本發(fā)明涉及一種V2V車車相互無線通信的車載終端設(shè)備，尤其涉及一種可實(shí)現(xiàn)汽車主動安全的基于車聯(lián)網(wǎng)的V2V防碰撞車載終端裝置，即，車輛短程無線通信防碰撞車載終端裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會的發(fā)展，汽車保有量持續(xù)增長，汽車已經(jīng)變成人們除“家與辦公室”以外的第三個(gè)重要空間。城市交通的發(fā)展已經(jīng)無法滿足汽車保有量的增長，堵車成為社會性問題。伴隨而來的交通事故亦已成為全球公共的交通安全問題。如何降低汽車相撞概率，降低人員傷亡已成為擺在我國交通安全面前的一道難題。根據(jù)美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)的調(diào)查，汽車相撞的原因多數(shù)情況下在于信息的不透明。如果汽車之間可以“相互溝通”，讓駕駛員彼此都知道對方的情況，就能很大程度上減少碰撞事故——這正是“V2V”通信技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)。

鑒于以上問題需求的驅(qū)動，考慮在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，駕駛員能獲得鄰近車輛的實(shí)時(shí)信息，如車速、行駛方向和位置等，如果能在危險(xiǎn)到來前，提前警示駕駛員，以確保其有足夠的反應(yīng)時(shí)間實(shí)施緊急避險(xiǎn)行為，能避免交通事故的發(fā)生或者將事故造成的損失盡可能降低，同時(shí)，可以自動避開交通擁堵路段并節(jié)省燃油消耗，從而改善道路行駛的安全性、道路通行能力和能耗情況，并將有助于實(shí)現(xiàn)車輛自動駕駛。

目前應(yīng)用的車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品大多以RFID為主，產(chǎn)品的性能和可擴(kuò)展性很有限，只是針對一些傳統(tǒng)功能進(jìn)行了改進(jìn)——利用嵌入式CPU提高產(chǎn)品性能和擴(kuò)展功能，通過CAN總線擴(kuò)展接口分別與擴(kuò)展功能模塊連接，并借助運(yùn)算能力表現(xiàn)良好的操作系統(tǒng)對各種采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，省掉了傳統(tǒng)常規(guī)的數(shù)采系統(tǒng)配套的附加設(shè)備。且其無線通信模塊只能是點(diǎn)對點(diǎn)的連接方式，而且大部分服務(wù)依賴于車輛駕乘人員與服務(wù)中心的坐席人員之間的語音通話，完全缺乏嚴(yán)格意義上的組網(wǎng)的概念，所以現(xiàn)有關(guān)的車聯(lián)網(wǎng)車載終端產(chǎn)品還存在很多的改進(jìn)空間。

為了適應(yīng)復(fù)雜多變的行車環(huán)境，滿足當(dāng)下的車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)展需求，設(shè)計(jì)開發(fā)適應(yīng)V2V高效無線資源管理需求、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)快速變化等特點(diǎn)的車載終端是非常有必要的。它與傳統(tǒng)的移動終端不同的是，V2V車載終端需要滿足車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有的不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)、終端移動模式、通信能量約束以及應(yīng)用實(shí)時(shí)性要求；且相應(yīng)實(shí)事已經(jīng)證明，如果直接采用現(xiàn)有的通信方法設(shè)計(jì)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，那么快速移動的行駛車輛根本不能有效的接入網(wǎng)絡(luò)，更不用說有效的交互通信。

另外，車輛移動定位對于行車安全具有重要的使用價(jià)值。目前車輛定位技術(shù)應(yīng)用廣泛的是基于GPS的室外定位技術(shù)，然而，GPS信號卻很容易受到障礙物的干擾和阻斷，在密集的城市地帶、隧道、室內(nèi)等環(huán)境中，定位誤差比較大，精度難以滿足實(shí)際要求。

為了實(shí)現(xiàn)汽車快速行駛下的高效通信及車輛移動定位需求，必須考慮新的專用于車與車之間通信的網(wǎng)絡(luò)接入方式和通信手段，集成多傳感器信息組合導(dǎo)航，設(shè)計(jì)新一代V2V車載終端。

基于以上原因，本發(fā)明設(shè)計(jì)的V2V車載終端是基于專用短程無線通信(dedicated short range communication，DSRC)的車輛移動自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在一定空間范圍內(nèi)，通過車載通信設(shè)備相互感知對方的運(yùn)動狀態(tài)(定位信息、運(yùn)動方向、速度、加減速)，實(shí)現(xiàn)車與車之間(V2V)信息交換，不僅從宏觀上可以實(shí)現(xiàn)對道路資源的統(tǒng)籌安排，使城市交通合理化，秩序化，而且從微觀上可以用來設(shè)計(jì)為安全問題考慮的車輛碰撞預(yù)警系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種基于ARM處理器、Linux系統(tǒng)開發(fā)的V2V車載終端的實(shí)現(xiàn)方案，是一種可實(shí)現(xiàn)汽車主動安全的基于車聯(lián)網(wǎng)的V2V防碰撞車載終端裝置，即，車輛短程無線通信防碰撞車載終端裝置。

本發(fā)明的車輛短程無線通信防碰撞車載終端裝置包括ARM Cortex-A9微控制器，該ARM Cortex-A9微控制器分別連接有北斗定位模塊、車輛狀態(tài)信息模塊、負(fù)責(zé)車與車之間的無線通信與組網(wǎng)的V2V專用無線通信模塊、CAN總線網(wǎng)絡(luò)模塊、顯示模塊、電源模塊、聲音報(bào)警模塊和存儲模塊。

優(yōu)選所述車輛狀態(tài)信息模塊包括MEMS慣導(dǎo)電路，所述慣導(dǎo)電 路包括壓力傳感器和9軸傳感器，所述9軸傳感器的9軸分為3軸加速度、3軸陀螺和3軸地磁信號。

優(yōu)選所述存儲模塊為2GB DDR RAM和256MBNand Flash。

優(yōu)選所述聲音報(bào)警模塊能夠通過其具有的聲音告警及車燈雙閃告警模塊根據(jù)防碰撞算法提供的報(bào)警級別進(jìn)行相應(yīng)的聲音、車燈告警。

優(yōu)選所述電源模塊通過后裝方式置于車內(nèi)，能夠?yàn)檎麄€(gè)裝置供電。

優(yōu)選所述ARM Cortex-A9中央處理器相應(yīng)配套有操作系統(tǒng)Linux3.10.17。

優(yōu)選還包括擴(kuò)展模塊接口，從而能夠與無人駕駛、智能交通的擴(kuò)展兼容接口。

優(yōu)選通過在多個(gè)車輛安裝本終端裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)憑借小范圍的高速無線通信組網(wǎng)技術(shù)在車輛周圍形成一個(gè)完整的無線通信安全局域網(wǎng)，以便車輛彼此之間相互感知對方的運(yùn)動狀態(tài)。

優(yōu)選所述無線通信安全局域網(wǎng)有效距離在300米以內(nèi)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、可實(shí)現(xiàn)憑借小范圍的高速無線通信組網(wǎng)技術(shù)在車輛周圍形成一個(gè)完整的無線通信安全局域網(wǎng)(有效距離300米內(nèi))，以達(dá)到車車之間的快速信息交換，克服了傳統(tǒng)雷達(dá)預(yù)警直線傳播的缺陷，為實(shí)現(xiàn)車輛安全行駛、V2V的系統(tǒng)運(yùn)作提供關(guān)鍵技術(shù)支撐；2、根據(jù)車輛行駛速度、位置等車身狀態(tài)信息，經(jīng)車輛防碰撞識別算法分析，得出相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)等級，實(shí)現(xiàn)車輛防碰撞的聲、光信號報(bào)警；最終達(dá)到改善交通、提高行車安全的目的。3、該裝置采用車身自供電方式，通過后裝方式置于車內(nèi)，安裝方便；同時(shí)具備與無人駕駛、智能交通的擴(kuò)展兼容接口，具有良好的擴(kuò)展性。

附圖說明

圖1為V2V車載終端系統(tǒng)架構(gòu)。

圖2為V2V無線通信模塊的邏輯結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1為V2V車載終端系統(tǒng)架構(gòu)，圖2為V2V無線通信模塊的邏輯結(jié)構(gòu)框圖，該裝置從硬件系統(tǒng)層面上包括：ARM Cortex-A9中央處 理器以及與其連接的各功能模塊：車輛狀態(tài)信息模塊、V2V(車對車)專用無線通信模塊、北斗GPS定位模塊、CAN總線網(wǎng)絡(luò)模塊、顯示模塊、電源模塊、語音模塊、擴(kuò)展模塊接口、存儲模塊；軟件層面分為兩層：(1)操作系統(tǒng)采用Linux 3.10.17版本；(2)功能軟件模塊包含：WAVE組包/解析、數(shù)據(jù)包加/解密、多線程調(diào)度、發(fā)送及終端顯示數(shù)據(jù)、車輛狀態(tài)信息管理、超距離處理、北斗數(shù)據(jù)解析、NMEA184標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口、實(shí)時(shí)快速認(rèn)證、聲音提示告警和燈光提示告警。

一、V2V(車對車)車載終端硬件系統(tǒng)

V2V車載終端的CPU芯片為ARM處理器內(nèi)核芯片，采用的是ARM Cortex-A9內(nèi)核。

車輛狀態(tài)信息模塊是基于北斗+MEMS慣導(dǎo)電路組合導(dǎo)航系統(tǒng)單元，即北斗定位子模塊、MEMS慣導(dǎo)電路，MEMS慣導(dǎo)電路包括壓力傳感器和9軸傳感器，9軸傳感器的9軸分為3軸加速度、3軸陀螺和3軸地磁信號，用于采集車輛狀態(tài)必要的信息如位置、速度、方向等，并自重組成數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送(發(fā)送的格式為ASC II或二進(jìn)制式)；同時(shí)，解析收到的數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)元素恢復(fù)。

對于北斗定位模塊，通過衛(wèi)星生成車輛載體定位信息，通過UART通信接口與中央處理器Contex-9進(jìn)行連接，向中央處理器發(fā)送數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前的格林尼治時(shí)間、所處的經(jīng)緯度、海拔、行駛速度、搜索到的衛(wèi)星顆數(shù)等。中央處理器將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，當(dāng)數(shù)據(jù)有效時(shí)，提取出經(jīng)緯度和速度數(shù)據(jù)并存儲。

高精度GPS定位模塊采用北斗與MEMS慣導(dǎo)電路的組合導(dǎo)航定位模式。GPS-MEMS組合導(dǎo)航系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)從功能上可以分為MCU模塊、通信模塊以及由GPS、壓力傳感器和9軸傳感器組成的導(dǎo)航信息采集模塊三部分。其中MCU模塊完成導(dǎo)航信息的處理和通信控制，通信模塊完成將MCU處理后的車輛位置和姿態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示終端或者其他后端設(shè)備，導(dǎo)航信息采集模塊完成車輛載體的定位定姿檢測。9軸傳感器采用3軸加速度、3軸陀螺和3軸地磁信號的集成MEMS慣導(dǎo)電路傳感器來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，并通過SPI接口與中央處理器相連。

CAN總線網(wǎng)絡(luò)模塊：負(fù)責(zé)收集車上的CAN網(wǎng)絡(luò)信息，并實(shí)時(shí)存儲，將數(shù)據(jù)存儲在SD卡上，方便對汽車進(jìn)行故障分析。

關(guān)于V2V專用無線通信模塊，采用IEEE8.2.11p標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)責(zé)車與車之間的無線通信與組網(wǎng)，采用基于IEEE8.2.11p無線通信協(xié)議的 SAF5100和TEF5100芯片組實(shí)現(xiàn)將車輛的位置姿態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)信息發(fā)送給周圍車輛。

采用5.8G車聯(lián)網(wǎng)V2V專用短程無線通信模塊：負(fù)責(zé)車與車之間的無線通信與組網(wǎng)、一方面負(fù)責(zé)獲取道路和其他車輛的相關(guān)信息，為車車聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建通道；另一方面負(fù)責(zé)與外界通訊網(wǎng)絡(luò)的接收與發(fā)送。車輛狀態(tài)信息模塊：采集車輛狀態(tài)必要的信息如位置、速度、方向、短程歷史軌跡，車型，長度，并自重組成數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送；同時(shí)，解析收到的數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)元素恢復(fù)。

液晶顯示器采用3.5/7寸TFT真彩色屏幕，可以顯示汽車相關(guān)信息并播放視頻。另外，在模塊中集成4線電阻式觸摸屏接口，可以直接連接四線電阻觸摸屏，保證輸入的正確。顯示控制模塊采用觸摸屏，可顯示實(shí)時(shí)時(shí)間，并提供顯示經(jīng)緯度、自動報(bào)警等相關(guān)信息。

聲光報(bào)警模塊能夠通過其具有的聲音告警及車燈雙閃告警功能根據(jù)防碰撞算法提供的報(bào)警級別進(jìn)行相應(yīng)的聲音、車燈告警。

擴(kuò)展模塊接口為預(yù)留的RS232串口或以太網(wǎng)通信接口，以便于后期的擴(kuò)展應(yīng)用。

二、V2V車載終端功能軟件

碰撞預(yù)警模塊：根據(jù)本身車輛狀態(tài)模塊提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合V2V無線通信方式獲得的周邊車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算，動態(tài)分析碰撞發(fā)生的可能性及所對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)級別。

實(shí)時(shí)快速認(rèn)證模塊：為適應(yīng)行駛環(huán)境要求，需要快速安全認(rèn)證，本發(fā)明使用PKI數(shù)字證書的方式進(jìn)行認(rèn)證，證書由權(quán)威證書中心簽發(fā)，認(rèn)證算法具有一定防破解的要求。

北斗數(shù)據(jù)解析和NMEA184標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口：標(biāo)準(zhǔn)的北斗模塊輸出采用的是串口通信的方式輸出，設(shè)計(jì)串口通信程序接收數(shù)據(jù)，設(shè)置相應(yīng)的北斗數(shù)據(jù)采樣頻率，10hz/秒。北斗數(shù)據(jù)格式輸出采用兩種方式，一種是基于NMEA184標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議數(shù)據(jù)格式，另外一種采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式，兩種方式都需要相應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)文處理支持。

數(shù)據(jù)加密/解密：將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包用指定算法加密/解密，算法強(qiáng)度要達(dá)到一定的要求，密鑰協(xié)商符合一次一密。

多線程調(diào)度：對數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，北斗數(shù)據(jù)獲取，顯示告警等過程處理采用多線程控制方式。通過充分利用處理器的多線程功能和操作系統(tǒng)的多線程處理優(yōu)勢，以避免阻塞過程。

車輛狀態(tài)信息管理：按MAC地址為標(biāo)識發(fā)送車輛狀態(tài)信息，按 特定標(biāo)識保存收到信號的車輛信息，當(dāng)車輛信息更新時(shí)記錄到原標(biāo)識為索引的的數(shù)據(jù)集中。

超距離處理：原有記錄車輛離開信號有效區(qū)時(shí)，進(jìn)行超距離處理。通過記錄時(shí)間，當(dāng)累加時(shí)間超過一定范圍時(shí)，認(rèn)定該車輛離開信號有效區(qū)。

聲音提示告警和燈光提示告警：實(shí)時(shí)分析計(jì)算車輛距離、速度、方向等信息，通過車輛防碰撞預(yù)警算法綜合處理，得出車輛碰撞的可能性，然后，根據(jù)碰撞的可能性的級別發(fā)出聲音告警或燈光閃爍告警。

其基本工作流程為，首先，基于北斗的組合慣導(dǎo)系統(tǒng)對車輛的位置姿態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行測量與解算；然后通過基于IEEE8.2.11p協(xié)議的車輛專用短程無線通信技術(shù)將車輛的位置姿態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)信息發(fā)送給周圍車輛，同時(shí)通過該協(xié)議接收其它車輛的位置姿態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)信息。車輛在接收到其它車輛的位置姿態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)信息后，通過根據(jù)本車與其它車輛的位置姿態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)信息，判斷出車輛之間可能發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)等級，然后該V2V車載終端根據(jù)車輛之間可能發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)等級為本車駕駛員提供聲音報(bào)警，同時(shí)利用車燈雙閃為周邊車輛駕駛員提供警示。該V2V車載終端還為車輛提供地圖導(dǎo)航、定位和圖標(biāo)報(bào)警功能。