基于车-车通信的车辆防撞预警系统研究

摘要

近年来，随着车辆数目的不断增加，道路交通安全形势日趋严峻。据统计，高达80％的交通事故是由于驾驶员反应不及时、处置不妥当造成的，如果能够在交通事故发生之前向驾驶员发出警报，提醒驾驶员采取一定的防撞措施，就可以有效地预防和减少交通事故的发生，并能提高车辆通行效率。
　　 传统的基于红外、激光雷达、摄像机等传感器的车辆防撞预警系统一般通过比较本车与邻近车辆的相对距离与安全距离阈值的大小来判断是否给驾驶员预警信号。但是这种方法所获取的信息量少，且易受天气、障碍物、光线等因素的影响，只针对本车预警，降低了装置的适用性和实用效果。本文设计的基于车-车通信的车辆防撞预警系统中引入了车载速度传感器、惯性传感器、DGPS定位系统等单元完成车辆状态信息的实时采集。在对车辆未来轨迹的预测算法中，提出了一种融合数值积分式和时间序列外推的轨迹预测方法，与传统预测方法相比可以更好地适应较为复杂的实际交通环境。同时引入车-车无线通信装置，一方面可以接收其它车辆的状态、尺寸等信息以估计其运行轨迹，提高车辆潜在碰撞冲突检测的准确性；另一方面可以在网络协同环境下综合车辆的当前状态及未来轨迹情况，根据基于MAS(Multi-Agent System)的预警决策的协调机制，有针对性地对车辆给出预警信号，在实现高效准确防撞预警的同时还提高了车辆的通行效率。本文主要工作如下：
　　 (1)基于车-车通信的防撞预警系统设计
　　 以轨迹预测单元输入信息需求为出发点，设计了获取车辆速度、加速度、偏航率和位置等信息的状态感知单元；同时建立了符合要求的车载无线传感器网络，并讨论了其可能出现的问题及解决方法。
　　 (2)车辆轨迹预测方法研究
　　 在充分分析数值积分式和基于时间序列外推的轨迹预测算法特点的基础上，提出了一种新型的车辆轨迹预测方法：通过引入加权因子将数值积分式和时间序列外推的预测方法进行融合，全面考虑车辆当前状态信息、车辆运动规律以及历史轨迹对未来轨迹预测的影响。
　　 (3)基于车-车通信的车辆防撞预警决策算法研究
　　 在车辆轨迹预测的基础上，确定潜在碰撞冲突的条件，并对其危险程度进行划分。把满足存在潜在碰撞冲突条件的车辆群作为一个MAS处理，根据当前状态和未来轨迹分析不同车辆的防撞预警系统是否动作，若动作，还要给出车辆减速后的速度值大小。
　　 (4)仿真实验设计及分析
　　 主要仿真了车辆轨迹预测算法及防撞预警系统算法。编写模拟车辆近似直线和曲线式的仿真运行轨迹程序，把传统方法、数值积分式、时间序列外推、数值积分式和时间序列外推融合等各种车辆轨迹预测算法代入，比较算法的精确度和适用范围。编写模拟车辆纵向跟驰和侧向分布行驶的运行程序，对传统的基于雷达的防撞预警系统和基于车-车通信的防撞预警系统在车辆纵向防撞中的表现作了较为深入的分析，同时对基于车-车通信的防撞预警系统进行改进，提出基于MAS的防撞预警协调机制，分析其对预警的准确度、潜在碰撞冲突的消除、车辆通行效率的提升等方面的影响。
　　 仿真实验结果显示，相比较于传统防撞预警系统，本文的防撞预警系统各方面性能均有所提高。后续还可以进一步采取减小外来干扰、引入电子地图、考虑三辆或者以上的MAS等措施完善本文提出的防撞预警系统。