交叉路口防撞预警装置及预警方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种交叉路口防撞预警装置，包括：车载单元和路侧单元，车载单元安装在车辆上，路侧单元安装在交叉路口的路侧。车载单元包括：车端V2X通信设备、导航定位设备和整车控制器。路侧单元包括：路端V2X通信设备和目标捕捉设备。车辆进入交叉路口区域，发送本车辆的位置信息和移动轨迹，同时接受其他车辆和移动目标的位置信息和移动轨迹，依据各车辆和移动目标的位置信息和移动轨迹计算预测航迹，并根据预测航迹判断本车辆与其他车辆或者移动目标是否存在航迹交叉区域，如果存在航迹交叉区域，则依据本车辆与该车辆或者移动目标的位置信息和移动轨迹，基于航迹交叉区域计算碰撞时间TTC和航迹交叉区域占用时间差PET，根据TTC和PET进行碰撞预警计算。

Anti-collision warning device and early warning method at intersection

The invention provides an anti-collision warning device for intersections, which comprises a vehicle-mounted unit and a roadside unit. The vehicle-mounted unit is installed on a vehicle and the roadside unit is installed on the roadside of an intersection. Vehicle-mounted units include: V2X communication equipment, navigation and positioning equipment and vehicle controller. The roadside unit includes: roadside V2X communication equipment and target capture equipment. When a vehicle enters an intersection area, it transmits its location information and trajectory, accepts the location information and trajectory of other vehicles and moving targets, calculates the predicted trajectory based on the location information and trajectory of each vehicle and moving target, and judges whether the vehicle and other vehicles or moving targets have a trajectory intersection area or not according to the predicted trajectory, if it exists. According to the position information and trajectory of the vehicle and the vehicle or the moving target, the time difference between TTC and PET is calculated based on the area of track intersection, and the collision warning is calculated based on TTC and PET.

【技术实现步骤摘要】
交叉路口防撞预警装置及预警方法
本专利技术涉及汽车
，更具体地说，涉及汽车的安全技术。
技术介绍
随着汽车保有量的不断增加，城市道路交通状况日益复杂，交叉路口区域成为交通事故的高发地带。据数据统计，90％的重特大交通事故都发生在交叉路口。为了提升行车安全性，越来越多的汽车配备了主动安全技术。主动安全技术一般通过车载的摄像头或者毫米波雷达来探测车辆周边目标，当周围的目标与车辆距离过近，或者处于车辆的行驶路线上时，会进行提示或报警，在预计到存在发生碰撞的危险时，还会通过整车控制器采取主动的减速、制动等等措施，来降低或者避免发生碰撞的危险。现有技术中的主动安全技术多数是通过计算碰撞时间TTC来进行碰撞预警。碰撞时间TTC是根据本车辆与目标之间的距离以及相对速度来计算相遇的时间，即碰撞时间TTC，如果TTC小于设定的安全阈值，则会进行提示，并采取主动的安全措施，比如减速或者制动。基于TTC的主动安全技术在跟车场景中的表现较好。基于TTC的主动安全技术，比如自动紧急制动AEB、自适应控制巡航ACC等，在路况较为简单的封闭公路上有良好的表现。在封闭公路，比如高速公路上，车辆都是同方向行驶，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交叉路口防撞预警装置，其特征在于，包括：车载单元和路侧单元，车载单元安装在车辆上，路侧单元安装在交叉路口的路侧；所述车载单元包括：车端V2X通信设备，车端V2X通信设备与其他车端V2X通信设备以及路端V2X通信设备进行通信；导航定位设备，导航定位设备基于RTK，导航定位设备获取本车辆的位置信息和移动轨迹；整车控制器，整车控制器与车端V2X通信设备以及导航定位设备连接，整车控制器进行碰撞预警计算并基于碰撞预警计算的结果向本车辆发出控制指令，控制车辆的移动；所述路侧单元包括：路端V2X通信设备，路端V2X通信设备与车端V2X通信设备进行通信；目标捕捉设备，目标捕捉设备捕捉交叉路口区域的移动...

【技术特征摘要】
1.一种交叉路口防撞预警装置，其特征在于，包括：车载单元和路侧单元，车载单元安装在车辆上，路侧单元安装在交叉路口的路侧；所述车载单元包括：车端V2X通信设备，车端V2X通信设备与其他车端V2X通信设备以及路端V2X通信设备进行通信；导航定位设备，导航定位设备基于RTK，导航定位设备获取本车辆的位置信息和移动轨迹；整车控制器，整车控制器与车端V2X通信设备以及导航定位设备连接，整车控制器进行碰撞预警计算并基于碰撞预警计算的结果向本车辆发出控制指令，控制车辆的移动；所述路侧单元包括：路端V2X通信设备，路端V2X通信设备与车端V2X通信设备进行通信；目标捕捉设备，目标捕捉设备捕捉交叉路口区域的移动目标，获取移动目标的位置信息和移动轨迹，所述移动目标不具有V2X通信设备；车辆进入交叉路口区域，车辆通过车端V2X通信设备发送由导航定位设备获取的本车辆的位置信息和移动轨迹，同时通过车端V2X通信设备接受其他车辆的位置信息和移动轨迹，以及由目标捕捉设备获取的移动目标的位置信息和移动轨迹；整车控制器依据各车辆和移动目标的位置信息和移动轨迹计算预测航迹，并根据预测航迹判断本车辆与其他车辆或者移动目标是否存在航迹交叉区域，如果存在航迹交叉区域，则依据本车辆与该车辆或者移动目标的位置信息和移动轨迹，基于航迹交叉区域计算碰撞时间TTC和航迹交叉区域占用时间差PET，根据TTC和PET进行碰撞预警计算。2.如权利要求1所述的交叉路口防撞预警装置，其特征在于，所述车载单元连接到显示设备，显示设备显示地图，在地图上显示本车辆的位置信息和移动轨迹，还在地图上显示交叉路口区域其他车辆以及移动目标的位置信息和移动轨迹；如果整车控制器进行碰撞预警计算后确定本车辆与其他车辆或者移动目标存在碰撞危险，则该显示设备在地图上显示该其他车辆或者移动目标的位置信息和移动轨迹，以及本车辆与该其他车辆或者移动目标的航迹交叉区域。3.如权利要求1所述的交叉路口防撞预警装置，其特征在于，整车控制器依据各车辆和移动目标的位置信息和移动轨迹，通过车辆状态预估模型和扩展卡尔曼滤波计算各车辆和移动目标的预测航迹。4.如权利要求3所述的交叉路口防撞预警装置，其特征在于，所述车辆状态预估模型依据各车辆和移动目标的移动轨迹计算各车辆和移动目标的初步预测航迹，其中，依据车辆或移动目标的移动轨迹，车辆或移动目标被分为直行轨迹和转弯轨迹；对于直行轨迹的车辆或移动目标，初步预测航迹为车辆或移动目标保持当前的移动速度，沿当前移动轨迹做匀速直线移动；对于转弯轨迹的车辆或移动目标，计算初步预测航迹如下：输入车辆或移动目标的速度和横摆角速度，以及交叉路口的几何形状；对于转弯轨迹的车辆或移动目标，其在交叉路口的运动过程分为加速和减速两个阶段，分别用三次曲线进行拟合，曲线的拟合系数为a1,a2,a3,a4，拟合时间变量为t，两条曲线的分界点为速度最小点vmin，该时刻的时间点记为tmin，在分界点处的加速度为零，交叉路口的总长度为L：减速阶段的速度v1的变化为：v1＝a1t3+a2t2+a3t+a4加速阶段的运动过程使用减速阶段的相反运动过程来模拟，加速阶段的速度v2的变化为：v2＝a1(2tmin-t)3+a2(2tmin-t)2+a3(2tmin-t)+a4由对称性可以得到减速阶段的运动距离为L/2，则上述的约束条件可以表示为：3a1tmin2+2a2tmin+a3＝0结合车辆或移动目标刚进入交叉路口时的速度，进行在上述约束条件下的三次曲线拟合，得到车辆或移动目标的速度预测曲线。5.如权利要求4所述的交叉路口防撞预警装置，其特征在于，根据速度预测曲线，进行两段曲线拟合：第一段曲线的约束条件为tmin处的角度值为45°，tmin处的曲线斜率为1，两段拟合曲线关于点(tmin，45)对称；在上述约束条件下进行三次曲线拟合，得到车辆或移动目标的横摆角速度预测曲线；根据车辆或移动目标的速度预测曲线和横摆角速度预测曲线的到车辆或移动目标的初步预测航迹。6.如权利要求5所述的交叉路口防撞预警装置，其特征在于，对初步预测航迹应用扩展卡尔曼滤波，得到车辆或移动目标的预测航迹，其中，根据车辆或移动目标的速度预测曲线和横摆角速度预测曲线得到车辆或移动目标的预测速度和预测横摆角速度，将预测速度和预测横摆角速度作为卡尔曼滤波中的虚拟测量值，得到车辆或移动目标的预测航迹。7.如权利要求6所述的交叉路口防撞预警装置，其特征在于，所述扩展卡尔曼滤波是指，对于非线性的速度预测曲线和横摆角速度预测曲线，进行局部线性化，在局部应用匀加速运动模型得到车辆或移动目标的预测速度和预测横摆角速度，将预测速度和预测横摆角速度作为卡尔曼滤波中的虚拟测量值，得到车辆或移动目标的预测航迹；将经局部线性化得到的车辆或移动目标的预测速度和预测横摆角速度作为卡尔曼滤波中的虚拟测量值，输入卡尔曼滤波基本方程，包括：将测量噪声和系统过程噪声设置为零均值的高斯白噪声，随机线性离散系统的状态方程和量测方程为：xk＝Φk|k-1xk-1+Γk|k-1wk-1zk＝Hkxk+vk式中：xk是系统的n维系统状态向量；zk是系统的m维量测向量；Φk|k-1是系统n×n维一步状态转移矩阵；Γk|k-1是n×p维噪声输入矩阵；Hk是m×n维量测矩阵；wk-1是p维系统过程噪声；vk是m维量测噪声；状态估计：滤波增益矩阵：一步预测误差：Pk|k-1＝Φk|k-1PkΦTk|k-1+Γk|k-1Qk-1ΓTk|k-1估计误差方差阵：Pk＝(I-KkHk)Pk|k-1(I-KkHk)T+KkRkKkT＝(I-KkHk)Pk|k-1根据上述随机线性离散系统的卡尔曼滤波基本方程，给定初值和P0，根据k时刻的量测值zk，能递推计算出k时刻的状态估计将预测速度和预测横摆角速度作为卡尔曼滤波中的虚拟测量值输入，得到车辆或移动目标的预测航迹。8.如权利要求1所述的交叉路口防撞预警装置，其特征在于，根据各车辆或者移动目标的预测航迹判断本车辆与其他车辆或者移动目标是否存在航迹交叉区域，如果存在航迹交叉区域，则依据本车辆与该车辆或者移动目标的位置信息和移动轨迹，分别计算：本车辆从当前位置进入航迹交叉区域的时间t1、本车辆从当前位置离开航迹交叉区域的时间t2、目标车辆或者移动对象从当前位置进入航迹交叉区域的时间t3、目标车辆或者移动目标当前位置离开航迹交叉区域的时间t4；对于本车辆先通过航迹交叉区域的情况，航迹交叉区域占用时间差PET计算为(t3-t2)，PET为正值；针对目标车辆或者移动对象先通过航迹交叉区域的情况，航迹交叉区域占用时间差PET计算为(t4-t1)，PET为负值；碰撞时间TTC计算为本车辆从当前位置进入航迹交叉区域的时间t1；根据碰撞时间TTC以及航迹交叉区域占用时间差PET的绝对值的数值，进行碰撞预警计算。9.如权利要求8所述的交叉路口防撞预警装置，其特征在于，整车控制器依据碰撞预警计算的结果向本车辆发出控制指令，包括发出预警信号、控制车辆减速或者控制车辆制动。10.如权利要求1所述的交叉路口防撞预警装置，其特征在于，所述导航定位设备基于实时动态载波相位差分技术RTK，导航定位设备包括全球导航卫星系统接收器和惯性测量单元，导航定位设备进行实时厘米级定位。11.如权利要求1所述的交叉路口防撞预警装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈桢，朱国章，毕欣，白杰，张晗，
申请(专利权)人：上汽大众汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31