一种车辆碰撞预警装置与方法，其中方法包括：感测本车的位置信号与车辆状态。接收目标车的位置信号与车辆状态。分别转换位置信号为速度，并取得其相对速度与其在一时间后的相对位置。判断本车至相对位置沿相对速度方向的法线距离是否为最小，如果是，再判断该距离是否不大于预警距离，如果是则发出警讯予驾驶。
一感测模块，以感测一第一信号，此第一信号至少包括一第一位置；
一通信模块，以接收一第二信号，此第二信号至少包括一第二位置；
一运算单元，连接该感测模块与该通信模块，以接收该第一信号与该第二信号，分别转换该第一信号与该第二信号为一第一速度与一第二速度，以取得一相对速度与一相对位置，并进行一向量运算以产生一法线距离、一到达时间与一第一结果，再根据该第一结果，决定进行一预警运算以产生一第二结果，其中该预警运算包括：根据该第一结果，判断该法线距离是否不大于一预警距离，如果是则产生该第二结果；以及一警示元件，连接该运算单元，根据该第二结果以发送一警讯；
其中该法线距离为自该第一位置至该相对速度延伸方向的垂直距离；该到达时间为自该第二位置依据该相对速度到达该相对位置的时间，其中该预警距离是由车辆长度、车辆宽度及方向盘转向角所决定，该预警距离最小不可小于Aw/2，(Bw/2)·cosθ，(Bl/2)·cos(90-θ)的和，其中Aw为本车的车宽，Bw为目标车的车宽，Bl为目标车的车长，θ为目标车对本车在碰撞时的相对转向角。
2.如权利要求1所述的车辆碰撞预警装置，其中该通信模块还连接该感测模块，以发送该第一信号。
3.如权利要求1所述的车辆碰撞预警装置，其中该向量运算包括：判断该第二位置至该相对位置的距离，是否不小于该第二位置至该第一位置的距离，如果是则产生该第一结果。
4.如权利要求1所述的车辆碰撞预警装置，其中该向量运算包括：判断该法线距离是否为最小值，如果是则产生该第一结果。
5.如权利要求1所述的车辆碰撞预警装置，其中该预警运算包括：根据该第一结果，判断该到达时间是否不大于一预警时间，如果是则产生该第二结果。
6.如权利要求1所述的车辆碰撞预警装置，其中再包括一存储元件，连接该运算单元，以至少记录该法线距离。
7.如权利要求1所述的车辆碰撞预警装置，其中该相对速度是指该第二速度相对于该第一速度的一速度。
8.如权利要求1所述的车辆碰撞预警装置，其中该相对位置是指该相对速度在一时间后的一位置，该时间是指运算单元完成一该向量运算的时间。
9.如权利要求1所述的车辆碰撞预警装置，其中该警讯至少包括一语音提示或一灯光信号提示。
10.如权利要求1所述的车辆碰撞预警装置，其中该第一信号与该第二信号各再包括车辆长度、车辆宽度及方向盘转向角。
分别转换该第一位置与该第二位置为一第一速度与一第二速度，以取得该第二速度相对于该第一速度的一相对速度；
进行一向量运算以产生一法线距离、一到达时间与一第一结果；
根据该第一结果，决定进行一预警运算以产生一第二结果，其中该预警运算包括：根据该第一结果，判断该法线距离是否不大于一预警距离，如果是则产生该第二结果；以及根据该第二结果发送一警讯：其中该法线距离为自该第一位置至该相对速度延伸方向的垂直距离；该到达时间为自该第二位置依据该相对速度到达该相对位置的时间，其中该预警距离是由车辆长度、车辆宽度及方向盘转向角所决定，该预警距离最小不可小于Aw/2，(Bw/2)·cosθ，(Bl/2)·cos(90-θ)的和，其中Aw为本车的车宽，Bw为目标车的车宽，Bl为目标车的车长，θ为目标车对本车在碰撞时的相对转向角。
12.如权利要求11所述的车辆碰撞预警方法，其中该向量运算包括：判断该第二位置至该相对位置的距离，是否不小于该第二位置至该第一位置的距离，如果是则产生该第一结果。
13.如权利要求11所述的车辆碰撞预警方法，其中该向量运算包括：判断该法线距离是否为最小值，如果是则产生该第一结果。
14.如权利要求11所述的车辆碰撞预警方法，其中该预警运算包括：根据该第一结果，判断该到达时间是否不大于一预警时间，如果是则产生该第二结果。
15.如权利要求11所述的车辆碰撞预警方法，其中该相对位置是指该相对速度在一时间后的一位置，该时间是指完成一该向量运算的时间。
16.如权利要求11所述的车辆碰撞预警方法，其中该警讯至少包括一语音提示或一灯光信号提示。
17.如权利要求11所述的车辆碰撞预警方法，其中该第一信号与该第二信号各再包括车辆长度、车辆宽度及方向盘转向角。
车辆碰撞预警装置与方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种预警装置与方法，特别涉及一种车辆在行驶状态改变时的碰撞预警装置与方法。
背景技术
[0002] 由于现今车辆主动式安全的技术日益受到重视，越来越多先进驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance System，ADAS)的产品上市，例如碰撞预防系统(Pre-Crash System)，此类系统多使用光学摄像机、雷达或超声波等传感器以侦测周围车辆，但是由于感测信号容易受到障碍物与日夜光线的影响，造成效能低下，因此亟须改善。
发明内容
[0003] 本发明提供了一种车辆碰撞预警装置，包括：一感测模块，以感测一第一信号，此第一信号至少包括一第一位置；一通信模块，以接收一第二信号，此第二信号至少包括一第二位置；一运算单元，连接该感测模块与该通信模块，以接收该第一信号与该第二信号，分别转换该第一信号与该第二信号为一第一速度与一第二速度，以取得一相对速度与一相对位置，并进行一向量运算以产生一法线距离、一到处时间与一第一结果，再根据该第一结果，决定进行一预警运算以产生一第二结果；及一警示元件，连接该运算单元，根据该第二结果以发送一警讯为了解决先射面和该接地面之间。
[0004] 本发明再提供了一种车辆碰撞预警方法，包括：感测一第一信号，此第一信号至少包括一第一位置；接收一第二信号，此第二信号至少包括一第二位置；分别转换该第一位置与该第二位置为一第一速度与一第二速度，以取得该第二速度相对于该第一速度的一相对速度；根据该相对速度取得一相对位置；进行一向量运算以产生一法线距离、一到处时间与一第一结果；根据该第一结果，决定进行一预警运算以产生一第二结果；根据该第二结果发送一警讯。
附图说明
[0005] 图1为本发明的系统架构图。
[0006] 图2为本发明的向量运算示意图。
[0007] 图3为本发明的运算与判断步骤流程图。
[0008] 图4为本发明计算预警距离的位置示意图。
[0009] 【符号说明】
[0010] 10～车辆碰撞预警装置
[0011] 11～运算单元
[0012] 12～通信模块
[0013] 13～感测模块
[0014] 14～存储元件
[0015] 15～警示元件
[0016] S21～S27～步骤
具体实施方式
[0017] 为了让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合附图，作详细说明如下。
[0018] 图1为本发明的系统架构图，显示了本发明的车辆碰撞预警装置10的系统架构，此装置10举例可以整合在汽车或机车上，或即是一移动装置，例如智能手机、平板计算机或笔记型计算机而摆置于车辆上使用。预警装置10包括：一运算单元11、一通信模块12、一感测模块13、一存储元件14，以及一警示元件15；其中运算单元11为一处理器以执行数学运算与逻辑判断；通信模块12为一无线通信设备，连接运算单元11以接收或发送信号；感测模块13分别连接运算单元11与通信模块12，至少包括一全球定位装置(GPS)以感测预警装置10本身的位置或是车辆的位置，另外选择性地再包括其他传感器，例如方向盘转向角传感器等；存储元件14连接运算单元11，为一存储介质以存储暂时性和/或永久性的数据；警示元件15连接运算单元11，至少为一声音或图像的输出设备，例如扩音器或显示器。
[0019] 同图1所示，为了使道路上所有车辆都能相互无误地收发信号，通信模块12一般必须符合共同的车间通信标准(V2V)，例如车用环境无线接入(Wireless Access in Vehicular Environment，WAVE)的专用短程通信(Dedicated Short-Range Communication，DSRC)标准等，此标准通常规范了信号传输的频段、格式与发送周期，而信号包括了由感测模块13所感测到的信号，例如车辆位置、转向角、车辆型号或车长与车宽等，通信模块12可直接自感测模块13或经运算单元11接收上述信号，并以每秒多次或十多次地发送或广播，同样地，也以相同周期接收其它车辆所广播的相同信号至运算单元11。
[0020] 一般而言，当二车对向行驶时，二车的距离将随着逐渐接近而变小，直至会车瞬间为最小，此后再随着逐渐远离而变大，发生碰撞的位置即可能在会车处或其前方，而此与二车的速度、转向角或车长与车宽等参数有关。图2为本发明向量运算的示意图，此图中，本车向图面上方以速度 行驶，而目标车则向图面左方以速度 行驶，请注意，本车与目标车都存在一转向角θA1与θB1，速度 速度 转向角θA1与θB1等都可由所感测或所接收到的位置信号转换而得，例如单位时间的位置变化即可得速度，任三位置的二连线的夹角即可得转向角，或直接由感测模块13的方向盘转向角传感器取得，其中单位时间通常为一秒以下。
[0021] 同图2所示，为便于说明，此时暂不考虑车长与车宽，如果以本车的点A(通常为中心点或感测模块13的位置)为参考点时，即表示本车保持不动，目标车之于本车的相对速度为 而在某一时间，即自接收与感测二车的位置信号至运算出相对速度后，目标车之于本车的相对位置或暂时点可求出为TP1，此处下标的1代表第1运算回合，接着进行一向量运算，即取得目标车到位置TP1的距离为DR1，本车到位置TP1沿相对速度 延伸方向的法线距离或垂直距离则为DCPA1，其交点为CPA1，从前段说明与三角形A，CPA1，B可知，距离DR1仍远小于本车点A到目标车点B的距离DAB1，表示距离DCPA1并非最小值，亦即是二车尚未到达会车或碰撞位置，因此运算单元11将继续进行第2运算回合，直至第n运算回合求出最小值的距离DCPAn为止。
[0022] 同图2，当第n运算回合求出相对位置TPn，与其至目标车点B的距离DRn，而且距离DRn正好大于或等于二车的距离DABn时，表示会车或碰撞位置将在此处或前方出现，此时的距离DCPAn为最小值的最接近点距离(Distance to Closest Point of Approach，DCPA)，CPAn称为最接近点(Closest Point of Approach，CPA)，而目标车从点B到达CPAn的时间则为到达时间TCPA(Time to Closest Point of Approach)。前述判断距离DRn是否不小于DABn的方式，也可改由多数距离DR1+DR2+…+DRn的总和是否不小于DAB1而决定，但其结果是相同的。由于以上各点位置、速度与距离等均随时变动，因此均可被暂存在存储元件15中，特别是距离DCPAn。以上虽仅以一本车对一目标车进行说明，但实施时将是一本车对多数的目标车进行运算，亦即是可取得不同时间的多数不同的CPA，DCPA与TCPA以进行预警判断。请再注意，图2并未考虑本车与目标车实际的车长与车宽，因此即使求出了CPA等值，但仍须再决定真正的碰撞位置。
[0023] 图2虽已说明二车之间如何取得CPA，DCPA与TCPA的值，但是必须再考虑车长、车宽或定位误差，以求出真正的碰撞位置而再决定预警距离或时间。图3为本发明运算与判断步骤的流程图，图中S21表示当本发明进行一新的运算回合时，首先必须决定运算周期，前段已说明车间通信标准规范了信号的发送周期，例如每秒十数次发送或广播信号，本发明的通信模块12除发送本车所感测到的信号外，亦接收其它周围目标车辆的信号，此信号至少包括位置，但可能考虑二车距离、转向角与运算能力等，运算单元11并非如数地撷取该信号而进行运算，可以适应性地调整，例如距离越短或转向角越大时则增加，反之则减少。由于步骤S21确定后可不必每运算回合调整，故以虚线表示。
[0024] 同图3所示，自步骤S22起即表示一运算回合的开始，当运算周期确定后，一预警装置10(装设于本车)的运算单元11便接收感测模块13所感测到的一第一信号，与通信模块12所接收的至少一第二信号，此处所称的第一与第二仅为便于说明考虑，其中第一信号至少包括该装置10所在的一第一位置，而第二信号则至少包括其它相同或相容的装置(装设于目标车)所在的一第二位置，所谓位置通常以经纬度坐标表示，例如N242051.2E1204853.1等。以上第一信号与第二信号可再包括方向盘转向角及车辆的长度与宽度。
[0025] 当代表装置10所在的第一位置与代表其它装置所在的第二位置被接收后，步骤S23中的运算单元11即将该二位置分别转换成一第一速度与一第二速度，再求出该二速度的一相对速度与其在某时间后的一相对位置或暂时点，最后进行一向量运算以取得第二位置到相对位置的距离DRn、第二位置到第一位置的距离DABn，与第一位置到该相对速度延伸方向上的法线距离DCPAn。
[0026] 一旦取得了距离DRn、距离DABn与距离DCPAn，步骤S24中的运算单元11便进行判断：DRn是否不小于DABn，或DR1+DR2+…+DRn的总和是否不小于DAB1，或DCPAn是否为最小值，如果此三项的任一成立时，则表示最接近点CPAn、最小的最接近点距离或法线距离DCPAn与到达时间TCPAn已获确定，因此根据此判断结果，本发明的方法将再进入步骤S25，否则回到步骤S22进行一新运算回合。
[0027] 当步骤S23与S24确定了CPAn、DCPAn与TCPAn后，步骤25中的运算单元11便根据第一信号与第二信号的转向角及车辆长度与宽度，求出一预警距离与一预警时间，其中预警距离的取得，可根据二车碰撞时的实际形态而定，例如右侧或左侧碰撞，图4说明了一右侧碰撞的例，其中该预警距离最小不可小于Aw/2，(Bw/2)·cosθ，(Bl/2)·cos(90-θ)的和，其中Aw为本车的车宽，Bw为目标车的车宽，Bl为目标车的车长，θ为目标车对本车在碰撞时的相对转向角，此角度可由当时二车的位置与速度求得，或直接自感测模块13取得，以图2为例，θ的值将等于θBn+θAn，因为二角度转向不同故相加，反之则相减；而预警时间最大不可大于到达时间TCPAn，调整时可考虑车辆性能与驾驶性别、年龄或当时的心神状态而定。
[0028] 步骤S26在预警距离与预警时间获得确定后，进行一预警运算，即判断该最小值的法线距离DCPAn是否不大于预警距离，如果是则表示真正的碰撞位置将发生在CPAn之处或前方，因此根据此判断结果，运算单元11将发出一命令予警示元件15；同理，如果到达时间TCPAn不小于预警时间时，运算单元11根据结果亦将发出一命令予警示元件15，否则回到步骤S22。
[0029] 当步骤S26的判断结果产生后，步骤S27中警示元件15根据运算单元11的命令，发送一警讯予驾驶，此警讯至少包括语音提示，例如“右侧六公尺处碰撞”或“左侧三秒后碰撞”，或是再搭配灯号提示，例如闪烁灯光；如果本预警装置10为一移动装置，则该警讯将由该装置发送；警讯发送将持续至状况解除后停止；当状况一解除，又将回到步骤S21或S22以进行下一新运算回合，所谓状况解除是指本车或目标车的位置或转向角产生了变动以致改变了上述的判断结果。
[0030] 本发明的车辆碰撞预警装置与方法不使用现有产品的光学摄像机、雷达或超声波等传感器以侦测周围车辆，而是遵循共同的车间无线通信标准(5.9GHz)，利用其低传输延迟(0.0002秒)、高传输速率(27Mbit/秒)与长传输距离(1000米)的特点，适应性地接收与发送相同或相容的预警装置(或车辆)所在的位置，经过向量运算与预警运算后，取得最小的最接近点距离与其到达时间，再与预警距离与时间比较判断，最后得出可能碰撞的结果并发送警讯，如此揭露不仅免除了现有产品的缺点，也提供了全向性的判断效能，提升了预警的准确率，符合并具备了专利法中发明专利的要件规定。
