CN111462517A - 用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统及其协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统及协同控制方法，该系统通过在道路两侧沿线按区域布设路侧端设备，并与道路上行驶的具备自动驾驶功能的车辆直接通信，可以利用低等级自动驾驶车辆的现有硬件配置实现更高质量的自动驾驶体验，由于路侧端设备布设后可以为道路上行驶的大部分智能车辆提供道路交通和车辆引导数据支持，从而在保证高质量的自动驾驶体验的同时，尽可能的降低自动驾驶车辆的投入成本和设计难度。该方法通过道路沿线两侧合理布设路侧端设备，可以在现有低等级智能车辆硬件基础上，实现更加高质量自动驾驶目标，该方法不仅易于实现，投入成本也相对较低，更能满足自动驾驶技术的大范围推广应用的需求。

Description

用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统及其协同控制方法

技术领域

本发明涉及自动驾驶及智能交通技术领域，更具体的说是涉及一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统及其协同控制方法。

背景技术

目前，随着自动驾驶技术的不断推进，越来越多的车辆具备了驾驶辅助功能，但是，由于现有的辅助驾驶功能一般是由车端感应周围路况环境实现，比如L2/L3等级的智能车辆，由于路端没有相关的辅助感知设备，仅仅靠车辆自身感知外界环境，需要车辆上增设各类传感器和高端计算芯片来实现精准的感应和决策运算能力，这样不仅增加了智能车辆的设计难度，还会大幅度提高智能车辆成本，无形中为智能车辆推广应用带来了挑战。

因此，如何提供一种能够在智能车辆有限的驾驶辅助功能的基础上实现更加精准可靠的自动驾驶功能的系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统，该系统通过增设道路沿线间隔布设的路侧端设备与道路上行驶的具备自动驾驶功能的车辆通信(未有无线信号覆盖时)，或车辆通过与道路侧后台云服务器通信(有可靠无线信号覆盖时)，实现低等级智能车辆的高可靠性自动驾驶目的，解决了仅通过对车辆性能提升实现高质量自动驾驶功能设计难度大、成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统，该系统包括：路侧端设备、具备自动驾驶功能的车辆和后台服务器，所述路侧端设备分区域间隔布设于车道两侧沿线，所述路侧端设备与所述具备自动驾驶功能的车辆无线连接，所述路侧端设备和所述具备自动驾驶功能的车辆还均与所述后台服务器通信连接；

所述路侧端设备包括数据采集装置、数据处理装置、无线通信装置和供电电源，所述数据采集装置与所述数据处理装置电连接，所述数据处理装置与所述无线通信装置电连接，所述无线通信装置与所述具备自动驾驶功能的车辆无线连接，所述无线通信装置还与所述后台服务器通信连接，所述供电电源为所述信号采集装置、数据处理装置和无线通信装置供电。

本发明的有益效果是：通过在道路两侧沿线按区域间隔布设路侧端设备，并与道路上行驶的具备自动驾驶功能的车辆或后台服务器通信，可以利用低等级自动驾驶车辆现有硬件配置实现更高质量自动驾驶目的，由于路侧端设备间隔布设后可以为道路上行驶的大部分智能车辆提供数据支持，从而在保证高质量的自动驾驶体验的同时，可以尽可能的降低车辆投入成本和设计难度，便于广泛应用，实用性更强。

进一步地，所述数据采集装置包括气象传感器、摄像头和测速传感器，所述气象传感器、摄像头和测速传感器均与所述数据处理装置连接。这里设置的气象传感器主要用于检测道路上的天气状况，摄像头主要拍摄道路视频数据，测速传感器主要对行驶车辆的车速进行检测，检测到的数据均发送到数据装置进行处理。

进一步地，所述数据采集装置还包括防盗探测器，所述防盗探测器为红外线探测仪、微波探测仪以及光栅探测仪中的至少一个。上述提供的三种探测仪主要为路侧端设备的安全设置，可以通过实时探测设备周围是否有异物介入，可以防止路侧端设备被盗，保障设备安全。

进一步地，所述数据采集装置还包括交通信号灯和路侧照明灯，所述交通信号灯和所述路侧照明灯均与所述数据处理装置电连接。为了保证路侧数据覆盖面更广，本发明考虑将道路上已有的交通信号灯和照明灯也接入本系统中，作为数据采集的一部分，从而更加准确全面的反应路况信息。

进一步地，所述气象传感器包括风向风速传感器、光照传感器、雨雪传感器和雾霾传感器中的一种或任几种。

进一步地，所述测速传感器包括激光雷达、超声波雷达和毫米波雷达中的一种或任几种。可以探测道路车辆位置、速度等信息。

进一步地，所述具备自动驾驶功能的车辆包括数据收发设备、整车控制器、车内传感器、车辆驱动控制装置、制动控制装置以及转向控制装置，所述数据收发设备与所述无线通信装置无线连接，所述整车控制器与所述数据收发设备电连接，所述车内传感器、车辆驱动控制装置、制动控制装置以及转向控制装置均与所述整车控制器电连接。

在本发明中，具备自动驾驶功能的车辆上提到的上述硬件均是车本身自带的硬件，通过接收到的路侧端设备采集的路况信息，配合车内自身的传感器采集到的数据，可以更加精准可靠的控制车辆前进、停止和转向。

进一步地，所述后台服务器包括：

接收模块，用于接收所述路侧端设备上报的实时路况信息；

处理模块，用于对接收到的实时路况信息进行分析处理；

预警模块，用于在分析到实时路况信息中存在异常路况数据时，向具备自动驾驶功能的车辆发送预警信号；

指挥模块，用于根据实时路况信息的分析结果生成交通指挥决策数据，指挥交通运行；

事故应急处理模块，用于在分析到实时路况信息中存在交通事故时，启动应急命令至相关交通管理中心的服务器；

道路收费模块，用于根据实时路况信息中的车辆数据生成费用数据至相应的道路收费站内服务器；以及

车辆引导模块，用于根据实时路况信息生成引导决策数据，并将引导决策数据发送至具备自动驾驶功能的车辆，引导车辆有序行驶。

同时，后台服务器也可以将数据信息通过无线通信发送至高等级自动驾驶车辆，实现高等级自动驾驶车辆的自动驾驶辅助功能，因此该系统也保留了未来更高级自动驾驶车辆应用的可拓展性。

另一方面，本发明还提供了一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同控制方法，该方法包括：

将道路划分为多个区域网格，并在每个区域网格或预设网格数量的区域内设置路侧端设备，通过路侧端设备采集网格内实时路况信息；

将采集到的实时路况信息广播至道路，并同时将实时路况信息上传至后台服务器；

具备自动驾驶功能的车辆接收实时路况信息，并与其自身配置的车内传感器采集的数据融合处理，生成车辆行驶决策数据，并实现该车辆自动驾驶；

后台服务器接收实时路况信息，根据接收到的实时路况信息进行道路监控预警、道路交通指挥、应急事故处理、道路收费以及车辆引导。

在本发明中，后台服务器也可将数据信息通过无线通信发送至高等级自动驾驶车辆，实现高等级自动驾驶车辆的自动驾驶辅助功能。

本发明提供的上述方法，通过合理布设路侧端设备，并将路侧端设备采集到的路况数据实时发送至路上行驶的智能车辆和后台服务器，可以在原有的低等级智能车辆的硬件基础上，实现更加高质量的自动驾驶目的，该方法不仅易于实现，投入成本也相对较低，更能满足自动驾驶技术的大范围推广需求。由于该路侧端设备也可以拓展为与道路后台云服务器通信，云服务器(即后台服务器)与更高等级自动驾驶车辆无线通信实现自动驾驶。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统的整体结构架构示意图；

图2附图为本发明实施例中数据采集装置的结构架构示意图；

图3附图为本发明实施例中具备自动驾驶功能的车辆实现车路协同功能所需的重要硬件结构架构示意图；

图4附图为本发明实施例中后台服务器的结构架构示意图；

图5附图为本发明提供的一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同控制方法的实现流程示意图；

图6附图为本发明实施例中车路协同控制方案的原理示意图；

图7附图为发明实施例中车路协同控制方案的控制原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

一方面，参见附图1，本发明实施例公开了一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统，该系统包括：路侧端设备1、具备自动驾驶功能的车辆2和后台服务器3，路侧端设备1分区域布设于车道两侧沿线，路侧端设备1与具备自动驾驶功能的车辆2无线连接，路侧端设备1和具备自动驾驶功能的车辆2还均与后台服务器3通信连接；

路侧端设备1包括数据采集装置11、数据处理装置12、无线通信装置14和供电电源13，数据采集装置11与数据处理装置12电连接，数据处理装置12与无线通信装置14电连接，无线通信装置14与具备自动驾驶功能的车辆2无线连接，无线通信装置14还与后台服务器3通信连接，供电电源13为信号采集装置11、数据处理装置12和无线通信装置14供电。

在一些实施例中，参见附图2，数据采集装置11包括气象传感器111、摄像头112和测速传感器113，气象传感器111、摄像头112和测速传感器113均与数据处理装置12连接。

在一些实施例中，参见附图2，数据采集装置11还包括防盗探测器114，防盗探测器114为红外线探测仪、微波探测仪以及光栅探测仪中的至少一个。

在一些实施例中，参见附图2，数据采集装置11还包括交通信号灯115和路侧照明灯116，交通信号灯115和路侧照明灯116均与数据处理装置12电连接。对于交通信号灯、交通指示装置、城市建筑物外廓等智慧城市组成元素，如具备V2X交互能力，也可以包括在本实施例中路侧端设备考虑范围之内。

在一个具体的实施例中，气象传感器111包括风向风速传感器、光照传感器、雨雪传感器和雾霾传感器中的一种或任几种。

在一个具体的实施例中，测速传感器113包括激光雷达、超声波雷达和毫米波雷达中的一种或任几种。

在本实施例中，所覆盖的道路(包含城市道路和高速公路)被划分为虚拟网格，每个路侧端设备覆盖其中一个或者几个特定网格并进行对应网格范围内的数据采集，数据采集装置所采集车辆速度、车辆位置、气象条件等信号经数据处理装置处理后，再通过无线通信装置广播至道路，供车辆使用；数据采集装置也可以包括交通信号灯、照明设备等；路侧端设备包括能量自供应装置或外部能量供给装置，也就是供电电源，供电电源采用太阳能、风能、外部供电设备均可，并自带可存储电池。

本实施例公开的车路协同系统也是智慧交通/智慧城市的重要基础设施，随着系统智能化水平具备升级能力。后期随着信号需求提高，路侧端设备也可扩展至埋设传感器于道路路面下，进一步细化网格化道路信息的准确性，实现道路网格化数字精确引导和信号采集。

具体地，参见附图3，具备自动驾驶功能的车辆2包括数据收发设备21、整车控制器22、车内传感器23、车辆驱动控制装置24、制动控制装置25以及转向控制装置26，数据收发设备21与无线通信装置14无线连接，整车控制器22与数据收发设备21电连接，车内传感器23、车辆驱动控制装置24、制动控制装置25以及转向控制装置26均与整车控制器22电连接。

在本实施例中，具备自动驾驶功能的车辆需具有L2/L3级别自动驾驶功能，并具备接收路端广播信号和发送车辆信息到路端设备能力，也具备与外部交互的V2X能力。当车端TBox接收到来自道路两侧路端设备发送实时路况信息后，将信号发送至整车控制器VCU(Vehicle Control Unit)，VCU将接收到信号与自有的车内传感器信号融合，完成自动驾驶决策，并通过指令发送到车辆驱动控制装置ECU(Electronic Control Unit)、制动控制装置ECU和转向控制装置ECU，完成车辆的加速、制动、转向操作，实现车辆在此路段的自动驾驶功能。当出现异常情况时，车辆自带L2/L3功能可实现车辆的减速、停车、避障等功能。同时车辆也具备行驶过程中将自身车辆信息发送至路侧端设备的功能。

在一个具体的实施例中，路侧端设备的无线通信装置可以采用基于RFID或LoRa技术实现数据无线传输的设备，例如，可以使用型号为USR-LG206-L-C无线数据传输设备。数据处理装置可以通过多核异构SOC+MCU采用平台方案的处理设备实现，比如可以使用型号为TC275的处理器。且路侧端设备可以安装在车道两侧护栏位置，并交错排布。

具体地，参见附图4，后台服务器3包括：

接收模块31，用于接收路侧端设备1上报的实时路况信息；

处理模块32，用于对接收到的实时路况信息进行分析处理；

预警模块33，用于在分析到实时路况信息中存在异常路况数据时，向具备自动驾驶功能的车辆发送预警信号；

指挥模块34，用于根据实时路况信息的分析结果生成交通指挥决策数据，指挥交通运行；

事故应急处理模块35，用于在分析到实时路况信息中存在交通事故时，启动应急命令至相关交通管理中心的服务器；

道路收费模块36，用于根据实时路况信息中的车辆数据生成费用数据至相应的道路收费站内服务器；以及

车辆引导模块37，用于根据实时路况信息生成引导决策数据，并将引导决策数据发送至具备自动驾驶功能的车辆2，引导车辆有序行驶。

在本实施例中，路侧端设备所采集的信号除了用于道路实时广播之外，还通过支持光纤或4G/5G及以上无线信号传输的无线通信装置，将信息实时传送至后台服务器或云端大数据系统。路侧端设备短期可以仅具备实时采集和广播功能，同时也具备远期与光纤或4G/5G及以上无线信号传输系统联结的扩展能力。

后台服务器接收到的路况信息经过人工智能处理后，可用于实时道路监控、道路交通指示和指挥、事故应急处理及道路收费系统。同时具备实时监控所有路端运行车辆的能力。也可以通过云系统大数据和AI人工智能算法完成运算，通过5G或以上无线信号直接发送指令到车辆，指挥自动驾驶车辆的运行。此系统将会成为智慧交通的基础平台，并实现多种可能的扩展应用。

另一方面，参见附图5，本发明实施例还公开了一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同控制方法，该方法包括：

S1：将道路划分为多个区域网格，并在每个区域网格或预设网格数量的区域内设置路侧端设备，通过路侧端设备采集网格内的实时路况信息；

S2：将采集到的实时路况信息广播至道路，并同时将实时路况信息上传至后台服务器(即云端服务器)；

S3：具备自动驾驶功能的车辆接收实时路况信息，并与其自身配置的车内传感器采集的数据融合处理，生成车辆行驶决策数据；

S4：后台服务器接收实时路况信息，根据接收到的实时路况信息进行道路监控预警、道路交通指挥、应急事故处理、道路收费以及车辆引导。

参见附图6，本发明实施例所描述的车路协同控制方法，在道路两侧布设路侧端设备，对所划分路段实时道路交通信息进行采集，所采集信号经数据处理装置处理后通过无线通信装置广播至道路，供车辆使用；此路侧端设备也支持道路采集信号数据通过光纤、4G/5G等无线信号传输装置传输至后台服务器；具备L2/L3级自动驾驶功能车辆需具备接收路侧端设备广播信号和发送自身信号到路端设备的能力；该车辆亦具备与其他车辆或设备进行V2X信号交互的能力。通过独立开发车端与路端专用信号交互频段、软硬件系统，分别安装于车辆和道路两侧，实现路侧端设备与车端设备信号的握手与无缝联结。

本实施例公开的车路协同控制系统以及控制方法实现车路协同控制的原理如附图7所示。

综上所述，本发明可以使道路智能化，进而实现仅基于当前及未来量产的L2/L3等级智能车辆，在车辆成本不大幅度增长情况下提前实现自动驾驶功能，不必等到L5级别昂贵自动驾驶车辆的出现，人类才能进入自动驾驶时代。同时，L2/L3级别自动驾驶技术和产品我国具备一定基础，L4/L5级别的技术和产品都在研发阶段，基本被国际巨头垄断，因此，使用L2/L3级别车辆进入自动驾驶时代对于我国摆脱对国外技术依赖也具有非常重大的现实意义。同时，道路建设和5G技术发展是我国强项，由于在技术难度和成本大幅增加的L4/L5车辆未成熟前，仍需要很长时间才能实现自动驾驶车辆的规模化使用，本发明也以同步实现道路和城市智慧化管理的目标，让人类社会提前进入自动驾驶时代。

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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。

Claims (9)

1.一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统，其特征在于，包括：路侧端设备(1)、具备自动驾驶功能的车辆(2)和后台服务器(3)，所述路侧端设备(1)分区域间隔布设于车道两侧沿线，所述路侧端设备(1)与所述具备自动驾驶功能的车辆(2)无线连接，所述路侧端设备(1)和所述具备自动驾驶功能的车辆(2)还均与所述后台服务器(3)通信连接；

所述路侧端设备(1)包括数据采集装置(11)、数据处理装置(12)、无线通信装置(14)和供电电源(13)，所述数据采集装置(11)与所述数据处理装置(12)电连接，所述数据处理装置(12)与所述无线通信装置(14)电连接，所述无线通信装置(14)与所述具备自动驾驶功能的车辆(2)无线连接，所述无线通信装置(14)还与所述后台服务器(3)通信连接，所述供电电源(13)为所述信号采集装置(11)、数据处理装置(12)和无线通信装置(14)供电。

2.根据权利要求1所述的一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统，其特征在于，所述数据采集装置(11)包括气象传感器(111)、摄像头(112)和测速传感器(113)，所述气象传感器(111)、摄像头(112)和测速传感器(113)均与所述数据处理装置(12)连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统，其特征在于，所述数据采集装置(11)还包括防盗探测器(114)，所述防盗探测器(114)为红外线探测仪、微波探测仪以及光栅探测仪中的至少一个。

4.根据权利要求2所述的一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统，其特征在于，所述数据采集装置(11)还包括交通信号灯(115)和路侧照明灯(116)，所述交通信号灯(115)和所述路侧照明灯(116)均与所述数据处理装置(12)电连接。

5.根据权利要求2所述的一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统，其特征在于，所述气象传感器(111)包括风向风速传感器、光照传感器、雨雪传感器和雾霾传感器中的一种或任几种。

6.根据权利要求2所述的一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统，其特征在于，所述测速传感器(113)包括激光雷达、超声波雷达和毫米波雷达中的一种或任几种。

7.根据权利要求1所述的一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统，其特征在于，所述具备自动驾驶功能的车辆(2)包括数据收发设备(21)、整车控制器(22)、车内传感器(23)、车辆驱动控制装置(24)、制动控制装置(25)以及转向控制装置(26)，所述数据收发设备(21)与所述无线通信装置(14)无线连接，所述整车控制器(22)与所述数据收发设备(21)电连接，所述车内传感器(23)、车辆驱动控制装置(24)、制动控制装置(25)以及转向控制装置(26)均与所述整车控制器(22)电连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同系统，其特征在于，所述后台服务器(3)包括：

接收模块(31)，用于接收所述路侧端设备(1)上报的实时路况信息；

处理模块(32)，用于对接收到的实时路况信息进行分析处理；

预警模块(33)，用于在分析到实时路况信息中存在异常路况数据时，向具备自动驾驶功能的车辆发送预警信号；

指挥模块(34)，用于根据实时路况信息的分析结果生成交通指挥决策数据，指挥交通运行；

事故应急处理模块(35)，用于在分析到实时路况信息中存在交通事故时，启动应急命令至相关交通管理中心的服务器；

道路收费模块(36)，用于根据实时路况信息中的车辆数据生成费用数据至相应的道路收费站内服务器；以及

车辆引导模块(37)，用于根据实时路况信息生成引导决策数据，并将引导决策数据发送至具备自动驾驶功能的车辆(2)，引导车辆有序行驶。

9.一种用于智能车辆自动驾驶的车路协同控制方法，其特征在于，包括：

将道路划分为多个区域网格，并在每个区域网格或预设网格数量的区域内设置路侧端设备，通过路侧端设备采集网格内实时路况信息；

将采集到的实时路况信息广播至道路，并同时将实时路况信息上传至后台服务器；

具备自动驾驶功能的车辆接收实时路况信息，并与其自身配置的车内传感器采集的数据融合处理，生成车辆行驶决策数据；

后台服务器接收实时路况信息，根据接收到的实时路况信息进行道路监控预警、道路交通指挥、应急事故处理、道路收费以及车辆引导。

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