[发明专利]基于车路协同的车辆防碰撞预警系统及方法

权利要求书

1.一种基于车路协同的车辆防碰撞预警系统，其特征在于，包括车载设备、路侧设备、控制模块、通信模块和路侧提示设备；

车载设备，用于采集车辆的行驶信息，与路侧设备通信，并根据控制模块发送的控制指令，提示驾驶员车辆面临的碰撞风险或提示执行相应的预防碰撞措施；车载设备由车辆运动状态检测部分组成，车辆运动状态检测部分包括车载GPS、速度传感器、加速度传感器、转向角度传感器，分别用于采集车辆位置信息、速度信息、加速度信息和转向角度信息；

路侧设备，用于接收传感器检测的道路环境信息、车载设备检测的车辆行驶信息、交通信号灯广播的相位信号信息；路侧设备由道路状态检测模块、车辆检测模块组成，道路状态检测模块主要由视频传感器组成，车辆检测模块包括视频检测相机和微波检测器，在视频检测相机中内嵌检测算法，用于对车辆的速度、位置、方向进行检测，并测量车辆之间的间距，微波检测器检测目标的速度、距离、角度信息；

通信模块，用于路侧设备与车载设备之间的数据传输；通信模块的通信模式兼容LTE-V和DSRC，路侧设备和车载设备通过通信模块进行数据信息的交互；

控制模块，用于处理车载设备、路侧设备传输的车辆、道路环境信息，并判别车辆的运动速度和运动方向信息，对车辆面临的碰撞风险进行识别和判断，如果面临碰撞风险，控制模块将碰撞风险信息发送至车载设备和路侧提示设备，提示车辆是否处于危险状态；

路侧提示设备，用于接收并显示控制模块发送的提示信息；

风险评价模型的具体内容为：根据车辆实时上传的经纬度坐标、运动速度、方向和路侧车辆检测系统获取的车辆相对位置，将划定区域范围内的车辆进行距离以及碰撞时间的估算，并依据其行驶速度、方向以及目标车辆周围车辆的分布情况，结合车辆之间的距离和碰撞时间估算，给出不同车辆在不同方向上发生碰撞的风险估算值，根据预置的风险提醒内容通过通信模块将预警信息发送至具有碰撞风险的车辆；

风险估算值的确定方法为：

划定目标车辆的行驶范围半径为r，根据获取的目标车辆的坐标及相对位置分析获取行驶半径范围内的所有运动车辆，并将所有识别目标利用摄像机与激光测距雷达同一时刻检测目标的空间约束关系及轨迹跟踪进行冗余去除，并根据GPS数据获取车辆行驶速度和方向，根据车辆行驶方向及半径范围内车辆的行驶速度、方向、距离，计算目标车辆与其他车辆的相对速度及可能发生碰撞的时间，根据发生碰撞时间长短及设定的阈值大小，确定其危险程度等级，给出相应的预警等级；

根据雷达车辆检测设备以及视频车辆检测设备获取该车辆坐标(x₀,y₀)，半径范围内的可能发生碰撞的目标车辆有(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，根据目标坐标得出划定范围内所有目标的距离d，并结合目标车辆的行驶速度、方向和加速度信息，则沿着行驶方向的碰撞时间为：

与垂直于行驶方向的碰撞时间为：

其中为主车的行驶速度，为可能与主车发生碰撞的车辆行驶速度，为主车的加速度，为可能与主车发生碰撞的车辆加速度，为主车的速度方向与水平方向的夹角，为可能与主车发生碰撞的车辆速度方向与水平方向的夹角；θ为主车和可能与主车发生碰撞的车辆质心之间的连线与水平线的夹角；

根据上述计算方法计算碰撞时间，并基于碰撞时间阈值得出碰撞风险；t₁≥2s，t₁t₂或t₁0，t₁t₂时，车辆处于安全行驶状态，不进行预警；2st₁≧0.5s时，提示车辆有碰撞风险；0≦t₁0.5s时，提示司机采取急刹车避免碰撞；t₂≥2s，t₂t₁或t₂0，t₂t₁，车辆处于安全行驶状态，不进行预警；2st₂≧0.5s时，提示车辆有碰撞风险；0≦t₂0.5s时，提示司机采取急刹车避免碰撞。

2.一种基于权利要求1所述基于车路协同的车辆防碰撞预警系统的防碰撞预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过车载设备和路侧设备识别车辆及道路环境信息；

(2)车载设备或者路侧设备将采集到的信息传输汇聚到控制模块；

(3)控制模块通过由车辆之间的间距、行驶速度、方向建立的风险评价模型进行车辆之间的碰撞风险分析，并将分析的结果通过无线通信设备将各辆车的风险发送至指定的车辆终端，并将碰撞风险状态的评估信息发送至路侧设备；

(4)车载终端接收到车辆碰撞风险信息后，在终端上实时展示车辆面临的碰撞风险；路侧提示设备同时展示碰撞风险信息；

风险评价模型的具体内容为：根据车辆实时上传的经纬度坐标、运动速度、方向和路侧车辆检测系统获取的车辆相对位置，将划定区域范围内的车辆进行距离以及碰撞时间的估算，并依据其行驶速度、方向以及目标车辆周围车辆的分布情况，结合车辆之间的距离和碰撞时间估算，给出不同车辆在不同方向上发生碰撞的风险估算值，根据预置的风险提醒内容通过通信模块将预警信息发送至具有碰撞风险的车辆；

风险估算值的确定方法为：划定目标车辆的行驶范围半径为r，r的取值为平均车长的3-5倍，根据获取的目标车辆的坐标及相对位置分析获取行驶半径范围内的所有运动车辆，并将所有识别目标利用摄像机与激光测距雷达同一时刻检测目标的空间约束关系及轨迹跟踪进行冗余去除，并根据GPS数据获取车辆行驶速度和方向，根据车辆行驶方向及半径范围内车辆的行驶速度、方向、距离，计算目标车辆与其他车辆的相对速度及可能发生碰撞的时间，根据发生碰撞时间长短及设定的阈值大小，确定其危险程度等级，给出相应的预警等级；具体如下：

根据雷达车辆检测设备以及视频车辆检测设备获取该车辆坐标(x₀,y₀)，半径范围内的可能发生碰撞的目标车辆有(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，根据目标坐标得出划定范围内所有目标的距离d，并结合目标车辆的行驶速度、方向和加速度信息，则沿着行驶方向的碰撞时间为：

与垂直于行驶方向的碰撞时间为：

其中为主车的行驶速度，为可能与主车发生碰撞的车辆行驶速度，为主车的加速度，为可能与主车发生碰撞的车辆加速度，为主车的速度方向与水平方向的夹角，为可能与主车发生碰撞的车辆速度方向与水平方向的夹角；θ为主车和可能与主车发生碰撞的车辆质心之间的连线与水平线的夹角；

根据上述计算方法计算碰撞时间，并基于碰撞时间阈值得出碰撞风险；t₁≥2s，t₁t₂或t₁0，t₁t₂时，车辆处于安全行驶状态，不进行预警；2st₁≧0.5s时，提示车辆有碰撞风险；0≦t₁0.5s时，提示司机采取急刹车避免碰撞；t₂≥2s，t₂t₁或t₂0，t₂t₁，车辆处于安全行驶状态，不进行预警；2st₂≧0.5s时，提示车辆有碰撞风险；0≦t₂0.5s时，提示司机采取急刹车避免碰撞。