一种基于可见光通信的汽车追尾预警系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可见光通信的汽车追尾预警系统，包括定位模块、MCU、光通信调制模块、LED灯、光敏接收器和HMI系统；所述定位模块、光通信调制模块、光敏接收器和HMI系统分别与MCU连接，所述LED灯与光通信调制模块连接。本发明专利技术还公开了一种基于可见光通信的汽车追尾预警方法，在前方车辆和后方接近车辆上均安装有所述的基于可见光通信的汽车追尾预警系统，后方接近车辆采用主动方式向前方车辆发送信息，使前方车辆能够获得后方接近车辆更多的状态信息，确保了前方车辆追尾预警的准确性；另外，前方车辆的追尾预警能够根据后方接近车辆的车型选择合适的TTC阈值，使判断更精确。

Automobile rear end early warning system and method based on visible light communication

The invention discloses a vehicle collision warning system based on visible light communication, including positioning module, MCU communication module, LED, light modulation lamp, photosensitive receiver and HMI system; the positioning module, optical modulation module, photosensitive receiver and HMI system respectively connected with the MCU, the LED lamp and light modulation connecting module. The invention also discloses an automobile collision warning method based on visible light communication, in front and rear vehicle near the vehicle rear end collision warning system based on the visible light communication are installed on the vehicle, the vehicle close to the rear by active way to send messages to the front of the vehicle, the vehicle can get close to the rear vehicle status information more to ensure the accuracy, in front of the vehicle collision warning; in addition, the front of the vehicle collision warning according to close to the rear vehicle models selection TTC proper threshold, make more accurate judgments.

【技术实现步骤摘要】
所属
本专利技术属于汽车电子控制技术，具体涉及一种基于可见光通信的汽车追尾预警系统及方法。
技术介绍
追尾事故是汽车行驶事故中最具代表性的事故形式，在我国，追尾事故率占总交通事故率的1/3左右，引起巨大的人员伤亡与经济损失。为减少追尾事故率，提高整车安全性能，追尾预警系统被越来越广泛地应用到汽车中，在潜在追尾风险发生时，向车辆提供追尾预警，使得驾驶员能及时采取加速、转向等措施来规避追尾或减少伤害。现有追尾预警系统一般是基于雷达的追尾预警系统，即在车辆的尾部安装雷达，通过雷达主动探测在本车道快速接近的后方接近车辆，如图4所示，在行车过程中，系统不断检测本车正后方接近车辆的距离，判断是否有追尾危险，当本车道快速接近的后方接近车辆的碰撞时间(TTC)小于时间阈值时，发出追尾预警，即收紧安全带，预警指示灯点亮等方式进行预警。然而基于雷达的追尾预警系统存在以下不足：(1)接近车辆可能是乘用车、卡车等，不同车型的接近车辆的纵向加速度、制动特性、转向特性等动力学特性不同，应该标定的TTC情况应不同。但是基于雷达的追尾预警系统采用主动探测的方法，只能探测到后方接近车辆的距离和速度信息，不能获得更多的后方接近车辆的信息，因此无法根据后方车型进行更合理的动态设定TTC阈值和报警时间点。(2)基于雷达的追尾预警系统只能探测到本车正后方的车辆，参见图4，在弯道情况下，相邻车道车辆12被车辆10的雷达波13探测到，易产生相邻车道车辆的误报；而与车辆10同车道的后方车辆11由于无法被车辆10的雷达波
13探测到，则存在潜在追尾危险被漏报。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于可见光通信的汽车追尾预警系统及方法，后方接近车辆采用主动方式向前方车辆发送信息，使前方车辆能获得后方接近车辆更多的状态信息，以确保前方车辆追尾预警的准确性；另外，前方车辆的追尾预警能根据后方接近车辆的车型选择合适的TTC阈值，使判断更精确。本专利技术所述的基于可见光通信的汽车追尾预警系统，包括定位模块、MCU、光通信调制模块、LED灯、光敏接收器和HMI系统；所述定位模块用于获取本车辆的位置信息、航向信息及行驶姿态信息并发送给MCU，该定位模块与MCU连接；所述MCU用于从本车辆的总线上获取车辆行驶状态、载荷状态和车型信息，并基于所述本车辆的位置信息计算出历史轨迹，同时将所述历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息发送给光通信调制模块，该光通信调制模块与MCU连接；所述光通信调制模块对所述历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息进行调制并驱动LED灯闪烁，该LED灯与光通信调制模块连接；所述LED灯安装在汽车的头部，用于产生包含本车辆的历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息的光信号，并发送出去；所述光敏接收器安装在汽车的尾部，用于接收后方接近车辆的LED灯发射的包含有后方接近车辆的历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息的光信号，并将接收的光信号进行调理与解调后发送给MCU，该光敏接收器与MCU连接；所述MCU根据本车辆的位置信息、航向信息、行驶姿态信息计算得到本车辆的预测路径，并基于本车辆的位置信息和预测路径，以及后方接近车辆的位置信息和历史轨迹信息判断出本车辆与后方接近车辆是否在同一车道上；若在同一车道上，则基于两车辆的距离以及相对速度计算出本车辆与后方接近车辆的TTC(即碰撞时间)，并根据后方接近车辆的车型、载荷信息计算出后方接近车辆可
选择的最大减速度值并依此选择TTC阈值；当TTC<TTC阈值，且保持的时间大于预设的时间阈值，则输出给本车辆的HMI系统(即人机界面系统)，对驾驶员进行预警，该HMI系统与MCU连接。所述LED灯为LED日间行车灯或LED大灯。本专利技术所述的基于可见光通信的汽车追尾预警方法，在前方车辆和后方接近车辆上均安装有基于可见光通信的汽车追尾预警系统，包括以下步骤：步骤一、在行驶过程中，后方接近车辆的定位模块获取本车辆的位置信息，后方接近车辆的MCU基于本车辆的位置信息计算出本车辆的历史轨迹；后方接近车辆的MCU从车辆总线上获得本车辆的行驶状态、载荷状态；再将本车辆的位置信息、历史轨迹、行驶状态、载荷状态以及车型信息传递给本车辆的光通信调制模块，由所述光通信调制模块对信息进行编码，并驱动本车辆的LED日间行车灯或LED大灯闪烁，产生包含本车辆的位置信息、历史轨迹、行驶状态、载荷状态以及车型信息的光信号，并发送出去；步骤二、当前方车辆的光敏接收器接收到后方接近车辆发送出来的光信号，由前方车辆的光敏接收器对接收到的光信号进行调理与解调，前方车辆的MCU根据本车辆的位置信息、航向信息、行驶姿态信息计算得到本车辆的预测路径，并基于本车辆的位置信息和预测路径，以及后方接近车辆的位置信息和历史轨迹信息判断出前方车辆与后方接近车辆是否在同一车道上，若在同一车道，则基于两车辆的距离以及相对速度计算出前方车辆与后方接近车辆TTC；再根据后方接近车辆的车型、载荷信息计算出后方接近车辆可选择的最大减速度值并依此选择TTC阈值；当TTC<TTC阈值，且保持的时间大于预设的时间阈值，则输出给前方车辆的HMI系统，对前方车辆的驾驶员进行预警。所述后方接近车辆采用自适应前照灯系统，即LED大灯可以根据弯道自适应调节方向。本专利技术具有以下优点：(1)后方接近车辆采用主动方式向前方车辆发送信息，使前方车辆能够获得后方接近车辆更多的状态信息，确保了前方车辆追尾预警的准确性；(2)前方车辆的追尾预警根据后方接近车辆的车型选择最合适的TTC阈值，使判断更精确；(3)本专利技术通过后方接近车辆的历史轨迹与前方车辆的预测路径对比判断后方接近车辆与前方车辆是否在同一车道上的方法，当车辆在弯道行驶时，该方法同样适用，故不会出现因车辆经过弯道而产生误报的情况；(4)该系统与AFS(即自适应前照灯)系统相结合，由于LED大灯可以根据弯道自适应调节，在弯道处，后方接近车辆的信息也能够传递给前方车辆，减少了弯道追尾危险漏报的情况；(5)该系统与车辆本身的灯光系统(LED日间行车灯/LED大灯)结合，不会影响灯光系统的正常工作，减少了传统追尾预警系统安装雷达所产生的成本。附图说明图1为本专利技术的结构框图；图2为本专利技术的使用框图；图3为本专利技术的使用状态图；图4为现有技术的使用状态图；图5为本专利技术中光通信调制模块的结构框图；图6为图5中CPU处理器的管脚结构图；图7为图5中CPU处理器与汽车LIN总线的一种连接电路；图8为图5中电压变换电路的一种具体结构图；图9为图5中前向电压测试电路的一种具体结构图；图10为图5中恒流压控电路的一种具体结构图。图11为本专利技术中光敏接收器的结构框图；图12为图11中光电转换电路的原理图；图13为图11中冗余平均电路的一种具体原理图；图14为图11中低通滤波电路的一种具体原理图；图15为本专利技术微机处理器计算最优接收空间角度的程序流程图；其中，图2，图3和图4中的箭头表示车辆行驶的方向。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1所示，本专利技术所述的一种基于可见光通信的汽车追尾预警系统，包括定位模块4、MCU3(即：微控制单元)、光通信调制模块2、LED灯1、光敏接收器5和HMI系统6(如：仪表显示屏、仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可见光通信的汽车追尾预警系统，其特征在于：包括定位模块（4）、MCU（3）、光通信调制模块（2）、LED灯（1）、光敏接收器（5）和HMI系统（6）；所述定位模块（4）用于获取本车辆的位置信息、航向信息及行驶姿态信息并发送给MCU（3），该定位模块（4）与MCU（3）连接；所述MCU（3）用于从本车辆的总线上获取车辆行驶状态、载荷状态和车型信息，并基于本车辆的位置信息计算出历史轨迹，同时将所述历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息发送给光通信调制模块（2），该光通信调制模块（2）与MCU（3）连接；所述光通信调制模块（2）对所述历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息进行调制并驱动LED灯（1）闪烁，该LED灯（1）与光通信调制模块（2）连接；所述LED灯（1）安装在汽车的头部，用于产生包含本车辆的历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息的光信号（9），并发送出去；所述光敏接收器（5）安装在汽车的尾部，用于接收后方接近车辆（8）的LED灯（1）发射的包含有后方接近车辆（8）的历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息的光信号（9），并将接收的光信号（9）进行调理与解调后发送给MCU（3），该光敏接收器（5）与MCU（3）连接；所述MCU（3）根据本车辆的位置信息、航向信息、行驶姿态信息计算得到本车辆的预测路径，并基于本车辆的位置信息和预测路径，以及后方接近车辆（8）的位置信息和历史轨迹信息判断出本车辆与后方接近车辆（8）是否在同一车道上；若在同一车道上，则基于两车辆的距离以及相对速度计算出本车辆与后方接近车辆（8）的TTC，并根据后方接近车辆（8）的车型、载荷信息计算出后方接近车辆（8）可选择的最大减速度值并依此选择TTC阈值；当TTC<TTC阈值，且保持的时间大于预设的时间阈值，则输出给本车辆的 HMI系统（6），对驾驶员进行预警，该HMI系统（6）与MCU（3）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光通信的汽车追尾预警系统，其特征在于：包括定位模块（4）、MCU（3）、光通信调制模块（2）、LED灯（1）、光敏接收器（5）和HMI系统（6）；所述定位模块（4）用于获取本车辆的位置信息、航向信息及行驶姿态信息并发送给MCU（3），该定位模块（4）与MCU（3）连接；所述MCU（3）用于从本车辆的总线上获取车辆行驶状态、载荷状态和车型信息，并基于本车辆的位置信息计算出历史轨迹，同时将所述历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息发送给光通信调制模块（2），该光通信调制模块（2）与MCU（3）连接；所述光通信调制模块（2）对所述历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息进行调制并驱动LED灯（1）闪烁，该LED灯（1）与光通信调制模块（2）连接；所述LED灯（1）安装在汽车的头部，用于产生包含本车辆的历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息的光信号（9），并发送出去；所述光敏接收器（5）安装在汽车的尾部，用于接收后方接近车辆（8）的LED灯（1）发射的包含有后方接近车辆（8）的历史轨迹、车辆行驶状态、载荷状态以及车型信息的光信号（9），并将接收的光信号（9）进行调理与解调后发送给MCU（3），该光敏接收器（5）与MCU（3）连接；所述MCU（3）根据本车辆的位置信息、航向信息、行驶姿态信息计算得到本车辆的预测路径，并基于本车辆的位置信息和预测路径，以及后方接近车辆（8）的位置信息和历史轨迹信息判断出本车辆与后方接近车辆（8）是否在同一车道上；若在同一车道上，则基于两车辆的距离以及相对速度计算出本车辆与后方接近车辆（8）的TTC，并根据后方接近车辆（8）的车型、载荷信息计算出后方接近车辆（8）可选择的最大减速度值并依此选择TTC阈值；当TTC<TTC阈值，且保持的时间大于预设的时间阈值，则输出给本车辆的 HMI系统（6），对驾驶员进行预警，该HMI系统（6）与MCU（3）连接。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：任凡，龙兴明，李增文，张盼，蒲果，
申请(专利权)人：重庆长安汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50