一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统的生成方法

摘要

本发明涉及一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统，包括数据存储单元，其信号输入端分别与车车通信单元、车速获取单元、车载GPS相连，其信号输出端与信息处理单元的输入端相连，信息处理单元的输出端与用于生成轨迹信息的轨迹生成单元的输入端相连，轨迹生成单元的输出端与用于显示超车轨迹的轨迹显示单元的输入端相连，轨迹生成单元与数据存储单元之间双向通讯。本发明还公开了一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统的生成方法。本发明利用车车通信单元能够不断获取邻车最新的航向角、经纬度坐标和车速信息，系统实时性好；超车时能避免多辆高速运行车辆同时采取超车动作发生车祸，不受车辆运行的各种环境条件影响，确保车辆高速运行安全。

主权项

一种基于车车通信的动态超车轨迹生成系统的轨迹生成方法，该方法包括下列顺序的步骤：(1)车距在其车车通信单元的最大可覆盖范围内的车辆之间建立信息交互，实时交互各自的行驶状态信息，该行驶状态信息包括车速、经纬度坐标、航向角；(2)具有超车意图的车辆通过车车通信单元将其超车意图发送至邻车，并接收邻车的行驶状态信息进行处理；(3)具有超车意图车辆的信号处理单元根据处理后的信息判断是否满足超车条件，若满足，则由轨迹生成单元生成驾驶员可识别的超车轨迹并在轨迹显示单元上显示；否则，具有超车意图的车辆继续向邻车发送超车意图信息；当两相邻车之间的车距在车车通信单元的最大可覆盖范围以内时，具有超车意图的车辆通过其车车通信单元将超车意图发送给邻车，邻车通过其车车通信单元来接收并跟踪该超车意图；假设R_max表示车车通信单元的最大可覆盖范围，A代表超车意图车辆，B_i(i＝0，1，......n)代表与A的车距小于R_max的其他车辆，其中B₀代表A意图超越的车辆，B₀的个数为一个或多个，D_ABi表示A与B_i间的实际车距，通过下式计算:$D_{{\mathrm{AB}}_i}=2\times \arcsin (\sqrt{{\sin }^2\left(\frac{radLatA-{\mathrm{radLatB}}_i}{2}\right)+cos\left(radLatA\right)\times cos\left({\mathrm{radLatB}}_i\right)\times {\sin }^2\left(\frac{radLatA-{\mathrm{radLatB}}_i}{2}\right))}\times R$其中，radLatA和radLatB_i分别表示A与B_i的纬度，radLonA和radLonB_i分别表示A与B_i经度，R表示地球半径常量；当时，A与B_i间相互发送经纬度坐标(radLon,radLat)、航向角θ、车速V，并在轨迹显示单元上显示接收到的对方车辆的经纬度坐标(radLon,radLat)、航向角θ、车速V，建立了车车通信联系；当时，A与B_i间的距离超过了车车通信的最大可覆盖范围R_max，车车通信联系失去；A通过车车通信单元将超车意图P₀发送给B_i；同时，B_i通过车车通信单元获取并跟踪该超车意图P₀，超车意图P₀的内容包括具有超车意图车辆的车长L、经纬度坐标(radLon,radLat)、航向角θ和车速V；B_i接收到A发送的超车意图P₀后，经过其信息处理单元分析，B_i将自车的车长L、经纬度坐标(radLon,radLat)、航向角θ、车速V和超车意图P_i，P_i为B_i的超车意图，以各个车的车牌号为单位打包并通过车车通信单元发送给A；A通过车车通信单元接收B_i发送过来的以车牌号为单位的打包信息，并将这些信息发送给A的信息处理单元进行提取与处理，A的信息处理单元计算B₀与A的相对车速V_x和安全车距S_safe，V_x和安全车距S_safe的计算公式如下：$V_x=|V_A-V_{B_0}|$$S_{safe}=L_A+V_x\left[\frac{2V_x+L_{B_0}+L_A}{2V_{B_0}-V_x}-\sqrt{\frac{4V_{B_0}\left(2V_x+L_{B_0}+L_A\right)}{D_{{\mathrm{AB}}_0}\left(2V_{B_0}-V_x\right)}}\right]$其中，V_x为A与B₀的相对车速,V_A为A的车速，为B₀的车速，L_A为A的车长，为B₀的车长，为A与B₀间的车距，其中，的表达式如下：$D_{{\mathrm{AB}}_0}=2\times \arcsin (\sqrt{{\sin }^2\left(\frac{radLatA-{\mathrm{radLatB}}_0}{2}\right)+cos\left(radLatA\right)\times cos\left({\mathrm{radLatB}}_0\right)\times {\sin }^2\left(\frac{radLatA-{\mathrm{radLatB}}_0}{2}\right))}\times R;$A的信息处理单元判断是否成立，若满足超车条件则A的车车通信单元向B_i发送“确定执行超车”的信息，以禁止B_i超车或突然改变行驶状态；同时A的数据存储单元以固定的时间间隔t₁保存A一开始发送超车意图P₀以及行驶到当前位置的所有纬度坐标(radLon,radLat)、航向角θ、车速V；A的轨迹生成单元提取数据存储单元中存储的纬度坐标(radLon,radLat)、航向角θ、车速V并以另一固定的时间间隔t₂通过经纬度坐标到笛卡尔坐标的变换生成轨迹关键点d_i(i＝0,1,...,n)，d_i为四维向量，所述四维向量由平面坐标x、y、航向角θ和一维时间坐标t组成，规划出的超车轨迹也由包含平面坐标x、y、航向角θ和一维时间坐标t的四维坐标描述；利用车辆稳态动力学特性并结合车辆在道路上行驶时的约束条件来生成超车轨迹，当B_i的行驶状态发生突变时，车车通信单元能够及时捕捉到这一变化，并以此来对已生成的超车轨迹进行动态调整；若则A继续向B_i发送超车意图，直到满足超车条件时，再由轨迹生成单元生成超车轨迹；若在超车过程中B_i的行驶状态突然发生改变，B_i的车车通信单元将这个状态改变发送给A，使A根据该状态变化调整已生成的超车轨迹；所述动态超车轨迹生成系统包括用于存储车辆行驶状态信息的数据存储单元，其信号输入端分别与用于与邻车进行通讯的车车通信单元、用于采集车速信息的车速获取单元、用于采集航向角和经纬度坐标信息的车载GPS相连，其信号输出端与信息处理单元的输入端相连，信息处理单元的输出端与用于生成轨迹信息的轨迹生成单元的输入端相连，轨迹生成单元的输出端与用于显示超车轨迹的轨迹显示单元的输入端相连，轨迹生成单元与数据存储单元之间双向通讯；所述车速获取单元安装在车辆的四个车轮上，车速获取单元为车速传感器；所述车车通信单元由无线收/发模块和电源模块组成，车车通信单元固定在车辆顶端；所述数据存储单元采用SD卡；所述信息处理单元采用TMS320DM64单片机，信息处理单元、轨迹生成单元和数据存储单元共同安装在同一个密闭机壳内，并固定于车辆内部；所述轨迹显示单元采用车载触摸屏；所述电源模块采用汽车蓄电池或可充电电池；无线收/发模块采用Zigbee模块、3G模块、4G模块、802.11p模块中的任意一种。