一种用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导装置及方法与流程

本发明涉及机动车行驶安全技术领域，具体涉及一种用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导装置及方法。

背景技术：

在高速公路上，长下坡路段一直是对汽车尤其是大型车辆制动性能的考验。大型车辆由于本身势能大的特点再加上长下坡路段需要高频率的持续制动，制动装置相对于普通车辆更易产生制动失效，从而造成严重后果。为此，人们设计了避险车道，帮助出现制动失效的车辆及时制动从而避免造成重大安全事故。现有避险车道在白天基本可以发挥作用，但在夜间由于光线不足，再加上遇险车辆驾驶员在险情发生时无法做出及时准确的判断从而错过进入避险车道的机会，导致事故的发生。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导装置，可在低照明条件下自动为过往车辆开启显著的引导装置，可解决现有遇险车辆因光线不足而导致险情发生时无法及时进入避险车道的问题。

本发明的另一个目的在于提供过一种用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导方法，通过实时监测道路中车辆的运行状态，及时识别出现险情的车辆，并为其开启路面引导装置，帮助车辆及时驶入避险车道，降低事故风险。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导装置，包括：感知模块和led引导标志；其中，所述感知模块包含光照传感器、带通滤波器、单片机、声音传感器和毫米波雷达；

所述感知模块通过t型支架设置于避险通道前的路侧；

所述led引导标志为多个，分别均匀设置于避险车道前的车道上；

所述声音传感器为2个，分别设置在所述t型支架的两端；

所述光照传感器的输出端连接所述单片机的输入端；所述声音传感器的输出端连接所述单片机的输入端；所述带通滤波器的输入端连接所述声音传感器的输出端，所述带通滤波器的输出端连接所述单片机的输入端；所述毫米波雷达的输出端连接所述单片机的输入端；所述单片机的输出端连接所述led引导标志的控制端。

技术方案二：

一种用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导方法，基于上述的用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导装置，包括以下步骤：

步骤1，光照传感器采集道路的光照强度，并将所采集的光照信息发送至单片机；

步骤2，当单片机接收到的光照强度超过预设光照阈值时，声音传感器开始采集声音信息，毫米波雷达开始采集过往车辆所处的方向、距离及速度信息；

步骤3，根据所采集的过往车辆的声音信息以及所处的方向、距离及速度信息，取距离毫米波雷达最近的车辆，并计算相对音量；根据所述相对音量，确认是否有车辆出现险情；

步骤4，单片机推算出现险情的车辆在道路中所处的车道，并将车道信息发送至led引导标志的控制端，led引导标志的控制端开启处于该车道上的led引导标志，引导出现险情的车辆顺利驶入避险车道。

本发明技术方案二的特点和进一步的改进在于：

(1)步骤3中，通过以下公式计算车辆的相对音量：

s'＝10s/d

其中，s'为车辆的相对音量，s为声音传感器所采集的音量，d为该车辆距离毫米波雷达的距离。

(2)步骤3中，当相对音量大于80分贝，且持续时间大于5s时，确认有车辆出现险情。

(3)步骤4中，所述单片机推算出现险情的车辆在道路中所处的车道，具体为：

首先根据两个不同位置的声音传感器所接收到声音的时间不同，确定所述出现险情的车辆的疑似位置；

再根据毫米波雷达所采集的车辆位置信息，确认所述出现险情的车辆的精确位置；

最后根据所述出现险情的车辆的精确位置推算出现险情的车辆在道路中所处的车道。

(4)所述确定所述出现险情的车辆的疑似位置，具体为：

以设置于避险通道前的t型支架的支点位置为原点，建立空间二维坐标系，两个声音传感器在所述二维坐标系中的位置分别为a(x1,y1)、b(x2,y2)，通过以下方程式获得车辆的疑似位置：

r1²＝(x-x1)²+(y-y1)²

r2²＝(x-x2)²+(y-y2)²

c·△t＝r1-r2

其中，车辆的疑似位置坐标为(x,y)，r1和r2分别为两个声音传感器所接收到声源的距离，△t表示一个声音传感器接收到声音信号后到另一个声音传感器所接收到该声音信号所经历的时间，c为声音在空气中的传播速度，取340m/s。

(5)进一步的，根据毫米波雷达所采集的车辆位置信息，确认所述出现险情的车辆的精确位置，具体为：

获得车辆的疑似位置(x,y)后，取毫米波雷达所采集到的所有车辆中距离所述疑似位置(x,y)距离最近的车辆，则该车辆即为出现险情的车辆，该车辆的位置即为出现险情的车辆的精确位置。

(6)进一步的，根据所述出现险情的车辆的精确位置推算出现险情的车辆在道路中所处的车道，具体为：

首先根据下式计算出现险情的车辆距离毫米波雷达的横向距离：

d1＝d·cosθ

其中，d1为出现险情的车辆距离毫米波雷达的横向距离，d为出现险情的车辆距离毫米波雷达的距离，θ为出现险情的车辆与毫米波雷达的夹角；

然后根据道路车道的宽度以及计算得到的出现险情的车辆距离毫米波雷达的横向距离，推算出现险情的车辆在道路中所处的车道。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导装置能够在低照明条件下自动为过往车辆开启显著的引导装置，可解决现有遇险车辆因光线不足而导致险情发生时无法及时进入避险车道的问题。设备简单，成本低廉，适合于大规模生产应用，充分发挥了避险车道在照明不足的情况下的作用，并降低了事故风险。

本发明提供的用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导方法，通过实时监测道路中车辆的运行状态，及时识别出现险情的车辆，并确定出现险情的车辆的精确位置，为其开启专用的明显的路面引导装置，帮助出现险情的车辆及时驶入避险车道，降低事故风险。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明提供的用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导装置在道路上布置的一种实施例的示意图；

图2为本发明提供的用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导方法的一种实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导方法中确定出现险情的车辆的疑似位置的原理示意图。

以上图中：1避险车道，2led引导标志；3声音传感器；4毫米波雷达；5感知模块；6行驶车辆；7正常车道。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

本发明实施例提供了一种用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导装置，包括：感知模块和led引导标志；其中，所述感知模块包含光照传感器、带通滤波器、单片机、声音传感器和毫米波雷达。

参考图1，感知模块通过t型支架设置于避险通道前200米的路侧；led引导标志为多个，分别均匀设置于避险车道前100米的车道上。

本发明实施例中，led引导标志为5个，每隔20米均匀设置于避险车道前的车道上。

需要说明的是，本发明实施例中，声音传感器为2个，分别设置在t型支架的两端，用于采集过往车辆的声音信息，其输出端连接带通滤波器的输入端；带通滤波器用于对声音传感器所采集的原始声音信息进行滤波，过滤掉所需频率以外的信号，即滤除5-10khz以外的声音信息，其输出端连接单片机的输入端。

本发明实施例中，光照传感器用于采集道路的光照信息，其输出端通过线缆连接单片机的输入端。

本发明实施例中，毫米波雷达用于采集过往车辆所处的方向、距离及速度信息，其输出端通过线缆连接单片机的输入端。

本发明实施例中，单片机的输出端连接led引导标志的控制端，用于根据所接收的信息确定车辆是否出现险情，以及出现险情的车辆所处的具体位置，并将确认的信息发送至led引导标志的控制端，控制相应车道上的led引导标志开启，引导出现险情的车辆顺利驶入避险车道。

进一步的，参考图2，本发明实施例还提供了一种用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导方法，基于上述的用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导装置，包括以下步骤：

步骤1，光照传感器采集当地道路的光照强度，并将所采集的光照信息发送至单片机。

步骤2，当单片机接收到的光照强度超过预设光照阈值时，声音传感器开始采集当地环境中的声音音量信息，毫米波雷达开始采集过往车辆所处的方向、距离及速度信息。

步骤3，根据所采集的过往车辆的声音信息以及所处的方向、距离及速度信息，取距离毫米波雷达最近的车辆，并计算相对音量；根据所述相对音量，确认是否有车辆出现险情；

具体的，通过以下公式计算相对音量：

s'＝10s/d

其中，s'为相对音量，s为声音传感器所采集的音量，d为距离毫米波雷达最近的车辆距离毫米波雷达的距离。

进一步的，本发明实施例中，当相对音量大于80分贝，且持续时间大于5s时，即确认该路段上有车辆出现险情。

步骤4，单片机推算出现险情的车辆在道路中所处的车道，并将车道信息发送至led引导标志的控制端，led引导标志的控制端开启处于该车道上的led引导标志，引导出现险情的车辆顺利驶入避险车道。

具体的，按照以下步骤推算出现险情的车辆在道路中所处的车道：

(1)首先根据两个不同位置的声音传感器所接收到声音的时间不同，确定所述出现险情的车辆的疑似位置。

参考图3，以设置于避险通道前的t型支架的支点位置为原点，建立空间二维坐标系，两个声音传感器在二维坐标系中的位置分别为a(x1,y1)、b(x2,y2)，通过以下方程式获得车辆的疑似位置：

r1²＝(x-x1)²+(y-y1)²

r2²＝(x-x2)²+(y-y2)²

c·△t＝r1-r2

其中，车辆的疑似位置坐标为(x,y)，r1和r2分别为两个声音传感器所接收到声源的距离，△t表示一个声音传感器接收到声音信号后到另一个声音传感器所接收到该声音信号所经历的时间，c为声音在空气中的传播速度，取340m/s。

(2)再根据毫米波雷达所采集的车辆位置信息，确认所述出现险情的车辆的精确位置。

具体的，获得车辆的疑似位置(x,y)后，取毫米波雷达所采集到的所有车辆中距离所述疑似位置(x,y)距离最近的车辆，则该车辆即为出现险情的车辆，该车辆的位置即为出现险情的车辆的精确位置。

(3)最后根据所述出现险情的车辆的精确位置推算出现险情的车辆在道路中所处的车道。

根据下式计算出现险情的车辆距离毫米波雷达的横向距离：

d1＝d·cosα

其中，d1为出现险情的车辆距离毫米波雷达的横向距离，d为出现险情的车辆距离毫米波雷达的距离，α为出现险情的车辆与毫米波雷达的夹角；

然后根据道路车道的宽度以及计算得到的出现险情的车辆距离毫米波雷达的横向距离，推算出现险情的车辆在道路中所处的车道。例如：将车道从左到右分为1、2、3车道，标准单车道宽为3.75米。图1中可以看出，毫米波雷达获得出现险情的车辆距离毫米波雷达的直接距离为d，夹角为α，利用公式d1＝d·cosα，可求得出现险情的车辆距离毫米波雷达的横向距离d1。当0<d1<3.75m，认为车辆位于第1车道；当3.75<d1<7.5m，认为车辆位于第2车道；当7.5<d1<11.25m，认为车辆位于第3车道。

确认出现险情的车辆所处的车道，此时，单片机将车道信息发送至led引导标志的控制端，led引导标志的控制端开启处于该车道上的led引导标志，引导出现险情的车辆顺利驶入避险车道。

需要说明的是，以上实施例中，在声音传感器采集到声音信息后，首先要对收集的声音进行过滤去噪，此时带通滤波器对原始声音信息进行滤波，过滤掉所需频率以外的信号，即滤除5-10khz以外的声音信息。

然后由于声音信息中占比率较多的信息量部分主要体现在低频部分，因此，需要尽可能多的得到低频段信号，根据在一段声信号中的噪声分布情况，为了获取较好的声信号，进行预加重处理。这里使用一阶fir高通数字滤波器来实现预加重，其传递函数为：h(z)＝1-az^-1；其中，a为预加重系数，0.93≤a<1，本发明实施例中，取a为0.95。

若x(n)表示采样过后的声音信号，y(n)表示经过预加重处理过的信号，则有：y(n)＝x(n)-ax(n-1)。

为了实现对声音信号的处理，需要对信号进行加窗处理，减少声音在处理过程中造成的频谱丢失。具体的表现形式为将预加重处理后的信号y(n)做乘法运算得到信号结果sw：

sw＝y(n)·w(n)

此处窗函数选取海明窗，n为窗口长度。

综上，本发明实施例提供的用于夜间遇险车辆驶入避险车道的引导方法，通过实时监测道路中车辆的运行状态，可以及时识别出现险情的车辆，并确定出现险情的车辆的精确位置，为其开启专用的明显的路面引导装置，帮助出现险情的车辆及时驶入避险车道，降低了事故风险。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。