[发明专利]一种车-车信息交互通信的碰撞预警可靠性测试方法

摘要

本发明提出一种车‑车信息交互通信的碰撞预警可靠性测试方法，属于智能交通运输系统通信技术领域。该方法首先设置3种碰撞预警测试场景并利用V2X系统搭建测试平台，在每种场景下采集车‑车信息交互数据并根据交互数据得到每种场景下的通信参数，添加驾驶参数后，建立每种场景下的车‑车信息交互通信的碰撞预警可靠性测试模型，根据模型的目标函数和约束条件，将模型转化为不同场景下的有效避撞概率模型，输入实车测试的通信参数，即可得到对应场景下的避撞概率。本发明对实际交通中的3种可能发生碰撞场景进行碰撞预警可靠性的定量衡量，从而为V2X通信系统的改进提供依据。

主权项

1.一种车‑车信息交互通信的碰撞预警可靠性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设置3种碰撞预警测试场景；将两辆测试车辆A、B行驶的运动模式和相对运动状态进行分类，得到以下3种发生碰撞的场景：同向跟驰行驶场景、相向行驶场景和交叉行驶场景；2)搭建测试平台；分别在两辆测试车辆上安装通信设备、CWAVE‑Original上层计算机、GPS模块作为测试平台；所述GPS模块用于采集车辆的位置信息、速度信息，并根据上层计算机系统内的时钟得到时间信息，CWAVE‑Original上层计算机用于控制通信信息转发及存储采集的车‑车信息交互数据包，通讯设备用于发送和接收带有上述信息的数据包；3)采集车‑车信息交互数据；两辆测试车辆分别按照步骤1)中设置的3种发生碰撞的场景进行驾驶实验，分别采集同向跟驰行驶场景、相向行驶场景和交叉行驶场景下的车‑车信息交互数据的数据包；数据包内带有的信息包括：进行通信的两辆车的ID、每辆车的GPS位置坐标、两辆车的速度、两辆车的速度方向、数据包序列号以及每一跳数据包的收发时间；测试车辆周期性的发送数据包，频率为5～50Hz；具体步骤如下：3‑1)车辆A通过装载在车辆上的CWAVE‑Original上层计算机生成原始数据包，原始数据包信息包括：采集到的车辆A的位置、速度信息、时间信息、通信设备ID、数据包序列号，并设置转发总跳数TotalHops和已转发跳数HopsDone；3‑2)通过装载在车辆A中的通信设备将CWAVE‑Original上层计算机生成原始数据包发送给车辆B，并将发送的数据包存储在车辆A的车载CWAVE‑Original上层计算机中；3‑3)车辆B接收到来自于车辆A的原始数据包后，首先将原始数据包进行存储；然后通过解析原始数据包得到已转发跳数HopsDone和总转发跳数TotalHops之间的关系来判断该数据包是否需要继续转发：当Hops‑Done<TotalHops时，数据包的转发并未结束，车辆B向原始数据包内添加车辆B的位置、速度信息、时间信息，并将数据包内的已转发跳数HopsDone加1，得到新的数据包；通过车辆B上搭载的通信设备将新的数据包进行转发，并同时存储该将新的数据包；当HopsDone＝TotalHops时，数据包转发已结束，车辆B将收到的原始数据包进行存储，不再进行转发；4)处理车‑车信息交互数据得到通信参数；通过收集步骤3)中采集到数据包，处理得到所需的通信参数，所述通信参数包括：收包率和时延；分别计算3种场景下的信息交互数据的收包率和时延，具体计算公式如下：收包率PDR计算公式如式(1)所示：其中n_received表示在任一场景中收到的数据包数量，n_transmitted表示在该场景中发出的数据包数量；时延Latency的计算公式如式(2)所示：其中t_received表示数据包接收的时间，t_send表示数据包发送的时间；5)确定驾驶参数；驾驶参数包括驾驶员平均反应时间t_r和道路摩擦系数μ；6)建立每种场景下的车‑车信息交互通信的碰撞预警可靠性测试模型并求解得到不同速度下避免追尾碰撞的概率；6‑1)同向跟驰行驶追尾碰撞预警可靠性测试模型：6‑1‑1)建立模型的目标函数，如公式(3)所示：P(d＞d_s)＝f(d,v,P_d,t_l)   (3)其中P(d＞d_s)是车辆收到一个与其距离d大于安全距离d_s的另一辆车发来的数据包的概率，d_s表示两车的安全距离，通过(5)式得到；d是两车间的距离，通过(7)式得到；v是两车的速度，包括A车速度v_A和B车速度v_B；t_l是通信数据包传输时延，即通过公式(2)得到的Latency；P_d代表收包率PDR，通过公式(1)得到；6‑1‑2)确定该模型的约束条件：收包率约束，如式(4)所示：P_d＝f(d)           (4)安全距离约束，如式(5)所示：其中，a是车辆A的加速度；将公式(5)进行简化如式(6)：其中，g为重力加速度；6‑1‑3)根据安全距离定义安全时间：如果第i个数据包被成功接收到，那么两辆车间的距离为：d＝d₀‑(v_A‑v_B)(t_i+t_l)   (7)其中，d₀为开始时刻的两车相距距离，t_i代表第i个数据包发送的时间，f_s是发送数据包的频率，T_s＝1/f_s为连续两个数据包发送的时间间隔；根据安全距离d_s，定义安全时间t_s：(v_A‑v_B)(t_s+t_l)＜d₀‑d_s＜(v_A‑v_B)(t_s+1+t_l)    (8)6‑1‑4)对模型求解；利用约束条件式(4)、(6)与(7)将目标函数(3)转化为式(9)：将式(9)转化为式(13)，令v_A＝v₀：式(10)为跟驰行驶下有效避撞的概率模型，将实车测试得到的跟驰状态下下不同距离的收包率及整体平均时延参数带入式(10)即得到不同速度下避免追尾碰撞的概率；6‑2)相向行驶碰撞预警可靠性测试模型；6‑2‑1)建立模型的目标函数，如公式(11)所示：P(d＞d_s)＝f(d,v,P_d,t_l)     (11)其中，d_s表示两车的安全距离，通过(13)式得到；d是两车间的距离，通过(14)式得到；6‑2‑2)确定模型的约束条件：收包率约束条件，如式(12)所示：P_d＝f(d)        (12)安全距离约束，如式(13)所示：6‑2‑3)根据安全距离定义安全时间：如果第i个数据包被成功接收到，那么两辆车间的距离为：d＝d₀‑(v_A+v_B)(t_i+t_l)     (14)根据安全距离d_s，定义安全时间t_s：(v_A+v_B)(t_s+t_l)＜d₀‑d_s＜(v_A+v_B)(t_s+1+t_l)     (15)6‑2‑4)对模型求解；P(d＞d_s)＝P_A(d＞d_s)P_B(d＞d_s)    (16)假设车辆A与车辆B处在相同的环境中，P_A(d＞d_s)＝P_B(d＞d_s)，并且两车速度均为v₀，即v_A＝v_B＝v₀；利用约束条件式(12)、(13)与(15)将目标函数式(11)转化为式(17)：式(17)为面对面行驶下有效避撞的概率模型，将实车测试得到的面对面行驶下不同距离的收包率及整体平均时延参数带入式(17)即得到不同速度下避免追尾碰撞的概率；6‑3)交叉口碰撞预警可靠性测试模型；6‑3‑1)建立模型的目标函数，如公式(18)所示：P(d＞d_s)＝f(d,v,P_d,t_l)    (18)其中，d_s表示两车的安全距离，通过(21)式得到；d是两车间的距离，通过(22)式得到；6‑3‑2)确定模型的约束条件：收包率约束：P_d＝f(d)        (19)安全距离约束：将式(20)进行简化：6‑3‑3)根据安全距离定义安全时间；如果第i个数据包被成功接收到，那么两辆车间的距离为：根据安全距离d_s，定义安全时间t_s：6‑3‑4)对模型求解；P(d＞d_s)＝P_A(d＞d_s)P_B(d＞d_s)      (24)利用约束条件(19)(21)与(23)将目标函数(24)转化为式(25)：式(25)为交叉行驶下有效避撞的概率模型，将实车测试得到的交叉行驶下不同距离的收包率及整体平均时延参数带入式(25)即得到不同速度下避免追尾碰撞的概率。