基于車路協(xié)同的交叉口車輛右轉(zhuǎn)引導(dǎo)系統(tǒng)及其引導(dǎo)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能交通系統(tǒng)中的車路協(xié)同與安全控制技術(shù)，涉及一種基于車路協(xié)同 的交叉口車輛右轉(zhuǎn)引導(dǎo)系統(tǒng)及其引導(dǎo)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在城市大多數(shù)信號(hào)交叉口中沒(méi)有設(shè)置專門(mén)的右轉(zhuǎn)相位，右轉(zhuǎn)車輛與相鄰直行車 輛、過(guò)街行人、非機(jī)動(dòng)車的干擾沖突現(xiàn)象十分常見(jiàn)，這嚴(yán)重影響了整個(gè)交叉口的交通安全 和通行效率。以往有研宄提出設(shè)置專門(mén)右轉(zhuǎn)相位來(lái)解決車輛右轉(zhuǎn)帶來(lái)的安全隱患，但對(duì) 于交通流量比較小的交叉口來(lái)說(shuō)勢(shì)必造成資源浪費(fèi)。隨著電子信息和無(wú)線通信技術(shù)的 迅速發(fā)展與應(yīng)用，以車車、車路通信為基礎(chǔ)的"車路協(xié)同"系統(tǒng)Cooperative Vehicles Infrastructure System，以下簡(jiǎn)稱CVIS)已成為解決交通問(wèn)題的有效手段，車路協(xié)同環(huán)境 下，車車、車路進(jìn)行信息交互，大大提高行車安全系數(shù)，能有效避免各種碰撞事故，這使得道 路交叉口交通沖突的消除已成為可能，這也將徹底改變傳統(tǒng)的交通管理與控制方式。
[0003] 通過(guò)檢索現(xiàn)有專利可知已有的專利主要是針對(duì)交叉口危險(xiǎn)區(qū)域車輛右轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)車 輛、行人、非機(jī)動(dòng)車等進(jìn)行預(yù)警提示，而不能從根本上解決車輛右轉(zhuǎn)的問(wèn)題。如中國(guó)專利 申請(qǐng)第201410461619. 2號(hào)公開(kāi)了一種貨車右轉(zhuǎn)彎時(shí)預(yù)警系統(tǒng)，其通過(guò)車載和路基設(shè)置， 采用zigbee網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸指令，從而實(shí)現(xiàn)警示駕駛員與行人；中國(guó)專利申請(qǐng)第 201320171998. 8號(hào)公開(kāi)了一種基于車路協(xié)同的貨車右轉(zhuǎn)彎危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)警系統(tǒng)，其能夠在行 人、非機(jī)動(dòng)車橫穿道路時(shí)，向駛?cè)氲缆返能囕v進(jìn)行報(bào)警，從而避免事故發(fā)生。
[0004] 目前公開(kāi)的道路交叉口輔助車輛行駛安全的裝置均為預(yù)警裝置，裝置功能單一， 不能從根本上避免交通事故的發(fā)生，難以實(shí)現(xiàn)真正意義上的行車安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)防性強(qiáng)，無(wú)需改變交叉信號(hào)配 時(shí)方案，可提高行車安全的基于車路協(xié)同的交叉口車輛右轉(zhuǎn)引導(dǎo)系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的基于車路協(xié)同的交叉口車輛右轉(zhuǎn)引導(dǎo)系統(tǒng)，包括路側(cè)設(shè)備和監(jiān)控中心及 至少一個(gè)車載設(shè)備；所述車載設(shè)備與路側(cè)設(shè)備之間、車載設(shè)備與車載設(shè)備、以及路側(cè)設(shè)備與 監(jiān)控中心之間均通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞；
[0007] 所述每個(gè)車載設(shè)備包括車載主控模塊和分別與所述車載主控模塊信號(hào)連接的車 輛基本信息儲(chǔ)存模塊、GPS定位模塊、行駛意圖采集模塊、車速采集模塊、車速控制模塊和提 示模塊；所述車輛基本信息儲(chǔ)存模塊預(yù)先存儲(chǔ)本車的靜態(tài)信息；GPS定位模塊采集車輛運(yùn) 行位置信息；行駛意圖采集模塊實(shí)時(shí)獲取車輛的行駛方向；車速采集模塊實(shí)時(shí)采集車輛速 度；車速控制模塊控制車輛速度；所述提示模塊提示駕駛員車輛右轉(zhuǎn)所需的安全車速，提 示模塊包含車速信息顯示屏和語(yǔ)音播放模塊；
[0008] 所述路側(cè)設(shè)備包括路側(cè)主控模塊、交叉口基本信息儲(chǔ)存模塊、信號(hào)狀態(tài)采集模塊 及非機(jī)動(dòng)車與行人信息采集模塊；交叉口基本信息儲(chǔ)存模塊預(yù)先存儲(chǔ)路況基本信息；所述 信號(hào)狀態(tài)采集模塊獲得信號(hào)燈狀態(tài)和倒計(jì)時(shí)時(shí)間；非機(jī)動(dòng)車與行人信息采集模塊采集非機(jī) 動(dòng)車、行人位置和速度信息；所述路側(cè)主控模塊對(duì)信號(hào)燈狀態(tài)和倒計(jì)時(shí)時(shí)間及非機(jī)動(dòng)車、行 人位置和速度信息進(jìn)行分析以形成交叉口交通狀態(tài)信息；
[0009] 當(dāng)車輛進(jìn)入路側(cè)設(shè)備的交叉口通信范圍時(shí)，車載設(shè)備與路側(cè)設(shè)備之間、車載設(shè)備 與車載設(shè)備之間進(jìn)行信息交互，所述車載主控模塊根據(jù)通過(guò)車輛基本信息儲(chǔ)存模塊、GPS定 位模塊、行駛意圖采集模塊和車速采集模塊采集到的本車的靜態(tài)信息、車輛運(yùn)行位置信息、 車輛的行駛方向和車輛速度及本車所處的交叉口交通狀態(tài)信息進(jìn)行分析判斷，若判斷未來(lái) 時(shí)間內(nèi)會(huì)發(fā)生機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車沖突或機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車沖突，則車載主控模塊分析得出右 轉(zhuǎn)所需的安全車速至提示模塊和車速控制模塊，通過(guò)提示模塊提示駕駛員右轉(zhuǎn)所需的安全 車速，同時(shí)車載主控模塊會(huì)監(jiān)控車輛是否按所給安全車速行駛，若監(jiān)測(cè)到車輛未按安全車 速行駛則車速控制模塊自動(dòng)控制車輛的速度。
[0010] 進(jìn)一步的，所述車載主控模塊通過(guò)如下計(jì)算方法分析得出右轉(zhuǎn)所需的安全車速， 包括如下幾種情況：
[0011] (1)當(dāng)右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)口方向?yàn)榫G燈時(shí)，且人行道上無(wú)行人通過(guò)時(shí)，右轉(zhuǎn)車輛右轉(zhuǎn)所需 的安全車速Vlffi計(jì)算方法如下：
[0013] 其中，tK1表示右轉(zhuǎn)車輛到達(dá)停車線的時(shí)間，Lk表示右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)入交叉口區(qū)域通信 范圍時(shí)距離停車線的位置，t KZ表示右轉(zhuǎn)車輛從開(kāi)始右轉(zhuǎn)到駛離交叉口人行道的時(shí)間，tes表 示右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)口方向綠燈剩余時(shí)間，S k表示右轉(zhuǎn)車輛的右轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)彎半徑，路側(cè)設(shè)備會(huì)發(fā) 送此信息給右轉(zhuǎn)車輛車載設(shè)備，a(t)表示右轉(zhuǎn)車輛為達(dá)到安全車速需要的加速度；
[0014] (2)當(dāng)右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)口方向?yàn)榫G燈且人行道上有非機(jī)動(dòng)車和行人時(shí)，車輛右轉(zhuǎn)所需 的安全車諫v_,i+覚方法如下：
[0016] 其中，tK1表示右轉(zhuǎn)車輛到達(dá)停車線的時(shí)間，Vk(O)表示右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)入交叉口區(qū)域通 信范圍時(shí)的初始速度，a(t)表示右轉(zhuǎn)車輛為達(dá)到安全車速需要的加速度，L k表示右轉(zhuǎn)車輛 進(jìn)入交叉口區(qū)域通信范圍時(shí)距離停車線的位置，Sk表示右轉(zhuǎn)車輛的右轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)彎半徑，路 側(cè)設(shè)備會(huì)發(fā)送此信息給右轉(zhuǎn)車輛車載設(shè)備，t KZ表示右轉(zhuǎn)車輛從開(kāi)始右轉(zhuǎn)到駛離交叉口人行 道的時(shí)間，tex表示人行道最后一個(gè)行人或非機(jī)動(dòng)車通過(guò)人行道危險(xiǎn)區(qū)域的時(shí)間，計(jì)算方法 如下：若最后一個(gè)行人或非機(jī)動(dòng)車是靠近右轉(zhuǎn)車輛，則
；若最后一個(gè)行人或非機(jī) 動(dòng)車是遠(yuǎn)離右轉(zhuǎn)車輛，則
。其中，3(；){表示人行道最后一個(gè)行人或非機(jī)動(dòng)車 距離人行道終點(diǎn)的距離，^^表示行人或非機(jī)動(dòng)車的速度，Lex表示人行橫道的長(zhǎng)度；
[0017] (3)當(dāng)右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)口方向?yàn)榧t燈時(shí)，車輛右轉(zhuǎn)所需的安全車速Vkky計(jì)算方法如下：
[0019] 其中，Vk(O)表示右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)入交叉口區(qū)域通信范圍時(shí)的初始速度，a(t)表示右 轉(zhuǎn)車輛為達(dá)到安全車速需要的加速度，L k表示右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)入交叉口區(qū)域通信范圍時(shí)距離停 車線的位置，tKX表示相鄰方向人行道最后一個(gè)行人或非機(jī)動(dòng)車通過(guò)人行道危險(xiǎn)區(qū)域的時(shí) 間，計(jì)算方法如下：若最后一個(gè)行人或非機(jī)動(dòng)車是靠近右轉(zhuǎn)車輛，則、
；若最后一個(gè) 行人或非機(jī)動(dòng)車是遠(yuǎn)離右轉(zhuǎn)車輛，則
其中，Skx表示人行道最后一個(gè)行人 或非機(jī)動(dòng)車距離人行道終點(diǎn)的距離，V1?表示行人或非機(jī)動(dòng)車的速度，L κχ表示人行橫道的長(zhǎng) 度；
[0020] (4)當(dāng)消除了機(jī)非沖突、人車沖突后，車輛右轉(zhuǎn)所需的安全車速算方法分為如 下兩種情況：
[0021] 若右轉(zhuǎn)車輛先于直行車輛到達(dá)交叉口，則目標(biāo)方程為：
[0025] 其中，Lkz表示右轉(zhuǎn)車輛和直行車輛合流之后的安全車距，Lk表示右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)入交 叉口區(qū)域通信范圍時(shí)距離停車線的位置，Vm表示右轉(zhuǎn)車輛先于直行車輛駛離交叉口時(shí)所 需的安全車速，tK1表示右轉(zhuǎn)車輛到達(dá)停車線的時(shí)間，t Κ2表示右轉(zhuǎn)車輛從開(kāi)始右轉(zhuǎn)到兩車合 流完成需要的時(shí)間，^表示直行車輛的速度，I κ表示右轉(zhuǎn)車輛的車身長(zhǎng)度，a κ表示右轉(zhuǎn)車輛 的加速度，％表示右轉(zhuǎn)車輛的速度，t ^表示兩車進(jìn)行無(wú)線通信連接的初始時(shí)刻，Vmax表示車 輛行駛所能允許的最大車速，&_和a _表示車輛行駛所能允許的最大加速度和最小加速 度；
[0026] 若右轉(zhuǎn)車輛后于直行車輛到達(dá)交叉口，則有
[0030] 其中，Lkz表示右轉(zhuǎn)車輛和直行車輛合流之后的安全車距，t K1表示右轉(zhuǎn)車輛到達(dá)停 車線的時(shí)間，tK2表示右轉(zhuǎn)車輛從開(kāi)始右轉(zhuǎn)到兩車合流完成需要的時(shí)間，^表示直行車輛的 速度，L k表示右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)入交叉口區(qū)域通信范圍時(shí)距離停車線的位置，1,表示直行車輛的 車身長(zhǎng)度，aK表示右轉(zhuǎn)車輛的加速度，ν κ表示右轉(zhuǎn)車輛的速度，v_表示右轉(zhuǎn)車輛后于直行 車輛駛離交叉口時(shí)所需的安全車速，h表示兩車進(jìn)行無(wú)線通信連接的初始時(shí)刻，V max表示車 輛行駛所能允許的最大車速，&_和a _表示車輛行駛所能允許的最大加速度和最小加速 度。
[0031] 進(jìn)一步的，所述車載設(shè)備還包括與所述車載主控模塊信號(hào)連接的車載無(wú)線通信模 塊，所述路側(cè)設(shè)備還包括與所述路側(cè)主控模塊信號(hào)連接的路側(cè)無(wú)線通信模塊，所述車載無(wú) 線通信模塊、路側(cè)無(wú)線通信模塊分別通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞，所述每個(gè)車載設(shè)備 通過(guò)自車的車載無(wú)線通信模塊將自車位置和運(yùn)動(dòng)信息發(fā)送給其他車輛的車載設(shè)備的車載 無(wú)線通信模塊。
[0032] 進(jìn)一步的，所述車載設(shè)備還包括連接至車輛上的接口單元。
[0033] 進(jìn)一步的，所述提示模塊包括車速信息顯示屏和/或語(yǔ)音播放模塊，其中所述車 速信息顯示屏與車載主控模塊信號(hào)連接以顯示車輛右轉(zhuǎn)所需的安全車速，所述語(yǔ)音播放模 塊與車載主控模塊信號(hào)連接以播放車輛右轉(zhuǎn)所需的安全車速。
[0034] 進(jìn)一步的，所述靜態(tài)信息包括車輛的型號(hào)、尺寸大小、車主信息，所述路況基本信 息包括交叉口幾何形狀、幾何尺寸、道路渠化、信號(hào)配時(shí)方案。
[0035] 進(jìn)一步的，所述車速控制模塊控制驅(qū)動(dòng)車輛的制動(dòng)踏板。
[0036] 進(jìn)一步的，所述非機(jī)動(dòng)車與行人信息采集模塊包括非機(jī)動(dòng)車與行人視頻檢測(cè)器和 非機(jī)動(dòng)車與行人識(shí)別模塊，所述非機(jī)動(dòng)車與行人視頻檢測(cè)器對(duì)非機(jī)動(dòng)車道和人行道進(jìn)行實(shí) 時(shí)監(jiān)控以得到監(jiān)控視頻，并將獲得的監(jiān)控視頻發(fā)送至非機(jī)動(dòng)車與行人識(shí)別模塊，且由所述 非機(jī)動(dòng)車與行人識(shí)別模塊對(duì)監(jiān)控視頻進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，以獲得非機(jī)動(dòng)車、行人位置和速 度信息。
[0037] 本發(fā)明還提供了一種基于車路協(xié)同的交叉口車輛右轉(zhuǎn)引導(dǎo)系統(tǒng)的引導(dǎo)方法，所述 引導(dǎo)系統(tǒng)包括安裝在交叉路口的路側(cè)設(shè)備和搭載在機(jī)動(dòng)車上的車載設(shè)備，所述引導(dǎo)方法包 括如下步驟：
[0038] 步驟一、右轉(zhuǎn)車輛的車載設(shè)備實(shí)時(shí)采集自身車輛的位置和運(yùn)動(dòng)信息，當(dāng)進(jìn)入交叉 口通信區(qū)域時(shí)，即刻接收路側(cè)設(shè)備和其他右轉(zhuǎn)車輛車載設(shè)備發(fā)送的信號(hào)燈狀態(tài)、非機(jī)動(dòng)車、 行人和其他車輛的信息；
[0039] 步驟二、根據(jù)步驟一中右轉(zhuǎn)車輛的車載設(shè)備采集的信號(hào)燈狀態(tài)、非機(jī)動(dòng)車、行人和 其他車輛的信息，該右轉(zhuǎn)車輛的車載設(shè)備判斷右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)口方向信號(hào)燈狀態(tài)和人行道非機(jī) 動(dòng)車、行人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，若為綠燈，則執(zhí)行步驟三，若為紅燈，則執(zhí)行步驟五；
[0040] 步驟三、若為綠燈且人行道上沒(méi)有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)存在，則右轉(zhuǎn)車輛的車載設(shè)備根據(jù)綠 燈剩余時(shí)間計(jì)算出車輛右轉(zhuǎn)所需的安全車速V ffi,在綠燈結(jié)束時(shí)右轉(zhuǎn)車輛按照安全車速vKe 駛離交叉口，否則執(zhí)行步驟四；
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