一种基于V2V的弯道车头时距与车头间距计算方法与流程

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种弯道车头时距与车头间距的计算方法。

背景技术：

随着汽车技术的发展，许多传统的交通流元素有了新的采集与计算方法。跟车模型中的车头间距与车头时距的变化规律一直是车辆跟驰研究中的重要内容之一。

现有的测量方法包括超声波测距、雷达测距与激光测距等，由于光线的直线传播，以及传统计算间距的方法只能测得两点间的直线距离，所以无法准确测量道路曲线段的车头间距。

另外，弯道处的车辆行驶轨迹相对规律不明显，行驶状态变化比较多，而且考虑到弯道本身的设计因素(例如：转弯半径的不断变化，弯道线性的不规律性等)，利用积分等方式计算车头间距以及车头时距也会不够准确。

随着通信技术的发展，V2V的通信能力日趋完善，通过车车通信改进传统的弯道处的车头间距与车头时距的计算方法有了新的可能。

技术实现要素：

发明目的：提供一种基于V2V的弯道车头时距与车头间距计算方法，以至少解决现有技术存在的部分问题，提高弯道处的车头间距与车头时距的测量计算精度与可靠性，为跟车模型提供更加准确的参考数据。

技术方案：一种基于V2V的弯道车头时距与车头间距计算方法，包括以下步骤：

S1.在装有V2V通信设备(本发明使用WIFI)的车辆的车载控制系统中加入一个车辆行驶信息存储模块，一个车头时距计算模块以及一个车头间距计算模块，所述车辆行驶信息存储模块包括滤波单元与信息存储单元。

S2.利用车载GPS设备采集车辆位置信息，并将表征车辆位置信息的车辆坐标数据提供给滤波单元进行滤波处理，利用V2V设备发送滤波后的车辆坐标数据；

S3.在车头时距计算模块中，调用存储在信息存储单元内的自车位置信息与他车位置信息，计算离自车实时坐标距离最近的他车历史坐标点(将自车实时坐标依次与他车存储的历史坐标进行距离计算，取最小距离点)。

S4.在车头时距计算模块中，计算得到的离每个自车实时坐标的最短距离为d_i,记距离阈值为D，判定d_i<D是否成立。若成立，可认为在自车实时坐标处，他车历史坐标与之重合(即他车在一定时间之前也曾通过这同一位置)。若不成立，即认为在自车实时坐标处，他车历史坐标未与之重合(即他车历史上未经过该位置)。

S5.在车头时距计算模块中，若S4中不等式判定成立，则计算自车实时坐标的时间与对应的他车历史坐标的时间之差，依据定义该时间之差即可认定为自车实时坐标处的车头时距。接下来进入S6进行实时的车头间距的计算。若S4中不等式判定不成立，即直接返回S3继续计算下一个离自车实时坐标对应的最短距离。

S6.在车头间距计算模块中，若S4中不等式判定成立，则调用存储在信息存储单元内的他车位置信息，计算与自车实时坐标重合的他车历史坐标到他车实时坐标，即可得到自车实时坐标处的车头间距。计算方法是，将存储的他车历史坐标到他车实时坐标之间的值，两两求距离，将距离累加，即可得到实时的车头间距。此时返回S3进行下一个自车实时坐标最短距的计算。

附图说明

图1是本发明结构组成图

图2是本发明实例实验场所图

图3是本发明实例中得到的车辆实际轨迹图

图4是本发明实例中计算得到的实时车头时距图

图5是本发明实例中计算得到的实时车头间距图

具体实施方案

下面结合附图和实施方案对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明由信息采集部分，信息传输部分，信息处理部分与算法设计部分组成。

本发明的信息采集部分包括GPS(Global Positioning System,全球定位系统)设备。GPS设备负责采集表征车辆位置信息的坐标数据。

本发明的信息传输部分包括WIFI设备。WIFI设备负责实现车车通信，互相发送带有时间的车辆坐标信息。

本发明的信息处理处理部分包括滤波单元与信息存储单元。滤波单元将车载GPS测得的车辆坐标信息进行滤波处理。这里的滤波处理采用卡尔曼滤波方法。信息存储单元存储滤波处理后的带有时间的自车坐标信息以及周围其他车辆发送过来的带有时间的坐标信息。总时间设为5S，WIFI通信设备每50ms发送接受一次，自车及周围每辆车的存储队长均为100，即可以得到实时至5s前的坐标信息。

本发明的算法设计部分由车头时距计算模块与车头间距计算模块组成。

在车头时距模块中，第一步，调用信息存储单元中的自车实时坐标信息以及存储的他车历史实时坐标信息，分别计算自车实时坐标信息与他车历史实时坐标信息的所有距离，选取其中距离最小的为最小距离点，最小距离记为d_i。考虑到GPS采集的精度，一般我们可认为前后不超过2m距离的两点为同一位置，因此取距离阈值为D＝2m。

在车头时距模块中，第二步，进行di<D的判定。若不等式判定成功，可认为他车在一定时间前经过了自车现在所处的位置，因此根据定义这个一定时间即可认为是二者的车头时距，此时进行第三步。若不等式判定失败，可认为他车在5S内并没有经过自车现在的位置，也即二者的位置不存在重合关系，不考虑车头时距，此时返回第二步进行下一个自车实时坐标的计算。

在车头时距模块中，第三步，由于已判定他车经过了自车现在所在的位置，因此只需要找到di所对应的他车历史位置信息的时刻，与现在的时刻相减，即可得到自车与他车的实时的车头时距。此时进行第四步车头间距的计算。

在车头间距模块中，第四步，由于根据第三步已经得到了d_i所对应的他车历史位置信息的时刻，因此只需调用信息存储单元中存储的他车历史位置信息，从对应时刻到实时时刻，进行每相邻50ms的两坐标点之间的距离计算，叠加所有距离，即为此时自车与他车的车头间距。由于在弯道处车辆行驶状态得不断变化，以及弯道本身的设计因素的影响，一般没有办法直接利用现有的积分公式进行距离的计算。然而我们可以使用积分的思想，即以直代曲，将这一段不规则圆弧划分为多个小段的直线，叠加后可近似求得此时的车头间距。此时返回第一步进行自车下一个实时坐标的最短距的计算。

通过不断重复上述步骤，我们可以得到对应与自车实时状态的每一个车头时距值与车头间距值，这既为跟车模型的距离设置提供了准确的数据参考，也为研究车头时距与车头间距的变化规律提供了连续的数据支持。

结合图例描述本发明的具体实施案例。如图2，选取北京航空航天大学体育馆前的停车场进行实验，红色虚线即为车辆行驶路线。实验车辆为安装了GPS定位系统，WIFI通信系统等上述设备的两辆长安轿车，实验时间为2016年5月20日。

按照上述步骤，第一步寻找离自车实时坐标最近的他车历史坐标点，即求最小距离即可得对应的他车历史坐标点；

第二步，进行判定，满足d_i<D即可认为二者位置重合，作图3得两辆车实际的部分轨迹曲线，在一定误差范围内可认为二者的轨迹是重合的。从图3可看出，两辆车依次先后通过了一个弯道。

第三步，找到最小距离对应的他车历史坐标信息的时刻信息，与实时时刻信息作差，即可得实时车头时距，如图4，得到了36个自车实时位置的实时车头时距。本实例实时的车头时距在10s至13s之间。

第四步，调用存储的他车历史位置信息，从对应时刻到实时时刻，进行每相邻50ms的两坐标点之间的距离计算，再进行叠加，即可得实时的车头间距。如图5，得到了36个自车实时位置的实时车头间距。本实例实时车头间距在10m至13m之间。

本发明通过车车通信技术传递存储车辆的运动状态信息，根据最短距确定与自车实时位置重合的他车历史位置信息，计算得到车头时距和车头间距，有效解决了弯道处车头间距难以测量的问题，既简单又有效，优于现有的技术方法。

以上详细描述了本发明的实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，具体的细节是可以改变替换的，例如本发明的信息传输方式、滤波方式、他车历史位置的确定方法等，都属于本发明的保护范围之内。