CN116913132B - 基于域集中式架构的前向碰撞预警*** - Google Patents
基于域集中式架构的前向碰撞预警*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于域集中式架构的前向碰撞预警***，该***中：OBU获取主车BSM、远车BSM及RSU信息，以服务形式向自动驾驶域控制器提供硬件接口；该控制器调用OBU的IO抽象服务，将OBU处理后信息抽象为原子服务层中主车信息服务、远车信息服务及RSU信息服务；该控制器的基础服务层根据原子服务层提供的信息服务确定碰撞预警信号，其应用服务层的前向碰撞预警服务根据该预警信号，经由网关设备向智能座舱域控制器提供前向碰撞预警服务；智能座舱域控制器向预警提醒硬件设备提供预警提醒服务。该***实现了软硬件分离解耦，利于前向碰撞预警***集成，极大减少通信总线的负载，保证高可靠高实时性的数据传输。
Description
技术领域
本发明涉及智能网联汽车领域，尤其涉及一种基于域集中式架构的前向碰撞预警***。
背景技术
随着智能网联汽车的功能日益增多，应用软件设计也愈加复杂，传统分布式电子电气架构（Electrical Electronic Architecture，EEA）中，电子控制单元(ElectricalControl Unit，ECU)、通信线束逐渐增多，不同ECU间的软硬件配合愈发复杂，整车架构越来越复杂，研发难度增大。此外，架构的复杂性使得控制器局域网总线（Controller AreaNetwork，CAN）总线不堪重负，引发信息的传输出现诸多问题。要增加新功能时，需要新增ECU和CAN、局域互联网络（Local Interconnect Network，LIN）通信总线，再嵌入到软件***中，耗时长，流程繁琐，且每个ECU绑定具体功能，无法实现横跨多个ECU/传感器的复杂功能，亦无法通过空中下载技术（Over The Air，OTA）保持汽车软件的持续更新。为了解决分布式电子电气架构上述问题，诞生了域集中式电子电气架构，通过“域”(Domain)将控制汽车某一大功能模块的电子电气架构进行集合。最典型的划分方式是把全车电子电气架构分为五个域：动力域、底盘域、车身域、座舱域和自动驾驶域。
前向碰撞预警（Forward Collision Warning，FCW）是一种汽车主动安全驾驶辅助***，当主车（Host Vehicle，HV）或称作自车，在车道上行驶时，通过获取的周围车辆状态与道路信息，判断与正前方同一车道的远车（Remote Vehicle，RV）存在追尾碰撞危险，对HV驾驶员进行预警，辅助驾驶员避免或减轻前向碰撞，提高道路行驶安全。为解决主车摄像头、雷达等传感器信息的预警方式在遮挡、恶劣环境下难以实现准确预警问题，基于车用无线通信技术的FCW***正在被广泛应用。
目前的前向碰撞预警***软件与硬件耦合性过强，难以完成在域集中式架构中的集成，且前向碰撞预警算法模块作为整体进行输入输出，FCW应用中不同的功能模块涉及的多级中间计算处理结果无法实现结果共享与重复调用，对外部应用的开放不灵活。
发明内容
为了解决目前的前向碰撞预警***软件与硬件耦合性过强，难以完成在域集中式架构中的集成问题，本发明提供一种基于域集中式架构的前向碰撞预警***。
本发明提供一种基于域集中式架构的前向碰撞预警***，包括：车载单元（Onboard Unit，OBU）、自动驾驶域控制器、智能座舱域控制器、预警提醒硬件设备和网关设备；所述OBU，用于在行驶过程中，且启动FCW功能时，实时获取主车基本安全消息（BasicSafety Message，BSM）、远车BSM及路侧单元（Road Side Unit，RSU）信息，并以服务形式向自动驾驶域控制器提供硬件接口；所述自动驾驶域控制器，用于调用OBU的IO抽象服务，将OBU处理后的主车BSM、远车BSM及RSU信息抽象为所述自动驾驶域控制器的原子服务层中的主车信息服务、远车信息服务及RSU信息服务；所述网关设备，用于所述自动驾驶域控制器与所述智能座舱域控制器进行数据交互；所述自动驾驶域控制器，还包括基础服务层和应用服务层,所述基础服务层用于根据原子服务层提供的各信息服务确定碰撞预警信号，所述应用服务层包括前向碰撞预警服务，用于根据所述预警信号，经由网关设备向智能座舱域控制器提供前向碰撞预警服务；所述智能座舱域控制器，用于根据所述前向碰撞预警服务向预警提醒硬件设备提供预警提醒服务。
基于本发明提供的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，所述OBU包括定位***、车内总线、无线电通信子***及车载设备处理单元；所述定位***，用于提供主车的车辆信息，所述车辆信息包括位置、方向、速度和时间信息；
所述车内总线，用于从CAN数据接口获取主车运动参数；所述无线电通信子***，用于接收和发送车辆数据，接收的车辆数据包括远车BSM和RSU发送的道路信息，发送的车辆数据包括主车BSM信息；所述车载设备处理单元，用于将从定位***的数据接口获取的车辆信息和CAN数据接口读取的运动参数封装形成主车BSM，并传输至无线电通信子***以对外发送，以及将无线电通信子***接收到的远车BSM信息以及RSU发送的道路信息进行处理以供自动驾驶域控制器调用。
基于本发明提供的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，所述基础服务层包括相对坐标转换服务、相对距离计算服务、紧急车辆筛选服务、碰撞时间（Time to Collision，TTC）及阈值计算服务和FCW预警判断服务；所述相对坐标转换服务，用于调用原子服务层中主车信息服务、远车信息服务对远车位置进行主车相对坐标系转换，得出远车与主车的相对位置关系的坐标；所述相对距离计算服务，用于主车和远车分别在直道和弯道的不同工况情况下，根据远车与主车的相对位置关系，计算主车与远车沿道路行驶方向和垂直道路方向的相对行驶距离；所述紧急车辆筛选服务，用于利用主车与远车的相对行驶距离筛选出当前行驶环境下潜在发生碰撞风险的紧急车辆列表，并根据所述紧急车辆列表确定优先发生碰撞风险的最紧急车辆；所述TTC及阈值计算服务，用于调用所述紧急车辆筛选服务的结果及主车信息服务，计算主车与最紧急车辆的TTC及计算预警时间阈值；所述FCW预警判断服务，基于TTC与预警时间阈值进行预警判断，当TTC小于预警时间阈值时，判断为主车与最紧急车辆存在碰撞追尾风险，发出预警信号。
基于本发明提供的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，所述智能座舱域控制器还包括应用服务层，用于提供碰撞预警开关服务；所述前向碰撞预警开关服务，用于接收驾驶员外部输入的应用激活指令或关闭指令，控制前向碰撞预警功能的启动或关闭。
基于本发明提供的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，所述预警提醒硬件设备包括音响、方向盘及仪表盘，相应地，所述智能座舱控制器的原子服务层包括语音通知服务、方向盘振动提醒服务和人机界面（Human Machine Interface，HMI）显示服务；所述语音通知服务，用于所述智能座舱域控制器收到预警信号后，通过音响的IO抽象调用音响实现语音提醒；所述方向盘振动提醒服务，用于所述智能座舱域控制器收到预警信号后，通过方向盘的IO抽象调用方向盘实现方向盘振动提醒；所述HMI显示服务，用于所述智能座舱域控制器收到预警信号后，通过仪表盘IO抽象调用仪表盘实现预警信息显示提醒。
基于本发明提供的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，所述相对坐标转换服务，具体用于根据下式计算以主车所在位置为几何中心的远车经纬度向平面位置的坐标：
其中，；
其中，为主车航向角，R为地球半径，/>、/>，/>、/>分别为主车的经纬度和远车的经纬度。
基于本发明提供的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，所述基础服务层还包括驾驶意图预测服务，用于：
根据下式预测远车未来时刻的轨迹：
若远车RV横向相对位移变化量大于等于远车RV的车辆宽度，则将对应远车从紧急车辆列表中移除；
其中，（,/>）为t时刻下相对坐标转换服务处理后的远车在以主车为中心的相对坐标系下的坐标，（/>,/>）为预测的t+1时刻下相对坐标转换服务处理后的远车在以主车为中心的相对坐标系下的坐标，/>表示t时刻远车的速度，/>表示预测的 t+1时刻远车的速度，/>表示t时刻远车的航向角，/>表示预测的 t+1时刻远车的航向角，/>表示t时刻远车的转向角，/>表示远车的轴距，/>表示t时刻远车的加速度，Δt表示时间间隔，N为预测时域内的Δt个数。
基于本发明提供的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，所述紧急车辆筛选服务，具体用于：调取相对距离计算服务，获取当前通信范围内所有远车与主车的相对行驶距离；
根据下式确定潜在发生碰撞风险的紧急车辆列表：
在所述紧急车辆列表中，根据相对距离最小确定最紧急车辆；
其中，分别为远车和主车车速，/>为远车与主车在垂直道路方向相对距离，/>分别为主车和远车宽度，中/>分别为主车与远车的航向角。
基于本发明提供的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，所述TTC及阈值计算服务，用于根据下式计算最紧急车辆的TTC：
并根据下式分别确定部分制动的一级TTC阈值和完全制动的二级TTC阈值；
其中，为主车与最紧急车辆沿行驶车道的相对行驶距离，/>分别为主车与最紧急车辆的加速度，/>分别为主车与最紧急车辆的速度，/>为车辆平均制动减速度。
基于本发明提供的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，所述FCW预警判断服务，具体用于：若最紧急车辆的TTC介于一级TTC阈值和二级TTC阈值之间，触发一级预警信号；若最紧急车辆的TTC小于二级TTC阈值，触发二级预警信号；其中，二级预警信号的处理优先级大于一级预警信号。
本发明产生的有益效果是：对前向碰撞预警***进行面向服务设计，将硬件设备进行IO抽象，将硬件接口以服务的形式提供，依据FCW功能逻辑进行服务划分，实现软硬件分离解耦，采用面向服务标准化通信接口进行服务间交互，根据每个服务的调用逻辑及处理实施位置部署在域集中式架构对应的域控制器中，实现前向碰撞预警***在域集中式架构的集成。可以独立的方式被开发、测试、部署和升级，通过云端对现有服务内部算法逻辑的升级改进或调用其他新增服务，可实现对前向碰撞预警的OTA远程升级，完成对FCW应用的快速迭代。本发明所有服务通过标准化服务接口进行交互，不同的应用程序和***可以通过标准化接口无限调用所需的现有服务，实现服务复用与计算资源共享，减少计算单元处理压力，极大地减少了车辆通信总线的通信负载，保证高可靠、高实时性的数据传输，更加便捷地完成新应用开发，节省开发周期与成本，功能扩展性更强，提高汽车软件开发效率和迭代速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的基于域集中式架构的前向碰撞预警***架构图之一；
图2是本发明实施例的基于域集中式架构的前向碰撞预警***架构图之二；
图3是本发明实施例的主车坐标系相对坐标转换原理图；
图4是本发明实施例的相对距离计算示意图（HV直道，RV直道）；
图5是本发明实施例的相对距离计算示意图（HV直道，RV弯道）；
图6是本发明实施例的相对距离计算示意图（HV弯道，RV弯道）；
图7是本发明实施例的相对距离计算示意图（HV弯道，RV直道）；
图8是本发明实施例的远车紧急变道示意图；
图9是本发明实施例的前向碰撞预警流程图；
图10是本发明实施例的最紧急车辆筛选流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
智能化和网联化时代，汽车软件规模和功能复杂度的快速上升，传统分布式电子电气架构功能模块繁多，硬件设备数量庞大，***复杂度较高，集成、调试和维护难度大。域集中式电子电气架构通过模块化和分离，可以提高***的可维护性、可扩展性和可靠性。为解决域集中式架构下前向碰撞预警***的集成问题，本发明采用SOA（Service OrientedArchitecture，面向服务架构）对前向碰撞预警***进行面向服务设计。
下面结合图1至图10对本发明的基于域集中式架构的前向碰撞预警***及装置进行说明，图1是本发明实施例的基于域集中式架构的前向碰撞预警***架构图之一，如图1所示，本发明提供一种基于域集中式架构的前向碰撞预警***，包括：OBU、自动驾驶域控制器、智能座舱域控制器、预警提醒硬件设备和网关设备。
其中，OBU用于在行驶过程中，且启动FCW功能时，实时获取主车基本安全消息BSM、远车BSM及路侧单元RSU信息，并以服务形式向自动驾驶域控制器提供硬件接口。自动驾驶域控制器，用于调用OBU的IO抽象服务，将OBU处理后的主车BSM、远车BSM及RSU信息抽象为自动驾驶域控制器的原子服务层中的主车信息服务、远车信息服务及RSU信息服务。网关设备，用于自动驾驶域控制器与智能座舱域控制器进行数据交互。自动驾驶域控制器，还包括基础服务层和应用服务层,基础服务层用于根据原子服务层提供的各信息服务确定碰撞预警信号，应用服务层包括前向碰撞预警服务，用于根据预警信号，经由网关设备向智能座舱域控制器提供前向碰撞预警服务；智能座舱域控制器，用于根据前向碰撞预警服务向预警提醒硬件设备提供预警服务。
为实现对前向碰撞预警***在域集中式电子电气架构的集成，本发明基于SOA架构对前向碰撞预警***进行软硬件解耦，对FCW***功能进行面向服务设计。对OBU及预警提醒硬件设备进行IO抽象，将硬件接口以服务的形式提供。通过抽象出FCW应用功能服务，将服务在自动驾驶域控制器与智能座舱域控制器部署，对前向碰撞预警***功能逻辑在域集中式架构中集成。
软硬件解耦将OBU与预警提醒硬件设备的IO接口的具体细节进行抽象化和封装，提供标准的接口，使得应用程序可通过调用接口实现与底层硬件设备的交互，不同应用程序可使用相同的应用编程接口（API：Application Programming Interface）来访问不同类型的硬件设备。
本发明的***中，根据每个服务的调用逻辑及处理实施位置部署在不同的域控制器中，在自动驾驶域控制器中部署FCW算法功能相关服务，在智能座舱域控制器中部署前向碰撞预警开关服务及实现预警提醒相关服务。
本发明按照FCW应用逻辑从功能主体和需求出发，基于车用无线通信技术的前向碰撞预警算法流程，采用自上而下的设计方法，按照三层服务架构模型进行面向服务分析、服务架构设计，确定服务间调用和依赖关系，明确各服务在整个SOA架构中充当的角色，采用SOA架构的通信标准化服务接口。基于SOA理论将整个***抽象封装为原子服务、基础服务和应用服务。
进一步的，原子服务层中为传感器和执行器直接相关的服务，用于获取与提供信息与执行动作，这些服务具有高度可重用性。原子服务包括主车信息服务、远车信息服务、RSU信息服务，以服务提供方的角色对外提供标准接口，需要使用车用无线通信技术信息和预警提醒的基础服务或应用服务可以对其调用。原子服务层中主车信息服务、远车信息服务、RSU信息服务分别为OBU中车载设备处理单元处理后的主车信息的抽象和无线电通信子***接收的远车信息、RSU信息的抽象。
自动驾驶域控制器中的基础服务层为FCW算法功能的中间运算模块，这些服务利用输入信息运行算法输出运算结果，应用层中的前向碰撞预警服务接收到预警信号通过网关设备进行预警信号的通知。然后，智能座舱域控制器向预警提醒硬件设备提供预警服务，如向音响、方向盘和仪表盘提供相应的通知服务。
本发明的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，对前向碰撞预警***进行面向服务设计，将硬件设备进行IO抽象，将硬件接口以服务的形式提供，依据FCW功能逻辑进行服务划分，实现软硬件分离解耦，采用面向服务标准化通信接口进行服务间交互，根据每个服务的调用逻辑及处理实施位置部署在域集中式架构对应的域控制器中，实现前向碰撞预警***在域集中式架构的集成。
本发明***的FCW功能服务均可以独立的方式被开发、测试、部署和升级，通过云端对现有服务内部算法逻辑的升级改进或调用其他新增服务，可实现对前向碰撞预警的OTA远程升级，完成对FCW应用的快速迭代。本发明所有服务通过标准化服务接口进行交互，不同的应用程序和***可以通过标准化接口无限调用所需的现有服务，实现服务复用与计算资源共享，减少计算单元处理压力，极大地减少了车辆通信总线的通信负载，保证高可靠、高实时性的数据传输，更加便捷地完成新应用开发，节省开发周期与成本，功能扩展性更强，提高汽车软件开发效率和迭代速度。
在一个实施例中，所述OBU包括定位***、车内总线、无线电通信子***及车载设备处理单元；所述定位***，用于提供主车的车辆信息，所述车辆信息包括位置、方向、速度和时间信息；所述车内总线，用于从CAN数据接口获取主车运动参数；所述无线电通信子***，用于接收和发送车辆数据，接收的车辆数据包括远车BSM和RSU发送的道路信息，发送的车辆数据包括主车BSM信息；所述车载设备处理单元，用于将从定位***的数据接口获取的车辆信息和CAN数据接口读取的运动参数封装形成主车BSM，并传输至无线电通信子***以对外发送，以及将无线电通信子***接收到的远车BSM信息以及RSU发送的道路信息进行处理以供自动驾驶域控制器调用。
OBU中定位***通常包含全球导航卫星***（GNSS：Global NavigationSatellite System）接收器，用以提供车辆的位置、方向、速度和时间等信息，该子***可以通过车速信号、惯性测量单元、差分定位***等技术来实现增强定位。
OBU中车内总线用于从CAN数据接口获取主车运动参数信息。无线电通信子***用于接收和发送空中信号，包括接收通过车用无线通信传输的远车BSM以及RSU发送的道路信息，同时将主车BSM信息向外发送对远车接收。
OBU中车载设备处理单元用于运行程序以生成需要发送的空中信号，以及处理接收的空中信号。车载设备处理单元将从GNSS数据接口和CAN数据接口读取的车辆信息封装形成主车BSM信息并传输至无线电通信子***对外发送，同时将无线电通信子***接收到的远车BSM信息以及RSU发送的道路信息进行处理与传递，供后续应用使用。
在一个实施例中，所述基础服务层包括相对坐标转换服务、相对距离计算服务、紧急车辆筛选服务、TTC及阈值计算服务和FCW预警判断服务；相对坐标转换服务，用于调用原子服务层中主车信息服务、远车信息服务对远车位置进行主车相对坐标系转换，得出远车与主车的相对位置关系的坐标；相对距离计算服务，用于主车和远车分别在直道和弯道的不同工况情况下，根据远车与主车的相对位置关系，计算主车与远车沿道路行驶方向和垂直道路方向的相对行驶距离；紧急车辆筛选服务，用于利用主车与远车的相对行驶距离筛选出当前行驶环境下潜在发生碰撞风险的最紧急车辆；TTC及阈值计算服务，用于调用所述紧急车辆筛选服务的结果及主车信息服务，计算主车与最紧急车辆的TTC及计算预警时间阈值；FCW预警判断服务，基于TTC与预警时间阈值进行预警判断，当TTC小于预警时间阈值时，判断为主车与最紧急车辆存在碰撞追尾风险，发出预警信号。
图2是本发明实施例的基于域集中式架构的前向碰撞预警***架构图之二，如图2所示，基础服务包括相对坐标转换服务、相对距离计算服务、紧急车辆筛选服务、TTC及阈值计算服务和FCW预警判断服务（作为优先，图2还示出了下文中加入驾驶意图预测服务的实施例），具体各服务的实现功能如上所述。通过标准接口供各功能模块调用，前向碰撞预警服务接收到预警信号进行预警通知。
自动驾驶域控制器基础服务层中应用服务层中前向碰撞预警服务接收到所述FCW预警判断服务的预警信号将通过网关设备向智能座舱域控制器传递。
在一个实施例中，所述智能座舱域控制器还包括应用服务层，用于提供碰撞预警开关服务；所述前向碰撞预警开关服务，用于接收驾驶员外部输入的应用激活指令或关闭指令，控制前向碰撞预警功能的启动或关闭。
本发明的基于域集中式架构的前向碰撞预警***中，在所述智能座舱域控制器应用层中置有前向碰撞预警开关服务。其中，前向碰撞预警开关服务可以接收驾驶员外部输入的应用激活指令或关闭指令，即是否激活车辆的前向碰撞预警功能，前向碰撞预警服务则根据外部应用激活指令激活所述前向碰撞预警应用模块。
在一个实施例中，所述预警提醒硬件设备包括音响、方向盘及仪表盘，相应地，所述智能座舱控制器的原子服务层包括语音通知服务、方向盘振动提醒服务和HMI显示服务；所述语音通知服务，用于所述智能座舱域控制器收到预警信号后，通过音响的IO抽象调用音响实现语音提醒；所述方向盘振动提醒服务，用于所述智能座舱域控制器收到预警信号后，通过方向盘的IO抽象调用方向盘实现方向盘振动提醒；所述HMI显示服务，用于所述智能座舱域控制器收到预警信号后，通过仪表盘IO抽象调用仪表盘实现预警信息显示提醒。
图2是本发明实施例的基于域集中式架构的前向碰撞预警***架构图之二，如图2所示，本发明按照FCW应用逻辑从功能主体和需求出发，基于车用无线通信技术的前向碰撞预警算法流程，采用自上而下的设计方法，按照三层服务架构模型进行面向服务分析、服务架构设计，确定服务间调用和依赖关系，明确各服务在整个SOA架构中充当的角色，采用SOA架构的通信标准化服务接口。基于SOA理论将整个***抽象封装为原子服务、基础服务和应用服务。
其中，原子服务还包括设置于智能座舱控制器的语音通知服务、方向盘振动提醒服务和HMI显示服务，以服务提供方的角色对外提供标准接口，需要使用车用无线通信技术信息和预警提醒的基础服务或应用服务可以对其调用。语音通知服务调用外设音响IO抽象服务进行声音输出；方向盘振动提醒服务调用方向盘IO抽象服务进行方向盘振动提醒；HMI显示服务调用仪表盘IO抽象服务实现界面显示。
在一个实施例中，所述相对坐标转换服务，具体用于根据下式计算以主车所在位置为几何中心的远车经纬度向平面位置的坐标：
其中，
其中，为主车航向角，R为地球半径，/>、/>，/>、/>分别为主车的经纬度和远车的经纬度。
首先需要将表征主车和远车位置的经纬度信息进行转换，图3是本发明实施例的主车坐标系相对坐标转换原理图，使远车处于以主车为中心的相对直角坐标系下。主车坐标为（0,0），远车坐标按照公式（2）计算临时坐标（,/>）。
根据主车航向角对临时坐标进行旋转，按照公式（1）计算得到最终的坐标（/>,/>），由此获得以主车所在位置为几何中心的远车经纬度向平面位置的坐标映射。
远车在以主车为中心的相对坐标系下的坐标（,/>）并不能表征远车与主车在车道行驶的位置关系，而准确计算主车与远车沿道路行驶方向和垂直道路方向的相对距离对于前向碰撞预警至关重要。特别是在车辆进出弯道时，碰撞追尾事故的风险更加显著。为了应对这一问题，前向碰撞预警***将主车和远车在直道和弯道路段下的情况分为四种工况：主车直道-远车直道、主车直道-远车弯道、主车弯道-远车直道和主车弯道-远车弯道。针对这四种工况，对主车与远车沿道路行驶方向和垂直道路方向的相对距离分别计算，以确保前向碰撞预警***能够准确判断主车和远车之间的相对位置。通过准确计算行驶相对距离，***能够实时确定潜在的威胁车辆，并及时提供预警信息，帮助驾驶员采取必要的措施以避免碰撞追尾事故的发生。
在相对距离计算服务中，首先对根据主车与远车所处车道的曲率半径、/>来判断主车与远车所处的四种道路类型工况，所述车道的曲率半径通过主车与远车信息服务中获取，在团体标准T/CSAE 53－ 2020《合作式智能运输*** 车用通信***应用层及应用数据交互标准（第一阶段）》指出，当车辆自身行驶的曲率半径为3276.7米时表示直线行驶。
工况1：主车直道-远车直道。
如图4所示，当主车与远车所处车道的曲率半径、/>满足式（3）时，则判断为主车HV处于直道且远车RV处于直道工况，此时远车RV与主车HV的垂直道路方向相对距离/>与沿道路行驶相对距离/>将分别依据公式（4）、（5）计算。
工况2：主车直道-远车弯道。
如图5，当主车与远车所处车道的曲率半径、/>满足式（6）时，则判断主车HV处于直道且远车RV处于弯道工况，此时远车RV与主车HV的垂直道路方向相对距离/>与沿道路行驶相对距离/>将分别依据公式（7）、（8）计算。
式中，分别为主车与远车的航向角。
工况3：主车弯道-远车弯道。
如图6，当主车与远车所处车道的曲率半径、/>满足式（9）时，则判断为主车HV处于弯道且远车RV处于直道工况，此时远车RV与主车HV的垂直道路方向相对距离/>与沿道路行驶相对距离/>将分别依据公式（10）、（11）计算。
工况4：主车弯道-远车直道。
如图7，当主车与远车所处车道的曲率半径、/>满足式（12），则判断为主车HV处于弯道且远车RV处于直道工况，此时远车RV与主车HV的垂直道路方向相对距离/>与沿道路行驶相对距离/>将分别依据公式（13）、（14）计算。
在一个实施例中，所述基础服务层还包括驾驶意图预测服务，用于根据下式预测远车未来时刻的轨迹：
若RV横向相对位移变化量大于等于RV的车辆宽度/>，则将对应远车从紧急车辆列表中移除。
其中，（,/>）为t时刻下相对坐标转换服务处理后的远车在以主车为中心的相对坐标系下的坐标（/>,/>），/>表示t时刻远车的速度，/>表示t时刻远车的航向角，/>表示t时刻远车的转向角，b表示远车的轴距，/>表示t时刻远车的加速度，Δt表示时间间隔，N为预测时域内的Δt个数。
通过预测车辆的驾驶意图可以分析车辆的行为和动态轨迹，***可以更好地判断是否存在潜在的碰撞风险，同时帮助前向碰撞预警***更好地处理复杂的交通场景、识别潜在的危险情况。如图8所示，当前工况下FCW算法所识别到的紧急车辆为RV-2，而当RV-2为躲避慢速或静止行驶的RV-1时将进行突然的换道行为，而主车驾驶员可能会由于反应不及时与RV-1存在碰撞风险。
为了计算危险车辆是否存在变道意图，坐标转换服务构建的以主车为中心的相对直角坐标系下建立了基于车辆运动学的轨迹预测模型，对远车信息服务中为当前通信范围内所有RV进行N×预测时域的未来轨迹的预测。可取N为50，/>为0.1秒，则N×/>的预测时域为5秒。
通过5s的预测时域内RV的轨迹预测，可得在预测时域内RV的横向位移变化量：
若RV横向相对位移变化量大于等于RV的车辆宽度/>，即，则认为RV具有变道意图。如果距离主车最近的车辆在同一车道存在变道意图，将其从紧急车辆列表中移除，不再作为前向碰撞预警的对象。从而为最紧急车辆筛选服务提供最紧急车辆的筛选信息。图9是本发明实施例的前向碰撞预警流程图，加入驾驶意图预测服务的基础服务层，在前向碰撞预警处理流程上如图9所示。
在一个实施例中，所述紧急车辆筛选服务，具体用于：调取相对距离计算服务，获取当前通信范围内所有远车与主车的相对行驶距离；根据下式确定潜在发生碰撞风险的紧急车辆列表：
在所述紧急车辆列表中，根据相对距离最小确定最紧急车辆；其中，分别为远车和主车车速，/>为远车相对主车在垂直道路方向相对距离，/>分别为主车和远车宽度，中/>分别为主车与远车的航向角。
前向碰撞预警需要实现主车对所在正前方同一车道存在追尾碰撞危险的远车进行预警，图10是本发明实施例的最紧急车辆筛选流程图，如图10所示，远车信息服务中为当前通信范围内所有RV信息列表，将所有RV信息依次通过相对坐标转换服务、相对距离计算服务与驾驶意图预测服务进行计算处理，得到主车通信范围内所有RV与HV的行驶相对距离以及驾驶意图。如式（19），通过该公式可以确定出车速小于主车、与主车在同一车道相同行驶方向且无换道意图的威胁车辆。
而满足该条件可能存在多个威胁车辆，则需要筛选出最紧急的威胁车辆；通过最紧急车辆筛选服务将沿道路行驶方向相对距离最小的远车作为最紧急车辆，并得到其索引index，基于index确定最紧急车辆信息。
在一个实施例中，所述TTC及阈值计算服务，用于根据下式计算最紧急车辆的TTC：
并根据下式分别确定部分制动的一级TTC阈值和完全制动的二级TTC阈值；
其中，为主车HV与最紧急车辆RV沿行驶车道的相对行驶距离，/>分别为HV与RV的加速度，/>分别为HV与RV速度，/>为车辆平均制动减速度。
在确定最紧急车辆的信息后，自动驾驶域控制器基础服务层中TTC及阈值计算服务通过调用紧急车辆筛选服务及主车信息服务计算与紧急车辆的TTC及计算预警时间阈值，通过公式（19）计算最紧急车辆的碰撞时间TTC。
TTC及阈值计算服务中TTC阈值计算为了保证及时预警且不会过早报警而影响驾驶体验，设计动态变化的TTC阈值，一级TTC阈值为主车采用部分制动（可设为50%）车辆制动减速度；二级TTC阈值/>主车采用完全制动（可设为100%）时车辆制动减速度，此时计算得到为公式22和23中的阈值。
其中，为车辆平均制动减速度，由《机动车运行安全技术条件》（GB 7258-2017）可知，乘用车空载时的平均减速度为6.2m/s2，满载时的平均减速度为5.9m/s2，因此，取空载时和满载时减速度的平均值6.05m/s2作为车辆制动减速度/>。
在一个实施例中，所述FCW预警判断服务，具体用于：若最紧急车辆的TTC大于一级TTC阈值，不触发预警；若最紧急车辆的TTC介于一级TTC阈值和二级TTC阈值之间，触发一级预警信号；若最紧急车辆的TTC小于二级TTC阈值，触发二级预警信号；其中，二级预警信号的处理优先级大于一级预警信号。
自动驾驶域控制器基础服务层中FCW预警判断服务调用TTC及阈值计算服务判断是否进行预警。若TTC大于一级TTC阈值，即/>，此时主车与最紧急车辆不会存在碰撞风险，将不会触发预警；若TTC介于一级TTC阈值和二级TTC阈值/>之间，即，此时主车与最紧急车辆存在碰撞风险但轻踩刹车即可解决危机，则触发一级预警信号；若TTC小于二级TTC阈值/>，即，此时主车与最紧急车辆存在碰撞风险且需要紧急刹车避免碰撞，则触发二级预警信号。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于域集中式架构的前向碰撞预警***，其特征在于，包括
车载单元OBU、自动驾驶域控制器、智能座舱域控制器、预警提醒硬件设备和网关设备；
所述OBU，用于在行驶过程中，且启动前向碰撞预警FCW功能时，实时获取主车基本安全消息BSM、远车BSM及路侧单元RSU信息，并将硬件接口以IO抽象服务的形式提供给自动驾驶域控制器，以实现软硬件分离解耦；
所述自动驾驶域控制器，用于调用OBU的IO抽象服务，将OBU处理后的主车BSM、远车BSM及RSU信息抽象为所述自动驾驶域控制器的原子服务层中的主车信息服务、远车信息服务及RSU信息服务；
所述网关设备，用于所述自动驾驶域控制器与所述智能座舱域控制器进行数据交互；
所述自动驾驶域控制器，还包括基础服务层和应用服务层,所述基础服务层用于根据原子服务层提供的各信息服务确定碰撞预警信号，所述应用服务层包括前向碰撞预警服务，用于根据所述预警信号，经由网关设备向智能座舱域控制器提供前向碰撞预警服务；
所述智能座舱域控制器，用于根据所述前向碰撞预警服务向预警提醒硬件设备提供预警提醒服务；
其中，所述基础服务层包括相对距离计算服务，用于主车和远车分别在直道和弯道的不同工况情况下，根据远车与主车的相对位置关系，计算主车与远车沿道路行驶方向和垂直道路方向的相对行驶距离，以确保前向碰撞预警***准确判断主车和远车之间的相对位置，实时确定潜在的威胁车辆，并及时提供预警信息；在该相对距离计算服务中，根据主车与远车所处车道的曲率半径、/>来判断主车与远车所处的四种道路类型工况：主车直道-远车直道、主车直道-远车弯道、主车弯道-远车弯道及主车弯道-远车直道。
2.根据权利要求1所述的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，其特征在于，所述OBU包括定位***、车内总线、无线电通信子***及车载设备处理单元；
所述定位***，用于提供主车的车辆信息，所述车辆信息包括位置、方向、速度和时间信息；
所述车内总线，用于从控制器局域网CAN数据接口获取主车运动参数；
所述无线电通信子***，用于接收和发送车辆数据，接收的车辆数据包括远车BSM和RSU发送的道路信息，发送的车辆数据包括主车BSM信息；
所述车载设备处理单元，用于将从定位***的数据接口获取的车辆信息和CAN数据接口读取的运动参数封装形成主车BSM，并传输至无线电通信子***以对外发送，以及将无线电通信子***接收到的远车BSM信息以及RSU发送的道路信息进行处理以供自动驾驶域控制器调用。
3.根据权利要求1所述的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，其特征在于，所述基础服务层还包括相对坐标转换服务、紧急车辆筛选服务、碰撞时间TTC及阈值计算服务和FCW预警判断服务；
所述相对坐标转换服务，用于调用原子服务层中主车信息服务、远车信息服务对远车位置进行主车相对坐标系转换，得出远车与主车的相对位置关系的坐标；
所述紧急车辆筛选服务，用于利用主车与远车的相对行驶距离筛选出当前行驶环境下潜在发生碰撞风险的紧急车辆列表，并根据所述紧急车辆列表确定优先发生碰撞风险的最紧急车辆；
所述TTC及阈值计算服务，用于调用所述紧急车辆筛选服务的结果及主车信息服务，计算主车与最紧急车辆的TTC及计算预警时间阈值；
所述FCW预警判断服务，基于TTC与预警时间阈值进行预警判断，当TTC小于预警时间阈值时，判断为主车与最紧急车辆存在碰撞追尾风险，发出预警信号。
4.根据权利要求1所述的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，其特征在于，所述智能座舱域控制器还包括应用服务层，用于提供碰撞预警开关服务；
所述前向碰撞预警开关服务，用于接收驾驶员外部输入的应用激活指令或关闭指令，控制前向碰撞预警功能的启动或关闭。
5.根据权利要求1所述的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，其特征在于，所述预警提醒硬件设备包括音响、方向盘及仪表盘，相应地，所述智能座舱控制器的原子服务层包括语音通知服务、方向盘振动提醒服务和人机界面HMI显示服务；
所述语音通知服务，用于所述智能座舱域控制器收到预警信号后，通过音响的IO抽象调用音响实现语音提醒；
所述方向盘振动提醒服务，用于所述智能座舱域控制器收到预警信号后，通过方向盘的IO抽象调用方向盘实现方向盘振动提醒；
所述HMI显示服务，用于所述智能座舱域控制器收到预警信号后，通过仪表盘IO抽象调用仪表盘实现预警信息显示提醒。
6.根据权利要求3所述的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，其特征在于，所述相对坐标转换服务，具体用于根据下式计算以主车所在位置为几何中心的远车经纬度向平面位置的坐标：
其中，；
其中，为主车航向角，R为地球半径，/>、/>，/>、/>分别为主车的经纬度和远车的经纬度。
7.根据权利要求3所述的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，其特征在于，所述基础服务层还包括驾驶意图预测服务，用于：
根据下式预测远车未来时刻的轨迹：
若远车RV横向相对位移变化量大于等于远车RV的车辆宽度/>，则将对应远车从紧急车辆列表中移除；
其中，（,/>）为t时刻下相对坐标转换服务处理后的远车在以主车为中心的相对坐标系下的坐标，（/>,/>）为预测的t+1时刻下相对坐标转换服务处理后的远车在以主车为中心的相对坐标系下的坐标，/>表示t时刻远车的速度，/>表示预测的 t+1时刻远车的速度，/>表示t时刻远车的航向角，/>表示预测的 t+1时刻远车的航向角，/>表示t时刻远车的转向角，b表示远车的轴距，/>表示t时刻远车的加速度，Δt表示时间间隔，N为预测时域内的Δt个数。
8.根据权利要求7所述的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，其特征在于，所述紧急车辆筛选服务，具体用于：
调取相对距离计算服务，获取当前通信范围内所有远车与主车的相对行驶距离；
根据下式确定潜在发生碰撞风险的紧急车辆列表：
在所述紧急车辆列表中，根据相对距离最小确定最紧急车辆；
其中，分别为远车和主车车速，/>为远车与主车在垂直道路方向的相对距离，/>分别为主车和远车宽度，中/>分别为主车与远车的航向角。
9.根据权利要求3所述的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，其特征在于，所述TTC及阈值计算服务，用于根据下式计算最紧急车辆的TTC：
并根据下式分别确定部分制动的一级TTC阈值和完全制动的二级TTC阈值；
其中，为主车与最紧急车辆沿行驶车道的相对行驶距离，/>分别为主车与最紧急车辆的加速度，/>分别为主车与最紧急车辆的速度，/>为车辆平均制动减速度。
10.根据权利要求9所述的基于域集中式架构的前向碰撞预警***，其特征在于，所述FCW预警判断服务，具体用于：
若最紧急车辆的TTC介于一级TTC阈值和二级TTC阈值之间，触发一级预警信号；
若最紧急车辆的TTC小于二级TTC阈值，触发二级预警信号；
其中，二级预警信号的处理优先级大于一级预警信号。
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