CN103390354A - 有效的路口自动驾驶协议 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于有效地和连续地允许车辆行驶通过路口的系统和方法。该方法包括对于将要进入路口的所有车辆广播同步信号，以及对于将要进入路口的所有车辆广播路口流类型，该路口流类型标记哪个行驶车道沿哪个方向行驶。该方法还包括对于将要进入路口的所有车辆标记到达同步模式，以及控制车辆行驶通过路口的速度以及车辆进入路口的时间，使得沿垂直方向或横向方向行驶通过路口的车辆将同时行驶通过路口而不会彼此相撞。

Description

有效的路口自动驾驶协议

技术领域

本发明总体涉及一种用于对通过路口的车辆转向和速度提供控制的系统和方法，更具体而言，涉及一种对通过路口的车辆转向和速度提供自动控制的系统和方法，其中，路口被限定为是否允许车辆在某些车道直线行驶通过路口、左转、右转或其组合。

背景技术

现代车辆的操作变得越来越自动，即，能够提供驾驶控制，驾驶员介入变得越来越少。巡航控制系统已经在车辆上很多年了，其中，车辆操作者能够设定特定的车辆速度，并且车辆将在驾驶员不操作节气门的情况下保持该速度。在本领域中已经研发出自适应巡航控制系统，其中，系统不仅保持该设定速度，而且在利用各种传感器（诸如雷达和摄像机）检测出较慢移动的前方车辆时自动地使车辆减速。某些现代车辆还提供自动泊车，其中，车辆将自动地提供转向控制，用于泊车。如果驾驶员进行可能影响车辆稳定性的急剧的转向改变，则一些车辆系统将介入。一些车辆系统试图将车辆保持在道路上的车道中心附近。另外，完全自动车辆已经被证明能够在模拟城市交通中驾驶达到30mph，遵守所有的道路规则。

随着车辆系统的改进，它们将变得更加自动，目标是彻底自动的车辆。例如，未来的车辆可能将采用自动系统来用于车道改变、超车、离开交通、进入交通等等。随着这些系统在车辆科技中变得更普遍，将有必要确定驾驶员是什么角色来与这些系统结合来控制车辆速度和转向、以及超驰该自动系统。

基于车辆ad-hoc网络的主动安全和驾驶员辅助系统允许无线车辆通信系统（例如本领域技术人员已知的专用短程通信（DSRC）系统）将消息传输给特定区域中的其它车辆，带有关于驾驶情况的警告消息。在这些系统中，本领域技术人员已知的多跳geocast路由协议通常用于扩展警告消息的可达性，即，作为一次多跳传输过程，将主动消息传送给可能在几公里之外的车辆。换句话说，告知驾驶员某种情况的初始消息利用geocast路由协议在车辆之间传输，使得很远距离之外的相关车辆将接收到消息，其中，一个车辆的直接传输范围通常是较短的。

车对车（V2V）和车辆对基础设施（V2X）通信系统需要最少一个实体来传送消息给另一个实体。例如，许多车对车安全应用可以通过简单地从相邻车辆接收广播消息而在一个车辆上执行。这些消息不针对任何特定车辆，但意味着与车辆群体共享，以支持安全应用。在期望避免碰撞的这些类型的应用中，当两个或更多车辆彼此通话且碰撞成为可能时，车辆系统可以警告车辆驾驶员或者可能为驾驶员采取逃避动作，例如施加制动器。类似地，交通控制单元可以观察信息的广播，并且对通过给定路口或道路的交通流产生统计。

当道路交叉时，产生路口。为了防止车辆在路口处彼此相撞，提供了一些类型的交通控制机制，诸如停止标志，让行标志，交通灯等，使得垂直地或横向行驶的交通能够安全地行驶通过路口。然而，路口，尤其是高流量的交通路口，仍然是很多交通碰撞产生的原因。此外，由于沿一个方向行驶的交通通常停止在繁忙的路口以允许交通沿另一个方向流动，因此路口造成交通拥堵和烦躁感。自动驾驶的车辆和受控的路口提供了安全和有效地允许车辆沿着垂直或横向方向行驶以安全地通过路口的机会。

以自动驾驶在繁忙的路口安全地增强交通吞吐量在技术上具有挑战性并且是尚未解决的问题。实现该目标的已知技术通常采用中央仲裁器模块，诸如路口管理器，以便解算车辆之间的空间-时间冲突，并且对接近路口的配备通信的车辆分配空间-时间预约。然而，由于在交通路口的计算复杂的仲裁器的维护和运转问题，这种仲裁器模块以及时的方式解算冲突和预约空间-时间间隙的实用性仍然是未知的。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种用于有效地和连续地允许车辆行驶通过路口的系统和方法。该方法包括对于将要进入路口的所有车辆广播同步信号，以及对于将要进入路口的所有车辆广播路口流类型，该路口流类型标记哪个行驶车道沿哪个方向行驶。该方法还包括对于将要进入路口的所有车辆标记到达同步模式，以及控制车辆行驶通过路口的速度以及车辆进入路口的时间，使得沿垂直方向或横向方向行驶通过路口的车辆将同时行驶通过路口而不会彼此相撞。

此外，本发明还涉及以下技术方案。

1. 一种控制通过路口的车辆流的方法，所述方法包括：

对于将要进入路口的所有车辆广播同步信号；

对于将要进入路口的所有车辆广播路口流类型，该路口流类型标记哪个行驶车道沿哪个方向行驶；

对于将要进入路口的所有车辆标记到达同步模式；以及

控制车辆行驶通过路口的速度以及车辆进入路口的时间，使得沿垂直方向或横向方向行驶通过路口的车辆将同时行驶通过路口而不会彼此相撞。

2. 如技术方案1所述的方法，其中，广播同步信号和路口流类型包括从位于路口附近的无线远程信息单元进行广播。

3. 如技术方案1所述的方法，其中，控制速度和时间包括以时间间隙单元的构造限定路口，其中，在特定的时间点仅一个车辆将处于特定的时间间隙单元。

4. 如技术方案3所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，路口具有十六个时间间隙单元。

5. 如技术方案1所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是所有的车道直线行驶通过路口。

6. 如技术方案1所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是，对于所有四个方向来说，左车道直线行驶通过路口，右车道右转通过路口。

7. 如技术方案1所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是，对于所有四个方向来说，左车道左转通过路口，右车道直线行驶通过路口。

8. 如技术方案1所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是左车道左转通过路口，右车道右转通过路口。

9. 如技术方案1所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有四个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是，对于所有四个方向来说，左车道左转通过路口，右车道右转通过路口，两个中间车道直线行驶通过路口。

10. 如技术方案1所述的方法，还包括为特别长的车辆保留额外的时间间隙单元。

11. 如技术方案1所述的方法，其中，所述车辆是自动驾驶车辆。

12. 一种用于控制通过路口的车辆流的系统，所述系统包括：

对于将要进入路口的所有车辆广播同步信号的装置；

对于将要进入路口的所有车辆广播路口流类型的装置，所述路口流类型标记哪个行驶车道沿哪个方向行驶；

对于将要进入路口的所有车辆标记到达同步模式的装置；以及

控制车辆行驶通过路口的速度以及车辆进入路口的时间的装置，使得沿垂直方向或横向方向行驶通过路口的车辆将同时行驶通过路口而不会彼此相撞。

13. 如技术方案12所述的系统，其中，广播同步信号的装置和广播路口流类型的装置包括位于路口附近的无线远程信息单元。

14. 如技术方案12所述的系统，其中，控制速度和时间的装置以时间间隙单元的构造限定路口，其中，在特定的时间点仅一个车辆将处于特定的时间间隙单元。

15. 如技术方案14所述的系统，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，路口具有十六个时间间隙单元。

16. 如技术方案12所述的系统，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是所有的车道直线行驶通过路口。

17. 如技术方案12所述的系统，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是，对于所有四个方向来说，左车道直线行驶通过路口，右车道右转通过路口。

18. 如技术方案12所述的系统，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是，对于所有四个方向来说，左车道左转通过路口，右车道直线行驶通过路口。

19. 如技术方案12所述的系统，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是左车道左转通过路口，右车道右转通过路口。

20. 如技术方案12所述的系统，其中，路口在四个方向的每个方向上具有四个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是，对于所有四个方向来说，左车道左转通过路口，右车道右转通过路口，两个中间车道直线行驶通过路口。

本发明的其它特征将从结合附图的以下描述和权利要求变得清楚。

附图说明

图1是车辆通信系统的说明图，示出了无线地从各种源传输和接收信息的车辆；

图2是路口的说明图，示出了车辆车道允许车辆向北、向南、向东和向西行驶通过路口；

图3是被分成时间间隙单元的路口的说明图，并且示出了车辆将要进入路口，以全部的北、南、东和西方向在两个车道中行驶；

图4是用于图3中所示的时间间隙单元的车辆正时模式的说明图，用于沿两个车道直线通过路口的车辆；

图5是用于图3中所示的时间间隙单元的车辆正时模式的说明图，用于沿两个车道行驶的车辆，其中，一个车道直线通过路口，并且另一个车道向右转或向左转；

图6-9是图3中所示的路口在连续时间间隔下的说明图，示出了直线行驶通过路口的车辆；

图10-13是图3中所示的路口在连续时间间隔下的说明图，示出了直线行驶通过路口的车辆以及在路口向右转的车辆；

图14-17是图3中所示的路口在连续时间间隔下的说明图，示出了直线行驶通过路口的车辆以及在路口向左转的车辆；

图18是路口的说明图，显示了沿所有方向在四个车道中行驶的车辆，其中，又车道向右转，中间两个车道直线行驶，左车道向左转；以及

图19是用于图18中所示的路口的时间间隙单元的车辆正时模式的说明图。

具体实施方式

以下描述的本发明的实施例涉及用于控制行驶通过路口的车辆的系统和方法，其在本质上仅为示例性的，绝非意图限制本发明或其应用或用途。

如同以下详细讨论的，本发明提出一种控制通过路口的交通流的系统和方法，以便有效地和连续地允许车辆以同步的和交错的时间间隙进入和通过路口。特定的路口将具有限定的交通流模式，包括特定的行驶车道是否仅允许直线行驶通过路口、仅允许向左转通过路口和/或仅允许向右转通过路口。每个接近路口的车辆将从适当的源收到关于路口的特定交通模式的信息以及限定了车辆将如何进入路口及其速度的同步信号。信息能够以任何适当方式提供给车辆。行驶通过路口的车辆将保持该速度通过路口。这些信号能够以任何适当方式传输给接近的车辆，诸如通过因特网、卫星、V2V或V2I无线通信、路口无线设备（例如DSRC、WiFi等）、无线电服务（例如XM或其它基于因特网的服务器）、来自远程服务器的蜂窝信号等等。或者，GPS正时信号可以用于时间同步，并且对于给定的路口，输入了时间模式的行驶车道/路口可以位于车辆上。

V2I和/或V2V无线通信可以被用于处理异常，诸如车辆故障或其它的灾难。另外，可以沿着特定伸展的道路而协调多个路口。对于自动控制的车辆来说，该信息将自动地提供给车辆控制器，其中，车辆遵循规划的路线通过路口。在其它情况下，只要车辆驾驶员保持必要的车辆同步和速度，车辆可以被手动地操作通过路口。通过提供沿着横向方向行驶通过路口的车辆可以同时行驶通过路口的这种系统，能够提供交通路口的最佳吞吐量和容量使用率。

图1是车辆通信系统1的简单说明图，该系统1可以包括以上所述类型的V2I和V2V通信。通信系统10包括车辆12，该车辆12具有地图数据库14、导航系统16、和自动车辆控制器18。地图数据库14以可用的任何水平的详细度来存储地图信息，包括关于路口的具体信息，诸如车道的数量、车道行驶模式等等。地图数据库14与导航系统16相关联地操作，以显示各种地图和可用的其它信息，并且允许用户输入、规划和显示路线。并且，地图数据库14可以存储关于什么路口允许沿着什么方向行驶的信息，如同从以下描述将变得清楚。控制器18控制车辆12的操作，包括转向、制动、节气门等，如果车辆12是自动或半自动的，并且提供与本文所述相符的任何其它车辆控制。控制器18包括时钟，该时钟可以与特定路口的车辆模式同步，也与本文所述的相符。车辆12还包括无线端口20，其允许车辆12无线地传输信息并且从多个源接收信息，诸如因特网22、卫星24，无线基础设施26等。无线端口20还允许车辆12提供V2I和V2V通信。

图2是道路34的说明图，显示了路口36、接近路口36的向东车道38、接近路口36的向西车道40、接近路口36的向北车道42、以及接近路口36的向南车道44。线46是车道38在路口36之前的停止位置，线48是车道40在路口36之前的停止位置，线50是车道42在路口36之前的停止位置，线52是车道44在路口36之前的停止位置。停止线46-52表示沿特定车道行驶的车辆需要停止的地方，以便其在适当的时间进入路口36，以便与其它车道中的车辆同步，如同从以下讨论中将变得清楚。道路34具有具体和限定的交通流模式，其仅允许在特定的车道中的车辆沿着特定的方向行驶。在该示例中，所有向北的车道42和向南的车道44必须直线行驶通过路口36，并且不能转向。此外，向东车道38的车道54和向西车道40的车道56必须左转通过路口36，其中，其它两个向东车道38和向西车道40必须直线行驶通过路口36。在该说明中，框58是路口控制设备，其无线地广播路口的类型、哪些车道能够沿着哪个方向行驶、以及在车辆到达路口36之前所有行驶通过路口36的车辆必须与之同步的同步时钟。道路34中所示的每一个车道可以具有所标记的特定编码，其可以存储在地图数据库14中，并且标记车辆12需要在哪个车道上以便沿着特定方向行驶。

图3是路口70的说明图，接近的车道被移除。路口70代表每个行驶方向具有两个行驶车道的路口。对于这种大小并且具有这么多行驶车道的路口来说，路口70被分为十六个时间间隙单元72，其中，每个单元表示在特定的交通流模式下在任何特定的时间点车辆可以处于的位置。取决于车辆的行驶车道和行驶方向，车辆74被显示为处于它们将进入路口70中的第一时间间隙单元72的位置。

如下所述，路口70将被指定特定的交通流模式，诸如所有的车道直线行驶、右车道向右行驶并且其它车道直线行驶、左车道向左行驶并且右车道向右行驶、左车道向左行驶并且其它车道直线行驶等等。依赖于特定路口的流模式，每个路口将具有路口到达时间模式。到达时间模式用于表示车辆74进入路口70的正时，并且不具体为到达路口70的车辆74的位置模式，尽管其可以如此。换句话说，如将从以下讨论变得清楚的，为了防止车辆彼此相撞，在特定的时间点，仅一个车辆74可以在特定的单元72中。通过基于时间而使得各车辆74进入路口70交错开，在下一个车辆74进入特定的时间间隙单元72之前，将由一个车辆74空出该时间间隙单元72。因此，取决于交通量和其它因素，车辆74的自动和/或V2V控制可以控制车辆74，使得它们以交错的形式到达路口70，或者停在停止线46-52上，直到进入路口70的特定车辆74到达时为止。

图4是时间间隙模式76的说明图，显示了四个时间间隙单元78，这些时间间隙单元78标记路口流模式的每个行驶方向的进入路口70的车辆74的到达模式，其中所有的车道直线行驶。图5是时间间隙模式76的说明图，其标记路口流模式的每个行驶方向的进入路口70的车辆74的到达模式，其中左车道直线行驶，右车道向右转。

图6-9说明了路口70，显示了所有的行驶车道直线行驶并且不允许在路口70转向的交通流模式。在该示例中，在图4中显示了到达模式，其中，特定行驶方向的左车道中的车辆74在一个时间间隙进入路口70，并且在右车道中的车辆74在下一个时间间隙进入路口70。在说明中，车辆74由具有圆端的框表示，字母标记出特定的车辆，其中，圆端示出了车辆的行驶方向。图6显示了在左行驶车道中的车辆已经在图3的构造所示的时间间隙的下一个时间间隙进入路口70。在每一个由下一个附图表示的下一时间间隙，特定的车辆前进到下一时间间隙单元72。如同通过观察车辆74基于该正时模式通过路口70的该流的序列将清楚的，特定的车辆将进入之前空闲的或正被之前的时间间隙的车辆空出的时间间隙单元72，并且没有其它车辆进入该时间间隙单元72。

容易想象的是，在图9之后的下一时间间隙，车辆A、C、E和G将离开路口70并且在这之后的下一时间间隙，剩下的车辆B、D、F和H将离开路口70，其中，特定的车辆需要五个时间间隙来进入和之后离开路口70。还容易想象的是，在车辆A-H之后并且在相同的正时和同步模式下进入路口70的其它车辆也将以相同的方式通过路口70而不会与任何其它车辆相撞。还容易想象的是，基于该流，在任何特定的时间点，不是右车道车辆在左车道车辆之前进入路口70就是左车道车辆在右车道车辆之前进入路口。因此，如果所有的车辆74具有与时间间隙单元72的大小同步的相同的速度，车辆74将直线行驶通过路口，彼此不会相撞。

图10-13示出了在特定行驶方向的右车道被要求右转并且特定行驶方向的左车道被要求直线行驶的交通流模式的路口70的示意图。对于以此方式同步的路口来说，交通到达模式显示在图5中，其中，右转车辆能够在每个时间间隙进入路口70。在图10-13中示出了新车辆I-L，以对此进行说明。右转车辆B、D、F和H-L在一个时间间隙进入路口70并且在下一时间间隙离开路口，其中，直线行驶车辆A、C、E和G用了五个时间间隙来行驶通过路口70。

图14-17示出了在特定行驶方向的左车道被要求左转并且特定行驶方向的右车道被要求直线行驶的交通流模式的路口70的示意图。在该交通取向和流中，直线行驶的车辆B、D、F和H需要五个时间间隙行驶通过路口70，并且左转车辆A、C、E和G需要六个时间间隙行驶通过路口70。

基于图10-17中所示的左转车辆和右转车辆的同步和正时，容易实现沿每个方向具有两个行驶车道的路口，其仅允许从左车道左转，从右车道右转，不允许直线。

以上所述的流模式、同步和取向能够扩展到具有一个车道或多个车道的所有大小的路口，包括具有沿不同方向行驶的不同数量的车道的路口，例如如图2所示。为了帮助对此说明，图18显示了被分为时间间隙单元82的路口80，在每个方向包括四个行驶车道。对于路口80，在每个方向，左车道左转，右车道右转，并且两个中间车道直线行驶。图19示出了包括时间间隙单元86的路口到达模式84，示出了路口80的车辆88的到达取向。图18显示了时间间隙，其中，左转的特定车辆A、E、I和M行驶四个时间间隙到达路口80的中央。对于右转的车辆D、H、L和P，车辆需要两个时间间隙进入并离开路口80。对于直线行驶的车辆B、C、F、G、J、K、N和O，车辆需要九个时间间隙进入并离开路口80。对于左转的车辆A、E、I和M，需要十个时间间隙进入并离开路口80。路口80可以表示基于本文所述的模式能够通过任何路口的最佳车辆数量。

时间间隙单元72的大小由行驶通过路口的合理速度确定，并且各路口之间可能不同。车辆74的受控的速度越快，则时间间隙单元72需要越小。此外，时间间隙单元72的大小由车辆的大小来确定。如果时间间隙单元72的大小为某个大小的车辆设定，则需要使更大的车辆（诸如18轮的卡车）具有宽免权。对于这些车辆来说，有可能需要在特定的时间点为该车辆保留多于一个时间间隙。还应该注意，尽管每个路口在任何时间点具有特定的交通模式，但交通模式可以根据一天中的时间、季节等而改变。

本领域技术人员很容易理解，为描述本发明而在此处讨论的若干和各种步骤和过程可能涉及通过计算机、处理器或使用电现象操纵和/或转换数据的其他电子计算设备执行的操作。那些计算机和电子设备可采用各种易失的和/或非易失的内存，该内存包括其上存有可执行程序的非临时性计算机可读介质，该程序包括能够由计算机或处理器执行的各种代码和可执行指令，在这里内存和/或计算机可读介质可以包括所有形式和类型的内存和其它计算机可读介质。

前述论述仅公开和描述了本发明的示例性实施例。本发明技术人员将从该论述以及附图和权利要求容易地懂得，在不偏离以下权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变，变换和变形。

Claims (10)

1.一种控制通过路口的车辆流的方法，所述方法包括：

对于将要进入路口的所有车辆广播同步信号；

对于将要进入路口的所有车辆广播路口流类型，该路口流类型标记哪个行驶车道沿哪个方向行驶；

对于将要进入路口的所有车辆标记到达同步模式；以及

控制车辆行驶通过路口的速度以及车辆进入路口的时间，使得沿垂直方向或横向方向行驶通过路口的车辆将同时行驶通过路口而不会彼此相撞。

2.如权利要求1所述的方法，其中，广播同步信号和路口流类型包括从位于路口附近的无线远程信息单元进行广播。

3.如权利要求1所述的方法，其中，控制速度和时间包括以时间间隙单元的构造限定路口，其中，在特定的时间点仅一个车辆将处于特定的时间间隙单元。

4.如权利要求3所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，路口具有十六个时间间隙单元。

5.如权利要求1所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是所有的车道直线行驶通过路口。

6.如权利要求1所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是，对于所有四个方向来说，左车道直线行驶通过路口，右车道右转通过路口。

7.如权利要求1所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是，对于所有四个方向来说，左车道左转通过路口，右车道直线行驶通过路口。

8.如权利要求1所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有两个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是左车道左转通过路口，右车道右转通过路口。

9.如权利要求1所述的方法，其中，路口在四个方向的每个方向上具有四个行驶车道，并且其中，所述路口流类型是，对于所有四个方向来说，左车道左转通过路口，右车道右转通过路口，两个中间车道直线行驶通过路口。

10.一种用于控制通过路口的车辆流的系统，所述系统包括：

对于将要进入路口的所有车辆广播同步信号的装置；

对于将要进入路口的所有车辆广播路口流类型的装置，所述路口流类型标记哪个行驶车道沿哪个方向行驶；

对于将要进入路口的所有车辆标记到达同步模式的装置；以及

控制车辆行驶通过路口的速度以及车辆进入路口的时间的装置，使得沿垂直方向或横向方向行驶通过路口的车辆将同时行驶通过路口而不会彼此相撞。

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