一種基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助方法及裝置，本發(fā)明方法包括以下步驟：1)設(shè)置交叉口車輛快速通行輔助裝置；2)交通信號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)采集交通信號(hào)燈的相位配時(shí)信息，并廣播給進(jìn)入交叉口等待紅燈的車輛隊(duì)列；3)駕駛員按動(dòng)車輛自動(dòng)控制模塊按鈕，車輛進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)；4)當(dāng)交通信號(hào)燈由紅變綠時(shí)，所有等候紅燈的車輛隊(duì)列的車輛自動(dòng)控制模塊同步啟動(dòng)車輛；5)所有車輛在車輛自動(dòng)控制模塊的控制下，保持安全車間距離，形成巡航隊(duì)列，快速通過交叉口；6)當(dāng)車輛通過交叉口后，駕駛員按動(dòng)自動(dòng)控制模塊按鈕，結(jié)束自動(dòng)控制，恢復(fù)正常的駕駛員控制。本發(fā)明可以廣泛用于各種交叉口的智能交通管理過程中。
【專利說明】一種基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種智能交通系統(tǒng)的通行方法及裝置，特別是關(guān)于一種基于車路通訊 的交叉口車輛快速通行輔助方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車保有量增長(zhǎng)和道路車流量日益攀升，道路堵塞、交通事故頻發(fā)等問題日 益嚴(yán)重。根據(jù)我國交通管理部門統(tǒng)計(jì)，我國每年發(fā)生的交通事故中，有20 %左右是發(fā)生在交 叉口地段，同時(shí)，交叉口地段也是交通擁堵的主要路段。如何通過技術(shù)手段提高交叉口處的 車輛通行效率，保障行車安全，成為國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。
[0003] 近年來，基于車路協(xié)同（VIC, Vehicle Infrastructure Cooperation)的先進(jìn)駕駛 輔助系統(tǒng)ADAS (Advanced Driving Assistance Systems)的出現(xiàn)，為解決上述問題提供了 新的技術(shù)途徑。作為車路協(xié)同式先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)的重要分支，這種先進(jìn)的車輛駕駛輔助 系統(tǒng)能夠有效減少，甚至杜絕違反交叉口交通信號(hào)指示的現(xiàn)象，從而減少甚至避免由此種 原因引發(fā)的交通事故，進(jìn)而提高交通流暢性。該系統(tǒng)的原理是車載系統(tǒng)通過無線通訊系統(tǒng) 獲取交叉口交通控制信號(hào)信息，再結(jié)合車輛的精確位置、車速和駕駛員操作情況進(jìn)行計(jì)算， 并向駕駛員提供當(dāng)前狀態(tài)下的最優(yōu)操作建議，在闖紅燈、不按規(guī)定讓行、可能碰撞等危險(xiǎn)情 況有可能發(fā)生時(shí)，發(fā)出報(bào)警信息，必要時(shí)對(duì)車輛制動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)控制。另外，系統(tǒng)可以通過車、 路之間的通訊，預(yù)知前方交通信號(hào)燈的變化時(shí)間，向駕駛員推薦最優(yōu)的行駛車速，在保證安 全的前提下，減少在交叉口的停車，從而提高駕駛的流暢性。
[0004] 上述技術(shù)雖然對(duì)預(yù)防交叉口交通事故、提高通行能力具有一定的積極作用，但交 叉口處仍存在很多問題尚未解決。比如在紅燈情況下，交叉口處常常會(huì)形成隊(duì)列，當(dāng)交通信 號(hào)燈從紅燈變?yōu)榫G燈時(shí)，隊(duì)列中的車輛將順序起步并陸續(xù)通過交叉口，但由于不同駕駛員 的駕駛技能不同、行為特性不同，對(duì)前面車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反應(yīng)不同，往往存在一種情況，即 前面車輛已經(jīng)駛出一段距離，后面車輛才開始起步，甚至有些駕駛員注意力不集中，使得前 方車輛已經(jīng)通過交叉口，自車仍未啟動(dòng)，這些情況將會(huì)嚴(yán)重影響交叉口處的車輛通行效率。 對(duì)此，自動(dòng)駕駛技術(shù)、無線通訊技術(shù)的發(fā)展為解決該問題提供了技術(shù)手段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是向交叉口等候紅燈的車輛隊(duì)列提供一種同時(shí)起步 并快速通過路口的基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助方法及裝置。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種基于車路通訊的交叉口車輛快 速通行輔助方法，其包括以下步驟：1)設(shè)置一基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助裝 置，其包括交通信號(hào)燈，交通信號(hào)控制器、交通信號(hào)采集模塊和路側(cè)無線通信模塊，在每一 輛車上設(shè)置有車輛狀態(tài)信息采集模塊、車載無線通信模塊和車輛自動(dòng)控制模塊；2)交通信 號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)采集交通信號(hào)燈的相位配時(shí)信息，同時(shí)路側(cè)無線通信模塊利用短程無線通 信，將交通信號(hào)相位配時(shí)信息廣播給進(jìn)入交叉口等待紅燈的車輛隊(duì)列；3)駕駛員按動(dòng)車輛 自動(dòng)控制模塊按鈕，車輛狀態(tài)信息采集模塊采集自身車輛信息，同時(shí)車載無線通信模塊利 用短程無線通信，將自身車輛的位置、速度、加速度信息廣播給等待紅燈的車輛隊(duì)列中的其 它車輛，并接收交通信號(hào)燈的相位配時(shí)信息和其它車輛的位置、速度、加速度信息；4)當(dāng)交 通信號(hào)燈由紅變綠時(shí)，等候紅燈的車輛隊(duì)列中的所有車輛的車載無線通信模塊接收交通信 號(hào)相位配時(shí)信息，并將其發(fā)送給車輛自動(dòng)控制模塊，車輛自動(dòng)控制模塊隨即同步啟動(dòng)車輛； 5)等候紅燈的車輛隊(duì)列中的所有車輛的車輛自動(dòng)控制模塊利用車輛狀態(tài)信息采集模塊獲 取的自車的速度、加速度和到前車的距離信息，以及通過車載無線通信模塊獲取的車輛隊(duì) 列中的前車的速度、加速度信息，并進(jìn)行油門和制動(dòng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)車速控制，保持安全 車間距離，形成巡航隊(duì)列，快速通過交叉口；6)當(dāng)車輛通過交叉口后，駕駛員按動(dòng)自動(dòng)控制 模塊按鈕，結(jié)束自動(dòng)控制，恢復(fù)正常的駕駛員控制。
[0007] 所述自動(dòng)控制模塊按鈕為一個(gè)按鈕，按一下啟動(dòng)車輛自動(dòng)控制程序，再按一下，結(jié) 束車輛自動(dòng)控制，恢復(fù)駕駛員控制。
[0008] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的一種基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助裝置，其特征在 于：它包括設(shè)置在交叉口的交通信號(hào)燈，設(shè)置在交叉口任一路側(cè)的一交通信號(hào)控制器、交通 信號(hào)采集模塊和路側(cè)無線通信模塊，設(shè)置在每一輛車上的車輛狀態(tài)信息采集模塊、車載無 線通信模塊和車輛自動(dòng)控制模塊；所述交通信號(hào)燈與所述交通信號(hào)控制器連接，所述交通 信號(hào)控制器與所述交通信號(hào)采集模塊連接，所述路側(cè)無線通信模塊與所述交通信號(hào)采集模 塊相連接；所述車輛狀態(tài)信息采集模塊包括車載GPS模塊、車輛速度傳感器、車輛加速度傳 感器和車載雷達(dá)；所述車載無線通信模塊與車輛狀態(tài)信息采集模塊和車輛自動(dòng)控制模塊連 接，所述車輛自動(dòng)控制模塊集成了油門控制模塊和制動(dòng)控制模塊，所述油門控制模塊連接 原車電子油門系統(tǒng)，組成油門控制系統(tǒng)；所述制動(dòng)控制模塊連接電子真空助力器和原車制 動(dòng)系統(tǒng)，組成制動(dòng)控制系統(tǒng)。
[0009] 所述路側(cè)無線通信模塊和車載無線通信模塊，采用DENSO公司的無線安全單 兀（Wireless Safety Unit, WSU)，利用專用短程通信協(xié)議（Dedicated Short-Range Communication, DSRC)進(jìn)行通信。
[0010] 車載自動(dòng)控制模塊，采用飛思卡爾的8位單片機(jī)MC9S08DZ16作為微處理器。
[0011] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明由于車輛進(jìn)入交叉口 等待紅燈時(shí)，駕駛員可以啟動(dòng)車輛自動(dòng)控制系統(tǒng)，使自身在整個(gè)等待紅燈的過程中處于休 息狀態(tài)，而不必始終集中精力監(jiān)控紅燈的變化情況，因此本發(fā)明有效地緩解了駕駛員在等 待紅燈過程中的緊張、焦躁、疲勞的狀態(tài)和情緒。2、本發(fā)明基于短程無線通訊技術(shù)，在紅燈 變?yōu)榫G燈時(shí)，等候紅燈的車輛隊(duì)列中的所有車輛能夠在各自的車輛自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制 下，同時(shí)啟動(dòng)并順序通過交叉口，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中由于一些駕駛員精力不夠集中或 技術(shù)能力有限，引起的車輛起步速度慢，各車之間距離不一影響通過速度等問題。3、本發(fā)明 由于基于車路通信技術(shù)，車輛能夠準(zhǔn)確地獲悉交通信號(hào)相位配時(shí)信息和前車速度、加速度 及距離信息，因此在通過交叉口時(shí)能夠形成預(yù)期的巡航隊(duì)列順序通過，明顯地縮短了車輛 之間的距離，節(jié)省了道路空間，提高了交叉口處的通行效率。本發(fā)明可以廣泛用于各種交叉 口的智能交通管理過程中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明應(yīng)用場(chǎng)景示意圖
[0013] 圖2是本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
[0014] 圖3是本發(fā)明車輛控制方式切換示意圖
[0015] 圖4是本發(fā)明通行輔助方法流程示意圖

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0017] 如圖1所示，本發(fā)明裝置包括設(shè)置在交叉口的交通信號(hào)燈1，設(shè)置在交叉口任一路 側(cè)的一交通信號(hào)控制器2、交通信號(hào)采集模塊3和路側(cè)無線通信模塊4,設(shè)置在每一輛車上 的車輛狀態(tài)信息采集模塊5、車載無線通信模塊6和車輛自動(dòng)控制模塊7。
[0018] 如圖1、圖2所示，本發(fā)明的交通信號(hào)燈1與交通信號(hào)控制器2連接，為交叉口的各 交通信號(hào)燈1進(jìn)行相位配時(shí)。交通信號(hào)控制器2與交通信號(hào)采集模塊3連接，交通信號(hào)采 集模塊3通過交通信號(hào)控制器2獲取交通信號(hào)燈1的當(dāng)前相位和該相位剩余時(shí)長(zhǎng)。路側(cè)無 線通信模塊4與交通信號(hào)采集模塊3連接，將采集到的交通信號(hào)相位配時(shí)信息以無線短程 通信的方式，發(fā)送給等候紅燈的車輛隊(duì)列中的各個(gè)車輛，以實(shí)現(xiàn)車路通信。
[0019] 如圖2、圖3所示，本發(fā)明的車輛狀態(tài)信息采集模塊5包括用于獲取自身車輛的位 置、速度、加速度及到前車距離等信息的車載GPS模塊、車輛速度傳感器、車輛加速度傳感 器和車載雷達(dá)。車載無線通信模塊6與車輛狀態(tài)信息采集模塊5和車輛自動(dòng)控制模塊7連 接，將車輛狀態(tài)信息采集模塊5采集到的車輛的位置、速度、加速度信息發(fā)送給等候紅燈的 車輛隊(duì)列中的其它車輛，實(shí)現(xiàn)車車通信；同時(shí)車載無線通信模塊6還接收其它車輛的位置、 速度、加速度信息，及路側(cè)無線通信模塊4發(fā)送的交通信號(hào)相位配時(shí)信息，并將其發(fā)送給車 輛自動(dòng)控制模塊7。車輛自動(dòng)控制模塊7由集成控制器組成，其同時(shí)集成了油門控制模塊71 和制動(dòng)控制模塊72,油門控制模塊71連接原車電子油門系統(tǒng)，組成油門控制系統(tǒng)；制動(dòng)控 制模塊72連接電子真空助力器和原車制動(dòng)系統(tǒng)，組成制動(dòng)控制系統(tǒng)。駕駛員可以自由切換 車輛控制方式。當(dāng)切換為駕駛員控制模式時(shí)，駕駛員正常駕駛，車輛正常啟動(dòng)。當(dāng)切換至 車輛自動(dòng)控制模式時(shí)，車輛自動(dòng)控制模塊7將結(jié)合自車的位置、速度、加速度、到前車距離 等信息，及其它車輛（主要是前車）的位置、速度、加速度信息，及交通信號(hào)相位配時(shí)信息， 通過油門控制模塊71和制動(dòng)控制模塊72,實(shí)現(xiàn)對(duì)油門和制動(dòng)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)自車車速 的控制，并與前車保持安全的車間距離。
[0020] 上述路側(cè)無線通信模塊4和車載無線通信模塊6,可以采用DENSO公司的無線安 全單兀（Wireless Safety Unit, WSU)，利用專用短程通信協(xié)議（Dedicated Short-Range Communication, DSRC)進(jìn)行通信。車載自動(dòng)控制模塊7,可以采用飛思卡爾的8位單片機(jī) MC9S08DZ16作為微處理器，完成通訊、信號(hào)采集、邏輯計(jì)算和控制量輸出任務(wù)。
[0021] 如圖4所示，本發(fā)明方法包括以下步驟：
[0022] 1)交通信號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)采集交通信號(hào)燈的相位配時(shí)信息，同時(shí)路側(cè)無線通信模 塊利用短程無線通信，將交通信號(hào)相位配時(shí)信息廣播給進(jìn)入交叉口等待紅燈的車輛隊(duì)列；
[0023] 2)駕駛員按動(dòng)車輛自動(dòng)控制模塊按鈕，車輛狀態(tài)信息采集模塊采集自身車輛信 息，同時(shí)車載無線通信模塊利用短程無線通信，將自身車輛的位置、速度、加速度信息廣播 給等待紅燈的車輛隊(duì)列中的其它車輛，并接收交通信號(hào)燈的相位配時(shí)信息和其它車輛的位 置、速度、加速度信息；
[0024] 3)當(dāng)交通信號(hào)燈由紅變綠時(shí)，等候紅燈的車輛隊(duì)列中的所有車輛的車載無線通信 模塊接收交通信號(hào)相位配時(shí)信息，并將其發(fā)送給車輛自動(dòng)控制模塊，車輛自動(dòng)控制模塊隨 即同步啟動(dòng)車輛；
[0025] 4)等候紅燈的車輛隊(duì)列中的所有車輛的車輛自動(dòng)控制模塊利用車輛狀態(tài)信息采 集模塊獲取的自車的速度、加速度和到前車的距離信息，以及通過車載無線通信模塊獲取 的車輛隊(duì)列中的前車的速度、加速度信息，并進(jìn)行油門和制動(dòng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)車速控制， 保持安全車間距離，形成巡航隊(duì)列，快速通過交叉口；
[0026] 5)當(dāng)車輛通過交叉口后，駕駛員按動(dòng)自動(dòng)控制模塊按鈕，結(jié)束自動(dòng)控制，恢復(fù)正常 的駕駛員控制。
[0027] 本發(fā)明方法的有益效果主要體現(xiàn)在縮小車輛起步時(shí)間、通行時(shí)間和隊(duì)列中各車輛 之間的間隔距離，具體分析如下：
[0028] 假設(shè)車輛長(zhǎng)度屯，停車時(shí)兩車車頭距離L，隊(duì)列中車輛數(shù)目為η。將車輛起步過程 等效為先從速度為〇以加速度％加速至 V(l，后勻速的過程。第一輛車從看到信號(hào)燈變綠到 啟動(dòng)的時(shí)間延遲為Δ、，后車看到前車啟動(dòng)再啟動(dòng)的時(shí)間延遲為At 2。則從信號(hào)燈變綠，到 最后一輛車通過停止線，需要時(shí)間為：
[0029]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助方法，其包括以下步驟： 1) 設(shè)置一基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助裝置，其包括交通信號(hào)燈，交通信 號(hào)控制器、交通信號(hào)采集模塊和路側(cè)無線通信模塊，在每一輛車上設(shè)置有車輛狀態(tài)信息采 集模塊、車載無線通信模塊和車輛自動(dòng)控制模塊； 2) 交通信號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)采集交通信號(hào)燈的相位配時(shí)信息，同時(shí)路側(cè)無線通信模塊利 用短程無線通信，將交通信號(hào)相位配時(shí)信息廣播給進(jìn)入交叉口等待紅燈的車輛隊(duì)列； 3) 駕駛員按動(dòng)車輛自動(dòng)控制模塊按鈕，車輛信息狀態(tài)采集模塊采集自身車輛信息，同 時(shí)車載無線通信模塊利用短程無線通信，將自身車輛的位置、速度、加速度信息廣播給等待 紅燈的車輛隊(duì)列中的其它車輛，并接收交通信號(hào)燈的相位配時(shí)信息和其它車輛的位置、速 度、加速度彳目息； 4) 當(dāng)交通信號(hào)燈由紅變綠時(shí)，等候紅燈的車輛隊(duì)列中的所有車輛的車載無線通信模塊 接收交通信號(hào)相位配時(shí)信息，并將其發(fā)送給車輛自動(dòng)控制模塊，車輛自動(dòng)控制模塊隨即同 步啟動(dòng)車輛； 5) 等候紅燈的車輛隊(duì)列中的所有車輛的車輛自動(dòng)控制模塊利用車輛信息狀態(tài)采集模 塊獲取的自車的速度、加速度和到前車的距離信息，以及通過車載無線通信模塊獲取的車 輛隊(duì)列中的前車的速度、加速度信息，并進(jìn)行油門和制動(dòng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)車速控制，保持 安全車間距離，形成巡航隊(duì)列，快速通過交叉口； 6) 當(dāng)車輛通過交叉口后，駕駛員按動(dòng)自動(dòng)控制模塊按鈕，結(jié)束自動(dòng)控制，恢復(fù)正常的駕 駛員控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助方法，其特征在 于：所述自動(dòng)控制模塊按鈕為一個(gè)按鈕，按一下啟動(dòng)車輛自動(dòng)控制程序，再按一下，結(jié)束車 輛自動(dòng)控制，恢復(fù)駕駛員控制。
3. 實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1或2所述方法的一種基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助裝 置，其特征在于：它包括設(shè)置在交叉口的交通信號(hào)燈，設(shè)置在交叉口任一路側(cè)的一交通信號(hào) 控制器、交通信號(hào)采集模塊和路側(cè)無線通信模塊，設(shè)置在每一輛車上的車輛狀態(tài)信息采集 模塊、車載無線通信模塊和車輛自動(dòng)控制模塊；所述交通信號(hào)燈與所述交通信號(hào)控制器連 接，所述交通信號(hào)控制器與所述交通信號(hào)采集模塊連接，所述路側(cè)無線通信模塊與所述交 通信號(hào)采集模塊相連接。 所述車輛狀態(tài)信息采集模塊包括車載GPS模塊、車輛速度傳感器、車輛加速度傳感器 和車載雷達(dá)；所述車載無線通信模塊與車輛狀態(tài)信息采集模塊和車輛自動(dòng)控制模塊連接， 所述車輛自動(dòng)控制模塊集成了油門控制模塊和制動(dòng)控制模塊，所述油門控制模塊連接原車 電子油門系統(tǒng)，組成油門控制系統(tǒng)；所述制動(dòng)控制模塊連接電子真空助力器和原車制動(dòng)系 統(tǒng)，組成制動(dòng)控制系統(tǒng)。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助裝置，其特 征在于：所述路側(cè)無線通信模塊和車載無線通信模塊，采用DENSO公司的無線安全單 兀（Wireless Safety Unit，WSU)，利用專用短程通信協(xié)議（Dedicated Short-Range Communication, DSRC)進(jìn)行通信。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的一種基于車路通訊的交叉口車輛快速通行輔助裝置，其特 征在于：所述車載自動(dòng)控制模塊采用飛思卡爾的8位單片機(jī)MC9S08DZ16作為微處理器。
【文檔編號(hào)】G08G1/0965GK104123851SQ201410381827
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】王建強(qiáng), 李克強(qiáng), 邊有鋼, 王云鵬, 黃彬 申請(qǐng)人:清華大學(xué)