CN108269424A - 用于车辆拥堵估计的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于车辆拥堵估计的系统和方法。本发明公开了一种用于控制一排车辆中的主车的系统和方法。所述方法包含经由车辆通信网络从头车接收所述头车的速度数据，以及从所述主车的传感器系统接收前车的速度数据。所述前车定位成紧挨在所述主车前方。所述头车定位在所述主车和所述前车的前方。所述方法包含计算所述头车与所述主车之间的传递函数，以及基于所述传递函数来确定所述一排车辆的队列稳定水平。所述队列稳定水平指示所述一排车辆的速度变化。另外，所述方法包含基于所述队列稳定水平来计算交通拥堵程度，以及基于所述交通拥堵程度来控制所述主车的车辆系统。

Description

用于车辆拥堵估计的系统和方法
相关申请案
本申请要求2017年1月4提交的美国临时申请S/N 62/442333的优先权，该临时申请的全部内容以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于车辆拥堵估计的系统和方法。
背景技术
交通拥堵在许多运输网络中越来越成问题，从而引出了车辆安全问题和令驾驶员懊恼。在许多情况下，主车的驾驶员可能意识不到即将到来的交通拥堵或出乎意料的和/或突如其来的交通流问题。在主车的前方的速度干扰可传播到主车，且造成突然停车、急转弯、猛然加速或碰撞。
随着对例如车辆对车辆(V2V)、车辆对基础设施(V2I)以及车辆对外界(V2X)通信等无线车辆通信的使用日益增加，信息交换可减轻交通拥堵和速度干扰的影响。特定来说，此信息可用于预计交通拥堵，提前提供警告，并控制驾驶功能(例如，协同式自适应巡航控制)。继而，主车可预计到交通流干扰，并在平缓加速和制动的情况下提供舒适且安全的驾驶体验。
发明内容
根据一个方面，一种用于控制与头车相关的主车和前车的计算机实施方法包含经由车辆通信网络从头车接收头车的速度数据，其中主车、头车以及前车在一排车辆内。所述头车定位在所述主车和所述前车的前方。另外，所述方法包含从主车的传感器系统接收前车的速度数据。所述前车定位成紧挨在所述主车前方。另外，所述方法包含计算头车与主车之间的传递函数，作为头车的速度数据与前车的速度数据之间的相关性。所述方法包含基于传递函数来确定所述一排车辆的队列稳定水平。队列稳定水平指示所述一排车辆的速度变化。所述方法还包含基于队列稳定水平来计算交通拥堵程度，且基于交通拥堵程度来控制主车的车辆系统。
根据另一方面，一种用于控制与头车相关的主车和前车的车辆控制系统包含用以经由车辆通信网络从头车接收头车的速度数据的主车的无线收发器，其中主车、头车以及前车在一排车辆内。所述头车定位在所述主车和所述前车的前方。所述系统包含用于感测前车的速度数据的主车的传感器系统。所述前车定位成紧挨在所述主车前方。所述系统包含处理器，所述处理器经操作地连接以用于与传感器系统和无线收发器进行计算机通信。处理器计算头车与主车之间的传递函数，作为头车的输入与前车的输出之间的比率。头车的输入是基于头车的速度数据，且前车的输出是基于前车的速度数据。处理器在某一时间段内基于传递函数来确定队列稳定水平。处理器基于队列稳定水平来计算交通拥堵程度，且基于交通拥堵程度来控制主车。
根据另一方面，一种用于控制与头车相关的主车和前车的非暂时性计算机可读存储介质包含指令，其中主车、头车以及前车在一排车辆内。所述指令通过处理器执行，且使得处理器经由车辆通信网络从头车接收头车的速度数据。所述头车定位在所述主车和所述前车的前方。处理器从主车的传感器系统接收前车的速度数据。所述前车定位成紧挨在所述主车前方。处理器计算头车与主车之间的传递函数，作为头车的速度数据与前车的速度数据之间的相关性。另外，处理器基于传递函数来确定所述一排车辆的队列稳定水平。队列稳定水平指示所述一排车辆的速度变化。处理器基于队列稳定水平来计算交通拥堵程度，且基于交通拥堵程度来控制主车的车辆系统。
附图说明
图1是根据示例性实施方案的使用车辆通信网络的示例性交通场景；
图2是根据示例性实施方案的车辆的车辆控制系统的方块图；
图3是根据示例性实施方案的用于控制车辆控制系统的C-ACC控制模型的示意图；
图4是根据示例性实施方案的包含拥堵估计的用于控制主车的方法的过程流程图；以及
图5是根据示例性实施方案的用于通过计算加速度控制率来控制主车的方法的过程流程图。
具体实施方式
下文包含在本文中采用的选定术语的定义。所述定义包含落在术语的范围内且可用于实施的部件的各种示例和/或形式。所述示例并不意图为限制性的。另外，在本文中论述的部件可与组合、省略或与其它部件组织在一起，或组织成不同的架构。
如本文中所使用，“总线”是指可操作地连接到在计算机内部或在计算机之间的其它计算机部件的互连架构。总线可在计算机部件之间传递数据。总线可为存储器总线、存储器处理器、外围总线、外部总线、纵横开关和/或局部总线等等。总线还可为使用例如面向介质的系统传输(MOST)、处理器区域网络(CAN)、局部互连网络(LIN)等协议来互连在车辆内部的部件的车辆总线。
如本文中所使用，“部件”是指计算机相关的实体(例如，硬件、固件、执行中的指令、这些实体的组合)。计算机部件可包含例如，在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行指令、执行的线程以及计算机。计算机部件可驻留在进程和/或线程内。计算机部件可局部化在一个计算机上和/或可分布在多个计算机之间。
如本文中所使用，“计算机通信”是指在两个或多于两个装置(例如，计算机、个人数字助理、蜂窝电话、网络装置)之间的通信，且可为例如网络传输、文件传输、小应用程序传输、电子邮件、超文本传输协议(HTTP)传输等等。计算机通信可跨越例如无线系统(例如，IEEE 802.11)、以太网系统(例如，IEEE802.3)、令牌环系统(例如，IEEE 802.5)、局域网(LAN)、广域网(WAN)、点对点系统、电路交换系统、包交换系统等等发生。
如本文中所使用，“计算机可读介质”是指存储指令和/或数据的非暂时性介质。计算机可读介质可采用以下形式：包含但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可包含例如光盘、磁盘等等。易失性介质可包含例如半导体存储器、动态存储器等等。计算机可读介质的常见形式可包含但不限于，软盘、软磁盘、硬盘、磁带、其它磁性介质、ASIC、CD、其它光学介质、RAM、ROM、存储器芯片或卡、记忆棒，以及计算机、处理器或其它电子装置可从其进行读取的其它介质。
如本文中所使用，“数据库”用于指代表。在其它示例中，“数据库”可用于指代表的集合。在其它示例中，“数据库”可指代数据存储和用于访问和/或操控那些数据存储的方法的集合。数据库可例如存储在磁盘和/或存储器处。
如本文中所使用，“磁盘”可为例如磁盘驱动器、固态磁盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、Zip驱动器、闪存存储器卡和/或记忆棒。此外，磁盘可为CD-ROM(光盘ROM)、CD可记录驱动器(CD-R驱动器)、CD可重写驱动器(CD-RW驱动器)和/或数字视频ROM驱动器(DVDROM)。磁盘可存储控制或分配计算装置的资源的操作系统。
如本文中所使用，“输入/输出装置”(I/O装置)可包含用于接收输入的装置和/或用于输出数据的装置。输入和/或输出可用于控制不同的车辆特征，所述车辆特征包含各种车辆部件、系统以及子系统。具体地说，术语“输入装置”包含但不限于：键盘、麦克风、指向和选择装置、相机、成像装置、视频卡、显示器、按钮、旋钮及类似者。术语“输入装置”另外包含在用户界面内进行的图形输入控制，所述用户界面可通过各种类型的机构显示，所述机构例如基于软件和硬件的控制装置、界面、触摸屏、触摸板或即插即用装置。“输出装置”包含但不限于：显示器装置，以及用于输出信息和功能的其它装置。
如本文中所使用，“逻辑电路”包含但不限于，硬件、固件、存储指令的非暂时性计算机可读介质、指令，所述指令在机器上执行和/或造成(例如，执行)来自另一逻辑电路、模块、方法和/或系统的动作。逻辑电路可包含和/或为通过算法、离散逻辑(例如，ASIC)、模拟电路、数字电路、经编程逻辑装置、包含指令的存储器装置等等控制的处理器的一部分。逻辑可包含一个或多个门、门的组合或其它电路部件。当描述多个逻辑时，有可能将所述多个逻辑并入到一个物理逻辑中。类似地，当描述单一逻辑时，有可能在多个物理逻辑之间分布所述单一逻辑。
如本文中所使用，“存储器”可包含易失性存储器和/或非易失性存储器。非易失性存储器可包含例如，ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除PROM)以及EEPROM(电可擦除PROM)。易失性存储器可包含例如RAM(随机存取存储器)、同步RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速度SDRAM(DDRSDRAM)以及直接RAM总线RAM(DRRAM)。存储器可存储控制或分配计算装置的资源的操作系统。
“可操作连接”或实体可通过其“可操作地连接”的连接是其中可发送和/或接收信号、物理通信和/或逻辑通信的连接。可操作连接可包含无线接口、物理接口、数据接口和/或电气接口。
如本文中所使用，“模块”包含但不限于存储指令的非暂时性计算机可读介质、在机器上执行的指令、在机器上执行的硬件、固件、软件和/或每一个的组合，所述组合用以执行功能或动作和/或造成来自另一模块、方法和/或系统的功能或动作。模块还可包含逻辑、软件控制的微处理器、离散的逻辑电路、模拟电路、数字电路、经编程逻辑装置、包含执行的指令的存储器装置、逻辑门、门的组合和/或其它电路部件。多个模块可组合成一个模块，且单一模块可在多个模块之间分布。
如本文中所使用，“便携式装置”是计算装置，所述计算装置通常具有带有用户输入(例如，触摸、键盘)的显示屏和用于计算的处理器。便携式装置包含但不限于，手持式装置、移动装置、智能手机、膝上型计算机、平板计算机以及电子阅读器。
如本文中所使用，“处理器”处理信号并执行大体的计算和算术功能。通过处理器处理的信号可包含可被接收、发送和/或检测的数字信号、数据信号、计算机指令、处理器指令、消息、比特、比特流。一般地，处理器可为多种不同的处理器，包含单核和多核处理器和协处理器，以及其它多个单核和多核处理器和协处理器架构。处理器可包含用以执行动作和/或算法的逻辑电路。
如本文中所使用，“车辆”是指能够运载一个或多个人类乘员且通过任何形式的能量提供动力的任何移动车辆。术语“车辆”包含但不限于卡车、货车、小型货车、SUV、摩托车、踏板车、船、卡丁车、娱乐骑乘车、铁路运输、私人船艇以及飞机。在一些情况下，机动车包含一个或多个发动机。另外，术语“车辆”可指代能够运载一个或多个人类乘员且完全或部分通过由电池供电的一个或多个电动机提供动力的电动车(EV)。EV可包含电池式电动车(BEV)和插电式混合电动车(PHEV)。术语“车辆”还可指代通过任何形式的能量提供动力的自主车辆和/或无人驾驶车辆。自主车辆可运载一个或多个人类乘员。另外，术语“车辆”可包含以预定路径自动化或非自动化的车辆或自由移动的车辆。
如本文中所使用，“车辆显示器”可包含但不限于，LED显示面板、LCD显示面板、CRT显示器、等离子体显示面板、触摸屏显示器等等，这些显示器常常在车辆中找到以显示关于车辆的信息。显示器可从用户接收输入(例如，触摸输入、键盘输入、来自各种其它输入装置的输入等)。显示器可位于车辆的各种位置中，例如，位于仪表板或中央控制台上。在一些实施方案中，显示器是便携式装置(例如，车辆乘员所拥有的或与车辆乘员相关联)、导航系统、信息娱乐系统等等的一部分。
如本文中所使用，“车辆控制系统”和/或“车辆系统”可包含但不限于可用于增强车辆、行驶和/或安全性的任何自动或手动系统。示例性车辆系统包含但不限于：电子稳定性控制系统(electronic stability control system)、防抱死制动系统(anti-lockbrake system)、制动辅助系统(brake assist system)、自动预制动系统(automaticbrake prefill system)、低速行驶系统(low speed follow system)、巡航控制系统(cruise control system)、碰撞预警系统(collision warning system)、碰撞缓解制动系统(collision mitigation braking system)、自动巡航控制系统(auto cruise controlsystem)、车道偏离预警系统(lane departure warning system)、盲区指示器系统(blindspot indicator system)、车道保持辅助系统(lane keep assist system)、导航系统(navigation system)、传动系统(transmission system)、制动踏板系统(brake pedalsystems)、电动助力转向系统(electronic power steering system)、视觉装置(例如，相机系统、接近传感器系统(proximity sensor systems))、空调系统(climate controlsystem)、电子预紧系统(electronic pretensioning system)、监控系统(monitoringsystem)、乘客检测系统(passenger detection system)、车辆悬架系统(vehiclesuspension system)、车辆座椅配置系统(vehicle seat configuration system)、车辆座舱照明系统(vehicle cabin lighting system)、音频系统、感觉系统、内部或外部相机系统等等。
本文中描述的系统和方法大体上涉及使用车辆通信网络来控制车辆，所述车辆通信网络可包含多个车辆和基础设施。使用车辆通信网络来传送信息和/或感测关于其它车辆的信息允许主车在交通场景的情况下的协调控制，尤其是在具有密集的交通拥堵或其它交通流问题的区域中。因此，本文中描述的方法和系统使用车辆通信网络来提供交通拥堵估计和协同式自适应巡航控制(C-ACC)。图1说明根据示例性实施方案的将车辆通信网络用于交通拥堵估计的示例性交通场景100。交通场景100包括在道路102上的一个或多个车辆。特定来说，主车(HV)104、前车106、中间车辆108、中间车辆110以及头车112示出为在道路102上的同一车道中行进。
在一些实施方案中，位于距主车104较远处的车辆(例如，前车106、中间车辆108、中间车辆110以及头车112)可被称为远程车辆或多个远程车辆。在一些实施方案中，主车(HV)104、前车106、中间车辆108、中间车辆110以及头车112被称为一排车辆、一队车辆、一串车辆。如本文中所论述，所述一排车辆将大体上通过元件124指代。应理解，在道路102上或在所述一排车辆124内可存在任何数目的车辆。另外，在其它实施方案中，道路102可具有不同的配置和任何数目的车道。
在图1中，前车106定位成紧挨在主车104前方。头车112定位在主车104、前车106、中间车辆108以及中间车辆110的前方。因此，在图1中，头车112在所述一排车辆124的最前面位置处。然而，在其它实施方案中，头车112可为另一车辆，例如，中间车辆110。另外，应理解，在前车106与头车112之间可存在任何数目的中间车辆(例如，超过两个、少于两个)。
在本文中所论述的系统和方法中，主车104可部分基于关于在道路102上的远程车辆中的一个或多个的数据来控制，所述数据经由车辆通信网络传送(见图2)。特定来说，本文中描述的车辆通信可使用专用短程通信(DSRC)来实施。然而，应理解，本文中描述的车辆通信可用任何通信或网络协议实施，所述通信或网络协议例如自组织网络、在车辆内的无线接入、蜂窝网络、Wi-Fi网络(例如，IEEE 802.11)、蓝牙、WAVE、CALM等等。另外，车辆通信网络可为车辆对车辆(V2V)、车辆对基础设施(V2I)或车辆对外界(V2X)。
在图1中，主车104可发送、接收通信信息和/或与其它车辆、用户或经配置用于DSRC通信的基础设施交换通信信息，所述通信信息包含数据、消息、图像和/或其它信息。特定来说，主车104配备有车辆对车辆(V2V)收发器114，所述收发器可与其它车辆、用户或可操作用于与主车104进行计算机通信(例如，经配备用于DSRC通信)的基础设施交换消息和信息。在图1中，使用V2V收发器114的主车104可与经由V2V收发器116的头车112通信。如图1中所示，通信链路118建立在主车104与头车112之间以用于V2V通信。
图1中示出的所述一排车辆124说明低DSRC穿透率或混合条件，因为并非每一车辆都配备用于V2V通信。在图1中，仅主车104和头车112经配备用于V2V通信。另外，在图1中，每一车辆都配备有传感器系统(例如，C-ACC或ACC系统的雷达系统)。应理解，可实施图1中未示出的V2V通信的其它配置和感测。然而，在本文中论述的实施方案中，V2V通信仅在主车104与头车112之间被需要。当介绍V2V通信时，将可能存在不具有V2V能力的众多车辆(例如，老式车辆)。因此，本文中论述的实施方案在低穿透率条件下工作，其中并非每一车辆都与彼此通信。
在图1中，使用V2V收发器114的主车104还可与无线网络天线120和/或路侧设备(RSE)122通信。类似地，头车112经由V2V收发器116还可与无线网络天线120和/或RSE 122通信。尽管图1中未示出，但车辆通信网络可包含可由主车104或头车112访问的其它无线通信网络、接收器、服务器和/或提供商。
现在参考图2，可在车辆通信网络200内操作的车辆控制系统202的方块图。车辆控制系统202可操作用于经由通信链路118与头车112进行V2V通信。车辆控制系统202将关于主车104描述，然而，用图2中示出的车辆描述的部件和功能性中的一些或全部可用头车112实施。类似地，用图2中示出的车辆描述的部件和功能性中的一些或全部可用前车106、中间车辆108、中间车辆110或任何其它车辆实施。另外，在本文中论述的一些实施方案中，车辆控制系统202将被称为C-ACC控制系统202。与一些车辆相关联的其它C-ACC系统可包含不同的元件和/或布置，但可经配置以经由车辆通信网络200与一个或多个其它C-ACC系统或车辆控制系统通信。另外，在一些实施方案中，车辆控制系统202可与另一类型的车辆系统相关联，或可为促进本文中描述的功能的通用车辆计算装置。
车辆控制系统202包含处理器204、存储器206、磁盘208以及通信接口210，这些部件中的每一个可经由例如总线212而可操作地连接用于计算机通信。处理器204可包含具有硬件、固件以及软件架构框架的逻辑电路(未示出)以用于促进交通拥堵估计。因此，在一些实施方案中，处理器204可存储应用程序框架、内核、库、驱动器、应用程序设计接口等等，以执行并控制本文中所论述的硬件和功能。在一些实施方案中，存储器206和/或磁盘208可存储与处理器204类似的部件以用于通过处理器204执行。例如，在一些实施方案中，处理器204和/或存储器206可包含指令以直接地(例如机器代码)或间接地(例如脚本)通过处理器204执行。例如，指令可作为计算机代码存储在计算机可读介质上。就此而言，术语“指令”和“程序”在本文中可互换地使用。指令可以目标代码格式存储以用于通过处理器204直接处理，或以任何其它计算机语言存储，包含按需要解译或提前编译的脚本或独立的源代码模块的集合。磁盘208可存储数据，所述数据可通过处理器204检索修改或存储。
通信接口210可包含用以促进在车辆控制系统202的部件与本文中论述的其它部件和/或其它车辆之间的数据输入和输出的软件和硬件。例如，如上文所论述，通信接口210可包含V2V收发器114，所述V2V收发器可经由通信链路118与车辆通信网络200中的相容DSRC收发器通信。
车辆控制系统202还可与车辆系统214、传感器系统216以及界面系统218(例如，经由总线212)通信。如本文中将论述，车辆控制系统202可为车辆系统214中的一个。例如，在一些实施方案中，C-ACC控制系统202是一种车辆系统214。车辆系统214可包含但不限于可用于增强车辆、行驶和/或安全性的任何自动或手动系统。示例性车辆系统包含但不限于：电子稳定性控制系统、防抱死制动系统、制动辅助系统、自动预制动系统、低速行驶系统、巡航控制系统、碰撞预警系统、碰撞缓解制动系统、自动巡航控制系统、车道偏离预警系统、盲区指示器系统、车道保持辅助系统、导航系统、传动系统、制动踏板系统、电动助力转向系统、视觉装置(例如，相机系统、接近传感器系统)、空调系统、电子预紧系统、监控系统、乘客检测系统、车辆悬架系统、车辆座椅配置系统、车辆座舱照明系统、音频系统、感觉系统、内部或外部相机系统等等。
传感器系统216包含在主车104内部和/或外部感测和/或测量数据的各种车辆传感器。更具体地说，传感器系统216可包含用于感测并测量与主车104和/或主车104的特定车辆系统相关联的激励(例如，信号、性质、测量结果以及量)的车辆传感器。在一些实施方案中，车辆传感器用于感测并测量与车辆和/或接近主车104的物体相关联的激励。特定来说，传感器系统216可收集数据以用于识别和跟踪交通实体的移动，例如，前车106的移动。
应理解，传感器系统216可包含在任何车辆系统中用于检测和/或感测所述系统的参数的任何类型的车辆传感器。示例性车辆传感器包含但不限于加速度传感器、速度传感器、制动传感器、接近传感器、视觉传感器、座椅传感器、安全带传感器、门传感器、环境传感器、偏航角速度传感器、转向传感器、GPS传感器等等。还应理解，车辆传感器可为任何类型的传感器，例如，声学的、电动的、环境的、光学的、成像、光、压力、力、热的、温度、接近性等等。车辆传感器可安置在主车104的一个或多个部分中。例如，车辆传感器可集成在仪表板、座椅、安全带、门、仪表板、方向盘、中央控制台、车顶或主车104的任何其它部分中。然而，在其它情况下，车辆传感器可为便携式传感器，所述便携式传感器由驾驶员(未示出)穿戴、集成到由驾驶员携带的便携式装置(未示出)中、集成到由驾驶员穿戴的衣物(未示出)中或集成到驾驶员的身体中(例如，植入)。
在一个实施方案中，传感器系统216包含前远程雷达和/或前中程雷达。例如，在图1中，道路102上的所有车辆都具有前远程雷达能力，如由从每一车辆的前部发射的线所指示。前远程雷达可测量主车104周围的物体的距离(例如，横向、纵向)和速度。例如，前远程雷达可测量前车106的距离和速度。在一些实施方案中，传感器系统216可包含在主车104的不同位置中的多个雷达(未示出)。例如，位于主车104的左前拐角区域处的左前雷达、位于主车104的右前拐角区域处的右前雷达、位于主车104的左后拐角区域处的左后雷达，以及位于主车104的右后拐角区域处的右后雷达。
另外，主车104包含界面系统218，所述界面系统可用于从用户(例如，驾驶员、车辆乘员)接收输入和/或将反馈提供给用户。因此，界面系统218可包含显示器部分和输入部分。在一些实施方案中，界面系统218是位于主车104中的人机界面(HMI)和/或平视显示器(HUD)。界面系统218可从一个或多个用户接收一个或多个用户输入。界面系统218的输入部分可使得用户，例如驾驶员或车辆乘员，能够与主车104和/或车辆控制系统202交互或将输入提供到所述主车和/或车辆控制系统，所述输入例如用户输入、手势、点击、指向、选择、语音命令等。例如，在一些实施方案中，用户可通过与界面系统218交互来启用车辆控制系统202和/或控制车辆控制系统202的特征。
作为一个示例，界面系统218的输入部分可实施为车辆显示器、触摸屏、触摸板、跟踪板、一个或多个硬件按钮(例如，在收音机或方向盘上)、一个或多个按钮(例如一个或多个软按钮)、一个或多个软件按钮、一个或多个交互按钮、一个或多个开关、小键盘、麦克风、一个或多个传感器等。在一个或多个实施方案中，界面系统218可以集成显示器部分的方式实施，使得界面系统218提供输出(例如，将内容呈现为显示器部分)并接收输入(例如，用户输入)。输入部分的其它示例可包含用于从用户捕获语音的麦克风。
界面系统218可显示信息(例如，图形、警告以及通知)。例如，车辆控制系统202可产生信息、建议、警告和/或警报，并在界面系统218的显示器装置(例如，显示器部分)上将所述信息、建议、警告和/或警报提供给车辆操作人员。信息、警告等可包含但不限于，一个或多个导航地图、符号、图标、图形、颜色、图像、照片、视频、文本、可听信息等等。界面系统218还可包含将视觉、可听和/或可触知/触觉反馈提供给用户的其它系统。例如，主动力踏板(AFP)可被包含作为主车104中的加速踏板(未示出)的一部分以在驾驶员推动加速踏板时将主动反馈力提供给驾驶员的脚。
如上文所提及，在一些实施方案中，本文中论述的系统和方法使用关于前车106的数据和关于头车112的数据来控制主车104。更具体地说，在一个实施方案中，C-ACC控制系统202可经由车辆通信网络200从头车112接收数据，并可使用在主车104上的传感器系统216(例如，雷达传感器)来接收关于前车106的数据。此数据的融合和分析可用于控制主车104，由此允许主车104先发制人地对可影响主车104的操作或行进路径的交通干扰做出反应。现将详细描述通过C-ACC控制系统202进行的示例性控制。
在本文中论述的实施方案中的一些中，主车104的运动可例如通过C-ACC控制系统202来控制。特定来说，C-ACC控制系统202可使用上文论述的数据来控制主车104的纵向运动。例如，C-ACC控制系统202可通过产生加速度控制率和/或修改当前的加速度控制率(例如，目标加速度)来控制加速和/或减速。在其它实施方案中，C-ACC控制系统202可控制界面系统218以提供反馈和警告。
现在参考图3，示出用于控制主车104的示意性C-ACC控制模型300。图3将参考图1至2的部件来描述。控制模型300接收V2V远程车辆数据302、感测到的远程车辆数据304以及主车数据306以作为输入。V2V远程车辆数据302包含经由车辆通信网络200传送的关于一个或多个远程车辆的动态数据。更具体地说，在一个实施方案中，V2V远程车辆数据302可包含从头车112接收到的数据。V2V远程车辆数据302可包含关于远程车辆的速度、加速度、速度、偏航角速度、转向角以及油门开角、范围或距离数据等等。V2V远程车辆数据302还可包含路线朝向数据、路线历史数据、突出路线数据、动力学数据、当前车辆位置数据，以及关于发送所述V2V远程车辆数据的远程车辆的任何其它车辆信息。
感测到的远程车辆数据304可包含通过传感器系统216接收和/或感测到的关于远程车辆和/或接近主车104的其它物体中的一个或多个的数据。更具体地说，在一个实施方案中，感测到的远程车辆数据304可包含通过主车104感测到的关于前车106的数据。感测到的远程车辆数据304还可包含从雷达系统(例如，传感器系统216)获得的车辆数据，包含接近性数据。例如，感测到的远程车辆数据304可包含主车104周围的远程车辆(例如，前车106)中的一个或多个的距离和速度。
主车数据306包含关于主车104的车辆动态数据。例如，速度、加速度、速度、偏航角速度、转向角、油门开角、范围或距离数据等等。主车数据306可经由总线212从传感器系统216访问。主车数据306还可包含关于不同的车辆系统214的状态信息。例如，主车数据306可包含转弯信号状态、路线朝向数据、路线历史数据、突出路线数据、动力学数据、当前车辆位置数据，以及关于主车104和/或车辆系统214的任何其它车辆信息。
V2V远程车辆数据302、感测到的远程车辆数据304以及主车数据306可被输入到C-ACC控制系统202，并使用将在本文中进一步详细描述的方法来处理。C-ACC控制系统202可输出加速和/或加速命令(例如，经由处理器204)以针对相应的车辆系统214执行所述命令。例如，刹车致动器310和油门致动器312可为车辆系统214的一部分(例如，制动系统)。HMI314可为界面系统218的一部分。作为说明性示例，C-ACC控制系统202可产生加速度控制率，所述加速度控制率可为主车104的目标加速度。基于主车104的当前加速度，C-ACC控制系统202可产生控制信号以实现加速度控制率。控制信号可被发送到刹车致动器310和/或油门致动器312以用于根据控制信号来执行。
另外，C-ACC控制系统202可执行针对HMI 314(例如，界面系统218)的命令。例如，基于V2V远程车辆数据302、感测到的远程车辆数据304以及主车数据306，可产生视觉、可听和/或可触知反馈并经由HMI 314提供所述反馈。因此，主车104根据现将进一步详细描述的方法，基于V2V远程车辆数据302、感测到的远程车辆数据304以及主车数据306的融合来控制。
参考图4，示出根据示例性实施方案的包含拥堵估计的用于控制主车104的方法400的过程流程图。图4将参考图1至3来描述。大体地，方法400用于控制与头车112相关的主车104和前车106。如上文用图1所论述，前车106定位成紧挨在主车104前方。头车112定位在主车104和前车106的前方。在本文中所论述的实施方案中，主车104、前车106以及头车112是一排车辆124。图1中的所述一排车辆124包含主车104、前车106、中间车辆108、中间车辆110以及头车112。因此，在一些实施方案中，头车112在所述一排车辆124的最前面位置处。另外，如上文关于图1所论述，所述一排车辆124具有低穿透率的V2V通信能力。换句话来说，所述一排车辆124中的一些车辆未经配备用于V2V通信(例如，中间车辆108和中间车辆110)。
返回参考图4，在一个实施方案中，在方块402处，方法400包含经由车辆通信网络200从头车112接收头车112的速度数据。例如，使用V2V收发器114的主车104可从使用V2V收发器116的头车112接收速度数据(例如，V2V远程车辆数据302)。为促进通信，通信链路118建立在主车104与头车112之间。通信链路118可建立在V2V收发器之间。例如，V2V收发器114可连续地从其它V2V收发器搜索信号，例如通过发射搜索回复的周期性信号。在其它实施方案中，V2V收发器114可从在范围内的V2V收发器搜索回复的周期性信号。如果V2V收发器回复，那么可建立通信链路。
如上文用图3所论述，主车104可从头车112接收(例如，使用处理器204)V2V远程车辆数据302。这可包含速度数据，例如，头车112的速度和/或头车112的加速度。在一些实施方案中，V2V远程车辆数据302被包含在从头车112发送的消息包中。例如，消息包可呈基本安全性消息(BSM)格式，如针对DSRC标准界定。车辆可周期性地广播BSM以将其位置、速度以及其它属性告知其它车辆。通过主车104接收到的信息和数据可被保存到存储器206和/或磁盘208，并通过处理器204处理。
再次参考图4，在方块404处，方法400可包含从主车104的传感器系统216接收前车106的速度数据。因此，如上文用图3所论述，主车104可从传感器系统216接收(例如，经由处理器204)关于前车106的感测到的远程车辆数据304。感测到的远程车辆数据304可包含速度数据。例如，感测到的远程车辆数据304可包含前车106的速度和/或前车106的加速度。在其它实施方案中，感测到的远程车辆数据304可包含主车104与前车106之间的距离。应理解，在一些实施方案中，在方块404处，方法400可包含从主车104(例如，从传感器系统216)访问主车数据306。
在方块406处，方法400包含计算头车112与主车104之间的传递函数。在一个实施方案中，处理器204可计算头车112与主车104之间的传递函数。传递函数可以是基于头车112的速度数据、前车106的速度数据以及主车数据306。传递函数可仅基于经由DSRC从头车112接收的速度数据和从前车106感测到的速度数据(例如，来自传感器系统216的雷达数据)，估计从头车112到主车104的干扰(例如，速度干扰)的传播。因此，忽略在所述一排车辆124中的未经配备用于V2V通信的车辆之间的速度变化。在一个实施方案中，传递函数数学地表达为：
其中VPV是前车106的速度，且VLV是头车112的速度。因此，根据一个实施方案，传递函数是头车112的速度数据与前车106的速度数据之间的相关性。在一个实施方案中，如用等式(1)描述，传递函数是头车112的速度与前车106的速度之间的相关性。在另一实施方案中，传递函数是头车112的加速度与前车106的加速度之间的相关性。
在另一实施方案中，传递函数可为头车112的输入与前车106的输出之间的比率。头车112的输入可以是基于头车112的速度数据，且前车106的输出可以是基于前车106的速度数据。在一个实施方案中，如用等式(1)描述，传递函数是头车112的速度与前车106的速度之间的比率。在另一实施方案中，传递函数是头车112的加速度与前车106的加速度之间的比率。
因此，传递函数可基于从前车106感测到的速度数据和来自头车112的速度数据来估计在所述一排车辆124中的可影响主车104的速度干扰。随时间推移，可识别出前车106与头车之间的模式。换句话来说，引起前车106的输出的头车112的输入可随时间就速度干扰进行分析。例如，如果头车112猛然减速(例如，输入)，那么此速度变化将引起前车106中的行为，例如，减速(例如，输出)。因此，在一个实施方案中，可在某一时间段内计算传递函数。因此，等式(1)还可表达为真实值的时间序列，例如：
基于上文且再次参考图4，在方块408处，方法400包含基于传递函数来确定所述一排车辆124的队列稳定水平。在一个实施方案中，队列稳定水平指示所述一排车辆124的速度变化。如在此详细描述中且在权利要求书中使用，术语“队列稳定水平”是指用于区分开所述一排车辆124(例如，一串车辆)中的车辆的稳定性的两个或多于两个状态的任何数值或其它类型的值。例如，在一些情况下，队列稳定水平与给定的离散状态相关联，例如“不稳定”、“略微不稳定”以及“稳定”。在其它情况下，队列稳定水平可给出为在0％与100％之间的百分数或在1与10之间的范围内的值。在本文中论述的实施方案中，队列稳定水平可为存储在存储器206和/或磁盘208处的变量，所述变量设定为如通过处理器204确定的值以用于本文中论述的方法和系统中。
在一个实施方案中，处理器204在某一时间段内基于传递函数来确定队列稳定水平。特定来说，传递函数经估算以确定不稳定的队列稳定水平或稳定的队列稳定水平。根据一个实施方案，确定队列稳定水平可数学地表达为：
|Gi，i-1|∞＞1 (3)
|Gi，i-1|∞≤1 (4)
如果如等式(3)中所示传递函数大于1，那么队列稳定水平设定为不稳定。如果如等式(4)中所示传递函数小于或等于1，那么队列稳定水平设定为稳定。
在方块410处，方法400包含基于队列稳定水平来计算交通拥堵程度。类似于上文论述的队列稳定水平，如在此详细描述中且在权利要求书中使用，术语“交通拥堵程度”是指用于区分开所述一排车辆124(例如，一串车辆)中的交通拥堵的两个或多于两个状态的任何数值或其它类型的值。例如，在一些情况下，交通拥堵程度与给定的离散状态相关联，例如“高拥堵”、“中等拥堵”以及“低拥堵”。在其它情况下，交通拥堵程度可给出为在0％与100％之间的百分数或在1与10之间的范围内的值。在本文中论述的实施方案中，交通拥堵程度可为存储在存储器206和/或磁盘208处的变量，所述变量设定为如通过处理器204确定的值以用于本文中论述的方法和系统中。
在一个实施方案中，如果队列稳定水平为不稳定，那么处理器204将交通拥堵程度计算为高。如果队列稳定水平为稳定，那么处理器204将交通拥堵程度计算为低。参考上文论述的说明性示例，如果头车112猛然减速且所述一排车辆124中的其它车辆(例如，前车106)的减速度随着距主车104的距离减小而增加，那么所述一排车辆的队列稳定性是不稳定的，且在主车104前方的车辆靠近彼此，因此交通拥堵程度为高。
因此，在方块412处，方法400包含基于交通拥堵程度来控制主车104的车辆系统214中的一个或多个。例如，在一个实施方案中，处理器204可控制界面系统218以提供交通拥堵程度的视觉、可听或可触知指示。例如，基于交通拥堵程度可产生图形且所述图形可显示在HMI 314上。图形可提供交通拥堵程度的实时反馈。例如，如果交通拥堵程度为高，那么图形可以呈现为红色。如果交通拥堵程度为低，那么图形可以呈现为绿色。在一些实施方案中，在方块412处提供的控制是交通拥堵程度的函数。因此，例如，在HMI 314上提供的反馈的强度可随交通拥堵程度的变化而变化。
在其它实施方案中，处理器204可基于交通拥堵程度来提供主车104的自动控制，例如，纵向运动控制。现在参考图5，示出根据示例性实施方案的用于通过计算加速度控制率来控制主车104的方法500。在方块502处，方法500包含例如基于前车106的速度数据和头车112的所述速度数据来计算主车104的加速度控制率。在一个实施方案中，加速度控制率是基于以下各项中的一个或多个：主车104与前车106之间相对于车头距离的相对距离、主车104与前车106之间的相对速度、前车106的加速度以及头车112的加速度。
主车104与前车106之间的相对距离可以是基于关于前车106(例如，距离数据)的感测到的远程车辆数据304和主车数据306。车头距离为主车104与前车106之间的期望间隔(例如，距离)。车头参考距离可被预定并存储例如在存储器206处。主车104与前车106之间的相对速度也可以是基于关于前车106的感测到的远程车辆数据304(例如，前车106的速度)和主车数据306(例如，主车104的速度)。如上文所论述，前车106的加速度基于关于前车106的感测到的远程车辆数据304来确定。另外，头车112的加速度通过主车104经由来自头车112的V2V通信接收。因此，在一个实施方案中，处理器204可根据以下等式计算主车104的加速度控制率：
其中xi-1是从主车104的后端到前车106的前端的距离，xi是主车104的长度，是预定车头参考距离，LPV是前车106的长度，vi-1是前车106的速度，vi是主车104的速度，ai-1是通过传感器系统216检测到的前车106的加速度，以及aL是通过主车104使用DSRC经由车辆通信网络200从头车112接收到的头车112的加速度。
另外，如等式(5)中所示，加速度控制率可基于不同的可变增益来计算，所述可变增益包含车辆速度动度增益系数Kp、车辆速度动态增益系数Kv、前车加速度动态增益系数KaPV、以及头车加速度动态增益系数Kdsrc。因此，在一个实施方案中，加速度控制率可基于前车106的速度数据、头车112的速度数据以及可变增益来计算。如现将更详细描述，可变增益是头车加速度动态增益系数Kdsrc。
在一个实施方案中，用于计算加速度控制率的可变增益在方块504处计算。具体地说，与头车112的速度数据相关联的可变增益可基于在图4的方块408处确定的队列稳定水平来计算。因此，在一个实施方案中，头车加速度动态增益系数Kdsrc基于队列稳定水平来计算。处理器204可使用可变增益来修改主车104的加速度控制率。更具体地说，经由V2V通信接收到的头车112的加速度可根据可变增益来修改，如等式(5)中所示。在一个实施方案中，可变增益随队列稳定水平的变化而变化。因此，当队列稳定水平增加(例如，指示不稳定水平)时，可变增益增加。
在方块506处，方法500包含通过根据加速度控制率控制主车104的运动来控制主车104。例如，加速度控制率可通过C-ACC控制系统202输出，以便根据加速度控制率来控制一个或多个车辆系统214。换句话来说，车辆系统214经控制以部分基于主车104的当前加速度来获得加速度控制率。因此，C-ACC控制系统202可基于加速度控制率通过控制刹车致动器310和/或油门致动器312来开始使主车104自动地减速或加速。例如，C-ACC控制系统202可将C-ACC控制系统202的目标加速度控制率设定为在方块506处计算出的加速度控制率。基于主车104的当前加速度，C-ACC控制系统202可产生控制信号以实现目标加速度控制率。控制信号可被发送到刹车致动器310和/或油门致动器312以用于根据控制信号来执行以实现目标加速度控制率。
替代地或同时，在主车104的加速和/或制动的情况下，控制主车104的车辆系统214中的一个或多个可包含控制界面系统218，如上文所提及。例如，C-ACC控制系统202可产生信息、建议、警告和/或警报，并在HMI 314上将所述信息、建议、警告和/或警报提供给驾驶员。在其它实施方案中，可触知反馈可根据加速度控制率来提供。因此，主车104可如上文所描述预计124中的交通拥堵，且主车104基于交通拥堵的自动控制在提前控制车辆的情况下提供较顺畅所述一排车辆的C-ACC体验。
在本文中论述的实施方案还可在存储计算机可执行指令的计算机可读存储介质的背景下描述和实施。计算机可读存储介质包含计算机存储介质和通信介质。例如，闪存存储器驱动器、数字通用光盘(DVD)、光盘(CD)、软盘以及盒式磁带。计算机可读存储介质可包含以用于信息的存储的任何方法或技术实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质，所述信息例如计算机可读指令、数据结构、模块或其它数据。计算机可读存储介质不包含非暂时性有形介质和所传播的数据信号。
应了解，上文公开的以及其它特征和功能的各种实施方案或替代方案或其变型可理想地合并到许多其它不同的系统或应用中。并且，各种当前未预见的或未预计到的替代方案、修改、变化型式或其中的改进可随后由所属领域的技术人员实现，所述替代方案、修改、变化型式或其中的改进也意图涵盖在本文中。

Claims (20)

1.一种用于控制与头车相关的主车和前车的计算机实施方法，其中所述主车、所述头车以及所述前车在一排车辆内，所述方法包括：
经由车辆通信网络从所述头车接收所述头车的速度数据，其中所述头车定位在所述主车和所述前车的前方；
从所述主车的传感器系统接收所述前车的速度数据，其中所述前车定位成紧挨在所述主车的前方；
计算所述头车与所述主车之间的传递函数，作为所述头车的所述速度数据与所述前车的所述速度数据之间的相关性；
基于所述传递函数来确定所述一排车辆的队列稳定水平，其中所述队列稳定水平指示所述一排车辆的速度变化；
基于所述队列稳定水平来计算交通拥堵程度；以及
基于所述交通拥堵程度来控制所述主车的车辆系统。
2.根据权利要求1所述的计算机实施方法，其中所述前车的所述速度数据是所述前车的速度，且所述头车的所述速度数据是所述头车的速度。
3.根据权利要求2所述的计算机实施方法，其中所述头车与所述主车之间的所述传递函数是所述前车的所述速度与所述头车的所述速度之间的所述相关性。
4.根据权利要求1所述的计算机实施方法，其中所述一排车辆是在道路上的一列车辆，包含所述主车、所述前车、一个或多个远程车辆以及所述头车，其中所述头车在所述一排车辆的最前面位置处。
5.根据权利要求1所述的计算机实施方法，其包含基于所述前车的所述速度数据和所述头车的所述速度数据来计算所述主车的加速度控制率。
6.根据权利要求1所述的计算机实施方法，其包含基于所述队列稳定水平来计算可变增益。
7.根据权利要求6所述的计算机实施方法，其包含计算所述主车的加速度控制率是基于所述前车的所述速度数据、所述头车的所述速度数据、以及所述可变增益。
8.根据权利要求5所述的计算机实施方法，其中控制所述主车的所述车辆系统包含根据用以控制所述主车的运动的所述加速度控制率来控制所述车辆系统。
9.一种用于控制与头车相关的主车和前车的车辆控制系统，其中所述主车、所述头车以及所述前车在一排车辆内，所述车辆控制系统包括：
所述主车的无线收发器，所述无线收发器用以经由车辆通信网络从所述头车接收所述头车的速度数据，其中所述头车定位在所述主车和所述前车的前方；
所述主车的传感器系统，所述传感器系统用于感测所述前车的速度数据，其中所述前车定位成紧挨在所述主车的前方；以及
处理器，所述处理器经操作地连接以用于与所述传感器系统和所述无线收发器进行计算机通信，其中所述处理器：
计算所述头车与所述主车之间的传递函数，作为所述头车的输入与所述前车的输出之间的比率，其中所述头车的所述输入是基于所述头车的所述速度数据，且所述前车的所述输出是基于所述前车的所述速度数据；
在某一时间段内基于所述传递函数来确定队列稳定水平；
基于所述队列稳定水平来计算交通拥堵程度；以及
基于所述交通拥堵程度来控制所述主车。
10.根据权利要求9所述的车辆控制系统，其中所述前车的所述速度数据是所述前车的速度，且所述头车的所述速度数据是所述头车的速度。
11.根据权利要求10所述的车辆控制系统，其中所述传递函数是所述头车的所述输入与所述前车的所述输出之间的所述比率，且所述头车的所述输入是所述头车的所述速度，且所述前车的所述输出是所述前车的所述速度。
12.根据权利要求9所述的车辆控制系统，其中所述一排车辆具有低穿透率的车辆对车辆通信能力。
13.根据权利要求9所述的车辆控制系统，其中所述处理器基于所述前车的所述速度数据和所述头车的所述速度数据来计算所述主车的加速度控制率。
14.根据权利要求13所述的车辆控制系统，其中所述处理器以可变增益修改所述主车的所述加速度控制率，其中所述可变增益是基于所述队列稳定水平。
15.根据权利要求13所述的车辆控制系统，其中所述处理器通过根据所述加速度控制率控制所述主车的运动来控制所述主车。
16.一种用于控制与头车相关的主车和前车的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述主车、所述头车以及所述前车在一排车辆内，所述非暂时性计算机可读存储介质包含指令，所述指令在通过处理器执行时，使得所述处理器：
经由车辆通信网络从所述头车接收所述头车的速度数据，其中所述头车定位在所述主车和所述前车的前方；
从所述主车的传感器系统接收所述前车的速度数据，其中所述前车定位成紧挨在所述主车的前方；
计算所述头车与所述主车之间的传递函数，作为所述头车的所述速度数据与所述前车的所述速度数据之间的相关性；
基于所述传递函数来确定所述一排车辆的队列稳定水平，其中所述队列稳定水平指示所述一排车辆的速度变化；
基于所述队列稳定水平来计算交通拥堵程度；以及
基于所述交通拥堵程度来控制所述主车的车辆系统。
17.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述头车与所述主车之间的所述传递函数是所述前车的速度与所述头车的速度之间的所述相关性。
18.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述处理器基于所述前车的所述速度数据和所述头车的所述速度数据来计算所述主车的加速度控制率。
19.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述处理器基于所述队列稳定水平来计算可变增益。
20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述处理器基于所述前车的所述速度数据、所述头车的所述速度数据、以及所述可变增益来计算所述主车的加速度控制率。
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