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CN110971650B - 基于v2x系统的协同感知系统、方法及车辆 - Google Patents

基于v2x系统的协同感知系统、方法及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于V2X系统的协同感知系统、方法及车辆，包括自主式传感器模块，V2X通信终端，GNSS定位系统，驾驶辅助系统和人机交互系统。本发明通过安装有V2X通信终端的车辆上的自主式传感器来获取周围目标障碍物信息，并通过V2X的无线通信系统将之广播；其他安装有V2X通信终端的车辆收到此消息后即可通过V2X通信系统感知到目标障碍物的存在；由于此方法无需另外增加路侧终端、车载硬件设备，故其成本低廉，且架构简单。

Description

基于V2X系统的协同感知系统、方法及车辆
技术领域
本发明属于汽车车联网技术领域，具体涉及一种基于V2X系统的协同感知系统、方法及车辆。
背景技术
随着V2X技术和相关标准逐步成熟，距离大规模应用的时间也越来越近。但是在未来很长一段时间内，安装有V2X系统的车辆和无法与其他车辆进行通信的未装备V2X系统的普通车辆将会长期在市场中共存,导致V2X系统无法产生的社会经济效益。
当前解决此问题的主要是通过在路侧大规模安装V2X路侧通信终端以及摄像头、微波、雷达等传感器；通过传感器探测区域内的行人、车辆等，并将探测结果通过V2X通信系统推送至装备有V2X系统的车辆。但是此方案的缺陷是摄像头、微波、雷达等传感器的感知范围有限，最大的距离通常在200m以内，无法覆盖所有道路；且安装维护成本高昂，经济效益较低。
因此，有必要开发一种基于V2X系统的协同感知系统、方法及车辆。
发明内容
本发明的目的是提供一种无需另外增加路侧终端、车载硬件设备且架构简单的基于V2X系统的协同感知系统、方法及车辆。
本发明所述的基于V2X系统的协同感知方法，包括自主式传感器模块，V2X通信终端，GNSS定位系统，驾驶辅助系统和人机交互系统；
所述自主式传感器模块用于感知周围环境中的障碍物信息，从障碍物中筛选出有效的目标，并将目标的类型、目标数量、目标相对本车的纵向距离及横向距离、目标相对本车的速度信息发送给V2X通信终端与驾驶辅助系统；
所述GNSS定位系统用于获取车辆的经纬度信息、航向角度信息以及差分信号；
所述V2X通信终端用于以固定周期t0广播车辆基础安全消息, 该车辆基础安全消息包含本车行驶状态信息和位置轨迹信息，同时接收从其他车辆广播的车辆基础安全消息并对信息进行解析和处理；
所述V2X通信终端还用于接收自主式传感器模块所感知的目标，并根据目标的类型、数量、纵向距离、横向距离以及本车从GNSS定位系统获取的经纬度信息计算出目标的经纬度值，并将计算出的目标的经纬度值填充到协同感知消息中，同时填入的信号还包括给目标分配的ID、本车ID、数据来源、目标数量、目标类型、时间戳和速度，并在消息填充完毕后以固定的周期t1通过V2X通信终端的无线通信模块将其广播；同时接收从其他车辆发送的协同感知消息并对其进行解析和处理后发送至驾驶辅助系统；
所述人机交互系统用于显示本车行驶过程中的报警信息，包括在正常行驶过程中本车周围障碍物行驶状态和位置信息；同时接收用户的配置输入并将其发送至V2X通信终端和驾驶辅助系统。
进一步，所述自主式传感器模块包括多种自主式传感器，且每种自主式传感器的数量为一个或多个，所述自主式传感器是指无需与目标进行通信也能获取目标的距离、类型以及速度的传感器。
进一步，所述自主式传感器模块包括毫米波雷达、摄像头和激光雷达。
进一步，所述V2X通信终端还用于对自主式传感器模块所感知的目标进行过滤处理，过滤掉自主式传感器模块和V2X通信终端均感知到的目标。
进一步，所述V2X通信终端对各自主式传感器所探测的目标进行过滤处理，具体为：
将通过V2X通信终端接收到的目标的经纬度值转换为笛卡尔坐标（Yt，Xt）并将此坐标和通过自主式传感器模块探测的目标坐标（Y，X）进行比较，如果两个坐标的差值小于阈值Dd且两者之间的速度差值小于阈值Vd，则认为自主式传感器模块和V2X通信终端探测的目标为同一目标并过滤掉此目标，否则计算出目标的经纬度值并填充到协同感知消息中。
本发明所述的一种基于V2X系统的协同感知方法，采用如本发明所述的基于V2X系统的协同感知系统，包括以下步骤：
所述自主式传感器模块感知周围环境中的障碍物信息，从障碍物中筛选出有效的目标，并将目标的类型、目标数量、目标相对本车的纵向距离及横向距离、目标相对本车的速度信息发送给V2X通信终端与驾驶辅助系统；
所述GNSS定位系统获取车辆的经纬度信息、航向角度信息以及差分信号；
所述V2X通信终端以固定周期t0广播车辆基础安全消息, 该车辆基础安全消息包含本车行驶状态信息和位置轨迹信息，同时接收从其他车辆广播的车辆基础安全消息并对信息进行解析和处理；
所述V2X通信终端接收自主式传感器模块所感知的目标，并根据目标的类型、数量、纵向距离、横向距离以及本车从GNSS定位系统获取的经纬度信息计算出目标的经纬度值，并将计算出的目标的经纬度值填充到协同感知消息中，同时填入的信号还包括给目标分配的ID、本车ID、数据来源、目标数量、目标类型、时间戳和速度，并在消息填充完毕后以固定的周期t1通过V2X通信终端的无线通信模块将其广播；同时接收从其他车辆发送的协同感知消息并对其进行解析和处理后发送至驾驶辅助系统；
所述人机交互系统显示本车行驶过程中的报警信息，包括在正常行驶过程中本车周围障碍物行驶状态和位置信息；同时接收用户的配置输入并将其发送至V2X通信终端和驾驶辅助系统。
进一步，所述障碍物包括行人、车辆、自行车、摩托车以及货车。
本发明所述的一种车辆，包括如本发明所述的基于V2X系统的协同感知系统。
本发明具有以下优点：
（1）安装有V2X通信终端的车辆能够通过自主式传感器获取周围目标障碍物信息，并通过V2X的无线通信系统将之广播；其他安装有V2X通信终端的车辆收到此消息后即可通过V2X通信系统感知到目标障碍物的存在；此方法无需另外增加路侧终端、车载硬件设备，其成本低廉，架构简单；
（2）车辆之间通过V2X通信系统传输的数据为各个车辆计算后的结果，传输数据量较小，对V2X通信负载影响较小，且计算方法较为简单对控制器要求不高，易于大规模推广应用；
（3）所需自主式传感器（毫米波雷达、激光雷达和摄像头）在当前具备自适应巡航系统,紧急制定系统（AEB）等驾驶辅助系统的车辆中已经安装，且装机量较大并且越来越普遍，故无需另外增加传感器设备；
（4）覆盖范围不受路侧终端的限制。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明使用举例图；
图3为本发明的使用逻辑框图。
图中：1、自主式传感器模块，2、车载总线，3、驾驶辅助系统，4、人机交互系统，5、V2X通信终端， 6、GNSS定位系统，7-9、车辆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例中，一种基于V2X系统的协同感知方法，包括自主式传感器模块1、V2X通信终端5（OBU）、GNSS定位系统6、驾驶辅助系统3和人机交互系统4；自主式传感器模块1、V2X通信终端5、驾驶辅助系统3和人机交互系统4分别与车载总线2连接，通过车载总线2进行数据交互；GNSS定位系统6与V2X通信终端5连接。本实施例中，驾驶辅助系统3包括中央处理器以及安装在中央处理器的驾驶辅助软件，驾驶辅助软件为现有技术。
本实施例中，所述自主式传感器模块1包括多种自主式传感器（比如：毫米波雷达、摄像头和激光雷达），且每种自主式传感器的数量为一个或多个，所述自主式传感器是指无需与目标进行通信也能获取目标的距离、类型以及速度的传感器。自主式传感器模块1用于感知周围环境中的障碍物信息（包括行人、车辆、自行车、摩托车以及各种载重的货车等），从障碍物中筛选出有效的目标，并将目标的类型、目标数量、目标相对本车的纵向距离及横向距离、目标相对本车的速度信息发送给V2X通信终端5与驾驶辅助系统3。
本实施例中，所述GNSS定位系统6用于获取车辆的经纬度信息、航向角度信息以及差分信号，并发送给V2X通信终端5。
本实施例中，所述V2X通信终端5用于以固定周期t0广播车辆基础安全消息, 该车辆基础安全消息包含本车行驶状态信息和位置轨迹信息，同时接收从其他车辆广播的车辆基础安全消息并对信息进行解析和处理。
如图3所示，本实施例中，所述V2X通信终端5还用于接收自主式传感器模块1所感知的目标，并对自主式传感器模块1所感知的目标进行过滤处理，过滤掉自主式传感器模块1和V2X通信终端5均感知到的目标，以避免信息重复广播。目标过滤的方法为：将通过V2X通信终端5接收到的目标的经纬度值转换为笛卡尔坐标（Yt，Xt）并将此坐标和通过自主式传感器模块1探测的目标坐标（Y，X）进行比较，同时将通过V2X通信终端5接收到的目标的速度Vobu与通过自主式传感器模块1探测的目标的速度V进行比较，如果两个坐标的差值小于阈值Dd且两者之间的速度差值小于阈值Vd，即|Y-Yt|＜Dd 且 |X-Xt|＜Dd 且|Vobu-V|＜Vd；则认为自主式传感器模块1和V2X通信终端5探测的目标为同一目标，说明此目标安装有V2X通信终端5并可正常广播车辆基础安全消息，无需在协同感知消息中重复广播，故过滤掉此目标。比如：自主式传感器模块1所感知的目标有目标1、目标2、目标3、目标4和目标5。V2X通信终端5所接收的车辆基础安全消息中有目标1和目标2，此时V2X通信终端5将自主式传感器模块1所感知的目标1和目标2的信息过滤掉，不再通过协同感知消息（MSG_EPM）广播出去。目标1和目标2的相关信息是由V2X通信终端5以车辆基础安全消息的形式广播出去的。
在过滤目标之前，还需要对各传感器所感知的信息进行融合处理；比如：假设毫米波雷达感知的目标有目标1、目标2和目标3，摄像头感知的目标有目标3和目标4，激光雷达感知的目标有目标1和目标5，将毫米波雷达、摄像头和激光雷达所感知的目标进行融合处理后，得出自主式传感器模块1所感知的目标为目标1、目标2、目标3、目标4和目标5。
对于未被过滤掉的目标，则根据目标的类型、数量、纵向距离、横向距离以及本车从GNSS定位系统6获取的经纬度信息（LonH，LatH）计算出目标的经纬度值（LonT，LatT），并将计算出的目标的经纬度值（LonT，LatT）填充到协同感知消息中。
本实施例中，计算目标的经纬度的方法为：
|LatT-LatH|=X/(111.31955*1000)；
|LonT-LonH| = Y/(111.31955*1000*cos(LatH))。
同时填入的信号还包括给目标分配的ID、本车ID、数据来源（比如：目标A是由摄像头探测到，目标B是由毫米波雷达探测到）、目标数量、目标类型、时间戳和速度，在协同感知消息的填充过程中目标ID，数据来源，目标类型，时间戳，速度以及经纬度值作为一个链表发送，其大小与目标数量一致。消息填充完毕后，以固定的周期t1通过V2X通信终端5的无线通信模块将其广播；同时接收从其他车辆发送的协同感知消息并对其进行解析和处理后发送至驾驶辅助系统3。
所述驾驶辅助系统3用于计算本车行驶过程中是否存在碰撞危险；用于计算的数据来源自自主式传感器和V2X通信终端5通过车载总线2发送的信息。
所述人机交互系统4用于显示本车行驶过程中的报警信息，包括在正常行驶过程中本车周围障碍物行驶状态和位置信息；同时接收用户的配置输入并将其发送至V2X通信终端5和驾驶辅助系统3。
本实施例中，一种基于V2X系统的协同感知方法，采用如本实施例中所述的基于V2X系统的协同感知系统，包括以下步骤：
所述自主式传感器模块1感知周围环境中的障碍物信息，从障碍物中筛选出有效的目标，并将目标的类型、目标数量、目标相对本车的纵向距离及横向距离、目标相对本车的速度信息发送给V2X通信终端5与驾驶辅助系统3；
所述GNSS定位系统6获取车辆的经纬度信息、航向角度信息以及差分信号；
所述V2X通信终端5以固定周期t0广播车辆基础安全消息, 该车辆基础安全消息包含本车行驶状态信息和位置轨迹信息，同时接收从其他车辆广播的车辆基础安全消息并对信息进行解析和处理；
所述V2X通信终端5接收自主式传感器模块1所感知的目标，并根据目标的类型、数量、纵向距离、横向距离以及本车从GNSS定位系统6获取的经纬度信息计算出目标的经纬度值，并将计算出的目标的经纬度值填充到协同感知消息中，同时填入的信号还包括给目标分配的ID、本车ID、数据来源、目标数量、目标类型、时间戳和速度，并在消息填充完毕后以固定的周期t1通过V2X通信终端5的无线通信模块将其广播；同时接收从其他车辆发送的协同感知消息并对其进行解析和处理后发送至驾驶辅助系统3。
所述人机交互系统4显示本车行驶过程中的报警信息，包括在正常行驶过程中本车周围障碍物行驶状态和位置信息；同时接收用户的配置输入并将其发送至V2X通信终端5和驾驶辅助系统3。
以下结合实例对本实施例进行说明：
如图2所示，车辆8装有自主式传感器模块1、V2X通信终端5，车辆7装有V2X通信终端5，车辆9为未装备V2X通信终端5的普通车辆。车辆8通过自主式传感器模块1探测到车辆9，并获得车辆9相对车辆8的纵向距离X，横向距离X以及速度V；车辆8在经过过滤与融合处理后将车辆9的信息通过协同感知消息（MSG_EPM）广播出去，车辆7在无法与车辆9进行交互也不能通过自主式传感器模块1探测到车辆9的情况下，车辆7通过接收车辆8广播的协同感知消息获得车辆9的信息；车辆7通过驾驶辅助系统3的计算可以判断是否与车辆9在交叉口存在碰撞危险。
本发明所述的一种车辆，包括如本实施例中所述的基于V2X系统的协同感知系统。

Claims (6)

1.一种基于V2X系统的协同感知系统，其特征在于：包括自主式传感器模块（1），V2X通信终端（5），GNSS定位系统（6），驾驶辅助系统（3）和人机交互系统（4）；
所述自主式传感器模块（1）用于感知周围环境中的障碍物信息，从障碍物中筛选出有效的目标，并将目标的类型、目标数量、目标相对本车的纵向距离及横向距离、目标相对本车的速度信息发送给V2X通信终端（5）与驾驶辅助系统（3）；
所述GNSS定位系统（6）用于获取车辆的经纬度信息、航向角度信息以及差分信号；
所述V2X通信终端（5）用于以固定周期t0广播车辆基础安全消息, 该车辆基础安全消息包含本车行驶状态信息和位置轨迹信息，同时接收从其他车辆广播的车辆基础安全消息并对信息进行解析和处理；
所述V2X通信终端（5）还用于接收自主式传感器模块（1）所感知的目标，并根据目标的类型、数量、纵向距离、横向距离以及本车从GNSS定位系统（6）获取的经纬度信息计算出目标的经纬度值，并将计算出的目标的经纬度值填充到协同感知消息中，同时填入的信号还包括给目标分配的ID、本车ID、数据来源、目标数量、目标类型、时间戳和速度，并在消息填充完毕后以固定的周期t1通过V2X通信终端（5）的无线通信模块将其广播；同时接收从其他车辆发送的协同感知消息并对其进行解析和处理后发送至驾驶辅助系统（3）；
所述人机交互系统（4）用于显示本车行驶过程中的报警信息，包括在正常行驶过程中本车周围障碍物行驶状态和位置信息；同时接收用户的配置输入并将其发送至V2X通信终端（5）和驾驶辅助系统（3）；
所述V2X通信终端（5）还用于对自主式传感器模块（1）所感知的目标进行过滤处理，过滤掉自主式传感器模块（1）和V2X通信终端（5）均感知到的目标，具体为：将通过V2X通信终端（5）接收到的目标的经纬度值转换为笛卡尔坐标（Yt，Xt）并将此坐标和通过自主式传感器模块（1）探测的目标坐标（Y，X）进行比较，如果两个坐标的差值小于阈值Dd且两者之间的速度差值小于阈值Vd，则认为自主式传感器模块（1）和V2X通信终端（5）探测的目标为同一目标并过滤掉此目标，否则计算出目标的经纬度值并填充到协同感知消息中。
2.根据权利要求1所述的基于V2X系统的协同感知系统，其特征在于：所述自主式传感器模块（1）包括多种自主式传感器，且每种自主式传感器的数量为一个或多个，所述自主式传感器是指无需与目标进行通信也能获取目标的距离、类型以及速度的传感器。
3.根据权利要求2所述的基于V2X系统的协同感知系统，其特征在于：所述自主式传感器模块（1）包括毫米波雷达、摄像头和激光雷达。
4.一种基于V2X系统的协同感知方法，其特征在于：采用如权利要求1至3任一所述的基于V2X系统的协同感知系统，包括以下步骤：
所述自主式传感器模块（1）感知周围环境中的障碍物信息，从障碍物中筛选出有效的目标，并将目标的类型、目标数量、目标相对本车的纵向距离及横向距离、目标相对本车的速度信息发送给V2X通信终端（5）与驾驶辅助系统（3）；
所述GNSS定位系统（6）获取车辆的经纬度信息、航向角度信息以及差分信号；
所述V2X通信终端（5）以固定周期t0广播车辆基础安全消息, 该车辆基础安全消息包含本车行驶状态信息和位置轨迹信息，同时接收从其他车辆广播的车辆基础安全消息并对信息进行解析和处理；
所述V2X通信终端（5）接收自主式传感器模块（1）所感知的目标，并根据目标的类型、数量、纵向距离、横向距离以及本车从GNSS定位系统（6）获取的经纬度信息计算出目标的经纬度值，并将计算出的目标的经纬度值填充到协同感知消息中，同时填入的信号还包括给目标分配的ID、本车ID、数据来源、目标数量、目标类型、时间戳和速度，并在消息填充完毕后以固定的周期t1通过V2X通信终端（5）的无线通信模块将其广播；同时接收从其他车辆发送的协同感知消息并对其进行解析和处理后发送至驾驶辅助系统（3）；
所述人机交互系统（4）显示本车行驶过程中的报警信息，包括在正常行驶过程中本车周围障碍物行驶状态和位置信息；同时接收用户的配置输入并将其发送至V2X通信终端（5）和驾驶辅助系统（3）。
5.根据权利要求4所述的基于V2X系统的协同感知方法，其特征在于：所述障碍物包括行人、车辆、自行车、摩托车以及货车。
6.一种车辆，其特征在于：包括如权利要求1至3任一所述的基于V2X系统的协同感知系统。
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