一种基于V2X和RSU的左转辅助预警方法与流程

一种基于v2x和rsu的左转辅助预警方法
技术领域
1.本发明属于汽车智能技术领域，特别是涉及一种基于v2x和rsu的左转辅助预警方法。


背景技术：

2.在科技高速发展的时代，车辆保有量在逐年增加，但同时存在的问题是每年的交通事故也不在少数，交通安全是科技高速发展时代的必修课。v2x技术的本质就是通过路侧、行人、车辆间的相互协作、协调实现整个道路的智能化，减少甚至避免交通事故的发生。特别地，针对交叉路口车辆左转，v2x技术基于rsu站得高、看得远的特点，实时监测交叉路口车辆行驶信息并向在rsu通信范围内所有车辆发送相关信息，有效避免了由于交叉路口无红绿灯相位，本车（hv）左转不能及时发现与对向驶来的远车（rv）存在碰撞危险而造成的交通事故。
3.如中国专利cn114067569b提供了一种v2x车联网环境下车辆左转辅助预警方法，本车所在待左转路口区域包括进口道和路口冲突区域，包括以下步骤：获取本车处于路口的位置信息；当本车处于进口道区域时，根据本车和对向头车的实时行车轨迹数据，确定本车的左转行车策略；当本车处于冲突区域时，根据本车和对向车流的实时行车轨迹数据，确定本车的左转行车策略。还如中国专利cn114419926a提供一种基于车路协同的交叉口左转辅助预警方法，包括步骤s1，开启左转向灯，开启左转辅助使能，获取map信息；步骤s2，获取路口车辆列表，筛选具有碰撞风险的车辆；步骤s3，计算本车与来向车辆分别到达碰撞点的时间差，时间差小于预设值则给主车发出左转辅助安全提醒。利用车路协同技术，实时获取车辆信息和地图信息，为车辆预警提醒提供丰富数据基础。
4.如上，现有的左转辅助预警通过gps定位和激光雷达融合的方法，实现在交叉路口内左转辅助预警，但该方法误报率较大，又或者是基于车路协同的左转辅助预警，通过计算本车到停止线、远车到停止线的时间阈值判断场景的触发，但该方法又存在着无法准确预测碰撞点、无法满足碰撞安全时间精度要求，一方面造成场景触发不及时，另一方面也同样存在误报。
5.结合现有技术存在的缺陷，本发明提出一种基于v2x和rsu的左转辅助预警的方法，提升左转辅助预警场景中碰撞点的准确性，从而提升左转辅助预警的应用能力。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种基于v2x和rsu的左转辅助预警方法，通过基于v2x技术和路侧单元rsu对左转辅助预警场景精确计算出碰撞点，从而准确计算ttc，也从侧面提升左转辅助预警的能力，解决了现有的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：本发明为一种基于v2x和rsu的左转辅助预警方法，包括以下步骤：步骤一：当本车左转时，获取从对向驶来的、与本车存在碰撞危险的远车信息；
步骤二：通过rsu发送的map获取交叉路口坐标点信息；交叉路口坐标点信息包括本车所在的车道停止线中心点b及在map中位于对应车道停止线中心点的前一个点a、远车所在的对应车道停止线中心点d及在map中位于车道停止线中心点的前一个点e、hv左转驶出路口车道停止线中心点c；交叉路口坐标点信息的获取方法为：step21：本车进入rsu通信范围，根据rsu发送出的map消息，本车进行道路匹配，获取得到本车所在的车道信息，所述车道信息包括车道id、停止线中心点的经纬度、停止线中心点前一个点的经纬度等；其中，从map中索引出本车所在车道停止线中心点的前一个点记为a点，停止线中心点为b点；step22：rv进入rsu通信范围，根据rsu发送出的map消息，rv进行道路匹配，获取得到rv所在的车道信息，车道信息包括车道id、停止线中心点的经纬度、停止线中心点前一个点的经纬度等；其中，从map中索引出远车所在车道停止线中心点的前一个点记为e点，停止线中心点为d点；step23：hv开启左转转向灯，根据标准《csae 53-2020 合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准（第一阶段）》中定义当前车道与下游路段中车道的连接关系，可获取hv左转驶出路口车道停止线中心点的经纬度，其中，记hv左转驶出路口车道停止线中心点为c点；步骤三：将交叉路口坐标点转换成相对于本车的坐标；将交叉路口坐标点转换成相对于本车的坐标的方法为：step31：以本车车体为原点，本车航向角的方向为x轴建立直角坐标系；step32：分别将步骤二中获得的交叉路口坐标点a、b、c、d、e转换成相对于本车的坐标，记为：；步骤四：根据交叉路口坐标点、车道航向角、远车及本车航向角，计算hv、rv在交叉路口处预测轨迹方程；转弯轨迹的起点为方向盘转角开始变化的点，一般发生在路口停止线处，即b点，在本发明中将b点视为本车转弯轨迹的切点，直线ab为本车hv转弯轨迹的切线，直线ab的斜率为hv所在车道的航向角；步骤五：计算hv左转、rv直行的碰撞点：联合hv和rv在交叉路口处预测的轨迹方程进行求解，计算出hv与rv轨迹方程的交点坐标，碰撞点为位于b点和d点之间的交点；进一步地，所述步骤四中，hv在交叉路口处轨迹预测的方法为：step41：获取直线ab的斜率：hv所在车道的航向角计算为根据两点连线与正北方向夹角计算模块，将a、b两点输入到该模块，得到hv所在车道的航向角，即值，直线ab的斜率为其中，为本车hv的航向角；为hv所在车道的航向角；hv_k为直线ab的斜率；step42：获取直线ab的方程：
其中，为直线ab的斜率；为交叉口坐标点b的横坐标；为交叉口坐标点b的纵坐标；step43：根据切线方程（直线ab的方程）、b点坐标及c点坐标联合方程求解，设本车预测轨迹方程的圆心坐标为，半径为，则有：其中，为直线ab的斜率；为交叉口坐标点b的横坐标；为交叉口坐标点b的纵坐标；为交叉口坐标点c的横坐标；为交叉口坐标点c的纵坐标；为本车预测轨迹半径；为本车预测轨迹圆心的横坐标；为本车预测轨迹方程圆心的纵坐标。
8.进一步地，所述步骤四中，rv在交叉路口处轨迹预测的方法为：step411：hv左转，rv对向直行，设rv预测轨迹方程的斜率为rv_k，rv所在车道的航向角计算为根据两点连线与正北方向夹角计算模块，将d点和e点输入到该模块，得到rv所在车道的航向角，即为值，rv预测轨迹方程的斜率为：其中，为本车的航向角；为rv所在车道的航向角；rv_k为rv预测轨迹方程的斜率； step412：rv直行的轨迹方程为：其中，rv_k为直线de的斜率；为交叉口坐标点d的横坐标；为交叉口坐标点d的纵坐标。
9.进一步地，所述步骤五中，hv左转、rv直行碰撞点计算方法为：step51：设求出的hv轨迹的圆心为，半径为，则hv轨迹方程为：其中，为hv为轨迹圆心的横坐标；为hv轨迹圆心的纵坐标；为hv轨迹的半径；step52：设求出的rv轨迹直线方程的斜率为rv_k，则rv的轨迹方程为：其中，rv_k为直线de的斜率；为交叉口坐标点d的横坐标；为交叉口坐标点d的纵坐标；step53：联合hv、rv轨迹方程求解，得
另外：另外：另外：其中：为碰撞点的横坐标；rv_k为直线de的斜率；为交叉口坐标点d的横坐标；为交叉口坐标点d的纵坐标；为hv为轨迹圆心的横坐标；为hv轨迹圆心的纵坐标；为hv轨迹的半径。
10.进一步地，还包括hv到碰撞点的距离计算方法：hv到碰撞点距离为hv到所在车道停止线的距离和停止线到碰撞点距离之和，具体计算公式为：设hv到所在车道停止线距离为l1，hv所在车道停止线到碰撞点距离为l2，则hv到碰撞点的距离为；其中，l1为hv到所在车道停止线距离；l2为hv所在车道停止线到碰撞点距离；为hv到碰撞点的距离。
11.进一步地，还包括rv到碰撞点的距离计算方法：rv到碰撞点的距离为rv到所在车道停止线的距离和停止线到碰撞点距离之和，具体计算公式为：设rv到所在车道停止线距离为l3，rv所在车道停止线到碰撞点距离为l4，则rv到碰撞点的距离为；其中，l3为rv到所在车道停止线距离；l4为rv所在车道停止线到碰撞点距离；为rv到碰撞点的距离。
12.进一步地，还包括hv、rv到碰撞点的碰撞时间计算方法：根据公式t=s/v，计算hv到碰撞点的时间t1，即；根据公式t=s/v，计算rv到碰撞点的时间t2，即；其中，为rv到碰撞点的距离；为hv到碰撞点的距离；t1为hv到碰撞点的时间；t2为rv到碰撞点的时间。
13.进一步地，所述hv、rv到碰撞点的时间差为：
其中，t1为hv到碰撞点的时间；t2为rv到碰撞点的时间；为hv、rv到达碰撞点的时间差；如果小于0.5s，则认为hv左转与对向直线行驶的rv有碰撞危险，并给hv发送左转辅助预警。
14.本发明具有以下有益效果：本发明通过基于v2x技术和路侧单元rsu对左转辅助预警场景精确计算出碰撞点，从而准确计算ttc，也从侧面提升左转辅助预警的能力，弥补了现有技术关于在左转辅助预警场景中无法准确预测碰撞点、无法满足碰撞安全时间精度要求的缺陷。
15.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明远车、本车的行驶状态示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“对向”、“前”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.实施例一：现有左转辅助场景主要是通过计算每一个潜在威胁车辆到达路口的时间和到达路口的距离，筛选出与hv存在碰撞危险的威胁车辆，这样的计算方法无法准确预测碰撞点、无法满足碰撞安全时间精度要求，一方面造成场景触发不及时，另一方面也同样存在误报。而本发明为解决此技术问题，将应用到以下场景：左转辅助预警场景描述如下：1、hv和rv同时从相对的方向驶向交叉路口；2、hv和rv需具备短程无线通信能力；3、hv启动并准备进入路口左转时，若系统检测到与对向来车rv存在碰撞危险，lta（左转辅助：left turn assist）应用对hv驾驶员发出预警；预警时机需确保hv驾驶员收到预警后，能有足够时间采取措施，避免与rv发生碰撞。
21.其中，hv表示本车，rv表示远车；
本发明为一种基于v2x和rsu的左转辅助预警方法，解决现有左转辅助预警中无法准确预测碰撞点及无法满足碰撞安全时间精度要求的技术缺陷，提高左转辅助预警的准确性和提升左转辅助预警场景应用能力，包括以下步骤：步骤一：请参阅图1所示，当本车左转时，获取从对向驶来的、与本车存在碰撞危险的远车信息；本车左转即hv开启左转向灯或者当前处于左转车道将要进入路口左转，本车左转时筛选出从相对的方向驶向交叉路口与hv存在碰撞危险的rv，本发明尤其适用于没有红绿灯的路口；远车为本车相邻车道的对向来车；步骤二：通过rsu发送的map获取交叉路口坐标点信息；交叉路口坐标点信息包括本车所在的车道停止线中心点b及在map(地图信息)中位于对应车道停止线中心点的前一个点a、远车所在的对应车道停止线中心点d及在map中位于车道停止线中心点的前一个点e、hv左转驶出路口车道停止线中心点c；交叉路口坐标点信息的获取方法为：前一个点，指的是采集的rsu的map消息集中，一条道路上有很多点，这些点是顺序排列的，这些点只能在map中索引出来，具体的，在每条道路map中会储存道路中心点的经纬度在数组中，根据经纬度将map中所有的道路中心点进行顺序排列，位于车道停止线中心点的前一个点、后一个点即可以索引出来，具体的，前、后根据图中所示位置进行理解；abcde的位置如图1所示；step21：本车进入rsu通信范围，根据rsu发送出的map消息，本车进行道路匹配，获取得到本车所在的车道信息，所述车道信息包括车道id、停止线中心点的经纬度、停止线中心点前一个点的经纬度等；其中，从map中索引出本车所在车道停止线中心点的前一个点记为a点，停止线中心点为b点；step22：rv进入rsu通信范围（与本车进入同一个rsu），根据rsu发送出的map消息，rv进行道路匹配，获取得到rv所在的车道信息，车道信息包括车道id、停止线中心点的经纬度、停止线中心点前一个点的经纬度等；其中，从map中索引出远车所在车道停止线中心点的前一个点记为e点，停止线中心点为d点；step23：hv开启左转转向灯，根据标准《csae 53-2020 合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准（第一阶段）》中定义当前车道与下游路段中车道的连接关系，可获取hv左转驶出路口车道停止线中心点的经纬度，其中，记hv左转驶出路口车道停止线中心点为c点；步骤三：将交叉路口坐标点转换成相对于本车的坐标；将交叉路口坐标点转换成相对于本车的坐标的方法为：step31：以本车车体为原点（这里把车辆看成一个质点），本车航向角的方向为x轴建立直角坐标系；step32：分别将步骤二中获得的交叉路口坐标点a、b、c、d、e转换成相对于本车的坐标，记为：；步骤四：根据交叉路口坐标点、车道航向角、远车及本车航向角，计算hv、rv在交叉路口处预测轨迹方程；转弯轨迹的起点为方向盘转角开始变化的点，一般发生在路口停止线处，即b点，在本发明中将b点视为本车转弯轨迹的切点，直线ab为本车hv转弯轨迹的切线，直线ab的斜率为hv所在车道的航向角；
步骤五：计算hv左转、rv直行的碰撞点：联合hv和rv在交叉路口处预测的轨迹方程进行求解，计算出hv与rv轨迹方程的交点坐标，碰撞点为位于b点和d点之间的交点；作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述步骤五中，hv左转、rv直行碰撞点计算方法为：step51：设求出的hv轨迹的圆心为，半径为，则hv轨迹方程为：其中，为hv为轨迹圆心的横坐标；为hv轨迹圆心的纵坐标；为hv轨迹的半径；step52：设求出的rv轨迹直线方程的斜率为rv_k，则rv的轨迹方程为：其中，rv_k为直线de的斜率；为交叉口坐标点d的横坐标；为交叉口坐标点d的纵坐标；step53：联合hv、rv轨迹方程求解，得另外：另外：另外：其中：为碰撞点的横坐标；rv_k为直线de的斜率；为交叉口坐标点d的横坐标；为交叉口坐标点d的纵坐标；为hv为轨迹圆心的横坐标；为hv轨迹圆心的纵坐标；为hv轨迹的半径。
22.步骤六：获取hv、rv到碰撞点的时间差：其中，t1为hv到碰撞点的时间；t2为rv到碰撞点的时间；为hv、rv到达碰撞点的时间差；如果小于0.5s，则认为hv左转与对向直线行驶的rv有碰撞危险，并给hv发送左转辅助预警。
23.作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述步骤四中，hv在交叉路口处轨迹预测
的方法为：step41：获取直线ab的斜率：将转弯轨迹的起点看做为方向盘转角开始变化的点，转弯一般发生在路口停止线处，在本发明中，将b点视为本车转弯轨迹的切点，直线ab为本车hv转弯轨迹的切线，hv所在车道的航向角计算方法为：根据两点连线与正北方向夹角计算模块，将a、b两点输入到该模块，得到hv所在车道的航向角，即值，直线ab的斜率为：其中，为本车hv的航向角；为hv所在车道的航向角；hv_k为直线ab的斜率；step42：获取直线ab的方程：其中，为直线ab的斜率；为交叉口坐标点b的横坐标；为交叉口坐标点b的纵坐标；step43：根据切线方程（直线ab的方程）、b点坐标及c点坐标联合方程求解，设本车预测轨迹方程的圆心坐标为，半径为，则有：其中，为直线ab的斜率；为交叉口坐标点b的横坐标；为交叉口坐标点b的纵坐标；为交叉口坐标点c的横坐标；为交叉口坐标点c的纵坐标；为本车预测轨迹半径；为本车预测轨迹圆心的横坐标；为本车预测轨迹方程圆心的纵坐标。
24.作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述步骤四中，rv在交叉路口处轨迹预测的方法为：step411：hv左转，rv对向直行，设rv预测轨迹方程的斜率为rv_k，rv所在车道的航向角计算方法为：根据两点连线与正北方向夹角计算模块，将d点和e点输入到该模块，得到rv所在车道的航向角，即为值，rv预测轨迹方程的斜率为：其中，为本车的航向角；为rv所在车道的航向角；rv_k为rv预测轨迹方程的斜率； step412：rv直行的轨迹方程为：其中，rv_k为直线de的斜率；为交叉口坐标点d的横坐标；为交叉口坐标点d的纵坐标。
25.实施例二：
作为本发明提供的再一个实施例，优选的，还包括hv到碰撞点的距离计算方法：hv到碰撞点距离为hv到所在车道停止线的距离和停止线到碰撞点距离之和，具体计算公式为：设hv到所在车道停止线距离为l1，hv所在车道停止线到碰撞点距离为l2，则hv到碰撞点的距离为；其中，l1为hv到所在车道停止线距离；l2为hv所在车道停止线到碰撞点距离；为hv到碰撞点的距离。
26.作为本发明提供的再一个实施例，优选的，还包括rv到碰撞点的距离计算方法：rv到碰撞点的距离为rv到所在车道停止线的距离和停止线到碰撞点距离之和，具体计算公式为：设rv到所在车道停止线距离为l3，rv所在车道停止线到碰撞点距离为l4，则rv到碰撞点的距离为；其中，l3为rv到所在车道停止线距离；l4为rv所在车道停止线到碰撞点距离；为rv到碰撞点的距离。
27.作为本发明提供的再一个实施例，优选的，还包括hv、rv到碰撞点的碰撞时间计算方法：根据公式t=s/v，计算hv到碰撞点的时间t1，即；根据公式t=s/v，计算rv到碰撞点的时间t2，即；其中，为rv到碰撞点的距离；为hv到碰撞点的距离；t1为hv到碰撞点的时间；t2为rv到碰撞点的时间。
28.一种基于v2x和rsu的左转辅助预警方法，通过基于v2x技术和路侧单元rsu对左转辅助预警场景精确计算出碰撞点，从而准确计算ttc，也从侧面提升左转辅助预警的能力，弥补了现有技术关于在左转辅助预警场景中无法准确预测碰撞点、无法满足碰撞安全时间精度要求的缺陷。
29.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
30.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。