通过车载单元的防追尾碰撞算法,对接收到的信息与自身G P S 信息进行判断比较,如果达到碰撞前车的阈值上限,则触发警示程序,通过声音与图像向驾驶员提示,直到驾驶员改变驾驶策略,算法重新解算无危险后解除警示.另外,从２车距离判断,为避免追尾碰撞事
故,所探测的己车到目标车辆的距离必须大于制动后２车的距离,否则汽车将有发生追尾碰撞的危险.设R A 为A 车通信范围,R B 为B 车通信
范围,D A B 为A ,B ２车相对距离,D s a f e 为A ,
B ２车的预警安全距离.采用动力学安全距离模型计算
D s a f e 如下
[３]
.D s a f e ＝v B (t １＋t ２＋t ３)
＋v ２B －v ２A
２a
＋Δd (１)式中:v A ,v B 分别为前车A 二后车B 的车速;t １,
t ２,t ３分别为驾驶员的反应时间二制动协调时间二减速度增长到最大的时间;a 为车辆的最大的制
９
２１基于I E E E８０２．１１p /１６０９的车辆防追尾碰撞终端系统设计与实现
徐淑雨一卢红洋一成一健
动减速度,且a A＝a B＝a;Δd为停车后２车的间距.
系统的防追尾碰撞算法具体描述见表１.
表１一车辆防追尾碰撞算法描述
T a b．１一V e h i c l e r e a rＧe n d c o l l i s i o na v o i d a n c e
a l g o r i t h md e s c r i p t i o n
I n i t(A),I n i t(B)一一//初始化A二B车程序
i f
D A B?R A a n d D A B?R B一//２车在通信范围内
s e n d(B G P S,A),s e n d(A G P S,B)一//２车分别以１０H z 播发自身位置信息
r e c e i v e(B,A G P S),r e c e i v e(A,B G P S)一//２车分别接收其他车辆位置信息
e n d i f
w h i l e c o n n e c t(A,B)d o一一//２车在通信范围内
C o m p a r e(A G P S,B G P S)一//比较２车位置信息,计算航向夹角,相对位置,相对速度等
C o m p u t e
D s a f e(A,B)一//计算２车间的预警安全距离(通过车辆速度,位置,加速度等)
i f
一一D(A,B)?s a f e t y(A,B)一//B车当前行进策略可追尾碰撞前车A
一一A l a r m(B)一一//B车触发警示提醒B车驾驶员
e l s e
一一C l e a rA l a r m(B)一一//消除B车警示提醒
e n d i f
e n dw h i l e
i f
D A B＞R A一a n d一D A B＞R B一一//２车不在通信范围内
d i s c o n n
e c t(A,B)一//A,B失去通信
e n d i f
2一系统测试
２．１一测试环境设置
测试场地选择了１段车辆少的公路,分别进行系统通信性能测试和防追尾避碰测试.其中,通信性能测试主要测试了不同调制二不同速度二不同通信距离二不同数据包长度等条件下的通信速
表２一测试参数设置
T a b．２一T e s t p a r a m e t e r s e t t i n g s
参数值
车辆移动速度３０~１２０k m/h
无线传播模型T w o R a y G r o u n d
MA C层协议I E E E８０２．１１p
路由层协议A O D V
应用层协议W S M P
工作频率５．８９５G H z
信道带宽１０MH z
发送功率０．１W
发送消息频率１０H z 率及丢包率;防追尾碰撞测试则通过安装防追尾终端时车辆预警情形,验证防追尾终端系统的可行性,即验证通过模型计算出的安全距离和终端系统输出的预警信息是否符合实际驾车情况.具体测试参数见表２.
２．２一通信性能测试
采用从O B U端在静态条件下不同距离持续发送W S M P(w a v e s h o r tm e s s a g e p r o t o c o l,W A V E 短信息通信协议)数据包,O B U接收后立即回应相同大小的W S M P数据包的形式,进行数据包丢包率测试.设定O B U发射功率为１００mW,静态条件下的２车车间距离分别为４７０m和６８３m(即d＝４７０m和d＝６８３m),每次发送端O B U发送１００００个数据包,数据包大小(用B表示)分别为４００B y t e s和１００B y t e s(即B＝４００B y t e s和B＝１００B y t e s),测得通信系统在不同的调制模式下的丢包率见图２.由图２可知,通信车辆处于静止状态,当车间距近时,B P S K调制模式未出现丢包现象,Q AM１６调制模式丢包率较大,而且传输的数据包越大丢包越严重;随着车间距增大,丢包现象明显加重,只有B P S K(b i n a r y p h a s e s h i f t k eＧy i n g,二进制相移键控)模式丢包率略低,在可接受范围内(丢包率不高于１０％),Q AM１６调制模式下的数据包几乎全部丢失.可见,丢包率与编码方式和通信距离密切相关,通信距离越大,传输速率越高,丢包现象越严重,在车载通信环境下,可靠通信应优选B P S K方式.
图２一静止车辆不同调制模式下的丢包率
F i g．２一P a c k e t e r r o r r a t e o fm o t i o n l e s s v e h i c l e s
u n d e r d i f f e r e n tm o d u l a t i o nm o d e s
设定O B U发射功率为１００mW,通信车辆以３０k m/h的平均速度同向行驶,２车车间距离维持在３００m和１７５m左右(即d＝４７０m和d＝６８３m),每次发送端O B U发送５０００个数据包,数据包大小分别为４００B y t e s和１００B y t e s(即B＝４００B y t e s和B＝１００B y t e s),测得通信系统在
０３１交通信息与安全一２０１５年４期一第３３卷一总１９２期
不同的调制模式下的丢包率见图３.由图３可知,O B U 移动状态下B P S K 调制模式下的通信效果最佳.运动车辆车间距相同的情况下,传输的数据包越大,丢包越严重;相同传输速率时,随着车间距的增大,丢包率上升.可见,丢包率还受车辆移动速度和和数据包大小的影响,为保证车辆
间的可靠通信,可优选B P S K 或Q P S K (q
u a d r a Ｇt u r e p h a s e s h i f t k e y i n g ,正交相移键控)方式.图３一运动车辆不同调制模式下的丢包率
F i g ．３一P a c k e t e r r o r r a t e o fm o v i n g v e h i c l e s u n d e r d i f f e r e n tm o d u l a t i o nm o d e s
综合上述,在保证数据传输速率和可靠性情
况下,车载终端通信时编码方式可选择Q P S K .
２．３一防追尾碰撞测试分析
所设计系统是否能在实际驾车时较好地实现防追尾碰撞的情况,需要进行实际验证和测试.笔者将终端系统直接安装在车辆上进行防追尾碰撞测试.考虑实际测试的危险性,减少测试过程中的损失,只针对同车道上前车静止和前车突然减速２种极端情况进行测试,并统计给出实验结果,见表３和表４(表中数据是若干组测试结果中选取的一部分),其中t １＝１．５s ,t ２＝０．２s ,t ３＝