本發(fā)明涉及道路安全技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種基于zigbee通信的汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的普遍提高，我國的汽車保有量也有了大幅度提升，而道路交通隱患也隨之不斷增加，因此各大汽車公司和研究所對此方面投入大量資金，研發(fā)汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)。目前較為成熟的是通過傳感器來測量距前方車輛的是否小于安全距離，此方法在簡單工況下，效果明顯，但在復(fù)雜環(huán)境下，此方法效果較差。

隨著大數(shù)據(jù)，互聯(lián)網(wǎng)+的時代到來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，移動自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在車載系統(tǒng)中得到大幅度應(yīng)用，形成車載自組織網(wǎng)絡(luò)交通系統(tǒng)，本發(fā)明提供了一種基于zigbee通信的汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)與預(yù)警方法。通過zigbee通信技術(shù)實現(xiàn)車車通信，實時共享數(shù)據(jù)。zigbee車載通信技術(shù)的應(yīng)用有效的解決了由于惡劣天氣導(dǎo)致雷達等傳感器測量誤差較大，而導(dǎo)致的預(yù)警不準確的情況。與此同時，同時處理zigbee無線通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與雷達傳感器所測得的數(shù)據(jù)，有效地解決了偏僻地區(qū)信號不佳，人車混行，部分車輛并未加入車載自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中等情況導(dǎo)致預(yù)警不及時等問題。

zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)具有能耗低，成本較低，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點大，響應(yīng)速度快，可靠性高，可自由加入網(wǎng)絡(luò)組織等特點，而由于車輛狀態(tài)信息數(shù)據(jù)較小，因此zigbee無線通信傳輸速度完全可以滿足需求。

由于駕駛員受時間、季節(jié)、環(huán)境等因素影響，剎車前的反應(yīng)時間t1會發(fā)生周期性變化，而車輛制動起效時間t2和制動加速度a1也會隨著車輛行駛時間的推移發(fā)生微小變化，所以記憶模塊會對剎車前的反應(yīng)時間t1、車輛制動起效時間t2和制動加速度a1進行記憶分析處理，并保持周期性更新。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于zigbee通信的汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)與方法，通過同時處理zigbee通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與雷達測得數(shù)據(jù)，有效的提高了預(yù)警的準確性和時效性。

本發(fā)明披露的一種基于zigbee通信的汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，由無線通信模塊、視頻信號采集模塊、中央處理模塊、雷達信號模塊、人機交互模塊、車身信號模塊組成，無線通信模塊為基于zigbee的車載通信，通過形成動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)多級無網(wǎng)絡(luò)中心跳轉(zhuǎn)傳輸，共享周圍車輛的行駛信息，視頻信號采集模塊為車載前置攝像頭，用于采集汽車行駛方向的路面信息，中央處理模塊包括圖像處理模塊、記憶模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，用于對數(shù)據(jù)的綜合分析和處理，雷達信號模塊，為前后的fmcw毫米波雷達，用于測量距離前后車車距和相對速度，人機交互模塊，用于實時顯示中央處理模塊綜合處理后的信息，車身信號模塊用于采集can總線的車輛行駛信息。

進一步地，無線通信模塊與中央處理模塊相連接，視頻信號采集模塊與中央處理模塊相連接，中央處理模塊又分別與雷達信號模塊、人機交互模塊和車身信號模塊相連接。

進一步地，在車輛后擋風玻璃上方設(shè)置有信號燈，信號燈采用led燈。

本發(fā)明披露的一種基于zigbee通信的汽車防碰撞預(yù)警方法，使用上述的基于zigbee通信的汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，其中，

(1)無線通信模塊，采用基于zigbee的無線通信，實時讀取前車信息，包括車速加速度偏轉(zhuǎn)角θ；

(2)視頻信號采集模塊，為車載前置攝像頭，實時監(jiān)視車輛行駛方向的路況信息，并將信息傳輸給中央處理模塊；

(3)中央處理模塊由三部分組成，其中的圖像處理模塊，在接收到視頻信號采集模塊說傳遞的信息后，先對圖像信息灰度處理，后進行濾波處理，提取車輛信息和路道信息，判斷前車是否有變道的可能，記憶模塊，用于多次記錄駕駛員剎車前的反應(yīng)時間t1和車輛制動起效時間t2，并計算其平均值和極限誤差并且每周更新反應(yīng)時間t1和車輛制動起效時間t2，綜合處理分析車輛制動加速度a1由0增大到最大值|amax|的時間t3，數(shù)據(jù)處理模塊用于綜合分析無線通信模塊所接收的車速加速度偏轉(zhuǎn)角θ以及fmcw毫米波雷達所測量得到的車速和據(jù)前車距離d1，根據(jù)毫米波雷達測得的可計算出前車運動加速度綜合處理并分析，確定v2、a2、θ和d1；

(4)根據(jù)(3)確定的v2、a2，計算前車行駛的位移s2；

(5)根據(jù)車身信號模塊所提取的自行車輛信息，行駛速度v1，計算若保持v1行駛的路程s1，并判斷s1-s2+d1cosθ＞d0是否恒成立，其中d0為最小安全預(yù)警距離；

(6)根據(jù)自行車輛的信息v1、a1、t1、t2、t3，計算出若在v1速度時刻進行制動的位移s1′；

(7)判斷若以在v1速度時刻進行制動，是否有碰撞危險，即s1′-s2+d1cosθ＞db是否恒成立，其中db為最小安全距離；

(8)若在(7)的條件下，s1′-s2+d1cosθ＞db不恒成立，在此情況下，再對圖像處理模塊對圖像進行灰度、濾波取特征等步驟處理后的結(jié)果進行分析，判斷前車是否有變道的趨勢，以前車車身的1/2壓過行車道分界線為評判標準，若超過1/2壓過，但實際車距d1＜db，則人機交互界面發(fā)出危險提示，同時剎車系統(tǒng)介入，反之實際車距d1≥db，則安全，若判斷沒有變道趨勢，則人機交互界面發(fā)出危險提示，同時剎車系統(tǒng)介入；

(9)后方fmcw毫米波雷達，對行駛的后方環(huán)境進行檢測，若距后方行駛車輛距離d2＜dh，則安裝在汽車后擋風玻璃上方的led燈，閃爍黃色光線，進行預(yù)警，其中dh為后方安全距離；

(10)汽車實時通過車載zigbee通信對外發(fā)布自車行駛狀況信息，供周圍車輛參考，構(gòu)成一定范圍內(nèi)的自組織網(wǎng)絡(luò)交通系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明系統(tǒng)有效的改善了汽車防碰撞預(yù)警的準確性和時效性，進一步提高了汽車的主動安全性能。

附圖說明

圖1是基于zigbee通信的汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)法的結(jié)構(gòu)組成圖。

圖2是基于zigbee無線通信實現(xiàn)的車車通信示意圖。

圖3是防碰撞預(yù)警方法示意圖。

圖4是模擬正常行駛狀況下圖像顯示及雷達布置圖。

圖5是模擬前車變道圖。

具體實施方式

為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對本發(fā)明的保護范圍構(gòu)成限定。

實施例：如圖1所示，一種基于zigbee通信的汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)由無線通信模塊、視頻信號采集模塊、中央處理模塊、雷達信號模塊、人機交互模塊、車身信號模塊等模塊組成，該系統(tǒng)各模塊的連接順序為：無線通信模塊與中央處理模塊相連接，視頻信號采集模塊與中央處理模塊相連接，中央處理模塊又分別與雷達信號模塊、人機交互模塊、車身信號模塊相連接。

如圖2所示，車輛通過zigbee無線通信構(gòu)成動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)多級無網(wǎng)絡(luò)中心跳轉(zhuǎn)傳輸，共享周圍車輛的行駛信息。

其中，視頻信號采集模塊，用于采集汽車行駛方向的路面信息；中央處理模塊，包括圖像處理模塊、記憶模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，用于對數(shù)據(jù)的綜合分析和處理；雷達信號模塊，為前后的fmcw毫米波雷達，用于測量距離前后車車距和相對速度；人機交互模塊，用于實時顯示中央處理模塊綜合處理后的信息；車身信號模塊用于采集can總線的車輛行駛信息。無線通信模塊，采用基于zigbee的車載無線通信，接收周圍車輛行駛信息，例如實時讀取前車信息，包括車速加速度偏轉(zhuǎn)角θ，(其中偏轉(zhuǎn)角為a車與b車偏離角度)；視頻信號采集模塊，為車載前置攝像頭，實時監(jiān)視車輛行駛方向的路況信息，并將信息傳輸給中央處理模塊；中央處理模塊由三部分組成，其中的圖像處理模塊，在接收到視頻信號采集模塊說傳遞的信息后，先對圖像信息灰度處理，后進行濾波處理，判斷前車是否有變道的可能，其中的記憶模塊，用于多次記錄駕駛員剎車前的反應(yīng)時間t1和車輛制動起效時間t2，并計算其平均值和極限誤差因此并且每周更新反應(yīng)時間t1和車輛制動起效時間t2，同樣的，綜合處理分析車輛制動加速度a1由0增大到最大值|amax|的時間t3，數(shù)據(jù)處理模塊用于綜合分析無線通信模塊所接收的車速加速度偏轉(zhuǎn)角θ以及fmcw毫米波雷達所測量得到的車速和據(jù)前車距離d1，其中根據(jù)毫米波雷達測得的可計算出前車運動加速度及處理并分析，確定v2、a2、θ和d1，根據(jù)上述確定的v2、a2，計算前車行駛的位移s2＝∫(v2+a2t)dt，根據(jù)車身信號模塊所提取的自行車輛信息，行駛速度v1，計算若保持v1行駛的路程s1＝v1·t，并判斷s1-s2+d1cosθ＞d0是否恒成立，其中d0為最小安全預(yù)警距離，根據(jù)自行車輛的信息v1、a1、t1、t2、t3，計算出若在v1速度時刻進行制動的位移判斷若以在v1速度時刻進行制動，是否有碰撞危險，即s1′-s2+d1cosθ＞db是否恒成立，其中db為最小安全距離，若恒成立，則人機交互界面提示，適當減速；s1′-s2+d1cosθ＞db不恒成立，在此情況下，在對圖像處理模塊對圖像進行灰度、濾波取特征等步驟處理后的結(jié)果進行分析，判斷前車是否有變道的趨勢，以前車車身的1/2壓過行車道分界線為評判標準，若超過1/2壓過，但實際車距d1＜db,則人機交互界面發(fā)出危險提示，同時剎車系統(tǒng)介入，反之實際車距d1≥db，則安全；若判斷沒有變道趨勢，則人機交互界面發(fā)出危險提示，同時剎車系統(tǒng)介入；后方fmcw毫米波雷達，對行駛的后方環(huán)境進行檢測，若距后方行駛車輛距離d2＜dh，則安裝在汽車后擋風玻璃上方的led燈，閃爍黃色光線，進行預(yù)警，其中dh為后方安全距離。

汽車實時通過車載zigbee通信對外發(fā)布自車行駛狀況信息，供周圍車輛參考，構(gòu)成一定范圍內(nèi)的自組織網(wǎng)絡(luò)交通系統(tǒng)。

通過zigbee車載通信技術(shù)的加入有效的解決了由于惡劣天氣導(dǎo)致雷達等傳感器測量誤差較大，而導(dǎo)致的預(yù)警不準確的情況。與此同時，綜合處理zigbee無線通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和雷達傳感器測得的數(shù)據(jù)，有效地解決了偏僻地區(qū)信號不佳，導(dǎo)致預(yù)警不及時的問題，防止因部分車輛未加入自組織的網(wǎng)絡(luò)交通系統(tǒng)而出現(xiàn)的漏判情況。

例如圖4所示，a車為前方行駛車輛，b車為自行車輛，c車為后方行駛車輛，假設(shè)a車、b車、c車都配備了zigbee無線通信模塊。b車通過車載zigbee通信分別與a車、c車連接，實現(xiàn)車況信息資源共享。b車通過將zigbee無線通信模塊所讀取到的a車的行駛狀況信息車速加速度偏轉(zhuǎn)角θ(其中偏轉(zhuǎn)角為a車與b車偏離角度)，與b車車載毫米波雷達所測得車速和據(jù)前車距離d1,綜合處理，確定a車車速v2、加速度a2、偏轉(zhuǎn)角θ和b車與a車實際距離d1。b車根據(jù)數(shù)據(jù)處理模塊確定的v2、a2，計算a車行駛的位移s2＝∫(v2+a2t)dt。b車根據(jù)車身信號模塊所提取的自行車輛信息，行駛速度v1，計算若保持v1行駛的路程s1＝v1·t，并判斷s1-s2+d1cosθ＞d0是否恒成立，其中d0為最小安全預(yù)警距離。若s1-s2+d1cosθ＞d0不恒成立，則根據(jù)自行車輛的信息v1、a1、t1、t2、t3，計算出若在v1速度時刻進行制動的位移其中，t1為駕駛員剎車前的反應(yīng)時間，t2為車輛制動起效時間，在記憶模塊的作用下，多次記錄駕駛員剎車前的反應(yīng)時間t1和車輛制動起效時間t2，并計算其平均值和極限誤差即并且每周更新反應(yīng)時間t1和車輛制動起效時間t2，同樣的，綜合處理分析車輛制動加速度a1由0增大到最大值|amax|的時間t3。b車判斷若以在v1速度時刻進行制動，是否有碰撞a車的危險，即s1′-s2+d1cosθ＞db是否恒成立，其中db為最小安全距離。若恒成立，則人機交互界面提示，適當減速。若s1′-s2+d1cosθ＞db不恒成立。如圖5所示，在此情況下，在對圖像處理模塊對圖像進行灰度、濾波取特征等步驟處理后的結(jié)果進行分析，b車判斷a車是否有變道的趨勢，以a車車身的1/2壓過行車道分界線為評判標準。若超過1/2壓過，但實際車距d1＜db,則人機交互界面發(fā)出危險提示，同時剎車系統(tǒng)介入，反之若實際車距d1≥db，則安全；若判斷沒有變道趨勢，則人機交互界面直接發(fā)出危險提示，同時剎車系統(tǒng)介入。b車的后方fmcw毫米波雷達，對行駛的后方環(huán)境進行檢測，若距后方行駛車輛c車距離d2＜dh，則安裝在汽車后擋風玻璃上方的led燈，閃爍黃色光線，進行預(yù)警，其中dh為后方安全距離。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。