CN101859494B - 车队车辆管理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车队车辆管理。控制车队中的多个车辆以操作所述多个车辆的方法，包括，在选自所述多个车辆的引导车辆内：基于来自于所述多个车辆中的非引导车辆的每个中的相应全球定位设备的数据，通过车对车通信监测所述多个车辆中的非引导车辆的每个的相应实际位置；基于所述多个车辆中的每个的相应实际位置来确定操作车队中的所述多个车辆的距离；以及基于所确定的距离来选择用于所述多个车辆中的每个的相应命令车辆位置，所述命令车辆位置包括相应全球定位坐标。将每个相应命令车辆位置传送给所述多个车辆中的相应非引导车辆，而且基于相应命令车辆位置来操作所述多个车辆中的每一个相应非引导车辆。

Description

车队车辆管理

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年04月06日提交的美国临时申请NO.61/167,121的优先权，其在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及道路上车辆的控制。

背景技术

本部分内容仅仅提供关于本发明的背景技术信息且可能不构成现有技术。

车辆行驶在交通和人口密集的城市区域要求驾驶员特别小心。在所述区域操作车辆要求驾驶员注意交通流、道路情况、标记、交通信号和行人交通。花费在交通上的时间减少了驾驶员可用于其它个人和工作相关活动上的时间。

已知自主或半自主控制方法，其中车辆上装有将车辆定位于道路或定位道路上的其它路线的设备，并且采用增强或替代车辆的驾驶员控制的控制方法。

期望为市区设置优化的车辆与利用自主控制的控制方法相结合。发明内容一种控制车队中的多个车辆以操作所述多个车辆的方法，包括，在选自所述多个车辆的引导车辆内：基于来自于所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应全球定位设备的数据，通过车对车通信来监测所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应实际位置，基于所述多个车辆中的每个的相应实际位置来确定操作在车队中的所述多个车辆的距离，基于所确定的距离来选择用于所述多个车辆中的每个的相应命令车辆位置，所述命令车辆位置包括相应全球定位坐标。每个相应命令车辆位置被传送给所述多个车辆中的相应非引导车辆，而且所述多个车辆中的每一个相应非引导车辆基于相应命令车辆位置而操作。方案1：一种控制车队中的多个车辆以操作所述多个车辆的方法，所述方法包括：在选自所述多个车辆中的引导车辆内；基于来自于所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应全球定位设备的数据，通过车对车通信来监测所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应实际位置；基于所述多个车辆中的每个的相应实际位置来确定操作车队中的所述多个车辆的距离；基于所确定的距离来选择用于所述多个车辆中的每个的相应命令车辆位置，所述命令车辆位置包括相应全球定位坐标；将每个相应命令车辆位置传送给所述多个车辆中的相应非引导车辆；而且基于相应命令车辆位置来操作所述多个车辆中的每一个相应非引导车辆。方案2：根据方案1的方法，其中，确定操作车辆的距离还基于最小期望车间距离和最大燃料效率车间距离。方案3：根据方案1的方法，其中，确定操作车辆的距离包括，确定期望车队包迹，所述车队包迹包括能确定违反车队包迹的区域；以及还包括对违反车队包迹进行报警。方案4：根据方案3的方法，其中，确定期望车队包迹包括：监测车队的速度；基于车队的速度来确定期望车队包迹的前边界、后边界、和侧边界；以及基于所述多个车辆中的每个的相应实际位置、前边界、后边界、和侧边界来限定期望车队包迹。方案5：一种控制车队中的多个车辆以操作所述多个车辆的方法，所述方法包括，在选自所述多个车辆中的引导车辆内：基于来自于所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应全球定位设备的数据，通过车对车通信来监测所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应实际位置；基于所述多个车辆中的每个的实际位置来确定用于所述多个车辆中的每个的相应最小期望车间距离；基于所述车辆中的每个的实际位置来确定用于所述多个车辆中的每个的最大燃料效率车间距离；以及基于所述多个车辆中的全部的最小期望车间距离中的最大一个和相应最大燃料效率车间距离来选择用于所述多个车辆中的每个的相应命令车辆位置；将每个相应命令车辆位置传送给所述多个车辆中的相应非引导车辆；而且基于相应命令车辆位置来操作所述多个车辆中的每一个相应非引导车辆。方案6：根据方案5的方法，其中，确定用于所述多个车辆中的每个的相应最小期望车间距离被动态地执行。方案7：根据方案5的方法，其中，确定用于所述多个车辆中的每个的相应最小期望车间距离包括基于下述因素中的至少一个来确定相应最小期望车间距离：所述多个车辆的速度；所述多个车辆中的每个的制动特性；当前天气情况；和道路情况。方案8：根据方案5的方法，其中，确定用于所述多个车辆中的每个的最大燃料效率车间距离包括基于用于所述多个车辆中的每个的引导位置、中间位置、或尾随位置来确定最大燃料效率车间距离。方案9：根据方案8的方法，其中，确定最大燃料效率车间距离还基于所述多个车辆的数量。方案10：根据方案5的方法，其中，确定用于所述多个车辆中的每个的最大燃料效率车间距离包括利用标定距离。方案11：根据方案5的方法，还包括监测所述引导车辆的命令操作；以及其中，选择用于所述多个车辆中的每个的相应命令车辆位置还基于所述引导车辆的命令操作。方案12：一种控制车队中的多个车辆以操作所述多个车辆的方法，所述方法包括，在选自所述多个车辆的引导车辆内：基于来自于所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应全球定位设备的数据，通过车对车通信来监测所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应实际位置；监测车队的操作，包括车队的速度；基于所监测的车队的操作来确定期望车队包迹的前边界；基于所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应实际位置和所述前边界来限定期望车队包迹；监测车队周围的操作环境；基于操作环境来确定违反期望车队包迹；以及基于违反期望车队包迹来选择所述多个车辆中的每个的相应命令车辆位置；将每个相应命令车辆位置传送给所述多个车辆中的相应非引导车辆；而且基于相应命令车辆位置来操作所述多个车辆中的每一个相应非引导车辆。方案13：根据方案12的方法，还包括，在所述引导车辆内，基于车队的操作来确定期望车队包迹的后边界；以及其中，还基于后边界来限定所述期望车队包迹。方案14：根据方案12的方法，还包括，在所述引导车辆内，基于车队的操作来确定期望车队包迹的侧边界；以及其中，还基于侧边界来限定所述期望车队包迹。方案15：根据方案12的方法，其中，基于相应命令车辆位置来操作所述多个车辆中的每一个相应非引导车辆，包括基于所述违反期望车队包迹来改变车队的队形。方案16：根据方案12的方法，其中，监测车队周围的操作环境包括监测处于车队包迹之外的跟踪目标。方案17：根据方案12的方法，其中，监测车队周围的操作环境包括监测邻近车队的道路几何形状。方案18：根据方案12的方法，还包括：监测车辆对基础设施通信；以及其中，还基于所述车辆对基础设施通信来确定期望车队包迹。方案19：根据方案12的方法，其中，监测车队周围的操作环境包括监测与不在车队中的车辆的通信；以及基于违反期望车队包迹来选择所述多个车辆中的每个的相应命令车辆位置，包括基于避免与不在车队中的车辆发生碰撞来选择所述相应命令车辆位置。

附图说明

接下来将参考附图通过示例描述一个或多个实施例，其中：

图1示出根据本发明的交通中的示例性主车辆与另一车辆，所述主车辆包括多个用于控制主车辆的设备；

图2示出根据本发明的示例性主车辆在一段道路上利用可被用于定位车辆的多个不同输入；

图3表示根据本发明的通过GPS设备监测的示例性GPS坐标；

图4表示根据本发明的相对于车辆纵轴线的信号角度的示例性确定；

图5表示根据本发明的基于摄像机信息的车辆相对于交通车道的横向位置和角度方向的示例性分析；

图6-8示出根据本发明的确定车辆位置的示例性方法；

图6表示的通过与用于GPS坐标的3D地图数据相结合的GPS设备监测的示例性GPS坐标；

图7表示相对于车道识别横向位置和角度方向；

图8表示利用方向信号(如来自于已知信号源或返回的雷达信号的无线电信号)以定位车辆位置的示例性方法；

图9表示根据本发明的示例性目标跟踪信息；

图10表示根据本发明来自GPS设备的信息，包括标称位置、GPS误差范围和限定GPS偏移误差的确定的实际位置；

图11表示根据本发明主车辆和两个目标对象都监测GPS标称位置和产生GPS偏移误差；

图12表示根据本发明利用示例性的方法来控制车辆操作的车辆；

图13表示根据本发明示例性的车辆和车辆周围的期望包迹；

图14描述根据本发明的一个示例性的方法来表示车辆前的最小期望范围；

图15表示根据本发明示例性的车队的操作；

图16示意性表示根据本发明示例性的车间车队控制系统；

图17表示根据本发明示例性的车辆队形；

图18表示根据本发明示例性的车队任务和限定位置；

图19表示根据本发明示例性的车队、车队中的多个限定位置、和描述位置的多个示例性状态；

图20表示根据本发明的在生成车队中作出的示例性决定；

图21用图表表示根据本发明的实现的示例性燃料效率节省随间距而变化；

图22用图表表示根据本发明的示例性燃料消耗率随车队中的位置和车辆间距而变化；

图23用图表表示根据本发明示例性的燃料消耗随车辆间距和最大截面积的平方根的分数而变化；

图24用图表表示根据本发明的与车辆长度相比较时示例性燃料消耗随车辆间距而变化；

图25用图表表示根据本发明用于选择从跟随车辆至引导车辆的期望范围的方法；

图26用图表表示根据本发明的示例性自动防故障设备速度曲线的利用；

图27表示根据本发明的车队周围的示例性期望包迹的操作；

图28表示根据本发明的车辆加入车队的示例性过程；

图29表示根据本发明示的例性过程，由此在队形中的位置可被重新分配；

图30表示根据本发明的示例性过程，由此跟随车辆可请求位置改变；

图31表示根据本发明的示例性过程，由此跟随车辆可请求离开车队；

图32表示根据本发明的示例性过程，由此引导车辆可放弃对车队的引导并采取跟随车辆状况；

图33和34表示根据本发明的示例性过程，由此跟随车辆可请求在车队引导中改变和可基于引导车辆的响应产生的反应；

图33描述如果请求被否定的示例性反应；

图34描述如果请求被准许的示例性反应；

图35表示根据本发明如果队形中的引导车辆和跟随车辆间的通信丧失时的示例性反应；

图36表示根据本发明如果引导车辆决定解散车队的示例性反应；

图37表示根据本发明的描述方法以完成车队成员间的扩展连接的示例性连接地图；

图38表示根据本发明的管理车队内通信问题的示例性过程；

图39表示根据本发明的车队跟随路径的示例性计划；

图40示意性表示根据本发明的自主系统架构图的操作，包括远程操作的便携式导航设备传送命令给车辆控制系统的操作；

图41表示根据本发明为了执行减速或停止操作可以利用的示例性速度曲线数据图；

图42示出根据本发明设置期望车队包迹的长度的示例性方法；而且图43示出根据本发明设置期望车队包迹的宽度的示例性方法。

具体实施方式

现在参考附图，其中附图仅仅是为了表示某些示例性实施例而并不是为了对其进行限制，图1示出根据本发明的交通中的示例性主车辆与另一车辆，所述主车辆包括多个用于控制主车辆的设备。主车辆10驶近目标车辆20。主车辆10可包括具有雷达系统30和摄像机系统40的示例性传感器设备。另外，主车辆10接收来自远程无线通信系统50和远程卫星系统60的信号。示出了V2X通信设备35A，从而允许主车辆10与基础设施(例如远程无线通信系统50或其它车辆)进行通信。示出了在目标车辆20上的V2X通信设备35B，从而允许目标车辆20和主车辆10之间的通信或V2V通信。为了提供关于车辆周围的操作环境的信息，V2X通信可被限定成在车辆和远程定位通信设备之间的短程无线通信。V2X通信包括在两个车辆之间的V2V通信和在车辆和交通基础设施设备或系统之间的V2I通信。为了方便主车辆10的控制，主车辆10监测和过程来自上述系统的可用信息，包括在目标车辆20上的信息、行驶的路面和其它来自远程系统的可用信息。

传感器数据和其它信息可在多种应用中使用自主或半自主控制车辆。例如，已知自适应巡航控制(ACC)，其中为了保持与目标车辆的最小距离，车辆监测与目标车辆的距离并且控制车速。车道保持方法利用可用信息来预测和响应车辆突然穿过车道边界线。对象跟踪方法监测在车辆操作环境中的对象，例如在车辆前进方向的计划路径上，并且利于对象跟踪的反应。已知横向车辆控制，其中与计划的畅通路线、车道保持边界线或潜在的碰撞相关的信息被用于使车辆转向。横向车辆控制可用于实施车道变换，而且传感器数据可被用于检查车道变换的可行性。已知防碰撞系统或碰撞准备系统，其中信息被监测且被用于预测碰撞的可能性。在预测的碰撞可能性超过阈值的情况下采取行动。已知许多自主和半自主控制形式，而且本发明不旨在被限制于此处所描述的特定示例性实施例。

多种信息源可一起被用于控制主车辆。图2示出根据本发明的示例性主车辆在一段道路上利用可被用于定位车辆的多个不同输入。主车辆105行驶在通过车道标记115A和115B限定的车道110的路面100上。主车辆105与车辆10类似，且还包括与全球定位设备进行通信的GPS设备135，从而能够参考通过GPS设备135提供的坐标标定的3D地图数据库估计当前车辆的位置。本领域技术人员应当理解的是，来自GPS设备的信息包括GPS误差。已知的GPS系统提供具有采样率约为1-20HZ范围的坐标的数据流。主车辆105还根据图1所示方法监测雷达和摄像机信息。另外，示出了发射塔125。经过无线网络来自所述发射塔的信息可被用作主车辆105的信息。另外，来自发射塔125的信号，即使与车辆105的操作不相关，也可被用于提供定位角度给塔的已知位置。所述已知位置可根据参考信息(如被包含在3D地图数据库中的信息)确定，或者可通过越过可识别信号(如以特定AM频率或FM波段传输的无线电信号)的重复传播而被定位。在ISM波段和/或DSRC(5.9GHz)波段的频率的可替代信号也可被用于该目的。雷达返回波可被用于定位车辆。例如示出了路标120。在与参考发射塔来定位车辆位置的上述方法类似的方法中，来自示例性路标120的雷达返回波可被用于精炼在路面100上的车辆位置的估计。摄像机视图或摄像机图像的分析同样可被用于定位车辆位置。例如，路标120、车道标记115A和115B、或出现的出口匝道130的摄像机图像与关于这些特征相对于参考路面100的信息相结合，允许在路面100的车辆位置的改进估计。可以预见在路面上定位车辆位置的其它示例性方法(例如包括LIDAR设备或超声波设备)，而且本发明不旨在限于在此处的特定实施例。

图3表示根据本发明的通过GPS设备监测的示例性GPS坐标。GPS设备根据全球坐标系统(纬度，经度，高度)从描述GPS设备位置的远程卫星系统返回信息。被返回的信息可被描述为标称位置。然而，如上所述，GPS数据是不精确的且包括GPS误差。GPS设备的实际位置可以在通过标称位置和GPS误差限定的区域内的任何位置。当采用GPS位置差分计算车辆之间的距离时，大多数GPS误差将针对邻近(如在500m内)的车辆抵消，并且通常可获得准确的相对距离。

图4表示根据本发明的相对于车辆纵轴线的信号角度的示例性确定。车辆10接收到的信号可包括从检测对象返回的雷达信号或从独立发射器(如无线电或无线塔)监测的信号。如图4所示，对接收到的信号的分析可提供关于车辆纵轴线的信号角度(θ)。某些信号(如雷达返回波)可另外提供距返回信号的目标对象的距离。

图5表示根据本发明的基于摄像机信息示例性分析车辆相对于交通车道的横向位置和角向。示出的车辆10包括行驶在车道110上的摄像机设备40。可视区域可通过可视图像表示的区域来描述。应当理解且在图5中示出的，可以通过可视图象被分析的可视区域的边界线，可被描述成从获得图象的摄像机向外延伸的角度范围。通过利用图像识别方法，车道标记、路面特征、界标、道路上的其它车辆、或其它可识别图像可被用于估计车辆相对于车道110的位置和方向。根据可视图像的分析，可估计在车道110中的横向位置，例如，根据距车道标记的距离a和b。同样地，车辆10在车道内的方向可被估计且以角度

描述。

在车辆内被监测的信息可用于参考3D地图数据确定车辆位置。图6-8示出根据本发明的确定车辆位置的示例性方法。利用GPS数据与3D地图数据结合来近似车辆相对于路面的位置。图6表示通过与用于所述GPS坐标的3D地图数据相结合的GPS设备监测的示例性GPS坐标。如图3所示，通过GPS设备识别的标称位置可被用于描述所述设备可被定位的范围。在图6中，与GPS误差相结合的标称位置生成车中的GPS设备可被定位的范围或者可能车辆位置的范围。标称位置的坐标可与3D地图数据中的相应坐标相结合，而且可能的车辆位置的范围可被投射到地图上。

在通过监测GPS数据成为可能的可能车辆位置的范围内，其它信息可被用于定位在图6中所述的可能车辆位置的范围内的车辆位置。例如，如图5所述的图像识别方法可被用于识别车辆前方道路上的特征。图7表示参考车道识别横向位置和角向。该信息可被用于将车辆放置在可能车辆位置的范围内。进一步地，可检测车道标记，例如利用虚线与实线在可能车辆位置内识别行驶车道与可能行驶车道。另外，任何在摄像机数据内识别的可识别特征可被用于确定位置。可以被识别的且与3D地图数据库相结合使用以确定位置的可识别特征包括交叉口的出现、出口匝道或入口匝道、出现桥或立交桥、接近可识别的建筑、或任何其它包含在3D地图数据中的类似情况。

图7中采用的方法可充分效地定位车辆或者能指定车辆可被定位的位置或可替代位置的范围。图8表示利用方向信号(如来自已知信号源的无线电信号或返回的雷达信号)以定位车辆位置的示例性方法。在图7中进行的示例性确定中，已经确定可能车辆位置的范围。来自示出的无线电塔的方向信号允许图7中确定的车道内的位置范围与无线电塔方向的交叉，以确定车辆的固定位置。这样，各个信息源的结合可被用于确定具有合理准确度的车辆的固定位置。

在图8中示出的方法是固定车辆位置的一个示例性方法，精炼源于GPS坐标和数字地图数据库的近似位置，首先借助于可见数据或雷达数据，然后借助于无线电或其它无线方向信号。应当理解的是，定位车辆位置的多种方法可被同等地用于固定车辆位置，以允许此处描述的方法。例如，与GPS信号、可视数据或与数字地图信息相结合的雷达数据、多个无线电、雷达或来自已知源的类似信号相结合，可被用于定位车辆位置。在另一例子中，局部通信网络可包含对于地理位置特定的局部校正因子，以校正通过GPS坐标确定的位置。本发明不旨在限于此处所述的特定实施例。

图6-8示出固定车辆位置的一个示例性方法。本领域技术人员将理解已知多种方法来固定或三角定位车辆位置。例如，从两个已知对象的雷达返回或无线电返回可被用于在地图上对车辆位置三角定位。一旦在某些瞬间位置被固定，通过估计车辆的运动，另一方法可以确定车辆位置的估计改变，例如，通过使用陀螺仪或加速设备基于监测的车速假定沿当前道路行驶，或基于通过将最后固定位置与GPS标称位置在该瞬间进行比校确定GPS误差范围，并且假定GPS误差范围在一段时间内相同。本领域技术人员将理解到已知许多这样的示例性方法，且本发明不旨在限于此处所述的示例性方法。进一步地，示例性的基础设施设备包括GPS差分设备，例如，其可沿道路被定位，与通过的车辆通信，并提供GPS偏差值给局部区域的车辆。在该已知设备中，设备的GPS标称位置与设备的固定已知位置相比较，并且所述差产生GPS偏差值，其可由在该区域操作的车辆使用。通过使用该设备，对主车辆位置三角定位的传感器读数和计算是不必要的。

使用基于引导车辆的操作来确定引导车辆的位置和协调多个车辆的方法，在人口密集或市区内流线行驶可具有很大的优点。

对象跟踪是主车辆利用信息如雷达返回波以确定目标对象与主车辆的连续相对位置的方法。图9表示根据本发明的示例性目标跟踪信息。第一对象O₁以及第二对象O₂的位置在连续时间T₁-T₃描述。对象O₁的三个所示位置描述对象连续地越来越接近主车辆。该跟踪可通过主车辆以许多方式被利用，例如通过将至O₁的距离与最小可允许距离进行比较，或通过确定O₁和主车辆之间碰撞的可能性。

图10表示根据本发明来自GPS设备的信息，包括标称位置、GPS误差范围和限定GPS偏移误差的确定的实际位置。如上所述，标称位置是通过GPS设备监测的。基于GPS技术固有的误差，GPS确定标称位置时某些不准确性是固有的，产生相对于标称位置的可能位置的范围。通过如上所述的示例性方法那样的方法，可以确定GPS设备的实际或固定位置。通过将所述GPS设备的实际或固定位置和标称位置进行比较，GPS偏移误差可被计算成距标称位置的向量偏移。

在感应设备中的误差在改变方向和距离可被随机地偏移，离散的结果表示差的精度；或者误差在特定方向和距离可被一致地偏移，紧密聚集的结果表示好的精度。GPS设备领域的技术人员应当理解的是，GPS设备中的误差趋向于表示好的精度，在区域内的迭代结果以及在接近时间段表示具有相同GPS误差偏移的紧密聚集的结果。类似地，彼此十分接近操作以及在基本相同时间监测标称位置信息的多个设备趋向于经历类似的GPS误差偏移。

图11表示根据本发明主车辆和两个目标对象，都监测GPS标称位置且得到GPS偏移误差。如上所述，同时在多个对象中监测标称位置的GPS偏移误差趋势趋向于展示相同或类似的GPS偏移误差。描述主车辆和目标对象O₁和O₂的标称位置，例如，如同存在三个GPS设备一样描述每个标称位置：一个在主车辆中，每个目标对象中一个。主车辆的实际位置被确定，对于主车辆的GPS偏移误差可被确定。基于GPS设备提供具有好的精度的信息的趋势，并且基于主车辆实际位置的准确估计，三个标称位置的校正能够在高精度的情况下确定O₁和O₂的指示实际位置。

已知利用关于车辆周围驾驶环境的信息的方法，以自主或半自主方式控制车辆相对于车道和相对于其它车辆的相对位置。图12表示根据本发明利用示例性的方法来控制车辆操作的车辆。车辆310、车辆320、和车辆330行驶在车道标记305A和305B限定的车道300中。车辆320利用雷达信号以确定车辆310的距离，例如在ACC应用中是有用的，而且车辆320另外利用已知的方法建立在车道内的估计位置并且确定车道保持边界线325A和325B。车辆330类似地监测与车辆320的距离，在该示例性的情况下通过使用超声波信号。车辆330可被手动操作，例如，操作者转向车辆和利用车距信息在车辆320后保持期望跟车距离。

单一车辆根据其自身方向运动，不会尝试将其运动与其它车辆相协调。队形是两个或多个车辆以协同方式一起行驶的特殊布置。队形的一般模式在时间的延长段(基于导航目标和位置)将是一致的，但是所述模式的特定细节可基于外部因素和驾驶情况时时刻刻地调整。在时间的特定点，由于外部因素或人为干涉，可设定新的队形。在先前队形中的每个车辆将在新的队形中被分配唯一位置。如情况允许，每个车辆将操作进入队形形状的合适位置。

车队控制是一种控制一组车辆的方法，其中单个控制方案用于控制队形中的车辆组。所述单个控制方案可在单个引导车辆中确定。车队控制允许这些车辆达到许多有益效果，包括增加燃料效率，降低碰撞风险，减轻驾驶员对路面的关注，在城市交通密集的地方增加效率和控制，以及其它益处。

参与队形的每个车辆在一个时间出现在队形中的一个(且不超过一个)位置。当引导车辆在占用该位置的车辆上具有特殊要求时，指定一个位置，从而建立所述车辆的特殊任务。一个或多个其它跟随位置可以在该队形中被限定。所述引导车辆沿其轨迹的“平滑”位置限定队形空间的起点和方向，当所述队形从一个位置移至另一个位置，其相对地面运动且改变方向。

图18表示根据本发明的示例性车队任务和限定的位置。引导车辆710被描述位于道路720上。跟随位置1，2和3被描述为限定车辆可被定位的位置包迹720，730和740的圆，相对引导车辆的位置被限定。示出了横向位置偏移，描述距引导车辆的横向距离，可以限定并排队形位置中的车辆。该横向偏移通过许多因素设定，包括车道几何参数、车辆型号、以及车队的目的或优先级。示出了纵向位置偏移，描述距引导车辆的纵向距离，可以限定一列队形位置中的车辆。该纵向偏移通过许多因素设定且通过本发明详细地被限定。

车队队形的选择和改变可根据许多因素确定。例如，道路几何参数是车队队形的考虑因素。在单一车道的道路上，仅可使用一列队形，然而在4车道高速路上，并排队形可被适当地使用。在4车道高速路上采用并排队形的车队中，当道路情况改变时，所述并排队形可被适当地改变为一列队形。例如，如果突然遇到道路施工，且4车道被减少至2车道，则改变车队为一列队形可能是有利的，以利于通过瓶颈的交通流。在通过瓶颈且交通重新回到4车道行驶之后，所述车队可切换回到并排队形。在另一个例子中，车队目的或优先级是车队队形的考虑因素。例如，如果燃料效率为车队控制的优先级，为了获得设计效率，具有紧密间距的一列队形可能是最有利的。在另一个优先级的例子中，如果在不同车辆的乘客之间的社会交互作用是优先级，这样，为了利于一起行驶的乘客团体的了解，在一列和并排中具有几乎相同的车辆的块状队形可能是最有利的。在影响队形选择的因素的另一个例子中，车队中的车辆数量可以影响队形的选择。例如，如果3个车辆在车队中，一列队形可以在整个运行路径中容易被保持。如果15个车辆在车队中，15个车辆的一列队形在一系列交通信号内难以被保持。相反，可以3列车辆的并排队形(每列有5个车辆长)就很有可能能够行驶通过系列交通灯，而不会由于改变交通信号而不必要地分开或暂时解散。同样的队形，进入没有交通信号的一长段路程时，可以改变队形为单列以利用通过设计成为可能的增加燃料效率的优点。

根据本发明的一个实施例，要参与车队队形，其必须配备有要求的车辆与车辆(V2V)通信能力，并且实施队形管理协议和相关过程及操作功能的至少一个核心子集。一些车辆能够且配备成在队形中起任何作用。其他车辆，基于车辆设备，或驾驶员/乘客特征，可能被限制于队形内的较小的任务范围。队形的参与成员被称为参与者或更具体地称为引导车辆和跟随车辆。

队形内的每个位置具有限定其整个状态的两个主要特性。第一个是所述位置是否具有当前分配给该位置的车辆，如果车辆被分配到一位置，则期望所述车辆将在其适于这样做时操作进入该位置，且保持其相对距离，只要其参与到该队形中即可。第二个特性是在限定的位置处和附近的区域的物理设置。所述特性共同限定多个可能状态。在开放状态，当前没有车辆占据所述位置的物理区域并且没有东西直接阻止加入的车辆操作进入该位置。对于开放状态具有两个重要的子状态：可用的，其中没有车辆被分配到队形中的该位置；以及保留的，其中被分配的车辆当前不在适当位置(但是可以利用该位置，假定合适的情况和充足的时间)。在不能通行的状态，由于路面几何参数(所述位置可是是路面不能行驶的部分，路堤等)，通达该位置的物理通路被防止。在侵入状态，没有加入所述队形的车辆(可以是非预备车辆，或在其它队形中的车辆)物理地占据该位置。在空出状态，最近在所述队形中的车辆正离开所述队形但仍物理地在该位置中或附近。在侵占状态，队形中被分配于另一位置的车辆被代替地占据至少部分所述位置。在阻塞状态，在队形中的其它车辆当前以直接阻止操作进入所述位置的方式分布；重新分配车辆至各个位置可以消除阻塞状态。在占据状态，当前被分配于所述位置的车辆物理地占据该位置。可设想多个其它状态，例如，描述被激励或被禁止的情况。例如，在车队中存在大卡车将限制卡车直接前方的车辆距离并且描述非期望布置的状态可被限定。相关状态可被限定，其中家庭成员可能想要保持在车队中的邻近位置，而且一个家庭成员位置可以根据另一个家庭成员位置而决定。非紧急偏好可方便地操作，例如，包括随队形改变的冒泡排序逻辑。例如，在队形后面的人可以请求朝队形的前面移动。这种非紧急请求可以被延迟，直至下一次队形从并排队形改变至一列队形，在该时间，请求的车辆可以朝队形的前面移动一些或全部，经过没有类似请求的车辆。此处描述的状态是可以在车队中利用的示例性状态，本发明不旨在限于此处所述的特定实施例。

图19表示根据本发明的示例性车队、车队中的多个限定位置、和描述位置的多个图示性状态。车队450包括引导车辆460、多个限定的跟随位置470，471，472，473和474、跟随车辆480和485、和未配备的车辆490。根据此处描述的方法，跟随位置470至474根据引导车辆的位置和影响队形限定和得到的队形中的位置的因素被限定。在示例性的情况中，引导车辆460占据引导位置。跟随位置1具有位置状态：占据的，基于跟随车辆480在跟随位置1(位置470)。跟随位置2(位置471)具有位置状态：保留的，基于跟随车辆485被控制于进入跟随位置2(位置471)。跟随位置3(位置472)具有被阻塞的位置状态。该被阻塞的状态可以是由于多种障碍物、识别的道路事故、车道标记、或阻止跟随车辆被分配到该位置的任何其它情况。跟随位置4(位置473)由于车辆485的当前位置具有侵占的状态。所述位置还包括未分配状态，从而允许紧随其后的车辆被分配到该位置，然而只要所述状态保持侵占则进入该位置的移动则被禁止。跟随位置5，位置474由于车辆490的出现具有阻塞状态。所述跟随位置和为各种位置限定的状态是可能存在的示例性情况，而且本发明不旨在限于此处所述的特定实施例。应当注意，图19中所述的位置被认为是标称位置，通常描述车队的队形和分布于该队形中的车辆。这些标称位置不同于车辆位置间的实际间距或距离，其将例如结合图17进一步描述。

所述位置可以根据重要性水平排列，由引导位置(位置#0，最高重要性水平)开始，然后是位置#1(最高的跟随重要性水平)，位置#2，等等用于所有限定的位置。通常，较高重要性水平位置将是较接近于引导车辆的，但是特殊队形可用不同的方法。较高重要性水平位置将趋向被分配给在较低重要性水平位置之前的参与者以保持队形尽可能紧凑或实现其它目的。

领导任务可以是自主车辆系统与具有资格、有能力且有意愿沿路径引导许多潜在的跟随车辆的操作员的结合。在任何时间点，可能存在限定的导航目的地，或者所述驾驶员可在不具有限定的具体目的地的情况下手动控制引导车辆路径。所述引导车辆系统必须能够将人们的驾驶输入或计划的导航路线转换为详细的路径和动作指令，用于协调跟随车辆的总体动作。所述引导车辆必须能通告驾驶队形限定和位置分配给跟随车辆，并且必须执行与其它车辆的队形管理协议以调整改变队形参与者(成员)。

潜在的引导车辆具有限定的愿望级别，其控制所述潜在的引导车辆在被称为新的引导车辆的情况下如何试图快速地实现领导。如果车辆未适合配置领导任务，愿望级别将被设为零。如果车辆正由资格低的驾驶员/乘客或由不愿意作为引导车辆的人使用，则愿望级别可被设为低。如果两个或更多潜在引导车辆具有相同的愿望级别，领导能力将基于“第一个请求”来授与，但是小的随机附加等待次数(与网络媒体访问控制协议中的随机后退时段类似)的使用可以执行以进一步减少领导权冲突。

详细描述一种自主或半自主车队队形的示例性方法。车辆开始以单一驾驶模式，但是单一驾驶包括手工导航(由人驾驶的)和自主导航(如自主“随从”模式)。所述车辆可配置成通告其作为引导车辆生成队形和/或作为跟随车辆加入队形的意愿。该意愿可以依据特定的其它车辆(限定车辆组，如特定的人员家庭组；或队形类别)指定。队形类别可包括虚拟学校巴士队形和普通交换队形。单一驾驶模式中的每个车辆将接听来自其它车辆的队形通告信息并作出适当的响应。

如果潜在引导车辆接收到来自潜在跟随车辆的通告，并且该潜在跟随车辆并不表示较高的领导愿望级别，且其它情况不限制，那么所述引导车辆将传送“生成队形”消息。这样所有的潜在跟随车辆可用“接受队形”消息作出响应。如果至少一个潜在跟随车辆用“接受队形”消息作出响应，所述潜在引导车辆执行领导任务并且开始用作新队形的引导车辆。所述潜在跟随车辆可能开始要求加入下面限定的队形。

车队控制可以是静态控制方案，其中，队形包括固定位置且车队对车队周围环境作出反应，从而用作固定的实体。该静态车队可在计划行驶路线的开始形成并且可根据要求解散，例如，在计划行驶路线的结束时。可替代地，车队控制可以包括动态车队队形，其中车队反应于车队周围变化的情况。类似地，车队队形、形状、队形中的位置、以及在队形中的任务都可以是动态的。例如，在计划的行驶路线中间，车队成员可以加入或离开车队，作为预定计划的部分或反应于变化的车辆乘客指令。车辆可请求在队形中改变位置，例如，基于计划的操作以退出队形，基于车辆外的期望风景或基于偏好(如幽闭恐怖症)。在另一个例子中，一个车辆可以是通过第一部分计划行驶路线的引导车辆，而且在某点，另一个成员可以传送获得领导任务的愿望，以便释放当前的引导车辆(从长的手动驾驶路程)，或者利用车辆乘客关于正行驶通过的地方的知识。可以设想关于车队形状、车辆位置和车辆任务的许多变化，而且本发明不旨在限于此处所述的特定实施例。

图20表示根据本发明的在生成车队中作出的示例性决定。根据示例性的过程，潜在引导车辆将形成车队的期望通告其它车辆。该通告被描述从潜在引导车辆至另一个潜在引导车辆或跟随车辆和至少一个潜在跟随车辆。所述通告伴随有领导愿望值。其它潜在引导车辆和潜在跟随车辆可响应，接受或拒绝该通告。另外，响应的车辆可用领导愿望值或它们自身作出响应。基于接受和领导期望的对比，队形围绕引导车辆形成并且管理引导车辆和各种跟随车辆之间的通信。示出了该队形，包括通过引导车辆产生的队形，通过跟随车辆接受的队形，引导车辆的分配，以及引导和跟随范围或通信的随后交换。

当前不是队形成员的车辆可以发出“加入请求”消息以表示其想要加入。图28表示根据本发明的车辆加入车队的示例性过程。如果存在至少一个可用的开放位置，引导车辆可用“加入批准”消息和新车辆的分配位置来应答所述加入请求。引导车辆通常将新车辆分配至新车辆满足要求的最高重要性级别开放位置。引导车辆可启动请求车辆的进入，例如，以有秩序的方式命令车辆到达可以进入的位置。在一个示例性方法中，新的位置可被加入队形以为了加入的车辆腾出空位。在另一个示例性方法中，多个不用的位置可通过引导车辆在任何给定时间而被保留，从而允许车辆改变位置或新成员加入的灵活性。如果存在侵占或阻塞的未分配位置，引导车辆可要求新车辆“稍后重试加入”。同时，引导车辆可识别队形以通过与当前队形参与者协商以获得新的位置而改进新车辆的可通达性。如果引导车辆能够并且愿意产生所述队形，则新的队形描述将在加入请求接受消息被发送至新车辆之前而被通告。注意每个位置具有最小职责要求(如位置1要求乘客全部许可，而位置2则不。)

图29表示根据本发明的示例性过程，由此在队形中的位置可被重新分配。如果引导车辆检测到新的车辆不能加入所述队形的情况，或者证明重新分配车辆的队形位置的其它情况，引导车辆可简单地更新队形位置分配列表并且每个跟随车辆将负责地操作进入新分配的位置。然而，引导车辆可任选地通过首先发送“位置重新分配建议”消息与跟随车辆进行商量。跟随车辆可用“重新分配的位置分配接受”或“位置分配拒绝”(或许跟随车辆打算在特殊方向离开队伍且新位置将产生干涉)作出响应。如果一个跟随车辆反对位置的重新分配，那么引导车辆可以尝试另一个。

图30表示根据本发明的示例性过程，由此跟随车辆可请求位置改变。如果一个跟随车辆希望与另一个跟随车辆交换位置，或者简单地移入队形中不同的开放位置，其给引导车辆发出“位置重新分配请求”。引导车辆可发布“位置重新分配建议”给可能被提议的重新分配换位的任何跟随车辆，且等待回应，如上所述。如果引导车辆具有拒绝所述请求的一些原因，其将发布“位置重新分配请求拒绝”消息给所述请求者。否则，引导车辆可简单地在V2V通告的位置分配和任务部分中更新分配。

图31表示根据本发明的示例性过程，由此跟随车辆可请求离开车队。如果跟随车辆希望离开队形，其通过发送“离开通知”消息而通知引导车辆。引导车辆将发送应答消息。这样所述位置被认定为“腾出”直到离开的车辆已经物理地远离所述限定的位置，此时当其适于现有情况时其可被认为是开放的，阻塞的，或侵占的。然后引导车辆可重新定位其它车辆来填补所腾出的位置。引导车辆还可重新定位请求车辆以方便或启动车辆的离开。之后，如果其在没有请求并且没有得到许可加入该队形的情况下试图再次移入队形，之前的队形参与者可被认定是“侵入者”。

图32表示根据本发明的示例性过程，由此引导车辆可放弃对车队的引导并呈现流动车辆状况。如果引导车辆想要离开队形，或简单地希望另一车辆来接管领导，那么引导车辆将从驾驶员检查任何特定的新引导车辆选择，如果没有，引导车辆系统将从当前队形参与者寻找能够担任领导任务的另一车辆，考虑当前位置重要性级别、以及乘客特征和配置的车辆设置。如果新的引导车辆以任一方式被确定，那么引导车辆将发送“新的领导任命”消息给队形。所任命的引导车辆将回应“领导任命接受”消息，以表示其是接受还是拒绝该任命，而且如果其愿意接受，当其成为引导车辆时还确定其将利用的临时队形(其可以相同，或者其可确定新的相对位置从而不需要当前和新的引导车辆的物理操作，至少开始不需要)。如果当前引导车辆接收任命，其通告“让位”消息并且与新的引导车辆交换位置分配。然后，新的引导车辆开始实施引导车辆期望的移动协调和队形管理任务。

图33和34表示根据本发明的示例性过程，其中跟随车辆可请求在队形引导中改变和可基于引导车辆的响应产生的反应。图33描述如果请求被否定的示例性反应。图34描述如果请求被准许的示例性反应。如果由驾驶员指导，在队形中的跟随车辆可发送“领导请求”消息给当前引导车辆和所有其它队形参与者。如果当前的引导车辆接收到请求，其可发送“领导请求拒绝”并且继续作为引导车辆操作。当前的引导车辆也可用如上所述的领导让位协议作出响应以执行平滑的领导过渡。

图35表示根据本发明的在队形中的引导车辆和跟随车辆间的通信丧失时的示例性反应。在当前引导车辆和队形的剩余车辆(如下所述)之间的通信出现异常的情况下，在随该车辆当前愿望级别而变的等待时段之后，其它车辆中的一个可试图占据领导位置。这样，其发送“领导请求”消息。如果请求的车辆在超时期间(如100ms)内没有接收到任何来自引导车辆的响应，则示例性要求可要求所述请求者再两次重复所述请求信息并且等待响应。如果这时仍然没有响应，请求领导的车辆必须发送“自任命”消息给队形。如果参与车辆接收到至少两个“领导请求消息”，随后接收“自任命”消息，其应当发出“许可”消息。如果除了当前引导车辆和请求领导的车辆外的所有其它车辆用许可消息作出响应，请求车辆担任领导任务并且开始为队形中的其余车辆用作引导车辆。新的引导车辆将注意其新的领导开始时间。

如果在当前队形中的任何车辆获知来自另一参与者的“领导请求”，其将在小的固定时间段加上等待时间内本身不试图请求领导任务，等待时间随愿望级别而变。如果之前的引导车辆突然再次获得通信能力并且接收来自新的引导车辆的消息，其将另一个的领导开始时间与其自身的进行比较。如果另一个的开始时间更接近，之前的引导车辆将立即切换为跟随任务并且呈现由新的引导车辆分配给它的位置。如果其开始时间不是更近的，则必然存在严重的时间同步问题，这样将启动自动防故障程序。

图36表示根据本发明的在引导车辆决定解散车队时的示例性反应。引导车辆可在任何时间解散所述队形，但是其期望“警告”队形参与者，通过传送的队形限定的特性中的一个(队形数据的一个元素应当是“队形到期时间”时间)，所述队形将很快终止。引导车辆解散所述队形的典型原因是所述队形已经到达目的地而且各个车辆要求找到合适的驻车位置。如果队形在正常导航期间被解散，另一个车辆可试图根据旧队形的参与者产生新的队形并且继续至目的地。然而该情形优选的是先前的引导车辆如上所述放弃领导从而使平滑过渡成为可能。

如果引导车辆检测到不可通行和/或侵入位置的长期持续情况，或者引导车辆驾驶员请求，那么引导车辆可命令新的队形并且将每个参与的车辆分配给在其中的位置，并且广播新的位置分配。例如，如果当前队形是“阻止”模式但是通行道路显著窄，所述引导车辆可命令“单行”队形。

对于情况的不剧烈改变，引导车辆将调节现有队形模式而非切换到新的模式。例如，引导车辆可在车队速度增加时增加队形中的跟车距离，从而允许足够的制动距离。而且，经过转弯时，在向着弯道中心的部分队形间距将被减小，同时其在相反侧上将扩大。如果两个车辆正交换位置，它们周围的附加距离可通过在队形中调节其它车辆位置而被开放，然后，所述两个车辆可慢慢地在它们被给定新的位置分配ID之前通过中间位置被导引。

队形的引导车辆必须设定对于队形的所有成员来说可接受的速度。所述引导车辆检查加入队形的新的车辆的速度能力并且定时地检查每个参与车辆的速度能力和确定所有车辆可以达到的最快速度。所述引导车辆还可检查加入车辆的制动能力并且在准许新成员加入车队之前回顾性能关键车辆诊断。该确定还将包括动作反馈数据的分析，包括速度误差项，这样越来越落后的参与者(尽管其报告其能够有附加速度)不被队形的其它车辆搁浅。该队形速度限制被用作所有导航计划的上限。

示例性的车对车通信可以是基于定时通告“V2V用空中(OTA)传输安全消息”包。对于该基本信息来说，队形的引导车辆可附加信息，包括：路径历史(以标准的V2V OTA形式)、队形限定(FD)、位置分配和附加任务分配(PA)、导航目标(NG)、详细动作协调指导(MC)、“获知(heard from)”列表、以及任何需要的队形管理协议消息。队形参与者可通过附加信息而响应，包括如下：动作协调反馈信息、“获知”列表、和任何需要的队形管理协议消息。

图37表示根据本发明的描述完成车队成员间扩展连接的连接图的示例性方法。所述队形参与者报告它们在最近的时间窗内通过无线通信信道“获知”的其它参与者。如果所述引导车辆没有接收来自一个或多个队形参与者的可靠通信，引导车辆将扫描所述“获知”列表以尝试识别能获知它们的一个或多个参与者。然后，所述引导车辆将分配“重复”任务给建立联系所需的那么多队形参与者。

如上所述，可以描述用于管理队形成员之间的通信问题的方法。图38表示根据本发明为车队内管理通信问题的示例性过程。如果引导车辆在阈值时间内没有获知队形参与者，而且上述“重复”方法没有生效，则所述参与者被认定为“丢失”。当参与者丢失时，引导车辆不将丢失车辆的队形位置重新分配给另一车辆。因为通信丧失可能影响跟随车辆与引导车辆之间的信息传送，为了整理通信，引导车辆可尝试改变队形几何参数以使丢失车辆的队形位置更接近于引导车辆(假定跟随车辆可仍然接收至少一些引导车辆对跟随车辆的广播)。

如果在阈值时间内引导车辆丧失了与所有跟随车辆的通信，将假定队形已经被解散或者另一车辆已占据领导地位。因此其将转换为“单一驾驶”模式，但是将监测来自其之前的跟随车辆的消息的通信链路。如果由于任何原因引导车辆变得不可用，跟随车辆则必须准备改变任务。

在短期内，即使跟随车辆在短期自主时段内(例如，0.8秒或一些“预测”期间)没有获知引导车辆(直接或通过“重复”车辆)，跟随车辆将继续沿最后接收到的动作协调指导路径行驶，并且在合适时间试图满足特定的位置、速度和方向目标。

在中期内，每个车辆将为附加中期自主时段外推最后动作控制指导，或许受限定的导航路线(如果存在)限制并且需要避免与其它队形参与者碰撞。在该时段期间，队形中有资格担任领导任务的车辆将如上所述启动“领导请求”过程。为了避免权力斗争，潜在的引导车辆将等待可变时间量以根据其它设定的“愿望”级别启动领导请求。当自任命的引导车辆担任领导任务时，队形可如前继续，但是之前的引导车辆将被认定为丢失。

在队形车辆之间的通信的长期问题的情况下，或类似地，在车载通信系统(如超载的控制局域网(CAN))中断的情况下，速度曲线限定可被用于控制模块以利用期望的停止操作曲线。可替代地，如果中期自动周期已经经过并且跟随车辆仍然没有获知引导车辆，跟随车辆将尝试以下的自动防故障程序，例如，包括如下：利用中等转向速度将车辆的前面与行驶的当前路面的方向对齐(如果需要)；切换至“单一驾驶”模式和自主导航(如果可能)；或者如果自动导主不可能(例如没有限定路线)，那么开始以0.05g减速度行驶并且用信号通知驾驶员接管手动驾驶模式。

回到图30，描述了开始于步骤800的示例性过程，此时监测通信中断。在步骤802，引导车辆通信中断与短期自主时段进行比较。该短期自主时段可被描述为选择的时间间隔，其中车辆可在没有来自引导车辆的通信指令的情况下在车队中运行。该时间间隔可以被标定或可以是函数关系，例如，由车速确定的。如果中断小于所述短期自主时段，那么过程前进到步骤806。如果中断不小于所述短期自主时段，则过程前进到步骤804。在步骤806，用于移动车辆通过控制路径和通过引导车辆之前传送给车辆的引导点可用于计算动作控制命令。在步骤808，这些命令被发送以控制所述车辆。在步骤810，描述车辆操作和行驶的反馈数据被收集，并且在步骤812，该反馈数据被附加于输出通信用于由车队的其它成员或其它附近车辆接收并且所述过程返回至步骤802，其中通信中断被继续监测。在步骤804，所述通信中断与中期自主时段进行比较。该中期自主时段可被计算或可以是函数关系。如果中断大于所述中期自主时段，那么过程前进到步骤822。如果中断不大于所述中期自主时段，则过程前进到步骤814。在步骤814，基于可用信息计算外推的引导点，例如，包括之前存在的引导点和任何关于当前车道几何参数和所述车辆周围的其它车辆的可用信息。在步骤816，计算当前车辆的领导愿望级别。如果所述领导愿望级别高，则车辆可以快速地请求领导车队的仍与所述车辆通信的其它车辆。如果所述领导愿望级别低，则所述车辆可等待较长时间以查看领导车辆是否重新建立通信或车队中的一些其它车辆是否请求领导。在步骤818，如果领导愿望级别是对于车辆来说是时候请求领导，那么过程前进到步骤820，其中所述车辆传送领导请求，根据此处描述的方法，并且领导请求可以或可以不导致车辆被分配为新的引导车辆。如果步骤818确定不是时候发布领导请求或者发布的领导请求不被车队的其它成员接受，那么过程前进到步骤806，其中可采取短期措施以控制所述车辆，如上所述。如果过程前进到步骤822，则启动转换至车队外的单一驾驶。在步骤824，其确定是否已经进入导航路线，以指导车辆关于要产生的动作命令。如果该导航路线是存在的，则过程前进到步骤826，其中生成动作命令，并且前进到步骤828，其中描述单一驾驶状态的信息被附加于输出通信。如果该导航路线不存在，则过程前进到步骤830，其中启动手动模式的切换。在步骤832，指令(例如来自HID设备或控制器)被收集，描述生成的动作命令。在步骤834，描述单一驾驶状态的信息被附加于输出通信。这样，此处描述的车队中的车辆可被控制通过与引导车辆丧失通信。

引导车辆的基本任务是确定队形跟随的路径并且帮助沿着该路线引导每个参与者。图39表示根据本发明的车队跟随的路径的示例性计划。引导车辆必须计划队形中的每个位置的路径，并且沿计划路径为分配给这些位置的每个车辆确定短期目标。所述目标通过一组增加的“预期”时段而被限定。例如，对于以下的时间点：从现在开始0.1秒，从现在开始0.2秒，从现在开始0.4秒，以及从现在开始0.8秒，每个车辆可以被分配位置，速度和方向目标。

每个跟随车辆接收动作指导信息并且尽其最大努力达到所述目标，同时其自身与所有其它参与队形的车辆以及其它目标之间保持期望的缓冲距离，同时试图为乘客保持舒适的乘坐和保持能量效率。所述动作控制过程将车辆的当前位置与将未来计划位置目标进行比较并且为车辆的牵引和转向系统确定基础速度和转向速率命令以最好地满足位置目标和其它优化目标。跟随车辆报告它们的基本位置，方向和速度信息作为标准V2V OTA消息的部分，并且将其增加到附加的反馈(包括位置、速度和方向的各种误差项)。

引导车辆可以根据对每个参与车辆的位置保持性能的估计而调节位置间距。例如，如果跟随车辆能够非常好地保持其被分配的相对位置，也就是具有十分小的偏差，引导车辆可指导其以较小的距离跟随。相反地，引导车辆可以在动作大于期望偏差的参与者周围的队形中开放附加间距。所述位置保持估计包括所有下述性能度量的估计：在每个下述情况中的位置误差(RMS)：恒定速度驾驶、沿弯道驾驶、完成交叉口转弯、从停止开始加速、以及减速至停止；速度跟踪误差(RMS)；以及方向跟踪误差(RMS)。

如图12中描述的方法改进了驾驶体验，包括在可能出现碰撞情况下自动控制车辆和驾驶员便利性的方法。然而，当控制方法(包括确定车辆位置的方法)变得更加精确并且能够在紧密形成的车队中实时计算时，则附加有益效果变得可行。例如，已知的方法是如下设计，其中为了获得空气动力学优点车辆间的近距离被保持，从而对于包含的一些或所有车辆增加燃料经济性或能量效率。另外，通过计划车辆沿路线行驶(例如计划车辆行驶并调节车辆运行通过具有停止信号灯的交叉口，定时循环并且避免车辆停止)可以增加燃料效率和减少排放。另外，车辆中的驾驶员要求部分或完全消除，减少或消除与驾驶负担(例如，长时间的日常上下班)有关的增加压力和丧失生产率。另外，随车辆驾驶员的要求完全消除，对车辆操作的年龄限制可以变松，例如，在父母不在车辆中的情况下允许父母在自主车辆中送孩子上学。另外，当市内拥塞变得很严重时(由于交通拥堵和有关限行和延迟)，自动控制车辆定位的方法可增加道路上的交通密度，允许在潜在减小的车辆间距离的情况下自动、有序的交通流。通过增加车辆密度和避免交通缓慢，道路的整体运输能力可提高。另外，驾驶体验可被增强，例如，通过将行人监测技术与车辆控制方法相结合，通过实行最小期望距离，通过当前基于操作者识别和响应的自动车辆响应，并且通过消除作出仓促或急躁的交通决定的操作者意志。另外，自主驾驶方法可被用于自动驻车和取回车辆；为车辆再次充电或再次加油；将车辆送去维护；接送行李；或执行任何其它类似任务，同时车辆的之前乘客单独处理其它事时，车辆被编程以在设定时间点返回或执行命令。另外，此处描述的方法增加了自动控制车辆的方法的可靠性，从而允许比当前使用的速度更高的车辆运行速度。

可以想象自动控制和车队管理的特殊应用。例如，城市区域可利用车队车辆以实行在区域内的大量运输，而不需要花费大量经费和安装列车或地铁系统所需的占地面积。自动的车队或由驾驶车辆引导的车队(具有像公交驾驶员一样的操作者)可行驶于市内区域的迂回路线，作出计划的停车或开车经过以装载和卸载车队中的各个车辆。类似地，货车公司和采矿拖运卡车操作也可采用自动卡车的车队作为虚拟列车，从而减少操作所述卡车所需的人力，减小道路上疲劳驾驶员的影响，并且具有效率的优点，例如设计成在不没有列车线路所需投资的情况下更有效地运输货物。军事上的应用也是可能的，例如生成无人操作或少量人力操作的车辆的车队以通过危险区域。执法应用也是可能的，例如，将被拘留的人放置在单独和完全锁定的跟随车辆中，使潜在危险的嫌犯和执法官员之间的接触最小化。

本发明描述了一组动态车队队形和管理协议，其允许利用低成本的V2V无线通信的有效多个车辆自主驾驶，特别是对于自主车辆占主要的限制环境。编程功能可允许自动防故障动态车队队形和管理。另外，所描述的编程允许队形管理和为不同的驾驶情形改变引导一跟随车队队形，分配新车辆至队形的示例性方法，队形中引导车辆启动的位置重新分配，队形中跟随车辆启动的位置重新分配，允许车辆离开所述队形的编程，和引导车辆位置的重新分配以适应不同的驾驶情形。其它的情形包括请求领导任务的跟随车辆，解散队形的编程，管理车辆之间或车辆和基础系统之间通信的丧失，以及要求运动协调指导的请求。

可以设想利用关于车辆运行环境的信息的多个控制方法。多个控制方法包括确定车辆保持距周围对象或目标的期望距离。期望距离可被限定为围绕车辆来描述期望包迹，在期望包迹中，其它对象是不允许的。图13表示根据本发明的示例性车辆和车辆周围的期望包迹。示例性的最小期望距离可被限定在车辆周围的四个方向且用于限定车辆周围的示例性期望包迹。该期望包迹可通过监测对象踪迹和改变车辆速度和路线而被用于控制车辆，以避免其它对象进入该包迹。另外，与其它车辆的通信可被用于在车辆之间进行协调，例如两个车辆均改变速度和/或路线以避免进入任一车辆的期望包迹。

如上述方法所述，在控制车辆中期望对于车辆的最小期望距离。多种限定最小期望距离的方法是公知的。图14描述根据本发明的一个示例性方法来表示车辆前方的最小期望距离。最小停止时间被描述为包括由最小时间限定的制动时间、控制反应时间、和影响停止时间的附加因素。最小制动时间表示车辆在当前速度的制动能力。该制动能力可针对特殊车辆通过多种方法确定，例如，通过以各个速度测试车辆。应当理解，不同车辆的制动能力将是不同的值，例如，大卡车需要比更小的车更多的时间来停止。控制反应时间包括车辆中对于操作者或控制模块命令停止的机械响应和操作者或控制模块对描述需要停止的激励的响应时间。影响停止时间的因素包括道路情况；天气情况；车辆维护情况，包括车辆制动设备和胎面的情况；车辆控制系统(如防抱死制动和横向稳定性控制)的可操作性。因素可包括对于车辆乘客来说可选择或可自动标定的因素，例如，具体的驾驶员反应时间和在车辆间近距离的情况下车辆的乘客的舒适性。本领域技术人员可容易地将停止时间值转换为最小期望距离。

图15表示根据本发明的示例性车队的操作。示出了引导车辆360和两个跟随车辆370和380在车道350内驾驶，车道350通过车道标记355A和355B限定。所述三个车辆共同允许描述队形和车队边界线的车队限定。引导车辆可在手动控制下运行或利用控制方法以在车道上行驶，而跟随车辆可通过各种方法进行控制。例如，图15限定车队车道保持边界线，其基于引导车辆中利用的控制方法由车道保持边界线395A和395B限定，当跟随车辆尾随引导车辆时，跟随车辆可被控制以保持在车队车道保持边界线内。

此处描述的控制方法有益于将一组车辆作为车队操作。组中或车队中的其它车辆的控制可以根据车辆间距来完成，例如，通过在保持与周围车辆相比较的距离的每个车辆中的控制方法，并且通过与引导车辆相关联。在另一示例性控制方法中，引导车辆可监测车队中的车辆并且为每个车辆发出命令以控制车队中每个车辆的期望位置。在该系统中，监测车队中的车辆的相对位置在保持每个车辆相对彼此的期望位置时是期望的。另外，监测车队中的车辆的位置在相对于道路和车队外的对象控制车队时是期望的。监测车队中的位置可根据上述方法实现，例如，采用来自车队中各个车辆的雷达和视觉系统获得的信息，并且处理所述信息以描述车辆各个位置的复杂模型并且导航所述车队所需要的必要计算。虽然控制车队中的车辆的该方法有效时，但是每个车辆中的雷达和图像系统是成本抑制的。另外，在车辆之间几乎恒定地传送车辆的距离的复杂分析和相对关系会是抑制性的，从而要求大带宽的信号和要求几乎无缺陷的复杂信号的接收。在任何给定的通信循环中，车辆与主车辆的距离计算所需的任何项的缺失将不能计算要求的距离。另外，通过所述控制方法控制车队中的多个车辆的引导车辆中的计算负载会是抑制性的。

公开了一种根据引导车辆控制车队内的车辆的有效方法，其中利用基于GPS坐标和确定的简单值(如车辆之间的距离和关系，如车速)的通信。由于公开的方法允许基于关于车队中的每个车辆监测的简单GPS坐标确定车辆位置，确定引导车辆内的必要计算，和将简单控制项从引导车辆传送至跟随车辆，车辆间的通信在每个通信周期要求较少的信息交换。另外，所述方法比要求在每个周期交换大量无误差信息的通信方法更加稳定。然而，之前的方法可能在信息的个别值的丧失的通信周期内被禁用，本发明的方法可包括简单的冗余性。例如，即使从车队中的跟随车辆至另一车辆的距离中断或以其它方式未被接收，正确地接收的跟随车辆的速度可用作冗余信息，从而允许在该通信周期内确定跟随车辆的可能距离。另外，跟随车辆可通告实际位置、实际距离、实际速度、或其它项以允许在引导车辆中对确定的值进行校正。

用于实现车辆间通信的一个示例性方法是利用专用短距离通信格式(DSRC)的无线电信号。DSRC信号可以以多种方式应用。在一个示例性形式中，传送两部分信号。所述两部分信号的第一部分是专用于描述在与用DSRC传送的引导车辆独立控制的情况下车辆之间的最小期望距离或期望包迹的通信。所述两个部分信号的第二部分可用于其它信息，例如在车队中控制车辆。在一个预期的信号方案下，所述信号的两部分可用不同信号强度传送，第一部分用较强的信号强度被传送，以便与其它车辆和不在引导车辆的车队的控制内的其它车队进行最有效的通信；第二部分用较弱的信号强度被传送，仅与引导车辆的车队内的车辆进行通信。车辆之间的不同通信方法包括，例如经过无线网络的通信。虽然经过这种网络的已知通信可能不足够快以允许对在高速运动的车队中以近距离操作的车辆进行实时控制，但是该通信可被用于传送附加信息，例如，前方预期停止的出现或关于即将出现的交通信号的输入信息。另外，由于无线网络改进并且经过所述网络的通信变得更及时，因而此处使用的方法可经过该网络使用。另外或可替代地，激光扫描信号或其它数据传输形式可被用于车辆间的通信，例如，指示车队从引导车辆紧急停止的方法。可以设想车队内车辆间通信的许多形式，并且本发明不旨在限于此处所述的特定实施例。

如上所述，GPS系统在定位相对于彼此十分接近的一组车辆时具有良好的精度。与精确地定位的车辆的位置相比，通过精确定位车队中的一个车辆，在其它车辆上的GPS信息可被用于相对精确定位车队中的其它车辆。另外，与其它方法(例如，基于每个跟随车辆中的雷达和视觉信息的计算)确定的关系相比，包括描述车辆位置的坐标的GPS信息在车辆间的传送更简单，并且需要更少的计算负荷。另外，因为GPS数据在每个跟随车辆中或对于每个车辆是可用的，跟随车辆执行保持在车队中的位置的命令可大大地简化，根据位置或距离命令跟随车辆，而不是通过通信信号详细控制车辆。通过控制引导车辆和利用描述各个跟随车辆的相对位置的GPS信息，跟随车辆的控制可用车辆间的最小通信实现。

车辆的车队的操作要求根据选择的车队队形控制每个车辆的能力。另外，车队的操作要求在道路上以及在其它车辆、交通信号、其它对象和移动车队中的所有车辆所需的障碍的环境中导航车队的能力。如上所述，车辆间的通信或V2V通信允许控制队形中的车辆方法并允许车队与道路上的其它车辆通信。另外，车辆对基础设施(V2I)通信允许车队获得来自于车队外部的系统的信息且与车队外部的系统进行通信。如上所述，车辆的位置可通过使用花费高且计算密集的方法(利用车载系统的结合，例如GPS、雷达、摄像机、超声波测距、和其它设备)来确定。集成传感器输入的已知方法包括例如公知的同时定位和映射(SLAM)的协议-小型单个车辆导航过程。虽然这类协议或程序在特定情况下可以有效控制车辆，但是可它们是计算密集的且在大量车辆中实施是昂贵的。当其它车辆或对象在交叉口相遇或进入被控制的车辆路径时，在该程序中的示例性限制包括在确定和启动适当的自主车辆响应时存在相当大的等待时间。在对该常规变化环境作出反应之前，基于传感器的控制系统需要以一定的确定性协同检测和分类对象及其动态特性，从而引起延迟。然而，通过使用V2V和V2I通信，基于确定的位置来定位和控制车辆的方法可制成较便宜的和计算强度小的。基于通信的方法事先与所有连接车辆共用每个车辆的信息和动态状态，从而为控制模块提供大量时间来计划和调节车辆动作适合于动态交通环境。基于V2V和V2I通信的方法的这种特性使车辆队形和车队管理任务是可管理的。另外，操作车队中的车辆所需元件数量的减少可增加系统的可用性，从而所述方法可以变得在所有车辆中正常使用而不是一个选择的昂贵特征。

如上所述的方法允许自动车辆的车队控制。然而应当理解的是，手动控制的车辆也可利用车队队形。然而，与全自动控制所不同的是，操作者可保留车辆控制的一部分或全部。例如，车队中的跟随车辆可类似于利用ACC和如上所述的方法的车辆操作，其中，自动车速控制保持从被控制的车辆至被控制的车辆前的车辆的距离。在该应用中，操作者可保留车辆的横向转向的控制。在全手动操作中，显示器(例如一系列灯光、在仪表盘上的显示器、或平视显示器)可被用于为操作者显示期望距离以保持车队要求的距离。在该应用中，驾驶员可保持速度控制和车辆的横向控制，除了制动辅助模块外，当要求制动车辆时的超控手动控制可被用于允许车辆间的距离比手动操作中通常可取的距离要小。

此处描述的方法允许车队中车辆的自动控制。然而，需要一些最小量的设备来控制车队中的车辆。例如，要求V2V通信以允许限定车队中所需而可期望距离。不具有任何监测车队中的距离和位置的能力的车辆不能作为车队中的跟随车辆操作。

车辆的自动控制允许车辆操作作为单独可操作的车辆或作为车队的成员，从而允许车辆的操作者或乘客从道路上移开注意力并且允许控制系统来操作所述车辆。然而，应当理解的是，车辆的自动控制可独立于车辆乘客的存在而实现。例如车辆可运送乘客去工作；自动驻车和通过采用例如建立的信用帐户的V2I交换机来付任何费用；在指定时间行驶至维护厂、洗车店、杂货店，饭店、或任何其它设施，并且执行车辆的所有者或之前的乘客授权的任何任务；并且在指定时间返回到指定地点来在工作日结束时接乘客。在替代方案中，作为的士服务操作的无人驾驶车辆可通过市政当局操作。在另一例子中，高密度的驻车设备可被操作，例如，车辆被紧密布置该设备内并且经过该设备中的曲径，根据操作者或乘客输入的要求时间从该设备中出来。在任何驻车应用时，车辆将在再次充电设备中停车的时间中的一些时间花费在为车辆的能量储存设备补充能量。车辆的自动操作可允许在驻车设备内多个再次充电站给设备内的各个车辆再次充电，车辆依次通过所述再次充电站。这些是这种自动车辆可以如何使用的示例性描述。大量的这种应用是可以想象的，并且本发明不旨在限于此处所述的特定实施例。

车辆的自动控制允许简单地进入目的地或用于操作车辆的方法的其它指令。目的地的指定、沿途点、或自动车辆的任务可通过任何数量的方法输入。例如，为了保持车辆的控制，乘客可以保留占用人机接口设备(HMI)。该设备可以是方便的形式，具有与常规手提式设备类似和/或一体的设备，如蜂窝电话、导航设备、或数字助手/袖珍计算机。该设备可利用密钥输入命令；声音命令；触摸屏命令；加速器激活的命令；设备的GPS定位，例如仅根据设备的位置将乘客位置与空闲车辆协调；通过标准计算机接口的周期性同步或可替代控制；通过多个类似设备的控制，例如，儿童和父母均具有带有合适权限的控制器，且检测父母的控制器中的能力；或任何其它形式的控制设备。

自动车辆或车队的车辆与基础设施设备的交互允许车辆操作的许多有益的优点。例如，使用停车灯的交叉口可包括描述何时灯将为绿色或红色的广播时间表。这种广播可允许趋近于交叉口的车辆调节速度，例如，使车辆减速从而当灯变绿时车辆将穿过交叉口，因此不需要停车且承受与停止和随后加速车辆相关的所有无效。为了使整个车队能在不分散车队的情况下通过下个绿灯周期，车队可同样监测信号灯周期。与交通信号灯的通信可以是双向的，例如，在车队的合理请求下，允许所在地交通当局延长绿灯周期，因此能够实现更高的燃料效率。在另一例子中，在仅仅使用自动车辆的区域中，交通信号灯可以是被禁用或者不使用，其中，每个车辆监测移动通过交叉口的交通，并且与其它车辆协商通过交叉口的路径和速度。该系统可以通过将其它车辆的控制给予例如最接近交叉口的车辆而启动。可替代的控制方案可以是采用的对步行通过拥挤广场的人或在学校中行驶的人物行驶的建模交互。在替代方案中，可以建立虚拟车队，例如，具有来自于基础设备的最小量的管理，从交叉口在每个方向的一定设定距离处的边界线，以及对于建模变形的车队队形的每个车辆的指令，如图19所示的位置分配和全部用于指导车辆通过交叉口。

利用V2V和V2I通信技术的车辆必须是高度连接的设备。例如，使用无线电连接以增强导航和控制同样增强了所述车辆的应用。社会网络和其它交互设备是已知的且通过英特网和无线设备传播。车辆的自动控制与连接和移动设备中花费的时间相结合允许乘客加入车量内的社会活动。例如，人可以每天协调车队的队形与一组社会熟人。通过在各个车辆中的监测器，车辆之间的连接性可允许读取组、计算机游戏序、或任何其它社会活动。在替代方案中，操作者可以寻找一组沿类似路线行驶的潜在未知的人并建议车队的队形。另外，这种寻找潜在的车队成员可以鉴别驾驶偏好，例如，根据优选的速度、优选的车间距离和优选的车队队形来进行区分。在另一例子中，市区中不同地方的人当朋友在驾驶时可以识别，从而允许所述人与朋友之间进行实时通信。这种实时通信允许在会话之前未设想的自发社会机会。这种机会可以利用地图和车辆内的英特网内容增强，进行路线计划和计划协调。路线可以包括在达到预期目的地之前一定地点处相遇和生成车队的车辆。

从引导车辆至跟随车辆的命令对于车队的有效控制和管理是需要的。为了有效地有益于车辆的各个乘客，车队必须共用共同行驶计划。多种方法是可以想象的以生成共同行驶计划。车队可以在路线的起点以一组已知的车辆形成，并且所有车辆可根据单个行驶计划行驶。在替代方案中，车辆可以加入和离开路线中的车队，其中共同行驶计划考虑有效的或可选择的联合行驶计划，车队成员相遇，一起行驶，并且成员在联合行驶路线的点上分开。共同行驶计划可在行驶中自发地产生，例如，在相同道路上行驶的三个不同的车辆确定有益于车队通过的一组共同沿途点。形成和管理车队可能整体是自动控制的，乘客从来不选择车队，并且计算机化的管理程序寻求可接受的车队以加入或者车队成员在运行中邀请加入共同行驶计划。车辆可直接与道路中的其它车辆通信以寻求可能的车队选择。另外或可替代地，基础设施系统可以被利用，例如，通过访问英特网，以寻求在给定道路上或稍后计划行驶的一段道路上的车辆以形成提议的共用共同行驶计划的车队。共同行驶计划的许多应用是可以想象的，并且本发明不旨在限于此处所述的特定实施例。

车队队形被控制，例如，通过从引导车辆至每个跟随车辆的命令。图16示意性表示根据本发明的示例性车间车队控制系统。车队控制系统400包括自主控制器410、HMI设备420、马达控制器430、GPS设备135、和DSRC系统440。自主控制器410包括可以在引导车辆中操作的处理器，通过DSRC系统440接收来自每个跟随车辆的数据，接收来自GPS设备135的GPS数据，和任何其它要求的信息，并且控制器410执行需要的计算以确定给每个跟随车辆的合适的控制命令。然后，这些命令可以通过DSRC设备440发送给跟随车辆。类似地，自主控制器410可在跟随车辆中被操作，通过DSRC系统440接收来自引导车辆的指令，并且根据接收到的指令发布命令给车辆控制系统。HMI设备420是一个允许操作者发布命令，输入导航信息，或者以其它方式提供输入给所述系统的接口设备。马达控制器430接收来自自主控制器410和HMI设备420的控制消息，并且发布命令给电动马达，从而为车辆提供动力和转向控制。马达控制器430是示例性的动力系控制器，并且可以理解的是，所述马达控制器430可以用操作动力系、转向和制动系统中的任何一个或多个的控制器代替，包括液压或电动转向设备、内燃机、电动马达、燃料电池、混合动力驱动控制、再生或摩擦制动、或任何其它类似系统。这些控制器在本文可总体上称为推进控制器。控制模块、模块、控制单元、控制器、处理、、过程器和类似术语表示一个或多个专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元(优选为微处理器)和相关的存储器和存储设备(只读、可编程只读、随机存储、硬盘驱动等等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、合适的信号调节和缓冲电路、以及提供所述功能的其它适当元件中的任何合适的一种或多种组合。控制器可具有一组控制算法，包括存储在存储器中且被执行以提供期望功能的驻留软件程序指令和标定值。所述算法优选在预设循环期间被执行。算法，例如通过中央处理单元被执行，并且可操作以监测来自感应设备和其它网络控制模块的输入，并且执行控制和诊断程序以控制致动器的操作。在进行的车辆运行期间，循环以规则时间间隔(如每3.125，6.25，12.5，25和100毫秒)被执行。可替代地，算法可响应于事件的发生被执行。

监测车队内的车辆位置的方法包括将相对少量的信息从跟随车辆传送至引导车辆，确定命令(包括车队内的期望车辆位置)，并且利用这些确定的命令来操作跟随车辆。确定命令包括确定有效地操作车队所需的范围或距离。这些距离可包括车队中的车间距离，并且也可以包括车队为有效操作所需的区域的确定，或期望车队包迹。

近距离引导-跟随自主车辆队形可利用在队形中的一列和并排位置。图17表示根据本发明的示例性车队队形。如上所述，在本发明的系统中的V2V通信比已知系统更具优势，因为车辆间的通信可限于描述车辆间的距离和关系的简单项。所有车辆能够改变通过车队的一组关键数据，特别地，将命令从引导车辆传送给跟随车辆或将实际值从跟随车辆报告给引导车辆。关键数据可包括如下示例性列表中的一些或全部：位置、纬度、经度、高度、方向、速度、纵向和横向加速度、制动状态、路径历史、行驶计划、车辆尺寸、车辆型号、当前操作模式(自动或手动)、以及其它车队控制数据。另外，车辆可接收交通信号信息、地图数据、以及来自基础设施设备的GPS增强信号，并且在车辆间适当地传送该信息。另外，车辆可广播关于即将到来的操作的提前信息，例如，检测的一定距离前的交通停止或阻塞行驶车道。

参考图17，描述了引导车辆L和跟随车辆F₁，F₂，...F_r，...F_n。在L和F₁之间，限定了车队的两个车辆之间的距离或间距D₁。类似距离在不同纵向间隔开的车辆之间被限定。每个车辆接收来自引导车辆L的命令，而且每个车辆参考引导车辆或所述车辆直接前方的车辆而被控制。例如，车辆F₄接收来自引导车辆L的命令并且基于至其引导车辆F₃的距离D₄而被命令到一位置。另外，限定D_LAT1限定为描述并排设置的不同车辆之间的横向距离。通过限定这些项，车队中位置的基本定位可以被限定和控制。

在控制车队队形中，根据增加的节约燃料和乘客偏好来实时确定期望的车间距离或间距对于自主车辆车队操作是一项任务。为了增强车队中所有车辆的驾驶体验和燃料效率，所述系统必须确定跟随距离、位置和期望的驾驶速度。在车辆的自动控制中，这些值可以从引导车辆直接传送至受控的跟随车辆。在手动操作的跟随车辆中，可以限定绿色区，根据诸如燃料经济性的标准，指导或辅助操作者将车辆保持在与引导车辆的期望位置关系内。

应当理解地，通过引导车辆自动控制车队中的车辆，每个跟随车辆必须基于跟随车辆的期望行为或期望位置而被命令。车辆间的实际距离在车队的操作中是一个考虑因素。例如，参考图17，引导车辆L可以基于引导车辆L的GPS定位来命令跟随车辆F₁到一位置。如上所述，在一组邻近地定位的车辆中的GPS定位的精确性是高的。因此，基于距离D₁和引导车辆L的GPS定位的跟随车辆F₁的命令位置可被用于控制跟随车辆F₁。然而，跟随车辆F₂的命令位置不能基于跟随车辆F₁的命令位置，而是必须基于其引导车辆的实际位置，直接在跟随车辆F₂的前面的跟随车辆F₁，实际距离通过跟随车辆F₁报告至引导车辆L。类似地，跟随车辆F_r的命令位置必须基于其引导车辆即跟随车辆F₂的实际位置，实际位置被跟随车辆F₂报告给引导车辆L。

为了实现这些控制功能，车队引导车辆为组中的每个跟随车辆计算实时相对车队位置向量和速度，从而确保最佳可能的燃料节省和期望的操作。示例性的计算包括针对已知的车队位置选择最佳可能车间距离(D_g)(例如，基于车辆型号)，计算跟随车辆和在所述跟随车辆直接前方的前方车辆之间的最小期望距离(D_s)，并且确定D_g和D_s中的最大者作为跟随车辆和在所述跟随车辆直接前方的前方车辆之间的期望车队距离(D)。D_s可按照如下步骤计算：当前V2V无线通信质量(如，信道拥挤，信息包的误差率)；当前车辆位置和传感器数据精度；车辆尺寸和形状参数，如长度、横截面积、保险杠高度；当前和预测车速；车队中各个车辆的动态能力(如，制动、加速、控制误差、等待时间)；当前道路几何参数；道路表面；天气情况；以及当前驾驶模式(手动或自主)。D_s的示例性计算将在下面更详细地描述。

一旦D针对具体跟随车辆计算，引导车辆就计算命令位置以传送给所述跟随车辆，例如，如上所述，基于具体跟随车辆的引导车辆的实际位置D，以及其它因素(如车道几何参数和车队的队形)。引导车辆可用无线通信，例如如上所述的DSRC系统，定时地将该信息传送给跟随车辆。每个跟随车辆接收来自车队引导车辆的相对位置向量和速度并且利用该信息作为转向、位置和速度控制值的目标或设定点，以供每个车辆控制系统使用。

应当理解地，上述系统，描述作出用于跟随车辆的所有计算的引导车辆，是本发明系统可采用的示例性形式。例如，可替代地，基于行驶计划，车辆和从车队引导车辆接收到的控制命令，各个跟随车辆可为其自己计算各个车队距离，跟随车辆基于其它输入(如车道可用性或来自乘客的输入)来确定距优选车队配置的偏差。

如上所述，在每个控制或通信周期，跟随车辆可将实际位置、速度、车队距离、和其它信息往回报告给引导车辆和车队其它成员。在一个示例性系统中，控制周期以约20Hz的频率操作。

应当理解地，跟随车辆计算其自身命令的一个系统局限性包括与引导车辆处于近距离队形中的跟随车辆将不能及时对于引导车辆操作的急剧变化作出反应的可能性。通过在引导车辆中确定车队控制命令，引导车辆的操作可被直接考虑，从而被发布给跟随车辆的命令将包括跟随车辆对引导车辆作出反应的足够时间。类似地，通过在引导车辆中确定每个跟随车辆的指令，在每个跟随车辆中的不可预测性可被最小化，从而减少对其余跟随车辆的影响并且允许车辆间距比否则可允许的间距更近。

在车辆车队中节省燃料的益处(也称为车辆后设计)是充分研究的区域。所有车辆(不仅仅是跟随车辆)在近距离跟随车队中共用该益处。研究表明队形内部的车辆可以获得来自车队管理的最大益处并且在最近间距时将消耗少10％的燃料，以及最后面的尾随车辆在最近间距时节省大约7％的燃料。对于小于1.5-2米的车队间距，引导车辆也比其尾随车辆消耗更少的燃料。与孤立操作相比，这种在燃料消耗上的节省是由于串列操作中减小的空气阻力。

图21用图表表示根据本发明的在根据间隔距离而变的设计实现的示例性燃料效率节省。图22用图表表示根据本发明的示例性燃料消耗率随车队中的位置和车辆间距而变化。图23用图表表示根据本发明的示例性燃料消耗率随车辆间距和最大截面积的平方根的分数而变化。图24用图表表示根据本发明的示例性燃料消耗率随与车长相比较的车辆间距而变化。图21-24清楚地表明节省燃料可通过以近距离队形和车队操作车辆而实现。描述关于串列操作的计划燃料效率的示例性公式可以描述为如下关系： $\%\mathrm{fuelsavings}=\mathrm{\ξ}*\left[\frac{{\mathrm{\ΔC}}_D}{C_D}\right]---\left[1\right]$ $\mathrm{\ξ}=\frac{0.89}{1+\frac{[0.031r_0+0.000126]}{C_{D}A/M}}---\left[2\right]$ 表达式

表示串列操作测量的阻力系数增量所占百分比。参数ξ表示有效因子。参数C_D表示阻力系数。参数A表示横截面积。参数M表示空气质量，而且0.031r₀表示滚动阻力。

来自引导车辆的控制命令向跟随车辆给出关于队形距离、队形位置的指令以及其它关于管理车队的命令。然而，车辆的位置控制可用于增强来自引导车辆的指令或在紧急情况下对跟随车辆进行控制。例如，假如特定车辆的乘客感觉与另一车辆的距离太近，来自乘客的命令可被观察以更改来自引导车辆的距离命令。如果跟随车辆的乘客观察到紧急情况，而且输入转向或制动命令，所述跟随车辆可被命令响应于紧急情况而脱离队形。在任一情况下，DSRC系统可被用于同时传送跟随车辆中命令的变化给车队的其它车辆，从而可以作出适当的反应。

每个跟随车辆接收来自车队引导车辆的相对位置向量和速度并且利用该信息作为转向、位置和速度控制过程的目标(设定点)。可替代地，所述各个跟随车辆可根据行驶计划、车辆和从车队领导接收的控制命令来为它们自身计算各个车队距离。

图25用图表表示根据本发明用于选择从跟随车辆至跟随车辆直接前方的前面车辆的期望距离的方法。图25中描述的数据从示例性的风洞试验收集。可接受的距离值的绿色区被限定，根据上述队形偏好选择。在该绿色区的操作可通过车辆操作者选择，通过输入到控制器的偏好自动选择，或通过其它方法。绿色区可通过许多方法被限定，根据车队的优先级或包括的车辆的优先级。在一个示例性实施例中，绿色区可通过在D_s时的最小距离和导致5％燃料节省的最大距离而被限定。在另一个示例性实施例中，最小距离可通过D_s乘以某个因子而限定，所述因子基于在短的跟车距离的情况下的操作者舒适级别或基于天气、可视性或道路情况。在一个实施例中，绿色区可被用于给操作者手动操作车辆跟随其它车辆指示合适的跟车距离。在该实施例中，示例性的最小距离可通过D_s乘以反应时间因子而被限定。在该绿色区内，提供为已知车队位置和车辆选择D_g的方法。在一个示例性方法中，可以参考车长对燃料节省和横截面积对燃料节省标定曲线，通过访问包含如图22-25中包含的信息的查询表。用于确定D_g的所述查询表和标定曲线可试验地、经验地、预测地，通过建模或其它足以精确地确定车辆操作的技术来生成，并且多个查询表和标定曲线可由不同动力系设置、环境情况或操作距离的相同车辆使用。图25用图表表示根据本发明的D_g关于在限定的绿色区内的潜在选择的范围的示例性选择。

D_s是基于最小期望距离的在跟随车辆直接前方的前方车辆与跟随车辆之间的最小距离，其通过考虑如下的实时数据而计算。可以描述影响跟车距离的多个因素，包括影响车队内的命令通信的因素、影响准确地监测车队内的车辆位置的因素、车队内的车速、车辆的运行特性(包括加速和制动)、天气、和道路情况。此外，乘客偏好可用作设定D_s的因素，从而允许乘客增加更多的距离到D_s。D_s可以从下面的示例性等式确定：D_s＝(N*V)/f+δD+δ1*V+δ2+δ3+β    [3]项f表示V2V通信的频率。应当理解，f对设定D_s是重要的，因为较小的f表示为了保持车辆之间的优选距离需要增加D_s的大通信滞后。项V表示车速差或者车队中不同车辆的速度之间的差。V值小表示各车辆的相对速度小，表示车队的受控操作和较小的许可D_s值。V的数值越大表示车队的队形不稳定并且基于该不稳定建议更大的D_s值。项N可以是整数，并且表示车队中车辆将接收从引导车辆传输的信息包的概率。项δD表示跟随车辆与在跟随车辆直接前方的对应前方车辆之间的最小停车距离的差分。项δ1表示估计的计算等待时间。项δ2表示控制和相对位置误差差分的总和。项δ3表示在恶劣天气或艰难道路情况下可执行的额外余量。如此处所述，在此描述的方法可以用于自动控制车队中的车辆。然而，其同样表示所公开的方法也可以用于手动操作的车辆。项β能够用来表示驾驶员的反应时间。β可以是标定值，可以由操作者选定，可以是根据车辆操作者的测定反应时间自动设定的值，或者可以根据预期操作者反应时间的任何其它方法来设定。根据一个示例性实施例，对于30％DSRC信息包误差率(PER)300m距离，在车辆处实现信息包接收概率P所需的连续信息包传送的数量(N)通过下式给出。P＝1-PFR^N    [4]例如：对于99.2％的接收概率，N＝4，且对于97.3％的接收概率，N＝3。

根据D_g和D_s，按照下式能够确定控制车辆的选择距离。D＝Maximum(D_g，D_s)    [5]通过选择D_g和D_s的最大者，D_g将被选择，除非其违反了最小期望距离。

可以设想参考道路的周围情况来控制车队的多种方法。图13示出参考道路的周围情况利用期望包迹来控制车辆的方法。类似的方法可以应用于车队的车辆。通过估计车队中车辆的位置和应用距所有当前车辆位置的最小期望距离，可以限定期望包迹。通过根据期望包迹控制车队，所述车队可以被导航。

图27表示根据本发明的车队车辆周围的示例性期望包迹的操作。示出引导车辆510和跟随车辆522、524、526、528和530在道路500上以队形行使。可以为每个车辆确定最小期望距离。如上所述，车队车辆之间的最小期望距离可以用于限定在队形中保持的最小距离。然而，一侧面向队形外面的车辆的最小期望距离可以用于描述车队的期望包迹。图27中一侧面向队形外面的的车辆的最小期望距离示出为距离540A至540N。这些距离可用于表示期望车队包迹545。这样，关于车队中的许多车辆的期望操作的详细情况能够用于导航整个车队。

车队周围的最小期望距离(如图27中的距离540所示)能够根据多种示例性方法处理。根据一个示例性方法，可以确定期望车队包迹(PSE)，并且可以警告PSE的识别的或即将发生的违规(如PSE中的非车队车辆)。

公开了设定PSE尺寸的示例性方法。根据本发明，图42描述设定期望车队包迹的长度的示例性方法。车队1000，包括车辆1010、1020、1030、1040、和1050。提供每个车辆1010、1020、1030、1040、和1050的车辆位置1012、1022、1032、1042、和1052。车辆位置1012、1022、1032、1042、和1052描述每个车辆的点限定的位置，例如，描述每个车辆报告给引导车辆的GPS位置。车辆间的示例性距离示出为限定在车辆位置之间。另外，示出了前边界FM和后边界RM，描述车队能够对PSE的违规作出反应所需要的确定距离。示出了PSE 1005，包括PSE长度1060。该示例性车队的长度可被描述为车辆位置之间的距离的总和加上前后边界。然而，对于不同的队形，应当理解，许多不同的方法可用于设定PSE长度。对于跨过多个车道发生的队形，PSE长度可以针对占用的每条车道来确定，或者PSE长度可以根据队形的整体形状跨过车道来应用。另外，示出了SM或者侧边界，表示所述PSE期望从车队中车辆侧面横向延伸的最小距离。

根据此处所述方法可选择PSE的宽度。图43表示根据本发明的设置期望车队包迹的宽度的示例性方法。车队1100包括车辆1110、1120、1130和1140。示出了沿包括车道标记1102的道路行驶的车队1100。应当理解，车队中的各个车辆的位置关系可通过引导车辆管理，例如分析各个车辆的实际的，分配的跟随位置，和/或命令位置并且基于所述位置确定队形宽度。每个车辆可通过无线通信用W_r或宽度值描述。这些值可以被比较并且确定最宽的值。图43示出四个车辆，其中包括卡车(车辆1130)，其具有车队中车辆的确定最大宽度W_max。可以设想多种示例性方法以便针对所示的车队设定得到的PSE的宽度。在最小值，车队的宽度必须包括一列车辆的纵列的宽度、车辆纵列之间的距离D_LAT、以及车队外侧的两个侧边界(2*SM)。描述队形的示例性等式可表示如下：PSE宽度＝(n*W_max+(n-1)*(D_LAT)_max+2*SM)    [6]值n表示车队队形中车辆的纵列或车辆的车道的数量。根据该示例性等式，车队内的所有纵列宽度被设为W_max。应当理解，D_LAT可包括不同值，例如，对于具有不同的操作特性的不同车辆。在一个实施例中，SM和D_LAT可被选择使得值相等(SM＝D_LAT)。在该实施例中，等式6可表示为如下：PSE宽度＝(n*W_max+(n+1)*SM)    [7]图43描述根据等式7配置的PSE。W_max(所示车辆的最大宽度)被用于限定车辆可以定位的两个纵列的宽度。为了简单起见，车辆1130和1140被描述成彼此相距D_LAT距离。然而，关于PSE，应当理解，D_LAT表示车辆纵列之间的最小距离，并且车辆1120和1140可被定位在该列中由W_max限定的距离内的任何位置，并且PSE仍是对于车队有效的包迹。因为在该例子中D_LAT被限定为与SM相等，因此PSE1150的整体宽度等于3乘以SM加上2乘以W_max。在其它示例性实施例中，所述PSE可考虑车道限定，基于车辆必须行驶的行驶车道，例如根据此处所述方法检测到的。可以设想设定PSE宽度的多种方法，并且本发明不旨在限于此处所述的特定实施例。

应当理解，PSE的形状和尺寸可静态设定。在另一实施例中，PSE的形状和尺寸可基于多个影响车队操作的因素动态改变。所述因素可包括车队中车辆的数量；车队的速度；车队车速差；确定的车辆位置的精度，例如GPS位置中的量化可变性；无线通信质量；车辆在车队中的动态能力，例如包括加速、制动和可控性；当前行驶计划；当前道路的几何参数，包括道路的曲率；路面情况；以及天气情况。另外，车队的期望包迹可以是动态的，针对队形的变化进行调节。特定车辆的位置以及相关的距离可基于队形中的计划操作或整个队形的形状的变化而增加。

利用导航方法(如期望车队包迹)的益处是明显的。例如，增强的宽车队的驾驶体验可通过借助于在车队周边周围使用的有限数量的传感器来检测与车辆和车队周边外侧的对象而实现，从而减少队形内的各个车辆上的非通信传感器。在标准V2V消息中使用期望车队包迹减少了所有配置V2X(即，V2V和V2I)的车辆的防碰撞程序的复杂性和计算负荷。降低使用的传感器的复杂性和减少防碰撞程序的复杂性允许车队有效地利用通信网络资源(即无线带宽)。例如，广播宽车队的V2V消息可被每组车辆传送，因此减少无线信道拥塞问题。另外，动态期望冒泡大小可被用于调节旨在用于在车队内部和外部单独传送的信息包的传送功率，进一步减少无线信道拥塞问题。在标准V2V消息中使用单个期望车队包迹并且在该消息中包括车队尺寸参数(而不是包括各个车辆尺寸)用于减少在配置V2X的车辆上的计算等待时间和计算负荷并且节省无线带宽。这样，在标准V2V消息中使用期望车队包迹减少了所有配置V2X的车辆的防碰撞过程的复杂性和计算负荷。

期望车队包迹的使用可方便车队的多个导航功能。例如，期望包迹可考虑自动交通信号交叉口导航程序，调节车队操作或基于车队中车辆的期望最小距离而请求交通信号。类似地，四向停车标记交通交叉口导航器可利用期望车队包迹以便用最大效率控制车队导航。障碍检测和避免程序可以多种方式利用期望包迹。例如，如果障碍在特定车道被检测到干涉车队的某部分，那么队形可被调整以确保期望包迹不被所述障碍所妨碍。在障碍是动态的情况下，例如车队前的车辆减速以及指示车队的路径外的转向，仅仅具有受动态障碍预测影响的最小期望距离的车辆需要被调整。如果五个车辆的纵列存在于特定车道，但是预测仅纵列中的前面两个车辆将受到动态变化的障碍的影响，可在队形中为所述两个车辆变换车道空出位置，同时在纵列中的其余三个车辆可保持在其队形中的当前位置。根据所述改变，期望车队包迹可再次形成，并且如果动态变化的障碍未能跟随预测行为，则可作出反应。

类似地，对于车队内的紧急情况处理的程序可利用期望包迹以管理车队内的反应。例如，如果在另一个车道中的车辆要变换车道，并且在期望包迹被违规或开始违规时，可启动合适的逃避反应，如停止命令或立即将受影响车辆的传感器任务和控制返回至车辆控制。

引导车辆可利用许多方法来限定跟随车辆利用的位置。一个示例性方法包括利用引导车辆的路径历史和参考所述路径历史限定位置的消息传播。通过将车队领导的路径历史用作跟随车辆的“状态命令”，为各个跟随车辆限定的路线可被简单地限定并且保持在限定的畅通路径内，同时避免持续监测在自由空间的每个车辆位置和单独控制每个路径所需的复杂计算。

一种管理车辆内部的通信的方法包括管理在车辆控制系统的各个元件之间操作的CAN内的通信，特别地，从自主控制器至马达控制器的控制消息的通信。一种控制消息包括用于控制车辆推进的速度曲线。所述速度曲线包括表示车辆瞬时期望速度的当前速度命令以便在没有通信异常(如正常通信)时使用，以及通过速度曲线周期可控地减小速度的受控未来速度命令以便在检测通信异常(如，完全、部分、延迟、中断等控制消息)的情况下使用。所述受控未来速度命令是在没有从自主控制器至马达控制器系统的进一步通信的情况下基于多个因素而生成的。可用于生成受控未来速度命令的示例性因素包括车辆的当前位置、车辆的当前速度、车辆的当前加速度、车辆的制动能力、车辆前的优选行驶距离、以及车辆前的优选驾驶速度。在一个示例性实施例中，速度曲线的长度或速度曲线可操作通过的速度曲线周期可基于前方的优选行驶距离而被选择，车辆期望的动作可通过前方的优选行驶距离被预测并且前方的优选行驶距离通过系统传感器和V2X通信而被确定。所述速度曲线例如在CAN总线上被传送，并且当通过马达控制器接收时具有足够数量的未来速度命令来驾驶车辆，即使存在通信异常也是如此。

利用速度曲线以覆盖通信异常的这种自动防故障系统，通过车速的平滑调节并且减少车辆停止而可增加燃料经济性，在CAN通信被延迟、临时丧失或CAN总线忙时的时间期间保持期望的自主操作，通过在自主操作中减少速度变化而提高车辆驾驶性能，并且通过减少由于数据通信延迟导致的车辆停止次数而改进行驶时间。图24用图表表示根据本发明的可在通信异常的情况下使用的示例性速度曲线。

在自主控制器和马达控制器系统之间的数据交换包含自主控制器将包括期望速度和转向命令的控制消息发送或传送给马达控制器系统，以及马达控制器系统在其自身控制回路执行这些命令。这种布置在两个子系统(通常为CAN，Profibus，FlexRay，Fieldbus，Ethernet，Serial等)之间具有可靠的通信媒介。减小车速(例如，减小期望车速的百分比)可用作通过平台马达控制器在该通信不可靠的情况下的缓解措施。所述情况在预定超时时段之后可最终导致系统的“通信异常”状态，并且此时唯一的选择是停止车辆以减轻碰撞的危险。这可能导致在自主操作期间频繁而临时的系统停止时间，通过保持较大的通信超时阈值时段，可处理该情况。

图40示意性表示根据本发明的自主系统架构图，包括传送命令给车辆控制系统的远程操作的便携式导航设备的操作。所示自主系统架构600增强图16所述的示例性系统的操作，包括自主控制器410、马达控制器430、GPS设备135、和DSRC系统440，描述的附加元件包括：允许操作者控制车辆的手动驾驶系统610；包括通信设备的车辆接口模块620；以及与车辆接口模块620通信的便携式导航设备630。另外，所述系统各个元件之间的命令通过CAN完成。本领域技术人员应当理解，通常经过CAN产生的信号包括动作命令：速度曲线、转向/偏航率；车辆信号；当前速度、纵向加速度、横向加速度、偏航率、制动状态、车轮速度、车轮位置、以及蓄电池电压；和包括通信heartbeat的系统信号。另外，以太网连接被描述在车辆接口模块620和自主控制器410之间。存在由自主控制系统生成的两个主要控制命令，即用于车辆纵向速度控制的“速度曲线”命令，以及用于车辆横向转向控制的“转向/偏航率”命令。所述两个CAN命令作为CAN消息从自主控制器410以每50毫秒(或更高速率)定时地传送至马达控制器430。

“速度”和“偏航率”命令可用于自主车辆的速度和转向控制。如果CAN总线通信是可靠的，则可利用这些命令可靠地控制车辆平台。如果由于某些原因，所述CAN通信由于在CAN总线上的信息包冲突而被延迟(总线停止情况)或丢失，可能存在马达控制器430中没有有效速度命令执行的时期。减小的车速(例如，减小车速的百分比)可用作平台马达控制器在该情况下的缓解措施。这可能在预定超时时段之后最终导致“CAN总线通信误差”，并且此时车辆应当被停止以减轻碰撞的危险。如上所述，这种通信异常可根据此处所述方法利用速度命令和速度曲线而被控制。

图41表示根据本发明为了执行减速或停止操作可以利用示例性的速度曲线数据。在CAN控制消息中的速度曲线数据旨在提供这样一组速度：当检测到“CAN消息数据延迟”(heartbeat延迟)时，平台马达控制系统将执行。这个“速度曲线的长度”区域将包含自主控制子系统(根据其所有可用信息)已经确定能顺畅通过的距离值。在“速度增量1”到“速度增量4”区域内限定的速度变化(通常以如下方式被限定，即期望地使车辆停止车辆运动的任意点)需要在heartbeat延迟时间下被执行。所述不同速度增量值可通过平台马达控制器解释如下(不只局限于下列数值)。CAN速度曲线控制消息可表示任意适当确定的值。示例性值在以下的例子中被描述：“命令速度”＝10.0m/s；“速度曲线的长度”＝50m；“速度增量1”＝-1.5m/s(在距离为12.5m时的期望车速为8.5m/s)；“速度增量2”＝-3.0m/s(在距离为25.0m时的期望车速为7.0m/s)；“速度增量3”＝-7.0m/s(在距离为37.5m时的期望车速为3.0m/s)；“速度增量4”＝-10.0m/s(在距离为50.0m时的期望车速为0.0m/s)。

此处所述方法能够在如下区域中使用，其中，在车队中未被控制的手动操作车辆和车队中被控制的自动操作车辆一起在相同车道中的相同道路上行驶。然而，应当理解，如果道路交通能够局限于自动车辆，将有许多优势，因为对于不可预测的驾驶员响应的反应可能损害自动控制车辆的有效操作。按照手动操作车辆在道路上的不可预测行为，混合交通中的距离期望延长以保持增强的驾驶体验。

如上所述的队形描述引导车辆控制车队的生成和操作。该车辆被描述在队形的最前位置，以便充分利用单个车辆作出关于车队导航的了解，并且以车队导航命令简单地传送给其它车辆以保持期望队形的益处。然而，应当理解，引导车辆不必在队形的最前地点。在这种情况下，来自车队中最前方位置的车辆的传感器输入能够在没有或最小量的处理的情况下传输给引导车辆。在替代方案中，引导车辆可以授权给最前方的车辆一些确定期望路线的职责，因此减少最前方车辆和引导车辆之间通信的复杂性，而引导车辆仍保持对队形和保持期望的队形操作所需的距离的控制。该系统能够通过手动操作的最前方车辆而使用，其中，详细指令从引导车辆转到最前方车辆的驾驶员。在替代方案中，通常由引导车辆执行的任务能够被分开，例如，把传感器输入和队形管理转到最前方车辆，路线计划、沿途点管理和类似功能由队形中的任何其它车辆保留。可以设想在队形中管理任务的许多可替代方法，并且本发明不旨在限于此处所述的特定实施例。

现在本发明已经描述能够用于具有标准车轮配置的已知车辆配置中的新控制方法。然而，应当理解，特别在城市设置中，具有非常规的短轴距的小型车辆(尤其在只允许类似车辆行驶的专用车道)对于交通密度和上述非常规能量存储方案可能是有利的。应当理解，这里描述的方法和系统能被优化以供具有不同动力系、不同车轮配置和不同车辆控制方法的更小的、更敏捷的车辆使用。

上面描述了车队利用PSE以确定PSE潜在违规并操作车队的车辆以避免碰撞的方法。应当理解，本文所述车辆间的通信能够在车队和车队外的车辆(例如，单一车辆或者在另一车队中的车辆)之间使用。这些通信能够用于避免通信车辆间的碰撞。例如，假设在同一方向上的两条交通车道，第一个较快的车队占据两条车道且超过也占据两条车道的第二个较慢车队。基于一个或者两个车队的PSE的可以预见的或者实际违规，每个车队的引导车辆可改变队形，为每个车辆生成命令位置，这样两个车队切换成单个纵列。这样，较快的车队能够超过较慢的车队并且可以避免车队的车辆间的碰撞。在其它例子中，车队或者车队中车辆的速度能够改变以避免碰撞。可以设想车辆和车队间确定的PSE的违规的多种示例性反应，并且本发明不旨在限于此处所述的例子。

本发明已经描述了一些优选的实施方式及其变型。在阅读和理解本说明书后可以想到进一步的变型和变化。因此，本发明不旨在限于作为设想用于实施本发明的最优模式公开的具体实施例，而本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (13)

1.一种控制车队中的多个车辆以操作所述多个车辆的方法，所述方法包括，在选自所述多个车辆中的引导车辆内：

基于来自于所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应全球定位设备的数据，通过车对车通信来监测所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应实际位置；

基于所述多个车辆中的每个的实际位置来确定用于所述多个车辆中的每个的相应最小期望车间距离；

基于所述车辆中的每个的实际位置来确定用于所述多个车辆中的每个的最大燃料效率车间距离；以及

基于所述多个车辆中的全部的最小期望车间距离中的最大一个和相应最大燃料效率车间距离来选择用于所述多个车辆中的每个的相应命令车辆位置；

将每个相应命令车辆位置传送给所述多个车辆中的相应非引导车辆；而且

基于相应命令车辆位置来操作所述多个车辆中的每一个相应非引导车辆。

2.根据权利要求1的方法，其中，确定用于所述多个车辆中的每个的相应最小期望车间距离被动态地执行。

3.根据权利要求1的方法，其中，确定用于所述多个车辆中的每个的相应最小期望车间距离包括基于下述因素中的至少一个来确定相应最小期望车间距离：

所述多个车辆的速度；

所述多个车辆中的每个的制动特性；

当前天气情况；和

道路情况。

4.根据权利要求1的方法，其中，确定用于所述多个车辆中的每个的最大燃料效率车间距离包括基于用于所述多个车辆中的每个的引导位置、中间位置、或尾随位置来确定最大燃料效率车间距离。

5.根据权利要求4的方法，其中，确定最大燃料效率车间距离还基于车队中车辆的数量。

6.根据权利要求1的方法，其中，确定用于所述多个车辆中的每个的最大燃料效率车间距离包括利用标定距离。

7.根据权利要求1的方法，还包括监测所述引导车辆的命令操作；以及

其中，选择用于所述多个车辆中的每个的相应命令车辆位置还基于所述引导车辆的命令操作。

8.一种控制车队中的多个车辆以操作所述多个车辆的方法，所述方法包括，在选自所述多个车辆的引导车辆内：

基于来自于所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应全球定位设备的数据，通过车对车通信来监测所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应实际位置；

监测车队的操作，包括车队的速度；

基于所监测的车队的操作来确定期望车队包迹的前边界、后边界、和侧边界；

基于所述多个车辆中的每个非引导车辆的相应实际位置、所述前边界、后边界、和侧边界来限定期望车队包迹；

监测车队周围的操作环境；

基于操作环境来确定违反期望车队包迹；以及

基于违反期望车队包迹来选择所述多个车辆中的每个的相应命令车辆位置；

将每个相应命令车辆位置传送给所述多个车辆中的相应非引导车辆；而且

基于相应命令车辆位置来操作所述多个车辆中的每一个相应非引导车辆。

9.根据权利要求8的方法，其中，基于相应命令车辆位置来操作所述多个车辆中的每一个相应非引导车辆，包括基于所述违反期望车队包迹来改变车队的队形。

10.根据权利要求8的方法，其中，监测车队周围的操作环境包括监测处于车队包迹之外的跟踪目标。

11.根据权利要求8的方法，其中，监测车队周围的操作环境包括监测邻近车队的道路几何形状。

12.根据权利要求8的方法，还包括：监测车辆对基础设施通信；以及其中，还基于所述车辆对基础设施通信来确定期望车队包迹。

13.根据权利要求8的方法，其中，监测车队周围的操作环境包括监测与不在车队中的车辆的通信；以及

基于违反期望车队包迹来选择所述多个车辆中的每个的相应命令车辆位置，包括基于避免与不在车队中的车辆发生碰撞来选择所述相应命令车辆位置。

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