一种基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助方法及装置

1.一种基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)设置一基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助装置，其包括交通信号灯，交通信号控制器、交通信号采集模块和路侧无线通信模块，在每一辆车上设置有车辆状态信息采集模块、车载无线通信模块和车辆自动控制模块；
2)交通信号采集模块实时采集交通信号灯的相位配时信息，同时路侧无线通信模块利用短程无线通信，将交通信号相位配时信息广播给进入交叉口等待红灯的车辆队列；
3)驾驶员按动车辆自动控制模块按钮，车辆信息状态采集模块采集自身车辆信息，同时车载无线通信模块利用短程无线通信，将自身车辆的位置、速度、加速度信息广播给等待红灯的车辆队列中的其它车辆，并接收交通信号灯的相位配时信息和其它车辆的位置、速度、加速度信息；
4)当交通信号灯由红变绿时，等候红灯的车辆队列中的所有车辆的车载无线通信模块接收交通信号相位配时信息，并将其发送给车辆自动控制模块，车辆自动控制模块随即同步启动车辆；
5)等候红灯的车辆队列中的所有车辆的车辆自动控制模块利用车辆信息状态采集模块获取的自车的速度、加速度和到前车的距离信息，以及通过车载无线通信模块获取的车辆队列中的前车的速度、加速度信息，并进行油门和制动的自动控制，实现车速控制，保持安全车间距离，形成巡航队列，快速通过交叉口；
6)当车辆通过交叉口后，驾驶员按动自动控制模块按钮，结束自动控制，恢复正常的驾驶员控制。
2.如权利要求1所述的一种基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助方法，其特征在于：所述自动控制模块按钮为一个按钮，按一下启动车辆自动控制程序，再按一下，结束车辆自动控制，恢复驾驶员控制。
3.实现如权利要求1或2所述方法的一种基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助装置，其特征在于：它包括设置在交叉口的交通信号灯，设置在交叉口任一路侧的一交通信号控制器、交通信号采集模块和路侧无线通信模块，设置在每一辆车上的车辆状态信息采集模块、车载无线通信模块和车辆自动控制模块；所述交通信号灯与所述交通信号控制器连接，所述交通信号控制器与所述交通信号采集模块连接，所述路侧无线通信模块与所述交通信号采集模块相连接；
所述车辆状态信息采集模块包括车载GPS模块、车辆速度传感器、车辆加速度传感器和车载雷达；所述车载无线通信模块与车辆状态信息采集模块和车辆自动控制模块连接，所述车辆自动控制模块集成了油门控制模块和制动控制模块，所述油门控制模块连接原车电子油门系统，组成油门控制系统；所述制动控制模块连接电子真空助力器和原车制动系统，组成制动控制系统。
4.如权利要求3所述的一种基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助装置，其特征在于：所述路侧无线通信模块和车载无线通信模块，采用DENSO公司的无线安全单元(Wireless  Safety  Unit,WSU)，利用专用短程通信协议(Dedicated  Short-RangeCommunication,DSRC)进行通信。
5.如权利要求3或4所述的一种基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助装置，其特征在于：所述车载自动控制模块采用飞思卡尔的8位单片机MC9S08DZ16作为微处理器。

一种基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助方法及装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种智能交通系统的通行方法及装置，特别是关于一种基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助方法及装置。\n背景技术\n[0002] 随着汽车保有量增长和道路车流量日益攀升，道路堵塞、交通事故频发等问题日益严重。根据我国交通管理部门统计，我国每年发生的交通事故中，有20％左右是发生在交叉口地段，同时，交叉口地段也是交通拥堵的主要路段。如何通过技术手段提高交叉口处的车辆通行效率，保障行车安全，成为国内外学者研究的重点。\n[0003] 近年来，基于车路协同(VIC,Vehicle Infrastructure Cooperation)的先进驾驶辅助系统ADAS(Advanced Driving Assistance Systems)的出现，为解决上述问题提供了新的技术途径。作为车路协同式先进驾驶辅助系统的重要分支，这种先进的车辆驾驶辅助系统能够有效减少，甚至杜绝违反交叉口交通信号指示的现象，从而减少甚至避免由此种原因引发的交通事故，进而提高交通流畅性。该系统的原理是车载系统通过无线通讯系统获取交叉口交通控制信号信息，再结合车辆的精确位置、车速和驾驶员操作情况进行计算，并向驾驶员提供当前状态下的最优操作建议，在闯红灯、不按规定让行、可能碰撞等危险情况有可能发生时，发出报警信息，必要时对车辆制动进行自动控制。另外，系统可以通过车、路之间的通讯，预知前方交通信号灯的变化时间，向驾驶员推荐最优的行驶车速，在保证安全的前提下，减少在交叉口的停车，从而提高驾驶的流畅性。\n[0004] 上述技术虽然对预防交叉口交通事故、提高通行能力具有一定的积极作用，但交叉口处仍存在很多问题尚未解决。比如在红灯情况下，交叉口处常常会形成队列，当交通信号灯从红灯变为绿灯时，队列中的车辆将顺序起步并陆续通过交叉口，但由于不同驾驶员的驾驶技能不同、行为特性不同，对前面车辆运动状态的反应不同，往往存在一种情况，即前面车辆已经驶出一段距离，后面车辆才开始起步，甚至有些驾驶员注意力不集中，使得前方车辆已经通过交叉口，自车仍未启动，这些情况将会严重影响交叉口处的车辆通行效率。\n对此，自动驾驶技术、无线通讯技术的发展为解决该问题提供了技术手段。\n发明内容\n[0005] 针对上述问题，本发明的目的是向交叉口等候红灯的车辆队列提供一种同时起步并快速通过路口的基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助方法及装置。\n[0006] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助方法，其包括以下步骤：1)设置一基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助装置，其包括交通信号灯，交通信号控制器、交通信号采集模块和路侧无线通信模块，在每一辆车上设置有车辆状态信息采集模块、车载无线通信模块和车辆自动控制模块；2)交通信号采集模块实时采集交通信号灯的相位配时信息，同时路侧无线通信模块利用短程无线通信，将交通信号相位配时信息广播给进入交叉口等待红灯的车辆队列；3)驾驶员按动车辆自动控制模块按钮，车辆状态信息采集模块采集自身车辆信息，同时车载无线通信模块利用短程无线通信，将自身车辆的位置、速度、加速度信息广播给等待红灯的车辆队列中的其它车辆，并接收交通信号灯的相位配时信息和其它车辆的位置、速度、加速度信息；4)当交通信号灯由红变绿时，等候红灯的车辆队列中的所有车辆的车载无线通信模块接收交通信号相位配时信息，并将其发送给车辆自动控制模块，车辆自动控制模块随即同步启动车辆；\n5)等候红灯的车辆队列中的所有车辆的车辆自动控制模块利用车辆状态信息采集模块获取的自车的速度、加速度和到前车的距离信息，以及通过车载无线通信模块获取的车辆队列中的前车的速度、加速度信息，并进行油门和制动的自动控制，实现车速控制，保持安全车间距离，形成巡航队列，快速通过交叉口；6)当车辆通过交叉口后，驾驶员按动自动控制模块按钮，结束自动控制，恢复正常的驾驶员控制。\n[0007] 所述自动控制模块按钮为一个按钮，按一下启动车辆自动控制程序，再按一下，结束车辆自动控制，恢复驾驶员控制。\n[0008] 实现本发明方法的一种基于车路通讯的交叉口车辆快速通行辅助装置，其特征在于：它包括设置在交叉口的交通信号灯，设置在交叉口任一路侧的一交通信号控制器、交通信号采集模块和路侧无线通信模块，设置在每一辆车上的车辆状态信息采集模块、车载无线通信模块和车辆自动控制模块；所述交通信号灯与所述交通信号控制器连接，所述交通信号控制器与所述交通信号采集模块连接，所述路侧无线通信模块与所述交通信号采集模块相连接；所述车辆状态信息采集模块包括车载GPS模块、车辆速度传感器、车辆加速度传感器和车载雷达；所述车载无线通信模块与车辆状态信息采集模块和车辆自动控制模块连接，所述车辆自动控制模块集成了油门控制模块和制动控制模块，所述油门控制模块连接原车电子油门系统，组成油门控制系统；所述制动控制模块连接电子真空助力器和原车制动系统，组成制动控制系统。\n[0009] 所述路侧无线通信模块和车载无线通信模块，采用DENSO公司的无线安全单元(Wireless Safety Unit,WSU)，利用专用短程通信协议(Dedicated Short-Range Communication,DSRC)进行通信。\n[0010] 车载自动控制模块，采用飞思卡尔的8位单片机MC9S08DZ16作为微处理器。\n[0011] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于车辆进入交叉口等待红灯时，驾驶员可以启动车辆自动控制系统，使自身在整个等待红灯的过程中处于休息状态，而不必始终集中精力监控红灯的变化情况，因此本发明有效地缓解了驾驶员在等待红灯过程中的紧张、焦躁、疲劳的状态和情绪。2、本发明基于短程无线通讯技术，在红灯变为绿灯时，等候红灯的车辆队列中的所有车辆能够在各自的车辆自动控制系统的控制下，同时启动并顺序通过交叉口，从而克服了现有技术中由于一些驾驶员精力不够集中或技术能力有限，引起的车辆起步速度慢，各车之间距离不一影响通过速度等问题。3、本发明由于基于车路通信技术，车辆能够准确地获悉交通信号相位配时信息和前车速度、加速度及距离信息，因此在通过交叉口时能够形成预期的巡航队列顺序通过，明显地缩短了车辆之间的距离，节省了道路空间，提高了交叉口处的通行效率。本发明可以广泛用于各种交叉口的智能交通管理过程中。\n附图说明\n[0012] 图1是本发明应用场景示意图\n[0013] 图2是本发明系统构成示意图\n[0014] 图3是本发明车辆控制方式切换示意图\n[0015] 图4是本发明通行辅助方法流程示意图\n具体实施方式\n[0016] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。\n[0017] 如图1所示，本发明装置包括设置在交叉口的交通信号灯1，设置在交叉口任一路侧的一交通信号控制器2、交通信号采集模块3和路侧无线通信模块4，设置在每一辆车上的车辆状态信息采集模块5、车载无线通信模块6和车辆自动控制模块7。\n[0018] 如图1、图2所示，本发明的交通信号灯1与交通信号控制器2连接，为交叉口的各交通信号灯1进行相位配时。交通信号控制器2与交通信号采集模块3连接，交通信号采集模块\n3通过交通信号控制器2获取交通信号灯1的当前相位和该相位剩余时长。路侧无线通信模块4与交通信号采集模块3连接，将采集到的交通信号相位配时信息以无线短程通信的方式，发送给等候红灯的车辆队列中的各个车辆，以实现车路通信。\n[0019] 如图2、图3所示，本发明的车辆状态信息采集模块5包括用于获取自身车辆的位置、速度、加速度及到前车距离等信息的车载GPS模块、车辆速度传感器、车辆加速度传感器和车载雷达。车载无线通信模块6与车辆状态信息采集模块5和车辆自动控制模块7连接，将车辆状态信息采集模块5采集到的车辆的位置、速度、加速度信息发送给等候红灯的车辆队列中的其它车辆，实现车车通信；同时车载无线通信模块6还接收其它车辆的位置、速度、加速度信息，及路侧无线通信模块4发送的交通信号相位配时信息，并将其发送给车辆自动控制模块7。车辆自动控制模块7由集成控制器组成，其同时集成了油门控制模块71和制动控制模块72，油门控制模块71连接原车电子油门系统，组成油门控制系统；制动控制模块72连接电子真空助力器和原车制动系统，组成制动控制系统。驾驶员可以自由切换车辆控制方式。当切换为驾驶员控制模式时，驾驶员正常驾驶,车辆正常启动。当切换至车辆自动控制模式时，车辆自动控制模块7将结合自车的位置、速度、加速度、到前车距离等信息，及其它车辆(主要是前车)的位置、速度、加速度信息，及交通信号相位配时信息，通过油门控制模块71和制动控制模块72，实现对油门和制动的控制，进而实现对自车车速的控制，并与前车保持安全的车间距离。\n[0020] 上述路侧无线通信模块4和车载无线通信模块6，可以采用DENSO公司的无线安全单元(Wireless Safety Unit,WSU)，利用专用短程通信协议(Dedicated Short-Range Communication,DSRC)进行通信。车载自动控制模块7，可以采用飞思卡尔的8位单片机MC9S08DZ16作为微处理器，完成通讯、信号采集、逻辑计算和控制量输出任务。\n[0021] 如图4所示，本发明方法包括以下步骤：\n[0022] 1)交通信号采集模块实时采集交通信号灯的相位配时信息，同时路侧无线通信模块利用短程无线通信，将交通信号相位配时信息广播给进入交叉口等待红灯的车辆队列；\n[0023] 2)驾驶员按动车辆自动控制模块按钮，车辆状态信息采集模块采集自身车辆信息，同时车载无线通信模块利用短程无线通信，将自身车辆的位置、速度、加速度信息广播给等待红灯的车辆队列中的其它车辆，并接收交通信号灯的相位配时信息和其它车辆的位置、速度、加速度信息；\n[0024] 3)当交通信号灯由红变绿时，等候红灯的车辆队列中的所有车辆的车载无线通信模块接收交通信号相位配时信息，并将其发送给车辆自动控制模块，车辆自动控制模块随即同步启动车辆；\n[0025] 4)等候红灯的车辆队列中的所有车辆的车辆自动控制模块利用车辆状态信息采集模块获取的自车的速度、加速度和到前车的距离信息，以及通过车载无线通信模块获取的车辆队列中的前车的速度、加速度信息，并进行油门和制动的自动控制，实现车速控制，保持安全车间距离，形成巡航队列，快速通过交叉口；\n[0026] 5)当车辆通过交叉口后，驾驶员按动自动控制模块按钮，结束自动控制，恢复正常的驾驶员控制。\n[0027] 本发明方法的有益效果主要体现在缩小车辆起步时间、通行时间和队列中各车辆之间的间隔距离，具体分析如下：\n[0028] 假设车辆长度d0，停车时两车车头距离l0，队列中车辆数目为n。将车辆起步过程等效为先从速度为0以加速度a0加速至v0，后匀速的过程。第一辆车从看到信号灯变绿到启动的时间延迟为Δt1，后车看到前车启动再启动的时间延迟为Δt2。则从信号灯变绿，到最后一辆车通过停止线，需要时间为：\n[0029]\n[0030] 队列长度l为：\n[0031] l＝(n-1)(l0+v0Δt2)+d0\n[0032] 正常情况下，取Δt1＝1s,Δt2＝2s,l0＝6m,d0＝4m,a0＝1m/s2,v0＝10m/s。则可得：\n[0033] td＝2.6n+3.8(s)\n[0034] l＝26n-22(m)\n[0035] 当采用本发明后，可以明显降低延迟时间使之接近于0，即Δt1′＝0s,Δt2′＝0s，则此时：\n[0036] td′＝0.6n+4.8(s)\n[0037] l′＝6n-2(m)\n[0038] 相应节约时间为：\n[0039] Δtd＝td-td′＝2n-1(s)\n[0040] 节约队列空间为：\n[0041] Δl＝l-l′＝20n-20(m)\n[0042] 当车辆数目n较大时，节约时间和节约空间将非常可观。\n[0043] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件构成和操作步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。