定位系统利用目标载体的加速度数据，通过计算得到相关信息等。

（2）后方人工驾驶车辆通过车载通信技术将自身驾驶状态信息（位置、速度、加速度、驾驶人状态等）传递至自车。

（3）自车接收后车驾驶状态信息，经处理器运行计算得实时ttc或thw低于设定的安全阈值。

（4）防后车追尾预警与控制系统再依据后车驾驶状态信息进行二次判别，由此对自车和后车都做出相应的预警和/或控制避撞策略。

上述二次判别中，在实时ttc或thw低于预警阈值时，自车利用后车驾驶人状态信息（是否处于正常驾驶状态）进行补充判断，仍存在风险时，进行预警（预警给自车驾驶人或自动驾驶系统，及后车驾驶人），预警后重复进行风险评估。若后车仍无避撞行为（可能驾驶人处于无驾驶能力状态），且已达紧急阈值，则启动自车主动避撞；相反，若后车在接收预警提示后采取防追尾措施，使得实时ttc和thw都大于预警阈值，则自车脱离碰撞危险。

上述步骤（4）中的预警提示可通过人机界面hmi等车载设备来实现，发出的预警提示可通过视觉、触觉、听觉等多种方式单独提示或组合提示。对直接后车的预警提示可通过车载通信技术传输或自车尾部的车载设备显示，但对间接后车的预警提示则需通过车载通信技术传输。因此车载通信技术在本发明中对防后车追尾有着重要作用。在自车主动避撞中，自车先利用车载传感器检测前方是否有足够避撞空间，当存在足够避撞空间时进行紧急加速或换道等主动避撞操作，否则进行被动防护，即提前进行安全带和安全气囊准备。

（5）脱离碰撞危险后，防后车追尾预警与控制系统退出工作。

综上所述，本实施例的控制方法，主要通过步骤一、步骤二、步骤三和步骤四的组合设置，实现自车与后车之间的车载通信，然后在冲突风险产生的时候进行二次判别，最后根据二次判别结果实行预警或是避撞，如此相比于现有技术中的方案，采集的信息效果更好，且对驾驶状态进行了自动和人工的细分，同时也考虑到不同风险场景下的避撞策略，以及在对自车做出警示控制的同时，还考虑对他车的追尾提醒。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。