基于车路协同的高速公路车辆碰撞预警模型

发布时间：2020-03-07 13:43

【摘要】：为了预防和减少高速公路碰撞事故的发生,及时向高速公路一定范围内的相关车辆提供事故预警信息,提出了一种基于车路协同的高速公路车辆碰撞事故预警模型。首先,基于4G和DSRC通信网络构建了高速公路通信场景与事故预警框架。其次,建立了高速公路环境下双车道两车相撞的事故场景,分析了车辆在高速行驶时发生碰撞的动机以及可能发生的碰撞事故类型。最后,分析了追尾碰撞与侧向碰撞发生之前两车在横向和纵向两个方向接近的全过程,探索两种碰撞事故发生的内在规律,建立潜在碰撞事故判定规则,并基于车路协同技术建立了以时间、位置、速度、车间距以及制动距离为参数的车辆追尾碰撞预警模型与车辆侧向碰撞预警模型。针对实车场地试验对碰撞事故测试成本高难度大等问题,基于Veins仿真平台搭建了具备4G和DSRC异构通信网络环境的高速公路车联网仿真场景,对两种事故预警模型的性能进行测试。测试结果表明,在车速低于120 km/h的情况下,通过潜在碰撞事故判定得到预警结果,并给相关车辆发送事故预警消息广播,能有效避免追尾碰撞和侧向碰撞的发生。
【图文】：

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第9期杨澜，等:基于车路协同的高速公路车辆碰撞预警模型大范围的网络覆盖，车辆在未与DSＲC热点建立连接之前，，通过与4G网络接入点建立连接完成基本的通信。当车辆驶入DSＲC接入点的覆盖范围内时，建立与路侧节点间的通信，实现大数据传输，在此过程中完成交通信息的采集，并完成预警消息的发布。考虑到高速公路环境中道路呈现直线型，选择将DSＲC网络接口以均匀方式布设。如图1所示，车辆驶入某一ＲSU覆盖范围内时，OBU与ＲSU建立通信连接，并向ＲSU发送OBU的网络配置信息(ConfigureMessage，CM)与自身状态信息(StatementMessage，SM)。SM主要包括ＲSU设备序列集合(包括当前连接的ＲSU设备序列号和上一个连接的ＲSU设备序列号)、实时位置、车速、时间等。ＲSU接收到来自车辆节点的SM信息后，将SM信息上传至管理层的数据处理模块，由数据处理模块对SM信息进行解析并存储，为事故预警模型提供数据来源。网络中每个车辆的DSＲC设备均含有电子标签(即车辆身份标识)，可进行定向车辆预警信息接收。另外，网络中所有车辆均安装高精度GPS模块以实现车辆主动定位。除此之外，系统可通过OBD(On－BoardDiagnostic)接口从ECU中获取精确的车辆速度数据，并依据车载DSＲC设备提供的车长信息进行车间距测量，达到定位测距目的。当前方车辆急刹车时通过广播信息方式通知后方所有车辆，后方车辆的驾驶员同时获取到这个信息从而采取制动措施避免连环追尾碰撞。图1基于4G和DSＲC的高速公路碰撞事故预警框架Fig.1Expresswayvehiclecollisionaccidentwarningframeworkbasedon4GandDSＲC2车路协同环境下的潜在碰撞预警模型2.1碰撞事故分析如图2所示，车辆Col和车辆Cof是车辆C(目标车辆)的同车道前方和后方车辆，车辆Cdf和车辆Cdl

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饽谐盗揪狻沧案?精度GPS模块以实现车辆主动定位。除此之外，系统可通过OBD(On－BoardDiagnostic)接口从ECU中获取精确的车辆速度数据，并依据车载DSＲC设备提供的车长信息进行车间距测量，达到定位测距目的。当前方车辆急刹车时通过广播信息方式通知后方所有车辆，后方车辆的驾驶员同时获取到这个信息从而采取制动措施避免连环追尾碰撞。图1基于4G和DSＲC的高速公路碰撞事故预警框架Fig.1Expresswayvehiclecollisionaccidentwarningframeworkbasedon4GandDSＲC2车路协同环境下的潜在碰撞预警模型2.1碰撞事故分析如图2所示，车辆Col和车辆Cof是车辆C(目标车辆)的同车道前方和后方车辆，车辆Cdf和车辆Cdl是车辆C相邻车道的前方和后方车辆。虚线部分表示车辆C换道过程的行驶轨迹，双向箭头表示车辆在直行或者换道过程中，有可能与之发生碰撞的车辆，即:(1)如果车辆C的纵向加速度过大或者与车辆Col之间的距离较小时，极有可能发生追尾碰撞;(2)如果在车辆C换道过程中纵向加速度幅度较大，导致与车辆Cdl的车头间距小于安全距离时，车辆C极有可能与车辆Cdl发生侧向碰撞;(3)在车辆C换道完成后到达相邻车道后，如果车辆C与车辆Cdf之间的距离不满足安全距离的要求，Cdf来不及减速，极有可能发生侧向碰撞。图2高速公路碰撞事故场景分类Fig.2Classificationofvehiclecollisionaccidentscenarioinexpressway2.2潜在行车追尾碰撞预警模型图3建立了追尾碰撞场景时序图。车辆A与车辆B处于同一车道，tm时刻两车间保持一定距离，tn时刻发生追尾。显然，在车辆A驶近车辆B的时间内，车辆A与车辆B在纵坐标方向上的距离差值125

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