專利名稱：基于Ⅶ支持下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
近年來，高速公路交通事故居高不下，其中追尾碰撞事故占75％以上。研發(fā)高性能的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)成為提高車輛在高速行駛過程中的主動(dòng)安全性能，降低追尾碰撞事故發(fā)生率的迫切需要。
車輛主動(dòng)避撞避撞系統(tǒng)利用現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感器技術(shù)檢測車輛在行駛過程中是否存在追尾碰撞等潛在危險(xiǎn)，并在緊急情況下，自動(dòng)采取避撞措施，保證車輛行駛安全。車輛行駛過程中對前方異常行駛車輛的快速檢測是車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，車輛與前方異常行駛車輛之間的臨界跟車距離的確定是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。當(dāng)前的車輛主動(dòng)避撞技術(shù)主要通過無線短程通信收發(fā)危險(xiǎn)警告信息，但在交通流量大、路況復(fù)雜的交通環(huán)境中接收危險(xiǎn)信號存在較大的時(shí)間延遲，并且，系統(tǒng)臨界跟車距離模型關(guān)鍵參數(shù)值的辨識沒有考慮道路環(huán)境對參數(shù)值的影響。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)的存在較大時(shí)間延遲、可靠性差的不足，本發(fā)明提供一種減小時(shí)間延遲、提高可靠性的基于VII支持下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種基于VII支持下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)，包括短程無線通信終端、路邊基站和交通信息服務(wù)中心，所述短程無線通信終端安裝在車輛內(nèi)，局部路段車載短程無線通信終端組成無線通信局域網(wǎng)絡(luò)，在路邊設(shè)置以無線數(shù)據(jù)通信、信息存儲和轉(zhuǎn)發(fā)為主要功能的路邊基，短程無線通信終端與路邊基建立無線通信網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)路邊基站與交通信息服務(wù)中心建立通信連接，安裝在車輛上的各類傳感器通過CAN總線上傳才記得到的數(shù)據(jù)信息，所述CAN總線與中央控制器連接，中央控制器與短程無線通信終端建立雙向數(shù)據(jù)鏈路，所述短程無線通信終端設(shè)有危險(xiǎn)警告信息發(fā)布器，當(dāng)有潛在的追尾碰撞等危險(xiǎn)情況時(shí)激活所述危險(xiǎn)警告信息發(fā)布器，并且通過短程無線通信通信廣播式發(fā)布危險(xiǎn)警告信息；其他車輛上的短程無線通信終端接收到危險(xiǎn)警告信息后，中央控制器安全狀態(tài)判斷模塊分析車輛在當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，為了避免與異常行駛車輛發(fā)生追尾碰撞所需的臨界跟車距離，其計(jì)算公式為
其中，v1為跟隨車輛初始速度，Tdelay為制動(dòng)遲滯時(shí)間，α為跟隨車輛制動(dòng)減速度，制動(dòng)減速度波動(dòng)系數(shù)為

d為跟隨車輛制動(dòng)結(jié)束后與前方異常行駛車輛的車間距；為跟隨車輛采取制動(dòng)措施直至瞬時(shí)速度與前方異常行駛車輛瞬時(shí)速度相等時(shí)所需制動(dòng)時(shí)間，v2final為前方異常行駛車輛制動(dòng)結(jié)束后的行駛速度。
進(jìn)一步，從路邊基站獲取路面類型信息，根據(jù)不同的道路路面類型建立附著系數(shù)函數(shù)矩陣F，由采集得到的車輪輪速以及車輛速度得到車輪的滑移率再根據(jù)附著系數(shù)函數(shù)f(S)求得特定路面條件下車輛制動(dòng)減速度 上式中，

是一布爾矩陣，初始值為零，若在第i種路況道路上行駛，則αi為1；g為理想制動(dòng)減速度，9.8m/s2。
再進(jìn)一步，所述異常行駛車輛危險(xiǎn)警告信息發(fā)布方式采用隨即拓?fù)涠坛虩o線通信，危險(xiǎn)警告信息發(fā)布頻度按照設(shè)定的衰減率減小，即設(shè)定p為跟隨車輛正確接收EWM的概率，λo為EWM初始發(fā)布頻度，f(λ，k)為第K次重新發(fā)送EWM時(shí)的發(fā)布頻度，則重發(fā)EWM平均所需要的時(shí)間為 其中，為EWM發(fā)布頻度調(diào)整因子。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為在VII環(huán)境中，異常行駛車輛采用隨即拓?fù)涠坛虩o線通信訪問控制方法向跟隨車輛發(fā)布危險(xiǎn)警告信息，信息發(fā)布頻度以一定的衰減率減小。在正確識別道路路面類型的基礎(chǔ)上，把動(dòng)態(tài)制動(dòng)減速度引入到避撞系統(tǒng)臨界跟車距離模型。
為解決現(xiàn)有技術(shù)的難題，根據(jù)高速公路交通流特點(diǎn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了車與車隨機(jī)拓?fù)涠坛虩o線通信訪問控制方法，實(shí)現(xiàn)低時(shí)間延遲傳輸危險(xiǎn)警告信息分組的同時(shí)，引入動(dòng)態(tài)制動(dòng)減速度構(gòu)建了VII(車路集成架構(gòu)技術(shù))支持下的新型車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、減小時(shí)間延遲、提高可靠性；2、VII支持下的新型車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)降低了跟隨車輛接收危險(xiǎn)警告信息的時(shí)間延遲率，并且考慮了不同的道路路面類型、天氣狀況對車輛運(yùn)行狀態(tài)的影響。



圖1是VII支持下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
參照圖1，一種基于VII支持下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)，包括短程無線通信終端、路邊基站和交通信息服務(wù)中心，所述短程無線通信終端安裝在車輛內(nèi)，局部路段車載短程無線通信終端組成無線通信局域網(wǎng)絡(luò)，在路邊設(shè)置以無線數(shù)據(jù)通信、信息存儲和轉(zhuǎn)發(fā)為主要功能的路邊基，短程無線通信終端與路邊基建立無線通信網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)路邊基站通過無線通信或光纜等有線通信介質(zhì)與交通信息服務(wù)中心建立通信連接，安裝在車輛上的各類傳感器通過CAN總線上傳才記得到的數(shù)據(jù)信息，所述CAN總線與中央控制器連接，中央控制器與短程無線通信終端建立雙向數(shù)據(jù)鏈路，所述短程無線通信終端設(shè)有危險(xiǎn)警告信息發(fā)布器，當(dāng)有潛在的追尾碰撞等危險(xiǎn)情況時(shí)激活所述危險(xiǎn)警告信息發(fā)布器，并且通過短程無線通信通信廣播式發(fā)布危險(xiǎn)警告信息；其他車輛上的短程無線通信終端接收到危險(xiǎn)警告信息后，中央控制器安全狀態(tài)判斷模塊分析車輛在當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，為了避免與異常行駛車輛發(fā)生追尾碰撞所需的臨界跟車距離，其計(jì)算公式為
其中，v1為跟隨車輛初始速度，Tdelay為制動(dòng)遲滯時(shí)間，α為跟隨車輛制動(dòng)減速度，制動(dòng)減速度波動(dòng)系數(shù)為

d為跟隨車輛制動(dòng)結(jié)束后與前方異常行駛車輛的車間距；為跟隨車輛采取制動(dòng)措施直至瞬時(shí)速度與前方異常行駛車輛瞬時(shí)速度相等時(shí)所需制動(dòng)時(shí)間，v2final為前方異常行駛車輛制動(dòng)結(jié)束后的行駛速度。
本實(shí)施例中，VII支持下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)運(yùn)用傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合高速行駛車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)特征構(gòu)建高可靠性的新型車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車與車之間(Vehicle-to-Vehicle，簡稱V2V)、車與道路之間(Vehicle-to-Roadside，簡稱V2R)的無線通信，由車載傳感器感知交通環(huán)境并與周圍車輛共享交通信息。
在VII環(huán)境中，車輛的各類傳感器通過CAN總線組成車載局域網(wǎng)，采集的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息(行駛速度、制動(dòng)減速度、地理位置信息以及交通事故信息等)通過車載單元(Onboard Unit，簡稱OBU)上傳至路邊基(Roadside Unit，簡稱RSU，指設(shè)置于路邊的專用設(shè)備，具有通信、數(shù)據(jù)存儲和轉(zhuǎn)發(fā)等功能)，同時(shí)從路邊基接收周圍車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息以及各類交通服務(wù)信息(各地天氣信息、區(qū)域交通狀態(tài)信息等)。車輛通過DSRC(Dedicated Short Range Communications)短程無線通信終端共享各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息以及危險(xiǎn)警告信息，圖1為浙江工業(yè)大學(xué)ITS聯(lián)合研究所建立的VII車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)圖。
裝載DSRC無線通信終端的行駛車輛自組織成Ad-hoc通信網(wǎng)絡(luò)，變更車道或者遇到緊急情況的車輛為防止與跟隨車輛發(fā)生追尾碰撞而向周圍車輛廣播式發(fā)布危險(xiǎn)警告信息(Emergency Warning Messages，EWM)，接收到EWM后的車輛隨即調(diào)整行駛狀態(tài)，在跟車距離有限的情況下保證一定的制動(dòng)執(zhí)行時(shí)間。
VII環(huán)境下，V2V無線通信網(wǎng)絡(luò)采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活的隨機(jī)拓?fù)渫ㄐ欧椒?，然而，隨機(jī)拓?fù)渫ㄐ欧椒ú淮嬖谛畔⒎答仚C(jī)制來判斷報(bào)文是否被成功接收，異常行駛車輛必須重復(fù)發(fā)布EWM來提高跟隨車輛接收EWM的成功率。但頻繁發(fā)布分組信息將導(dǎo)致信道堵塞、降低EWM傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。為解決這個(gè)問題，本發(fā)明提出了EWM發(fā)布頻度調(diào)整算法，EWM的發(fā)布頻度以一定的衰減率減小，在不犧牲成功率的基礎(chǔ)上滿足低延遲率的要求。設(shè)定p為跟隨車輛正確接收EWM的概率，λo為EWM初始發(fā)布頻度，f(λ，k)為第K次重新發(fā)送EWM時(shí)的發(fā)布頻度，則重發(fā)EWM平均所需要的時(shí)間為 其中，為EWM發(fā)布頻度調(diào)整因子。
車輛接收危險(xiǎn)警告信息EWM之后，VII系統(tǒng)安全狀態(tài)判斷模塊分析車輛為了避免與異常行駛車輛發(fā)生追尾碰撞所需的臨界跟車距離。主動(dòng)避撞系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)能否獲取臨界跟車距離模型中的各關(guān)鍵參數(shù)值以及是否考慮不同道路類型、天氣狀況對該系統(tǒng)的影響。現(xiàn)有的避撞系統(tǒng)臨界跟車距離模型中制動(dòng)減速度等關(guān)鍵參數(shù)為固定值，不考慮道路路面類型、車況以及路況對車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響。
VII環(huán)境下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)臨界跟車距離模型引入了動(dòng)態(tài)制動(dòng)減速度以及制動(dòng)減速度波動(dòng)系數(shù)，異常行駛車輛各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)特征參數(shù)通過V2V與V2R無線通信方式傳輸給跟隨車輛。

其中v1為跟隨車輛初始速度，Tdelay為制動(dòng)遲滯時(shí)間，α為跟隨車輛制動(dòng)減速度，制動(dòng)減速度波動(dòng)系數(shù)為

d為跟隨車輛制動(dòng)結(jié)束后與前方異常行駛車輛的車間距，取值與駕駛員駕駛行為有關(guān)(謹(jǐn)慎型的駕駛員，d可取大些，果敢類型的，可適當(dāng)取小些)。為跟隨車輛采取制動(dòng)措施直至瞬時(shí)速度與前方異常行駛車輛瞬時(shí)速度相等時(shí)所需制動(dòng)時(shí)間，v2final為前方異常行駛車輛制動(dòng)結(jié)束后的行駛速度。
車輪胎面、路況和車況都會(huì)影響到車輛制動(dòng)減速度α，其中路況的變化對制動(dòng)減速度的影響尤為明顯。不同的道路環(huán)境(路面干燥、有雨、結(jié)冰等)、不同的路面類型(瀝青路面、水泥路面等)，車輛制動(dòng)減速度也不同。
地面制動(dòng)力是作用于車輛并使之產(chǎn)生減速度的力的來源，但地面制動(dòng)力Fb受車輪與地面之間附著力Fμ的限制，即Fb≤Fμ＝Fz·μ，其中Fz為地面對車輪的垂直反作用力，附著系數(shù)越高，車輛制動(dòng)性能越好。附著系數(shù)μ因道路路面類型而不同，并與滑移率S成非線性的函數(shù)關(guān)系，本發(fā)明引用了urckhardt等人提出的μ-S曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式 本發(fā)明提出了一種獲取動(dòng)態(tài)制動(dòng)減速度的方法，通過V2R通信方式從路邊基獲取路面類型信息，實(shí)現(xiàn)對道路路面類型的識別，根據(jù)不同的道路路面類型建立了附著系數(shù)函數(shù)矩陣F，由采集得到的車輪輪速以及車輛速度得到車輪的滑移率再根據(jù)附著系數(shù)函數(shù)f(S)求得特定路面條件下車輛制動(dòng)減速度。
式中，

是一布爾矩陣，初始值為零，若在i路況道路上行駛，則αi為1； g為理想制動(dòng)減速度，9.8m/s2； 仿真結(jié)果顯示，在同等道路環(huán)境中以相同速度行駛，基于V2V訪問控制協(xié)議的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)避撞系統(tǒng)而言其臨界跟車距離更小，提高了道路空間資源利用率。同時(shí)，在復(fù)雜交通環(huán)境中，VII支持下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)滿足快速響應(yīng)特性、高可靠性的要求。
權(quán)利要求
1.一種基于VII支持下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)，其特征在于所述車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)包括短程無線通信終端、路邊基站和交通信息服務(wù)中心，所述短程無線通信終端安裝在車輛內(nèi)，局部路段車載的短程無線通信終端組成無線通信局域網(wǎng)絡(luò)，在路邊設(shè)置以無線數(shù)據(jù)通信、信息存儲和轉(zhuǎn)發(fā)為主要功能的路邊基，短程無線通信終端與路邊基建立無線通信網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)路邊基與交通信息服務(wù)中心建立通信連接，安裝在車輛上的各類傳感器通過CAN總線上傳采集得到的數(shù)據(jù)信息，所述CAN總線與中央控制器連接，中央控制器與短程無線通信終端建立雙向數(shù)據(jù)鏈路，所述短程無線通信終端設(shè)有危險(xiǎn)警告信息發(fā)布器，當(dāng)有潛在的追尾碰撞等危險(xiǎn)情況時(shí)激活所述危險(xiǎn)警告信息發(fā)布器，并且通過短程無線通信廣播式發(fā)布危險(xiǎn)警告信息；其他車輛上的短程無線通信終端接收到危險(xiǎn)警告信息后，中央控制器安全狀態(tài)判斷模塊分析車輛在當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，為了避免與異常行駛車輛發(fā)生追尾碰撞所需的臨界跟車距離，其計(jì)算公式為
其中，v1為跟隨車輛初始速度，Tdelay為制動(dòng)遲滯時(shí)間，α為跟隨車輛制動(dòng)減速度，制動(dòng)減速度波動(dòng)系數(shù)為
d為跟隨車輛制動(dòng)結(jié)束后與前方異常行駛車輛的車間距；為跟隨車輛采取制動(dòng)措施直至瞬時(shí)速度與前方異常行駛車輛瞬時(shí)速度相等時(shí)所需制動(dòng)時(shí)間，v2final為前方異常行駛車輛制動(dòng)結(jié)束后的行駛速度。
2.如權(quán)利要求1所述的基于VII支持下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)，其特征在于從路邊基站獲取路面類型信息，根據(jù)不同的道路路面類型建立附著系數(shù)函數(shù)矩陣F，由采集得到的車輪輪速以及車輛速度得到車輪的滑移率再根據(jù)附著系數(shù)函數(shù)f(S)求得特定路面條件下車輛制動(dòng)減速度
上式中，是一布爾矩陣，初始值為零，若在第i種路況道路上行駛，則αi為1；g為理想制動(dòng)減速度，9.8m/s2。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于VII支持下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)，其特征在于所述異常行駛車輛危險(xiǎn)警告信息發(fā)布方式采用隨即拓?fù)涠坛虩o線通信，危險(xiǎn)警告信息發(fā)布頻度按照設(shè)定的衰減率減小，即設(shè)定p為跟隨車輛正確接收EWM的概率，λo為EWM初始發(fā)布頻度，f(λ，k)為第K次重新發(fā)送EWM時(shí)的發(fā)布頻度，則重發(fā)EWM平均所需要的時(shí)間為
其中，為EWM發(fā)布頻度調(diào)整因子。
全文摘要
一種基于VII支持下的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)，包括短程無線通信終端、路邊基站和交通信息服務(wù)中心，短程無線通信終端安裝在車輛內(nèi)，局部路段車載的短程無線通信終端組成無線通信局域網(wǎng)絡(luò)，在路邊設(shè)置路邊基，安裝在車輛上的各類傳感器通過CAN總線上傳采集得到的數(shù)據(jù)信息，短程無線通信終端設(shè)有危險(xiǎn)警告信息發(fā)布器，當(dāng)有潛在的追尾碰撞等危險(xiǎn)情況時(shí)激活所述危險(xiǎn)警告信息發(fā)布器，并且通過短程無線通信廣播式發(fā)布危險(xiǎn)警告信息；其他車輛上的短程無線通信終端接收到危險(xiǎn)警告信息后，中央控制器安全狀態(tài)判斷模塊分析車輛在當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，為了避免與異常行駛車輛發(fā)生追尾碰撞所需的臨界跟車距離。本發(fā)明能有效減小時(shí)間延遲、提高可靠性。
文檔編號G08G1/16GK101727757SQ200910155059
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者董紅召, 陳煒烽, 郭明飛, 郭海峰, 陳寧 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)