一種基於V2V的彎道車頭時距與車頭間距計算方法與流程

2024-01-29 12:02:15

本發明涉及汽車技術領域，特別涉及一種彎道車頭時距與車頭間距的計算方法。

背景技術：

隨著汽車技術的發展，許多傳統的交通流元素有了新的採集與計算方法。跟車模型中的車頭間距與車頭時距的變化規律一直是車輛跟馳研究中的重要內容之一。

現有的測量方法包括超聲波測距、雷達測距與雷射測距等，由於光線的直線傳播，以及傳統計算間距的方法只能測得兩點間的直線距離，所以無法準確測量道路曲線段的車頭間距。

另外，彎道處的車輛行駛軌跡相對規律不明顯，行駛狀態變化比較多，而且考慮到彎道本身的設計因素(例如：轉彎半徑的不斷變化，彎道線性的不規律性等)，利用積分等方式計算車頭間距以及車頭時距也會不夠準確。

隨著通信技術的發展，V2V的通信能力日趨完善，通過車車通信改進傳統的彎道處的車頭間距與車頭時距的計算方法有了新的可能。

技術實現要素：

發明目的：提供一種基於V2V的彎道車頭時距與車頭間距計算方法，以至少解決現有技術存在的部分問題，提高彎道處的車頭間距與車頭時距的測量計算精度與可靠性，為跟車模型提供更加準確的參考數據。

技術方案：一種基於V2V的彎道車頭時距與車頭間距計算方法，包括以下步驟：

S1.在裝有V2V通信設備(本發明使用WIFI)的車輛的車載控制系統中加入一個車輛行駛信息存儲模塊，一個車頭時距計算模塊以及一個車頭間距計算模塊，所述車輛行駛信息存儲模塊包括濾波單元與信息存儲單元。

S2.利用車載GPS設備採集車輛位置信息，並將表徵車輛位置信息的車輛坐標數據提供給濾波單元進行濾波處理，利用V2V設備發送濾波後的車輛坐標數據；

S3.在車頭時距計算模塊中，調用存儲在信息存儲單元內的自車位置信息與他車位置信息，計算離自車實時坐標距離最近的他車歷史坐標點(將自車實時坐標依次與他車存儲的歷史坐標進行距離計算，取最小距離點)。

S4.在車頭時距計算模塊中，計算得到的離每個自車實時坐標的最短距離為di,記距離閾值為D，判定di<D是否成立。若成立，可認為在自車實時坐標處，他車歷史坐標與之重合(即他車在一定時間之前也曾通過這同一位置)。若不成立，即認為在自車實時坐標處，他車歷史坐標未與之重合(即他車歷史上未經過該位置)。

S5.在車頭時距計算模塊中，若S4中不等式判定成立，則計算自車實時坐標的時間與對應的他車歷史坐標的時間之差，依據定義該時間之差即可認定為自車實時坐標處的車頭時距。接下來進入S6進行實時的車頭間距的計算。若S4中不等式判定不成立，即直接返回S3繼續計算下一個離自車實時坐標對應的最短距離。

S6.在車頭間距計算模塊中，若S4中不等式判定成立，則調用存儲在信息存儲單元內的他車位置信息，計算與自車實時坐標重合的他車歷史坐標到他車實時坐標，即可得到自車實時坐標處的車頭間距。計算方法是，將存儲的他車歷史坐標到他車實時坐標之間的值，兩兩求距離，將距離累加，即可得到實時的車頭間距。此時返回S3進行下一個自車實時坐標最短距的計算。

附圖說明

圖1是本發明結構組成圖

圖2是本發明實例實驗場所圖

圖3是本發明實例中得到的車輛實際軌跡圖

圖4是本發明實例中計算得到的實時車頭時距圖

圖5是本發明實例中計算得到的實時車頭間距圖

具體實施方案

下面結合附圖和實施方案對本發明進行詳細描述。

如圖1所示，本發明由信息採集部分，信息傳輸部分，信息處理部分與算法設計部分組成。

本發明的信息採集部分包括GPS(Global Positioning System,全球定位系統)設備。GPS設備負責採集表徵車輛位置信息的坐標數據。

本發明的信息傳輸部分包括WIFI設備。WIFI設備負責實現車車通信，互相發送帶有時間的車輛坐標信息。

本發明的信息處理處理部分包括濾波單元與信息存儲單元。濾波單元將車載GPS測得的車輛坐標信息進行濾波處理。這裡的濾波處理採用卡爾曼濾波方法。信息存儲單元存儲濾波處理後的帶有時間的自車坐標信息以及周圍其他車輛發送過來的帶有時間的坐標信息。總時間設為5S，WIFI通信設備每50ms發送接受一次，自車及周圍每輛車的存儲隊長均為100，即可以得到實時至5s前的坐標信息。

本發明的算法設計部分由車頭時距計算模塊與車頭間距計算模塊組成。

在車頭時距模塊中，第一步，調用信息存儲單元中的自車實時坐標信息以及存儲的他車歷史實時坐標信息，分別計算自車實時坐標信息與他車歷史實時坐標信息的所有距離，選取其中距離最小的為最小距離點，最小距離記為di。考慮到GPS採集的精度，一般我們可認為前後不超過2m距離的兩點為同一位置，因此取距離閾值為D＝2m。

在車頭時距模塊中，第二步，進行di<D的判定。若不等式判定成功，可認為他車在一定時間前經過了自車現在所處的位置，因此根據定義這個一定時間即可認為是二者的車頭時距，此時進行第三步。若不等式判定失敗，可認為他車在5S內並沒有經過自車現在的位置，也即二者的位置不存在重合關係，不考慮車頭時距，此時返回第二步進行下一個自車實時坐標的計算。

在車頭時距模塊中，第三步，由於已判定他車經過了自車現在所在的位置，因此只需要找到di所對應的他車歷史位置信息的時刻，與現在的時刻相減，即可得到自車與他車的實時的車頭時距。此時進行第四步車頭間距的計算。

在車頭間距模塊中，第四步，由於根據第三步已經得到了di所對應的他車歷史位置信息的時刻，因此只需調用信息存儲單元中存儲的他車歷史位置信息，從對應時刻到實時時刻，進行每相鄰50ms的兩坐標點之間的距離計算，疊加所有距離，即為此時自車與他車的車頭間距。由於在彎道處車輛行駛狀態得不斷變化，以及彎道本身的設計因素的影響，一般沒有辦法直接利用現有的積分公式進行距離的計算。然而我們可以使用積分的思想，即以直代曲，將這一段不規則圓弧劃分為多個小段的直線，疊加後可近似求得此時的車頭間距。此時返回第一步進行自車下一個實時坐標的最短距的計算。

通過不斷重複上述步驟，我們可以得到對應與自車實時狀態的每一個車頭時距值與車頭間距值，這既為跟車模型的距離設置提供了準確的數據參考，也為研究車頭時距與車頭間距的變化規律提供了連續的數據支持。

結合圖例描述本發明的具體實施案例。如圖2，選取北京航空航天大學體育館前的停車場進行實驗，紅色虛線即為車輛行駛路線。實驗車輛為安裝了GPS定位系統，WIFI通信系統等上述設備的兩輛長安轎車，實驗時間為2016年5月20日。

按照上述步驟，第一步尋找離自車實時坐標最近的他車歷史坐標點，即求最小距離即可得對應的他車歷史坐標點；

第二步，進行判定，滿足di<D即可認為二者位置重合，作圖3得兩輛車實際的部分軌跡曲線，在一定誤差範圍內可認為二者的軌跡是重合的。從圖3可看出，兩輛車依次先後通過了一個彎道。

第三步，找到最小距離對應的他車歷史坐標信息的時刻信息，與實時時刻信息作差，即可得實時車頭時距，如圖4，得到了36個自車實時位置的實時車頭時距。本實例實時的車頭時距在10s至13s之間。

第四步，調用存儲的他車歷史位置信息，從對應時刻到實時時刻，進行每相鄰50ms的兩坐標點之間的距離計算，再進行疊加，即可得實時的車頭間距。如圖5，得到了36個自車實時位置的實時車頭間距。本實例實時車頭間距在10m至13m之間。

本發明通過車車通信技術傳遞存儲車輛的運動狀態信息，根據最短距確定與自車實時位置重合的他車歷史位置信息，計算得到車頭時距和車頭間距，有效解決了彎道處車頭間距難以測量的問題，既簡單又有效，優於現有的技術方法。

以上詳細描述了本發明的實施方式，但是本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，具體的細節是可以改變替換的，例如本發明的信息傳輸方式、濾波方式、他車歷史位置的確定方法等，都屬於本發明的保護範圍之內。