一種基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)及其生成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)存儲單元，其信號輸入端分別與車車通信單元、車速獲取單元、車載GPS相連，其信號輸出端與信息處理單元的輸入端相連，信息處理單元的輸出端與用于生成軌跡信息的軌跡生成單元的輸入端相連，軌跡生成單元的輸出端與用于顯示超車軌跡的軌跡顯示單元的輸入端相連，軌跡生成單元與數(shù)據(jù)存儲單元之間雙向通訊。本發(fā)明還公開了一種基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)的生成方法。本發(fā)明利用車車通信單元能夠不斷獲取鄰車最新的航向角、經(jīng)緯度坐標(biāo)和車速信息，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好；超車時(shí)能避免多輛高速運(yùn)行車輛同時(shí)采取超車動作發(fā)生車禍，不受車輛運(yùn)行的各種環(huán)境條件影響，確保車輛高速運(yùn)行安全。
【專利說明】一種基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)及其生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛信息【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)及其生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超車是車輛在行駛過程中非常頻繁的一個(gè)動作，然而很多駕駛員對超車路徑的選擇都是隨意的，并沒有很好地結(jié)合道路以及鄰近車輛的實(shí)際行駛狀況，極容易發(fā)生追尾和側(cè)向碰撞等交通事故，行車安全性較低。因此，有必要在駕駛員執(zhí)行超車動作前將車輛行駛軌跡規(guī)劃出來，為安全超車提供必要的條件。
[0003]車車通信是指在同一自動車隊(duì)或一定控制區(qū)域內(nèi)車輛之間的短程通信，它是汽車智能化的一個(gè)重要方向。車車通信具有提高交通安全性和增加司乘人員舒適性的巨大潛力，在緊急事件報(bào)警、路況信息通知，交通流分配、娛樂和接入互聯(lián)網(wǎng)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]申請?zhí)枮?00510017293.5，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“車輛行駛軌跡預(yù)估及車道偏離評價(jià)方法”的發(fā)明專利利用圖像傳感器采集前方道路上車道標(biāo)志線信息并結(jié)合車載傳感器提供的車速、加速度、轉(zhuǎn)向狀態(tài)等信息，模擬駕駛員前視作用，預(yù)測車輛在未來一段時(shí)間內(nèi)的預(yù)期行駛軌跡；申請?zhí)枮?01210519589.7，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“一種智能車輛自主行駛動態(tài)軌跡規(guī)劃方法及系統(tǒng)”的發(fā)明專利利用最優(yōu)控制方法搜索數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)解生成智能車輛的行駛軌跡，該方法有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和對未知環(huán)境的適應(yīng)性。然而，上述兩個(gè)發(fā)明專利雖然能規(guī)劃出車輛的未來行駛軌跡，但并未考慮到鄰車對未來行駛軌跡的影響，當(dāng)車流密度較大時(shí)，生成的車輛未來行駛軌跡的可靠性較低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的首要目的在于提供一種能夠通過車輛間的實(shí)時(shí)通信信息生成安全的超車軌跡，可靠性高，能夠有效避免超車事故，保障行車安全的基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)，包括用于存儲車輛行駛狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)存儲單元，其信號輸入端分別與用于與鄰車進(jìn)行通訊的車車通信單元、用于采集車速信息的車速獲取單元、用于采集航向角和經(jīng)諱度坐標(biāo)信息的車載GPS相連,其信號輸出端與信息處理單兀的輸入端相連,信息處理單元的輸出端與用于生成軌跡信息的軌跡生成單元的輸入端相連，軌跡生成單元的輸出端與用于顯示超車軌跡的軌跡顯示單元的輸入端相連，軌跡生成單元與數(shù)據(jù)存儲單元之間雙向通訊。
[0007]所述車速獲取單元安裝在車輛的四個(gè)車輪上，車速獲取單元為車速傳感器，所述車車通信單元由無線收/發(fā)模塊和電源模塊組成，車車通信單元固定在車輛頂端；所述數(shù)據(jù)存儲單元采用SD卡；所述信息處理單元采用TMS320DM64單片機(jī)，信息處理單元、軌跡生成單元和數(shù)據(jù)存儲單元共同安裝在同一個(gè)密閉機(jī)殼內(nèi)，并固定于車輛內(nèi)部；所述軌跡顯示單元采用車載觸摸屏。
[0008]所述電源模塊采用汽車蓄電池或可充電電池；無線收/發(fā)模塊采用Zigbee模塊、3G模塊、4G模塊、802.1lp模塊中的任意一種。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)的軌跡生成方法，該方法包括下列順序的步驟:
[0010](I)車距在其車車通信單元的最大可覆蓋范圍內(nèi)的車輛之間建立信息交互，實(shí)時(shí)交互各自的行駛狀態(tài)信息，該行駛狀態(tài)信息包括車速、經(jīng)緯度坐標(biāo)、航向角等；
[0011](2)具有超車意圖的車輛通過車車通信單元將其超車意圖發(fā)送至鄰車，并接收鄰車的行駛狀態(tài)信息進(jìn)行處理；
[0012](3)具有超車意圖車輛的信號處理單元根據(jù)處理后的信息判斷是否滿足超車條件，若滿足，則由軌跡生成單元生成駕駛員可識別的超車軌跡并在軌跡顯示單元上顯示；否則，具有超車意圖的車輛繼續(xù)向鄰車發(fā)送超車意圖信息。
[0013]當(dāng)兩相鄰車之間的車距在車車通信單元的最大可覆蓋范圍以內(nèi)時(shí)，具有超車意圖的車輛通過其車車通信單元將超車意圖發(fā)送給鄰車，鄰車通過其車車通信單元來接收并跟蹤該超車意圖；
[0014]假設(shè)Rniax表示車車通信單元的最大可覆蓋范圍，A代表超車意圖車輛，BiQ = O,
1，......η)代表與A的車距小于Rmax的其他車輛，其中Btl代表A意圖超越的車輛，Dffii表示八與&間的實(shí)際車距，通過下式計(jì)算:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)，其特征在于:包括用于存儲車輛行駛狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)存儲單元，其信號輸入端分別與用于與鄰車進(jìn)行通訊的車車通信單元、用于采集車速信息的車速獲取單元、用于采集航向角和經(jīng)緯度坐標(biāo)信息的車載GPS相連，其信號輸出端與信息處理單元的輸入端相連，信息處理單元的輸出端與用于生成軌跡信息的軌跡生成單元的輸入端相連，軌跡生成單元的輸出端與用于顯示超車軌跡的軌跡顯示單元的輸入端相連，軌跡生成單元與數(shù)據(jù)存儲單元之間雙向通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)，其特征在于:所述車速獲取單元安裝在車輛的四個(gè)車輪上，車速獲取單元為車速傳感器；所述車車通信單元由無線收/發(fā)模塊和電源模塊組成，車車通信單元固定在車輛頂端；所述數(shù)據(jù)存儲單元采用SD卡；所述信息處理單元采用TMS320DM64單片機(jī)，信息處理單元、軌跡生成單元和數(shù)據(jù)存儲單元共同安裝在同一個(gè)密閉機(jī)殼內(nèi)，并固定于車輛內(nèi)部；所述軌跡顯示單元采用車載觸摸屏。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)，其特征在于:所述電源模塊采用汽車蓄電池或可充電電池；無線收/發(fā)模塊采用Zigbee模塊、3G模塊、4G模塊、802.1lp模塊中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的基于車車通信的動態(tài)超車軌跡生成系統(tǒng)的軌跡生成方法，該方法包括下列順序的步驟: (1)車距在其車車通信單元的最大可覆蓋范圍內(nèi)的車輛之間建立信息交互，實(shí)時(shí)交互各自的行駛狀態(tài)信息，該行駛狀態(tài)信息包括車速、經(jīng)緯度坐標(biāo)、航向角等； (2)具有超車意圖的車輛通過車車通信單元將其超車意圖發(fā)送至鄰車，并接收鄰車的行駛狀態(tài)信息進(jìn)行處理 ； (3)具有超車意圖車輛的信號處理單元根據(jù)處理后的信息判斷是否滿足超車條件，若滿足，則由軌跡生成單元生成駕駛員可識別的超車軌跡并在軌跡顯示單元上顯示；否則，具有超車意圖的車輛繼續(xù)向鄰車發(fā)送超車意圖信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軌跡生成方法，其特征在于:當(dāng)兩相鄰車之間的車距在車車通信單元的最大可覆蓋范圍以內(nèi)時(shí)，具有超車意圖的車輛通過其車車通信單元將超車意圖發(fā)送給鄰車，鄰車通過其車車通信單元來接收并跟蹤該超車意圖； 假設(shè)Rmax表示車車通信單元的最大可覆蓋范圍，A代表超車意圖車輛，BiQ = O,.1，......η)代表與A的車距小于Rmax的其他車輛，其中Btl代表A意圖超越的車輛，B0的個(gè)數(shù)為一個(gè)或多個(gè)，DABi表示A與Bi間的實(shí)際車距，通過下式計(jì)算:
其中，radLatA和radLat Bi分別表不A與Bi的諱度，radLonA和radLon Bi分別表不A與Bi經(jīng)度，R表示地球半徑常量； 當(dāng)DAl' - h'時(shí),A與Bi間相互發(fā)送經(jīng)諱度坐標(biāo)(radLon, radLat)、航向角Θ、車速V，并在軌跡顯示單元上顯示接收到的對方車輛的經(jīng)纟韋度坐標(biāo)(radLon, radLat)、航向角Θ、車速V，建立了車車通信聯(lián)系；當(dāng)> R,.時(shí)，A與Bi間的距離超過了車車通信的最大可覆蓋范圍Rmax，車車通信聯(lián)系失去。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軌跡生成方法，其特征在于:A通過車車通信單元將超車意圖P0發(fā)送給Bi ;同時(shí)，Bi通過車車通信單元獲取并跟蹤該超車意圖Ptl,超車意圖Ptl的內(nèi)容包括具有超車意圖車輛的車長L、經(jīng)緯度坐標(biāo)(radLon，radLat)、航向角Θ和車速V。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軌跡生成方法，其特征在于=Bi接收到A發(fā)送的超車意圖Ptl后，經(jīng)過其信息處理單元分析，Bi將自車的車長L、經(jīng)緯度坐標(biāo)(radL0n，radLat)、航向角Θ、車速V和超車意圖PyPi為Bi的超車意圖，以各個(gè)車的車牌號為單位打包并通過車車通信單元發(fā)送給A ;A通過車車通信單元接收Bi發(fā)送過來的以車牌號為單位的打包信息，并將這些信息發(fā)送給A的信息處理單元進(jìn)行提取與處理，A的信息處理單元計(jì)算Btl與A的相對車速Vx和安全車距Ssafe，Vx和安全車距Ssafe的計(jì)算公式如下:
其中，Vx為A與Btl的相對車速，Va為A的車速G為Btl的車速，La為A的車長Lb力B0的車長，Dab0為A與Bci間的車距，其中，Dabo的表達(dá)式如下:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軌跡生成方法，其特征在于:A的信息處理單元判斷Ssill, ^ Dabo是否成立，若滿足超車條件叉?/e ?。，則A的車車通信單元向Bi發(fā)送“確定執(zhí)行超車”的信息，以禁止Bi超車或突然改變行駛狀態(tài)； 同時(shí)A的數(shù)據(jù)存儲單元以固定的時(shí)間間隔h保存A —開始發(fā)送超車意圖Ptl以及行駛到當(dāng)前位置的所有纟韋度坐標(biāo)(radLon, radLat)、航向角Θ、車速V ；A的軌跡生成單元提取數(shù)據(jù)存儲單元中存儲的纟韋度坐標(biāo)(radLon, radLat)、航向角Θ、車速V并以另一固定的時(shí)間間隔t2通過經(jīng)緯度坐標(biāo)到笛卡爾坐標(biāo)的變換生成軌跡關(guān)鍵點(diǎn)Cli (i =0，1，...，n)，Cli為四維向量，所述四維向量由平面坐標(biāo)x、y、航向角Θ和一維時(shí)間坐標(biāo)t組成，規(guī)劃出的超車軌跡也由包含平面坐標(biāo)X、y、航向角Θ和一維時(shí)間坐標(biāo)t的四維坐標(biāo)描述；利用車輛穩(wěn)態(tài)動力學(xué)特性并結(jié)合車輛在道路上行駛時(shí)的約束條件來生成超車軌跡，當(dāng)Bi的行駛狀態(tài)發(fā)生突變時(shí)，車車通信單元能夠及時(shí)捕捉到這一變化，并以此來對以生成的超車軌跡進(jìn)行動態(tài)調(diào)整；若‘ > Di3o，則A繼續(xù)向Bi發(fā)送超車意圖，直到滿足超車條件Ssclfe < Dabo時(shí)，再由軌跡生成單元生成超車軌跡； 若在超車過程中Bi的行駛狀態(tài)突然發(fā)生改變，Bi的車車通信單元將這個(gè)狀態(tài)改變發(fā)送給A，使A根據(jù)該狀態(tài)變化調(diào)整已生成的超車軌跡。
【文檔編號】G08G1/16GK104167097SQ201410446578
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】劉偉, 張莎莎, 朱茂飛, 梁華為, 丁祎, 朱潤新, 李碧春 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院