车辆碰撞预测方法、车辆碰撞预测系统及电子装置与流程

本申请属于车辆安全技术领域，尤其涉及一种车辆碰撞预测方法、车辆碰撞预测系统及电子装置。

背景技术：

随着车辆保有量的持续增加，交通路况越来越复杂。智能驾驶技术的一个重要方向是车辆碰撞预测，该技术用于判断本车是否与附近行驶的车辆存在碰撞风险。

对于本领域技术人员来说，如何提高车辆碰撞预测的准确性，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种车辆碰撞预测方法及系统，以便准确地确定出本车与附近行驶的车辆是否存在碰撞风险，从而提高行车安全性。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供一种车辆碰撞预测方法，包括：

获得本车的车辆定位信息和车辆状态信息，获得目标车辆的车辆定位信息和车辆状态信息，其中，所述车辆状态信息包括速度、加速度、航向角、车长、以及车宽；

根据本车的车辆定位信息与所述目标车辆的车辆定位信息确定本车与所述目标车辆之间的距离；

如果本车与所述目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，则确定本车与所述目标车辆是否处于同一车道；

如果本车与所述目标车辆未处于同一车道，则根据本车和所述目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽，确定出本车进入碰撞危险区域的第一时刻以及离开所述碰撞危险区域的第二时刻，确定出所述目标车辆进入所述碰撞危险区域的第三时刻以及离开所述碰撞危险区域的第四时刻；

取第一时间区间和第二时间区间的交集作为预计碰撞时间集合，其中，所述第一时间区间为闭区间，所述第一时间区间的下边界为所述第一时刻、上边界为所述第二时刻，所述第二时间区域为闭区间，所述第二时间区间的下边界为所述第三时刻、上边界为所述第四时刻；

如果所述预计碰撞时间集合的下边界为所述第一时刻、上边界为所述第四时刻，则确定出所述目标车辆在所述第一时刻的速度在本车行进方向上的投影速度，如果本车的速度大于所述投影速度，则确定存在交叉碰撞风险，否则，确定不存在交叉碰撞风险；

如果所述预计碰撞时间集合为除下边界为所述第一时刻且上边界为所述第四时刻之外的非空集合，则确定存在交叉碰撞风险；

在确定存在交叉碰撞风险的情况下，确定出本车与所述目标车辆之间的交叉碰撞距离和交叉碰撞安全距离，和/或，确定出本车与所述目标车辆之间的预计交叉碰撞时间和交叉碰撞安全时间；

如果所述交叉碰撞距离小于或等于所述交叉碰撞安全距离，或者，所述预计交叉碰撞时间小于或等于所述交叉碰撞安全时间，则进行碰撞预警。

可选的，还包括：

如果本车与所述目标车辆处于同一车道，则确定本车与所述目标车辆的同车道同向距离；

根据本车与所述目标车辆的同车道同向距离、本车的速度、本车的加速度、本车的车长、所述目标车辆的速度、所述目标车辆的加速度、以及所述目标车辆的车长，求解本车与所述目标车辆的预计同车道碰撞时间，并根据求解结果确定是否存在同车道碰撞风险；

在确定存在同车道碰撞风险的情况下，确定出本车与所述目标车辆之间的同车道碰撞安全距离和/或同车道碰撞安全时间；

如果所述同车道同向距离小于或等于所述同车道碰撞安全距离，或者，所述预计同车道碰撞时间小于或等于所述同车道碰撞安全时间，则进行碰撞预警。

可选的，所述根据本车和所述目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽，确定出本车进入碰撞危险区域的第一时刻以及离开所述碰撞危险区域的第二时刻，确定出所述目标车辆进入所述碰撞危险区域的第三时刻以及离开所述碰撞危险区域的第四时刻，包括：

根据本车的航向角和所述目标车辆的航向角确定出本车和所述目标车辆之间的航向差；

根据本车的车宽、所述目标车辆的车宽、以及所述航向差确定出本车的碰撞角和所述目标车辆的碰撞角；

根据本车的车宽和本车的碰撞角确定出本车的碰撞危险长度，根据所述目标车辆的车宽和所述目标车辆的碰撞角确定出所述目标车辆的碰撞危险长度；

根据第一方程和第二方程求解出所述第一时刻和所述第二时刻，根据第三方程和第四方程求解出所述第三时刻和所述第四时刻；

所述第一方程为

所述第二方程为

所述第三方程为

所述第四方程为

其中，th_1为第一时刻，th_2为第二时刻，tr_1为第三时刻，tr_2为第四时刻，xh为本车的中心点在预设坐标系中的横坐标，yh为本车的中心点在所述预设坐标系中的纵坐标，dc_h为本车的碰撞危险长度，lhv为本车的车长，vh为本车的速度，ah为本车的加速度，xr为所述目标车辆的中心在所述预设坐标系中的横坐标，yr为所述目标车辆的中心在所述预设坐标系中的纵坐标，dc_r为所述目标车辆的碰撞危险长度，lrv为所述目标车辆的车长，vr为所述目标车辆的速度，ar为所述目标车辆的加速度，xo为本车与所述目标车辆的运动轨迹交叉点在所述预设坐标系中的横坐标，yo为本车与所述目标车辆的运动轨迹交叉点在所述预设坐标系中的纵坐标。

可选的，所述根据求解结果确定是否存在同车道碰撞风险，包括：

如果求解结果包括唯一正解，则确定存在同车道碰撞风险，将所述唯一正解作为本车与所述目标车辆的预计同车道碰撞时间；

如果求解结果包括两个正解，则确定存在同车道碰撞风险，将所述两个正解中的较小者作为本车与所述目标车辆的预计同车道碰撞时间；

如果所述求解结果为负解或者无解，则确定不存在同车道碰撞风险。

可选的，确定本车与所述目标车辆之间的同车道碰撞安全距离和同车道碰撞安全时间，包括：

按照第一公式计算出本车与所述目标车辆之间的同车道碰撞安全时间；

按照第二公式计算出本车与所述目标车辆之间的同车道碰撞安全距离；

第一公式为：

第二公式为：

其中，tp_s为同车道碰撞安全时间，lp_s为同车道碰撞安全距离，vh为本车的速度，ah为本车的加速度，vr为所述目标车辆的速度，ar为所述目标车辆的加速度，ah_0为本车的最小制动减速度，t1为本车在制动反应阶段的最大制动反应时间，t2为本车做出减速策略后加速度降至目标加速度所需的时间，lhv为本车的车长，lrv为所述目标车辆的车长。

可选的，所述确定本车与所述目标车辆是否处于同一车道，包括：

确定本车与所述目标车辆之间的垂向偏移量；

根据本车的车宽和所述目标车辆的车宽确定本车和所述目标车辆之间的危险垂向距离；

如果所述垂向偏移量小于或等于所述危险垂向距离，则确定本车与所述目标车辆处于同一车道，否则，确定本车与所述目标车辆未处于同一车道。

本申请还提供一种车辆碰撞预测系统，包括：

信息获取单元，用于获得本车的车辆定位信息和车辆状态信息，获得目标车辆的车辆定位信息和车辆状态信息，其中，所述车辆状态信息包括速度、加速度、航向角、车长、以及车宽；

车辆距离确定单元，用于根据本车的车辆定位信息与所述目标车辆的车辆定位信息确定本车与所述目标车辆之间的距离；

车道确定单元，用于在本车与所述目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值的情况下，确定本车与所述目标车辆是否处于同一车道；

时间确定单元，用于在本车与所述目标车辆未处于同一车道的情况下，根据本车和所述目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽，确定出本车进入碰撞危险区域的第一时刻以及离开所述碰撞危险区域的第二时刻，确定出所述目标车辆进入所述碰撞危险区域的第三时刻以及离开所述碰撞危险区域的第四时刻；

碰撞时间集合确定单元，用于取第一时间区间和第二时间区间的交集作为预计碰撞时间集合，其中，所述第一时间区间为闭区间，所述第一时间区间的下边界为所述第一时刻、上边界为所述第二时刻，所述第二时间区域为闭区间，所述第二时间区间的下边界为所述第三时刻、上边界为所述第四时刻；

第一处理单元，用于在所述预计碰撞时间集合的下边界为所述第一时刻、上边界为所述第四时刻的情况下，确定出所述目标车辆在所述第一时刻的速度在本车行进方向上的投影速度，如果本车的速度大于所述投影速度，则确定存在交叉碰撞风险，否则，确定不存在交叉碰撞风险；

第二处理单元，用于在所述预计碰撞时间集合为除下边界为所述第一时刻且上边界为所述第四时刻之外的非空集合的情况下，确定存在交叉碰撞风险；

第一预测数据确定单元，用于在确定存在交叉碰撞风险的情况下，确定出本车与所述目标车辆之间的交叉碰撞距离和交叉碰撞安全距离，和/或，确定出本车与所述目标车辆之间的预计交叉碰撞时间和交叉碰撞安全时间；

第一预警决策单元，用于在所述交叉碰撞距离小于或等于所述交叉碰撞安全距离，或者，所述预计交叉碰撞时间小于或等于所述交叉碰撞安全时间的情况下，进行碰撞预警。

可选的，在上述系统的基础上，还包括：

同向距离确定单元，用于在本车与所述目标车辆处于同一车道的情况下，确定本车与所述目标车辆的同车道同向距离；

第三处理单元，用于根据本车与所述目标车辆的同车道同向距离、本车的速度、本车的加速度、本车的车长、所述目标车辆的速度、所述目标车辆的加速度、以及所述目标车辆的车长，求解本车与所述目标车辆的预计同车道碰撞时间，并根据求解结果确定是否存在同车道碰撞风险；

第二预测数据确定单元，用于在确定存在同车道碰撞风险的情况下，确定出本车与所述目标车辆之间的同车道碰撞安全距离和/或同车道碰撞安全时间；

第二预警决策单元，用于在所述同车道同向距离小于或等于所述同车道碰撞安全距离，或者，所述预计同车道碰撞时间小于或等于所述同车道碰撞安全时间的情况下，进行碰撞预警。

可选的，所述车道确定单元确定本车与所述目标车辆是否处于同一车道，具体为：

确定本车与所述目标车辆之间的垂向偏移量；根据本车的车宽和所述目标车辆的车宽确定本车和所述目标车辆之间的危险垂向距离；如果所述垂向偏移量小于或等于所述危险垂向距离，则确定本车与所述目标车辆处于同一车道，否则，确定本车与所述目标车辆未处于同一车道。

本申请还提供一种电子装置，包括处理器、存储器和通信接口；

所述存储器用于存储程序；

所述处理器用于调用并执行所述存储器中存储的程序，以执行如上述任意一种车辆碰撞预测方法。

由此可见，本申请的有益效果为：

本申请公开的车辆碰撞预测方法和系统，获得本车和目标车辆的车辆定位信息和车辆状态信息，其中，车辆状态信息包括速度、加速度、航向角、车长和车宽；如果本车和目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，且本车和目标车辆未处于同一车道，那么根据本车和目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽确定出本车和目标车辆进入碰撞危险区域和离开碰撞危险区域的时刻，并据此确定出两车均处于碰撞危险区域内的预计碰撞时间集合；如果预计碰撞时间集合非空，且表明目标车辆先于本车进入碰撞危险区域，且先于本车离开碰撞危险区域，则比较目标车辆在本车行进方向上的投影速度和本车的速度，以确定是否存在交叉碰撞风险；如果预计碰撞时间集合非空，且目标车辆相较于本车，是除先进入碰撞危险区域且先离开碰撞危险区域之外的情况，则确定存在交叉碰撞风险；在确定存在交叉碰撞风险的情况下，如果两车的交叉碰撞距离小于或等于两车的交叉碰撞安全距离，或者，两车的预计交叉碰撞时间小于或等于两车的交叉碰撞安全时间，则进行碰撞预警。

可以看到，本申请公开的车辆碰撞预测方法和系统，在本车和目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，且本车和目标车辆未处于同一车道的情况下，根据本车和目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽，能够准确地确定出本车和目标车辆进入碰撞危险区域和离开碰撞危险区域的时刻，从而准确地确定出两车均位于碰撞危险区域内的预计碰撞时间集合；如果预计碰撞时间集合非空，目标车辆相较于本车，是除先进入碰撞危险区域且先离开碰撞危险区域之外的情况，则确定存在交叉碰撞风险；在预计碰撞时间集合非空，目标车辆先于本车进入碰撞危险区域，且先于本车离开碰撞危险区域的情况下，比较目标车辆在本车行进方向上的投影速度和本车的速度，以确定是否存在交叉碰撞风险，能够降低安全冗余；之后，再通过比较交叉碰撞距离和交叉碰撞安全距离，和/或，比较预计交叉碰撞时间和交叉碰撞安全时间，能够准确地预测出两车是否会发生交叉碰撞。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请公开的一种车辆碰撞预测方法的流程图；

图2为本申请公开的交叉碰撞模型示意图；

图3为本申请公开的速度投影分析原理图；

图4为本申请公开的另一种车辆碰撞预测方法的流程图；

图5为本申请公开的同车道车辆模型示意图；

图6为本申请公开的一种车辆碰撞预测系统的结构示意图；

图7为本申请公开的另一种车辆碰撞预测系统的结构示意图。

具体实施方式

本申请公开一种车辆碰撞预测方法及系统，以便准确地确定出本车与附近行驶的车辆是否存在碰撞风险，从而提高行车安全性。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1，图1为本申请公开的一种车辆碰撞预测方法的流程图。

该方法由车辆中的控制器执行。需要说明的是，将执行本申请公开的车辆碰撞预测方法的车辆称为本车，将行驶于本车附近，需要判断是否有碰撞风险的其他车辆称为目标车辆，目标车辆可能有多个。如果目标车辆有多个，那么针对每个目标车辆分别执行本申请所公开的车辆碰撞预测方法，以分别确定本车与各个目标车辆是否有碰撞风险。

该方法包括：

s101：获得本车的车辆定位信息和车辆状态信息，获得目标车辆的车辆定位信息和车辆状态信息。其中，车辆状态信息包括速度、加速度、航向角、车长、以及车宽。

可选的，本车通过v2v(车对车通信)获取目标车辆的车辆定位信息和车辆状态信息。满足《合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准》的车辆，需具备短程无线通信能力，因此，本车可以通过v2v获取目标车辆的车辆定位信息和车辆状态信息。

当然，本车也可以通过其他途径获取目标车辆的车辆定位信息和车辆状态信息。

s102：根据本车的车辆定位信息与目标车辆的车辆定位信息确定本车与目标车辆之间的距离。

在获取本车和目标车辆的车辆定位信息后，就可以根据获取到的车辆定位信息确定出两车之间的距离，该距离是指本车与目标车辆之间的直线距离。

在具体实施中，车辆定位信息通常用于指示车辆的中心点所处的位置。那么步骤s102中确定出的距离具体是：本车的中心点与目标车辆的中心点之间的直线距离。

另外，车辆定位信息可能为经纬度信息，那么可以将本车的车辆定位信息和目标车辆的车辆定位信息转换至预设坐标系下，得到本车和目标车辆在该预设坐标系中的坐标位置，进而根据两车的坐标位置确定出本车与目标车辆之间的距离。

s103：如果本车与目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，则确定本车与目标车辆是否处于同一车道。

如果本车与目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，则执行后续操作。如果本车与目标车辆之间的距离大于或等于预设的距离阈值，那么本车与目标车辆不存在碰撞风险，不再执行后续操作，以降低控制器的运算量。

该距离阈值为经验值，例如将距离阈值设置为300米。当然，距离阈值为300米仅是一个举例。

s104：如果本车与目标车辆未处于同一车道，则根据本车和目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽，确定出本车进入碰撞危险区域的第一时刻以及离开碰撞危险区域的第二时刻，确定出目标车辆进入碰撞危险区域的第三时刻以及离开碰撞危险区域的第四时刻。

s105：取第一时间区间和第二时间区间的交集作为预计碰撞时间集合。其中，第一时间区间为闭区间，第一时间区间的下边界为第一时刻、上边界为第二时刻，第二时间区域为闭区间，第二时间区间的下边界为第三时刻、上边界为第四时刻。

s106：如果预计碰撞时间集合的下边界为第一时刻、上边界为第四时刻，则确定出目标车辆在第一时刻的速度在本车行进方向上的投影速度。

s107：如果本车的速度大于投影速度，则确定存在交叉碰撞风险，否则，确定不存在交叉碰撞风险。

实施中，按照vr_p＝vr·cosδψ计算目标车辆在第一时刻的速度在本车行进方向上的投影速度。其中，vr为目标车辆在第一时刻的速度，δψ为本车与目标车辆之间的航向差，也就是本车的航向角与目标车辆的航向角之间的差值，vr_p为投影速度。

s108：如果预计碰撞时间集合为除下边界为第一时刻且上边界为第四时刻之外的非空集合，则确定存在交叉碰撞风险。

也就是说，如果预计碰撞时间集合的下边界为第一时刻、上边界为第二时刻，表明目标车辆先于本车进入碰撞危险区域，且晚于本车离开碰撞危险区域，则确定存在交叉碰撞风险。如果预计碰撞时间集合的下边界为第三时刻、上边界为第四时刻，表明目标车辆晚于本车进入碰撞危险区域，且先于本车离开碰撞危险区域，则确定存在交叉碰撞风险。如果预计碰撞时间集合的下边界为第三时刻、上边界为第二时刻，表明目标车辆晚于本车进入碰撞危险区域，且晚于本车离开碰撞危险区域，则确定存在交叉碰撞风险。

如果本车与目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，那么本车与目标车辆之间可能会发生碰撞，在这种情况下，需要进一步确定两车发生碰撞的可能性大小。

如果本车与目标车辆未处于同一车道，也就是本车和目标车辆处于交叉行驶状态，那么根据本车和目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽，确定出本车进入碰撞危险区域的第一时刻以及离开碰撞危险区域的第二时刻，确定出目标车辆进入碰撞危险区域的第三时刻以及离开碰撞危险区域的第四时刻。

需要说明的是，在现有技术中，通常将车辆视为一个质点，或者将车辆视为一个以车长为直径的圆。这两种方案都会导致车辆的碰撞预测结果出现问题。具体的：将车辆视为一个质点，会导致碰撞风险的漏报；将车辆视为一个以车长为直径的圆，会导致出现较大的安全冗余，也就是说，在两车存在较大距离时得到会发生碰撞的预测结果。

而本申请中，是根据本车和目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽，确定出本车进入碰撞危险区域的第一时刻以及离开碰撞危险区域的第二时刻，确定出目标车辆进入碰撞危险区域的第三时刻以及离开碰撞危险区域的第四时刻。既不是将车辆视为一个质点来确定前述四个时刻，也不是将车辆视为一个以车长为直径的圆来确定前述四个时刻，而是基于两车的实际尺寸并结合两车的车辆定位信息、速度、加速度和航向角确定前述四个时刻，得到的四个时刻的值更加接近实际情况。

之后，根据本车和目标车辆进入碰撞危险区域的时刻以及离开碰撞危险区域的时刻确定出预计碰撞时间集合，也就是，确定出处于交叉行驶状态的两车都处于碰撞危险区域内的时间段。如果预计碰撞时间集合为空，表明本车与目标车辆经过碰撞危险区域的时间没有重合，本车和目标车辆之间不存在交叉碰撞风险，不再执行后续操作。如果预计碰撞时间集合不为空，那么表明本车和目标车辆之间可能存在交叉碰撞风险。

在预计碰撞时间集合为除下边界为第一时刻且上边界为第四时刻之外的非空集合的情况下，确定本车和目标车辆存在交叉碰撞风险。

在预计碰撞时间集合不为空的情况下，如果预计碰撞时间集合的下边界为第一时刻、上边界为第四时刻，这表明目标车辆与本车相比先进入碰撞危险区域，且先离开碰撞危险区域。这种情况下，比较目标车辆在本车行进方向上的投影速度与本车的速度，如果本车的速度大于目标车辆在本车行进方向上的投影速度，则确定存在交叉碰撞风险，如果本车的速度小于或等于目标车辆在本车行进方向上的投影速度，则确定不存在交叉碰撞风险，不再执行后续操作。在确定目标车辆相较于本车先进入碰撞危险区域，且先离开碰撞危险区域的情况下，通过比较目标车辆在本车行进方向上的投影速度和本车的速度，以确定本车和目标车辆存在交叉碰撞风险，能够降低安全冗余。

s109：在确定存在交叉碰撞风险的情况下，确定出本车与目标车辆之间的交叉碰撞距离和交叉碰撞安全距离，和/或，确定出本车与目标车辆之间的预计交叉碰撞时间和交叉碰撞安全时间。

s110：如果交叉碰撞距离小于或等于交叉碰撞安全距离，或者，预计交叉碰撞时间小于或等于交叉碰撞安全时间，则进行碰撞预警。

在步骤s109中，如果仅确定出本车与目标车辆之间的交叉碰撞距离和交叉碰撞安全距离，那么比较交叉碰撞距离和交叉碰撞安全距离。如果交叉碰撞距离小于或等于交叉碰撞安全距离，则进行碰撞预警。

在步骤s109中，如果仅确定出本车与目标车辆之间的预计交叉碰撞时间和交叉碰撞安全时间，那么比较本车与目标车辆之间的预计交叉碰撞时间和交叉碰撞安全时间。如果预计交叉碰撞时间小于或等于交叉碰撞安全时间，则进行碰撞预警。

在步骤s109中，如果确定出本车与目标车辆之间的交叉碰撞距离和预计交叉碰撞时间，以及本车与目标车辆之间的交叉碰撞安全距离和交叉碰撞安全时间，那么比较本车与目标车辆之间的交叉碰撞距离和交叉碰撞安全距离，比较本车与目标车辆之间的预计交叉碰撞时间和交叉碰撞安全时间。如果满足交叉碰撞距离小于或等于交叉碰撞安全距离、以及预计交叉碰撞时间小于或等于交叉碰撞安全时间这两者中至少一个，那么进行碰撞预警。

可选的，本车进行碰撞预警具体为：向驾驶人员发送碰撞提示。可选的，本车进行碰撞预测还包括：向监控平台发送碰撞提示。

本申请公开的车辆碰撞预测方法，获得本车和目标车辆的车辆定位信息和车辆状态信息，其中，车辆状态信息包括速度、加速度、航向角、车长和车宽；如果本车和目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，且本车和目标车辆未处于同一车道，那么根据本车和目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽确定出本车和目标车辆进入碰撞危险区域和离开碰撞危险区域的时刻，并据此确定出两车均处于碰撞危险区域内的预计碰撞时间集合；如果预计碰撞时间集合非空，且表明目标车辆先于本车进入碰撞危险区域，且先于本车离开碰撞危险区域，则比较目标车辆在本车行进方向上的投影速度和本车的速度，以确定是否存在交叉碰撞风险；如果预计碰撞时间集合非空，且目标车辆相较于本车，是除先进入碰撞危险区域且先离开碰撞危险区域之外的情况，则确定存在交叉碰撞风险；在确定存在交叉碰撞风险的情况下，如果两车的交叉碰撞距离小于或等于两车的交叉碰撞安全距离，或者，两车的预计交叉碰撞时间小于或等于两车的交叉碰撞安全时间，则进行碰撞预警。

可以看到，本申请公开的车辆碰撞预测方法，在本车和目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，且本车和目标车辆未处于同一车道的情况下，根据本车和目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽，能够准确地确定出本车和目标车辆进入碰撞危险区域和离开碰撞危险区域的时刻，从而准确地确定出两车均位于碰撞危险区域内的预计碰撞时间集合；如果预计碰撞时间集合非空，目标车辆相较于本车，是除先进入碰撞危险区域且先离开碰撞危险区域之外的情况，则确定存在交叉碰撞风险；在预计碰撞时间集合非空，目标车辆先于本车进入碰撞危险区域，且先于本车离开碰撞危险区域的情况下，比较目标车辆在本车行进方向上的投影速度和本车的速度，以确定是否存在交叉碰撞风险，能够降低安全冗余；之后，再通过比较交叉碰撞距离和交叉碰撞安全距离，和/或，比较预计交叉碰撞时间和交叉碰撞安全时间，能够准确地预测出两车是否会发生交叉碰撞。

下面结合图2，对根据本车和目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽，确定出本车进入碰撞危险区域的第一时刻以及离开碰撞危险区域的第二时刻，确定出目标车辆进入碰撞危险区域的第三时刻以及离开碰撞危险区域的第四时刻的一个方案进行说明。

在图2中，hv表示本车，也可称为主车，rv表示目标车辆，也可称为远车。在图2中，o点表示两车运动轨迹的交叉点，c点表示两车可能发生碰撞的碰撞危险初始点，当两车在c点发生碰撞时，本车的中心点所在的点记为c_h点，目标车辆的中心点所在的点记为c_r点，c2点表示两车可能发生碰撞的碰撞危险结束点，当两车在c2点发生碰撞时，本车的中心点所在的点记为c2_h点，目标车辆的中心点所在的点记为c2_r点。

该方案具体包括：

1)、根据本车的航向角和目标车辆的航向角确定出本车和目标车辆之间的航向差。

本车的航向角为ψh，目标车辆的航向角为ψr，两车之间的航向差δψ＝|ψh-ψr|。

2)、根据本车的车宽、目标车辆的车宽、以及航向差确定出本车的碰撞角和目标车辆的碰撞角。

按照公式计算本车的碰撞角。

按照公式计算目标车辆的碰撞角。

其中，δψh为本车的碰撞角，δψr为目标车辆的碰撞角，whv为本车的车宽，wrv为目标车辆的车宽，δψ为本车和目标车辆之间的航向差。

3)、根据本车的车宽和本车的碰撞角确定出本车的碰撞危险长度，根据目标车辆的车宽和目标车辆的碰撞角确定出目标车辆的碰撞危险长度。

按照公式dc_h＝whvcotδψh计算本车的碰撞危险长度。

按照公式dc_r＝wrvcotδψr计算目标车辆的碰撞危险长度。

其中，dc_h为本车的碰撞危险长度，whv为本车的车宽，δψh为本车的碰撞角，dc_r为目标车辆的碰撞危险长度，wrv为目标车辆的车宽，δψr为目标车辆的碰撞角。

本车的碰撞危险长度dc_h是指：本车的中心点位于c_h点时车辆前端到本车的中心点位于c2_h点时车辆后端之间的距离。目标车辆的碰撞危险长度dc_r是指：目标车辆的中心点位于c_r点时车辆前端到目标车辆的中心点位于c2_r点时车辆后端之间的距离。

4)、根据第一方程和第二方程求解出第一时刻和第二时刻，根据第三方程和第四方程求解出第三时刻和第四时刻。

第一方程为

第二方程为

第三方程为

第四方程为

其中，th_1为第一时刻，th_2为第二时刻，tr_1为第三时刻，tr_2为第四时刻，xh为本车的中心点在预设坐标系中的横坐标，yh为本车的中心点在预设坐标系中的纵坐标，dc_h为本车的碰撞危险长度，lhv为本车的车长，vh为本车的速度，ah为本车的加速度，xr为目标车辆的中心点在预设坐标系中的横坐标，yr为目标车辆的中心点在预设坐标系中的纵坐标，dc_r为目标车辆的碰撞危险长度，lrv为目标车辆的车长，vr为目标车辆的速度，ar为目标车辆的加速度，xo为本车与目标车辆的运动轨迹交叉点在预设坐标系中的横坐标，yo为本车与目标车辆的运动轨迹交叉点在预设坐标系中的纵坐标。

需要说明的是，根据本车的车辆位置信息和本车的航向角，就可以确定出本车的运动轨迹。根据目标车辆的车辆位置信息和目标车辆的航向角，就可以确定出目标车辆的运动轨迹。之后，根据本车和目标车辆的运动轨迹，确定出本车与目标车辆的运动轨迹交叉点。

在确定出第一时刻th_1、第二时刻th_2、第三时刻tr_1和第四时刻tr_2后，就可以确定出本车与目标车辆的预计碰撞时间集合[th_1,th_2]∩[tr_1,tr_2]。

如果本车与目标车辆的预计碰撞时间集合为空，表明本车与目标车辆经过碰撞危险区域的时间没有重合，本车和目标车辆之间不存在交叉碰撞风险。如果本车与目标车辆的预计碰撞时间集合为[th_1,tr_2]，表明本车与目标车辆经过碰撞危险区域的时间有重合，且目标车辆与本车相比先进入碰撞危险区域，且先离开碰撞危险区域，这种情况下，通过比较目标车辆在本车行进方向上投影速度和本车的速度，确定两车是否存在交叉碰撞风险，原理如图3所示。如果本车与目标车辆的预计碰撞时间集合为除[th_1,tr_2]之外的非空集合，则确定两车存在交叉碰撞风险。

下面对确定本车与目标车辆之间的交叉碰撞距离和交叉碰撞安全距离，确定本车与目标车辆之间的预计交叉碰撞时间和交叉碰撞安全时间的一个方案进行说明。

本车与目标车辆之间的预计交叉碰撞时间为本车进入碰撞危险区域的第一时刻th_1。

按照公式计算本车与目标车辆之间的交叉碰撞距离。

按照以下公式计算本车与目标车辆之间的交叉碰撞安全距离：

按照以下公式计算本车与目标车辆之间的交叉碰撞安全时间：

在以上公式中，lcross_c为本车与目标车辆之间的交叉碰撞距离，lcross_s为本车与目标车辆之间的交叉碰撞安全距离，tcross_s为本车与目标车辆之间的交叉碰撞安全时间，xh为本车的中心点在预设坐标系中的横坐标，yh为本车的中心点在预设坐标系中的纵坐标，xo为本车与目标车辆的运动轨迹交叉点在预设坐标系中的横坐标，yo为本车与目标车辆的运动轨迹交叉点在预设坐标系中的纵坐标，dc_h为本车的碰撞危险长度，lhv为本车的车长，vh为本车的速度，ah为本车的加速度，ah_0为本车的最小制动减速度，t1为本车在制动反应阶段的最大制动反应时间，t2为本车做出减速策略后加速度降至目标加速度所需的时间。关于ah_0、t1和t2，在下文中有详细说明。

下面对确定本车与目标车辆是否处于同一车道的一个方案进行说明。具体包括：

1)、确定本车与目标车辆之间的垂向偏移量。

根据本车的车辆位置信息和航向角确定出本车的运动轨迹，也就是确定出运动轨迹方程ax by c＝0中a、b和c的取值。根据目标车辆的车辆位置信息和航向角确定出目标车辆的运动轨迹，也就是确定出运动轨迹方程dx ey f＝0中d、e和f的取值。

按照公式计算本车与目标车辆之间的垂向偏移量lv。

2)、根据本车的车宽和目标车辆的车宽确定本车和目标车辆之间的危险垂向距离。

按照公式计算本车和目标车辆之间的危险垂向距离lv_c。

3)、如果该垂向偏移量小于或等于危险垂向距离，则确定本车与目标车辆处于同一车道，否则，确定本车与目标车辆未处于同一车道。

当然，在具体实施中，也可以通过其他方案确定本车和目标车辆是否处于同一车道。例如，采集包含目标车辆和路面的环境图像，通过对环境图像进行分析，确定目标车辆与本车是否处于同一车道。

参见图4，图4为本申请公开的另一种车辆碰撞预测方法的流程图。该方法包括：

s101：获得本车的车辆定位信息和车辆状态信息，获得目标车辆的车辆定位信息和车辆状态信息。其中，车辆状态信息包括速度、加速度、航向角、车长、以及车宽。

s102：根据本车的车辆定位信息与目标车辆的车辆定位信息确定本车与目标车辆之间的距离。

s103：如果本车与目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，则确定本车与目标车辆是否处于同一车道。

如果本车与目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，则执行后续操作。如果本车与目标车辆之间的距离大于预设的距离阈值，那么本车与目标车辆不存在碰撞风险，不再执行后续操作，以降低控制器的运算量。

需要说明的是，图4中着重对本车与目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，且本车与目标车辆处于同一车道情况下的处理过程进行说明。如果本车与目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，且本车与目标车辆未处于同一车道，那么执行图1中的相应步骤即可。

s111：如果本车与目标车辆处于同一车道，则确定本车与目标车辆的同车道同向距离。

实施中，按照公式计算本车与目标车辆的同车道同向距离。

其中，lp_c为本车与目标车辆的同车道同向距离，xh为本车的中心点在预设坐标系中的横坐标，yh为本车的中心点在预设坐标系中的纵坐标，xr为目标车辆的中心点在预设坐标系中的横坐标，yr为目标车辆的中心点在预设坐标系中的纵坐标，lv为本车与目标车辆之间的垂向偏移量。可参见图5。

s112：根据本车与目标车辆的同车道同向距离、本车的速度、本车的加速度、本车的车长、目标车辆的速度、目标车辆的加速度、以及目标车辆的车长，求解本车与目标车辆的预计同车道碰撞时间，并根据求解结果确定是否存在同车道碰撞风险。

可选的，根据求解结果确定是否存在同车道碰撞风险，包括：

如果求解结果包括唯一正解，则确定存在同车道碰撞风险，将唯一正解作为本车与目标车辆的预计同车道碰撞时间；如果求解结果包括两个正解，则确定存在同车道碰撞风险，将两个正解中的较小者作为本车与目标车辆的预计同车道碰撞时间；如果求解结果为负解或者无解，则确定不存在同车道碰撞风险。

当本车与目标车辆发生前向碰撞时满足以下公式：

在该公式中，除tp_c之外的参数均为已知量，将各已知量的数值代入该公式，求解tp_c的取值。如果求解出唯一的正解，则确定存在同车道碰撞风险，并将求解出的唯一正解作为本车与目标车辆的预计同车道碰撞时间。如果求解出两个正解，则确定存在同车道碰撞风险，并将两个正解中的较小者作为本车与目标车辆的预计同车道碰撞时间。如果无解或者求解出负解，则确定不存在同车道碰撞风险，不再执行后续操作。

s113：在确定存在同车道碰撞风险的情况下，确定出本车与目标车辆之间的同车道碰撞安全距离和/或同车道碰撞安全时间。

实施中，按照第一公式计算出本车与目标车辆之间的同车道碰撞安全时间，按照第二公式计算出本车与目标车辆之间的同车道碰撞安全距离。

第一公式为：

第二公式为：

其中，tp_s为同车道碰撞安全时间，lp_s为同车道碰撞安全距离，vh为本车的速度，ah为本车的加速度，vr为目标车辆的速度，ar为目标车辆的加速度，ah_0为本车的最小制动减速度，t1为本车在制动反应阶段的最大制动反应时间，t2为本车做出减速策略后加速度降至目标加速度所需的时间，lhv为本车的车长，lrv为目标车辆的车长。

这里对t1和t2进行说明。

车辆的制动过程包含三个阶段：

第一阶段：制动反应阶段。在收到碰撞预警信号后，车辆会生成减速策略，该段时间为制动反应时间。可以依据gb/t3357描述，将本车在制动反应阶段的最大制动反应时间t1设置为1.5秒。当然，也可以将t1设置为其他数值。

第二阶段：加速度变化阶段。车辆做出减速策略后，车辆的加速度由当前时刻的加速度变化至减速策略所指示的目标加速度，此段时间为车辆做出减速策略后加速度降至目标加速度所需的时间。可以依据gb/t3357描述，将最小制动减速度ah_0设置为-3.6m/s²，将本车做出减速策略后加速度降至目标加速度所需的时间t2设置为0.4秒。当然，也可以将ah_0和t2设置为其他数值。

第三阶段：持续制动阶段。当达到减速策略所指示的目标加速度后，会以此目标加速度持续运行，直至车辆的速度等于设定值。

s114：如果同车道同向距离小于或等于同车道碰撞安全距离，或者，预计同车道碰撞时间小于或等于同车道碰撞安全时间，则进行碰撞预警。

在步骤s113中，如果仅确定出本车与目标车辆之间的同车道碰撞安全距离，那么比较同车道同向距离和同车道碰撞安全距离。如果同车道同向距离小于或等于同车道碰撞安全距离，则进行碰撞预警。

在步骤s113中，如果仅确定出本车与目标车辆之间的同车道碰撞安全时间，那么比较预计同车道碰撞时间和同车道碰撞安全时间。如果预计同车道碰撞时间小于或等于同车道碰撞安全时间，则进行碰撞预警。

在步骤s113中，如果确定出本车与目标车辆之间的同车道碰撞安全距离和同车道碰撞安全时间，那么比较同车道同向距离和同车道碰撞安全距离，比较求解出的预计同车道碰撞时间和同车道碰撞安全时间。如果满足同车道同向距离小于或等于同车道碰撞安全距离、以及预计同车道碰撞时间小于或等于同车道碰撞安全时间这两者中的至少一个，则本车进行碰撞预警。

本申请公开的车辆碰撞预测方法，在本车和目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，且本车和目标车辆处于同一车道的情况下，根据本车与目标车辆的同车道同向距离、本车的速度、本车的加速度、本车的车长、目标车辆的速度、目标车辆的加速度、以及目标车辆的车长，求解本车与目标车辆的预计同车道碰撞时间，在该过程中考虑了两车的车长，因此求解出的预计同车道碰撞时间更加准确，之后，比较同车道同向距离和同车道碰撞安全距离，和/或，比较求解出的预计同车道碰撞时间和同车道碰撞安全时间，能够准确地预测出两车是否会发生同车道碰撞。

本申请上述公开了车辆碰撞预测方法，相应的，本申请还公开车辆碰撞预测系统。说明书中关于两者的描述可以相互参考。

参见图6，图6为本申请公开的一种车辆碰撞预测系统的结构示意图。该车辆碰撞预测系统包括信息获取单元601、车辆距离确定单元602、车道确定单元603、时间确定单元604、碰撞时间集合确定单元605、第一处理单元606、第二处理单元607、第一预测数据确定单元608和第一预警决策单元609。

其中：

信息获取单元601，用于获得本车的车辆定位信息和车辆状态信息，获得目标车辆的车辆定位信息和车辆状态信息。其中，车辆状态信息包括速度、加速度、航向角、车长、以及车宽。

车辆距离确定单元602，用于根据本车的车辆定位信息与目标车辆的车辆定位信息确定本车与目标车辆之间的距离。

车道确定单元603，用于在本车与目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值的情况下，确定本车与目标车辆是否处于同一车道。

时间确定单元604，用于在本车与目标车辆未处于同一车道的情况下，根据本车和目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽，确定出本车进入碰撞危险区域的第一时刻以及离开碰撞危险区域的第二时刻，确定出目标车辆进入碰撞危险区域的第三时刻以及离开碰撞危险区域的第四时刻。

碰撞时间集合确定单元605，用于取第一时间区间和第二时间区间的交集作为预计碰撞时间集合。其中，第一时间区间为闭区间，第一时间区间的下边界为第一时刻、上边界为第二时刻，第二时间区域为闭区间，第二时间区间的下边界为第三时刻、上边界为第四时刻。

第一处理单元606，用于在预计碰撞时间集合的下边界为第一时刻、上边界为第四时刻的情况下，确定出目标车辆在第一时刻的速度在本车行进方向上的投影速度，如果本车的速度大于投影速度，则确定存在交叉碰撞风险，否则，确定不存在交叉碰撞风险。

第二处理单元607，用于在预计碰撞时间集合为除下边界为所述第一时刻且上边界为所述第四时刻之外的非空集合的情况下，确定存在交叉碰撞风险。

第一预测数据确定单元608，用于在确定存在交叉碰撞风险的情况下，确定出本车与目标车辆之间的交叉碰撞距离和交叉碰撞安全距离，和/或，确定出本车与目标车辆之间的预计交叉碰撞时间和交叉碰撞安全时间；

第一预警决策单元609，用于在交叉碰撞距离小于或等于交叉碰撞安全距离，或者，预计交叉碰撞时间小于或等于交叉碰撞安全时间的情况下，进行碰撞预警。

可选的，车道确定单元603确定本车与所述目标车辆是否处于同一车道，具体为：确定本车与所述目标车辆之间的垂向偏移量；根据本车的车宽和所述目标车辆的车宽确定本车和所述目标车辆之间的危险垂向距离；如果所述垂向偏移量小于或等于所述危险垂向距离，则确定本车与所述目标车辆处于同一车道，否则，确定本车与所述目标车辆未处于同一车道。

本申请图6所示的车辆碰撞预测系统，在本车和目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，且本车和目标车辆未处于同一车道的情况下，根据本车和目标车辆的车辆定位信息、速度、加速度、航向角、车长和车宽，能够准确地确定出本车和目标车辆进入碰撞危险区域和离开碰撞危险区域的时刻，从而准确地确定出两车均位于碰撞危险区域内的预计碰撞时间集合；如果预计碰撞时间集合非空，目标车辆相较于本车，是除先进入碰撞危险区域且先离开碰撞危险区域之外的情况，则确定存在交叉碰撞风险；在预计碰撞时间集合非空，目标车辆先于本车进入碰撞危险区域，且先于本车离开碰撞危险区域的情况下，比较目标车辆在本车行进方向上的投影速度和本车的速度，以确定是否存在交叉碰撞风险，能够降低安全冗余；之后，再通过比较交叉碰撞距离和交叉碰撞安全距离，和/或，比较预计交叉碰撞时间和交叉碰撞安全时间，能够准确地预测出两车是否会发生交叉碰撞。

参见图7，图7为本申请公开的另一种车辆碰撞预测系统的结构示意图。与图6所示的车辆碰撞预测系统相比，进一步设置同向距离确定单元610、第三处理单元611、第二预测数据确定单元612和第二预警决策单元613。

其中：

同向距离确定单元610，用于在本车与目标车辆处于同一车道的情况下，确定本车与目标车辆的同车道同向距离。

第三处理单元611，用于根据本车与目标车辆的同车道同向距离、本车的速度、本车的加速度、本车的车长、目标车辆的速度、目标车辆的加速度、以及目标车辆的车长，求解本车与目标车辆的预计同车道碰撞时间，并根据求解结果确定是否存在同车道碰撞风险。

第二预测数据确定单元612，用于在确定存在同车道碰撞风险的情况下，确定出本车与目标车辆之间的同车道碰撞安全距离和/或同车道碰撞安全时间。

第二预警决策单元613，用于在同车道同向距离小于或等于同车道碰撞安全距离，或者，预计同车道碰撞时间小于或等于同车道碰撞安全时间的情况下，进行碰撞预警。

本申请图7所示的车辆碰撞预测系统，在本车和目标车辆之间的距离小于预设的距离阈值，且本车和目标车辆处于同一车道的情况下，根据本车与目标车辆的同车道同向距离、本车的速度、本车的加速度、本车的车长、目标车辆的速度、目标车辆的加速度、以及目标车辆的车长，求解本车与目标车辆的预计同车道碰撞时间，在该过程中考虑了两车的车长，因此求解出的预计同车道碰撞时间更加准确，之后，比较同车道同向距离和同车道碰撞安全距离，和/或，比较求解出的预计同车道碰撞时间和同车道碰撞安全时间，能够准确地预测出两车是否会发生同车道碰撞。

需要说明的是，本申请图6和图7所示的车辆碰撞预测系统中，各单元的具体实现可以前文中的相应描述，这里不再进行赘述。

本申请还公开一种电子装置。

该电子装置包括处理器、存储器和通信接口。存储器用于存放一个或一个以上程序，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。处理器用于调用并执行存储器中存储的程序，以执行本申请上述公开的任意一种车辆碰撞预测方法。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的车辆碰撞预测系统和电子装置而言，由于其与实施例公开的车辆碰撞预测方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。