一种基于鱼群效应的车队避撞系统以及避撞方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于汽车主动安全领域，特别涉及一种基于鱼群逃逸行为的车队协同避撞 系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的发展，汽车数量迅猛增加，交通事故的数量也居高不下。在传统环 境下，车队中所有车辆的避撞策略主要是根据自身的传感器在短时间的反馈来制定，尤其 是在汽车高速行驶时，当车队中的某一辆车紧急制动或者有其他车辆并入到车队时，很容 易造成连环追尾事故的发生，这给人们的人身安全和财产损失造成了极大的威胁，基于上 述内容总结出本领域的主要缺陷在于下面几点：
[0003] (1)基于传感器的车辆主动安全不能完全满足人们对汽车安全性的要求，例如:在 车队中，当车辆主动安全发挥作用时势必会影响到后面车辆的安全行驶，因此个体车辆的 主动安全性能不能很好地发挥。
[0004] (2)传统环境下，当遇到车辆紧急制动时，其后面的车辆驾驶员的反应时间具有 "连锁反应"，其后面车辆的驾驶员不能同时辨识危险车辆。
[0005] (3) -般来说，构筑车队协同避撞的控制模型极为复杂，且可靠性较差；
[0006] 所以在现实情况中，我们可以参考在危险中寻求安全而成群行动的动物，例如鱼 群、鸟群。当鱼群受到捕食者的袭击时，鱼群会有序协作的进行逃逸。
[0007]在道路环境下，本发明把车队看作为"鱼群"，把车队中紧急制动的车辆和并入到 车队的车辆看作海豹等"捕食者"，当有序的车队受到某一危险车辆"袭击"时，车队可以通 过有序的协作运动来达到避撞的目的，因此本发明利用鱼群逃逸行为的数学模型来解决车 队的协同避撞问题，此处的危险车辆类别包括两类:紧急制动车辆、并线进入车队的车辆。
[0008] 班晓娟博士对人工鱼群高级自组织行为进行了研究，给出了鱼群遇到捕食者时进 行逃逸的运动学模型，具体鱼群逃逸行为的运动学模型为：
其中，ΠΗ为个体鱼i的质量;ai(t)为在t时刻个体鱼i的期望加速度；vf(〇为在t时刻个体鱼i 协同避撞时期望达到的速度;Vl(t)为t时刻个体鱼i的速度;ei(t)为个体鱼i在躲避捕食者 时需要旋转的角度;!^代表个体鱼逃逸时间;心为个体鱼i逃逸期间防止碰撞的排斥作用力。 同时，定义fi = Aiexp[-(Si-1/^)]丄上为常量义-1为个体鱼1与个体鱼1-1的距离。
[0009] 本发明将修改后的公式应用在解决车队协同避撞的问题上。
【发明内容】
[0010] 为了解决上述现有协同避撞的问题，本发明提出了一种基于鱼群效应的车队避撞 系统以及避撞方法，采用的技术方案如下：
[0011] -种基于鱼群效应的车队避撞系统，包括信息采集模块、通信模块、信息处理模 块、人机交互模块;所述信息采集模块、通信模块、人机交互模块均与所述信息处理模块相 连；
[0012] 所述信息采集模块包括车载CAN总线、毫米波雷达测距传感器、纵向加速度传感 器;所述车载CAN总线通过车上的0BDII数据接口读取出速度信号，所述毫米波雷达测距传 感器用于实时测量本车辆与前车的距离，所述纵向加速度传感器用于获取车辆的纵向行驶 的加速度；
[0013] 所述通信模块采用车载单元0BU;
[0014]所述信息处理模块采用英飞凌XC866芯片，所述信息处理模块根据信息采集模块 和通信模块传递过来的信息，利用基于鱼群效应的运动学模型计算出车辆避撞的加速度信 息，并通过人机交互模块提供给驾驶员参考；
[0015] 所述人机交互模块包括显示单元和语音提示单元;所述显示单元用于显示车辆的 速度、加速度、设备状态、车辆周围环境、预警信息;所述语音提示单元与所述信息处理模块 相连，用于想向驾驶员传递驾驶指令、危险信号。
[0016] 根据以上所述的一种基于鱼群效应的车队避撞系统，本发明还提出了一种避撞方 法，包括如下步骤：
[0017] 1)各车辆均安装避撞系统，并进行避撞系统初始化，具体包括初始化各个模块的 状态，检测其是否正常工作，清除各个模块的缓存数据；
[0018] 2)信息采集模块实时采集车辆的运动状态，包括本车的速度Vi、加速度ai、与前方 车辆的车距为Sh，并通过通信模块实时接收前车的速度Vh、加速度an;
[0019] 3)信息处理模块实时判断本车是否为危险车辆，危险车辆类别包括两种:紧急制 动和车辆并线;若为危险车辆，则同时向后面各个车辆发送预警信息；
[0020] 4)非危险车辆通过通信模块接收危险车辆发送过来的预警信息，并通过显示单元 和语音提示单元提示驾驶员的危险车辆类别和本车期望减速度大小，所述本次期望减速度 大小是根据鱼群逃逸的运动学模型计算得出；
[0021 ] 5)人机交互模块动态显示及预警;包括：显示单元实时动态显示危险车辆的类别 和期望减速度;语音提示单元用于向驾驶员提供制动加速度信息。
[0022] 作为优选方案，所述步骤3)中所述紧急制动的判断方法为：当车队中各个车的信 息采集模块采集到本车加速度ai〈3m/s2时，则判断该车辆为紧急制动车辆；
[0023] 所述车辆并线的判断方法为：当某一车辆通过变道加入车队所在车道时，判断该 车为并线车辆。
[0024] 作为优选方案，所述步骤4)中危险车辆类别包括:前方有车辆紧急制动和前方有 车辆并线。
[0025] 作为优选方案，所述步骤4)中计算本车期望减速度大小的方法具体为：
[0026] 收集前车的运动状态和本车运动状态，通过鱼群逃逸的运动学模型
:，计算得到本车的协同避撞的期望减速度；
[0027] 其中，nu为车辆i的质量;ai(t)为在t时刻车辆i的期望减速度；<(〇为在t时刻车 辆i协同避撞时期望达到的速度，此处vf(f)取值与t时刻前车的速度?〇相同；1\为通信模 块接收信息的时间间隔;Vi (t)为t时刻车辆i的速度;fi为车辆i与前车i-Ι在协同避撞过程 中避免发生碰撞的斥力。
[0028] 作为优选方案，所述h的计算方法为：
[0029] fi = Aiexp[-(Si-i/Bi)]；
[0030] 其中，Ai，Bi为常量，在[0，1]范围内；Sh为车辆i与前车的车距。
[0031] 本发明的有益效果：
[0032] 1、本发明提出一种基于鱼群逃逸行为的车队协同避撞系统及避撞方法。利用车车 通信设备，把紧急制动车辆和并线车辆看做成危险车辆，利用鱼群逃逸行为的数学模型计 算出车队中各个车辆的期望加速度，以达到车队的协同避撞的目的。
[0033] 2、本发明提供的方法避免了控制器的复杂设计步骤，从仿生学角度选找出安全、 稳定的协同避撞模型，有效的提高了车辆的主动安全性。
[0034] 3、基于本发明提供的装置和方法，能够使驾驶员迅速准确的辨识危险车辆，及时 采取避撞措施，能够有效避免事故的发生，减少事故所带来的损失。
【附图说明】
[0035] 图1是本发明基于鱼群逃逸行为的车队协同避撞系统装置示意图；
[0036] 图2是本发明基于鱼群逃逸行为的车队协同避撞方法流程图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和实施实例对本发明作进一步描述。
[0038]图1所示为本发明基于鱼群逃逸行为的车队协同避撞系统的装置示意图。一种基 于鱼群逃逸行为的车队协同避撞系统包括信息采集模块、通信模块、信息处理模块、人机交 互模块，所述信息采集模块、所述通信模块、所述人机交互模块均与所述信息处理模块相 连。其中，所述信息采集模块包括车载CAN总线、毫米波雷达测距传感器、纵向加速度传感 器。车载CAN总线通过车上的0BDII数据接口读取数据，具体读取出车载CAN总线的速度信 号，并传送给所述信息处理模块。毫米波雷达测距传感器用于实时测量本车辆与前车的距 离，并传送给所述信息处理模块;纵向加速度传感器用于获取车辆纵向行驶的加速度，并传 送给所述信息处理模块。
[0039] 所述通信模块采