CN112349110A - 双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统及方法，自动驾驶专用道(AL车道)在内侧，则通过路侧单元RSU与自动驾驶车辆OBU车载单元进行交互，车路协同驾驶系统技术控制中心TOC根据预设的开启潮汐车道闸门条件，对其进行开关控制，打开或者关闭潮汐车道，自动驾驶专用道在非内侧，则通过路侧单元RSU与自动驾驶车辆OBU车载单元进行交互，车路协同驾驶系统技术控制中心TOC进行决策和控制，通过判断是否满足汇入或离开，控制自动车辆的汇入和离开。其次，当自动驾驶车辆驶至自动驾驶专用道时，控制车辆驶入，调整车速以保证其在不同的行驶场景下实现超车。该方法实现自动驾驶车辆在不同行驶场景下的进出口匝道的设计和超车方法，能够保障自动驾驶专用道系统中的自动驾驶汽车高效、安全运行。

Description

双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统 及方法

技术领域

本发明属于自动驾驶技术，具体涉及一种双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统及方法。

背景技术

车路协同自动驾驶的发展对于提升交通运输效率、增强交通出行安全、缓解交通拥堵、减少空气污染、提高驾驶和乘坐的舒适性等具有十分重要的意义。虽然世界各国对自动驾驶的研究已经非常成熟，但是目前自动驾驶允许驾驶的场地仍然有局限性，有的国家已经允许自动驾驶车辆在公共道路上进行测试，但是在公共道路上行驶既增大了测试的负担，又会对其他车辆造成一定的影响，同时会引发一系列的安全问题。自动驾驶已经是必然趋势，在未来一定会大量的投入使用，应用到实践中，以解决各种交通问题。如果自动驾驶车辆和普通车辆同时在共用道路上行驶必然是不合理的，这会使得自动驾驶的发展进展缓慢，因此有必要设计出自动驾驶专用车道来解决这个问题。但是基于现在的道路交通现状，不可能将现有的道路全部改建为自动驾驶专用道，因此自动驾驶专用道和普通车道共存是自动驾驶必经的一段路程。基于这样的背景，自动驾驶专用道汇入汇出超车系统及方法是十分必要的。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统及方法。

技术方案：本发明的一种双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统，包括道路类型模块、车辆类型模块和汇入行驶离开模块，所述车辆类型模块普通车辆和自动车辆，所述道路类型包括普通车道和自动驾驶专用道，且主路和匝道上均设有普通车道和自动驾驶专用道，普通车道用普通车辆和手动驾驶模式的自动车辆行驶，自动驾驶专用道用于自动驾驶模式的自动车辆行驶，且自动驾驶专用道上设有路侧单元RSU，自动车辆上设有OBU车载单元；

汇入行驶离开模块包括自动驾驶专用道位于主路车道内侧及自动驾驶专用道位于主路车道非内侧两种情况：若自动驾驶专用道位于内侧且双向车道大于4条时，则实施潮汐车道控制，通过RSU对自动车辆的位置和速度信息进行判断，如果满足开启潮汐车道条件，技术控制中心TOC控制启用潮汐车道，如果不满足开启潮汐车道条件，技术控制中心TOC控制关闭潮汐车道；若自动驾驶专用道位于内侧且双向车道等于4条时，则通过对铺设于自动驾驶专用道与普通车道分界处的动态地标信号线进行车道的准行指示，通过RSU对不同路段区间的车辆信息进行感知规划，以动态调整指示信号线的显示形态,从而实现对多类型车辆的行驶管控；若自动驾驶专用道位于非内侧，则进行不同形式的超车模式控制，包括普通车道的超车控制和自动驾驶专用道的超车控制。

进一步的，还包括道路场景模块和超车模式模块；所述道路场景模块包括上坡匝道、下坡匝道、主路车道、潮汐车道和扩展汇入/汇出车道；所述超车模式模块中包括：借道超车、应急车道超车、2+1车道超车和普通车道扩展车道超车，所述2+1车道即超车专用道；所述汇入行驶离开模块包括：自动驾驶专用道从左侧上坡匝道或扩展汇入车道实现内侧汇入，然后从右侧下坡匝道或扩展汇出车道实现内侧离开：自动驾驶专用道从右侧上坡匝道或扩展汇入车道实现外侧汇入，然后从左侧下坡匝道扩展汇出车道实现外侧离开；普通车道从左侧上坡匝道内侧汇入(在双向4车道路段,汇入路口侧同时设有信号灯以保障主路行驶安全)，然后从右侧下坡匝道内侧离开；普通车道从右侧上坡匝道外侧汇入，然后从左侧下坡匝道外侧离开；内侧自动潮汐车道根据系统对于不同方向的交通流预测结果，分时段向不同方向开放。

进一步的，所述自动驾驶专用道汇入潮汐车道的启用方法为：路侧单元RSU和车载单元OBU感知当前车辆速度，以及当前道路的坡度和转弯，并给该自动车辆计算对应的加速度，然后将所得信息传递给车路协同驾驶系统技术控制中心TOC；技术控制中心TOC进行决策和控制，进而判断是否满足汇入要求，如果满足开启潮汐车道的条件，打开潮汐车道；如不满足潮汐车道开启条件，潮汐车道关闭，则此时原潮汐车道只作借道超车通道。

进一步的，所述自动驾驶专用道汇出离开时的方法为：自动驾驶专用道的自动车辆发出离开自动驾驶专用道的请求，路侧单元RSU感知普通车道上车辆速度、道路的坡度和道路转弯信息，并给该车辆计算对应的加速度，然后传递给车载单元OBU和车路协同驾驶系统技术控制中心TOC，技术控制中心TOC进行决策和控制，判断是否满足离开要求，此时分成两种情况：一种是汇出口在超车道或扩展汇出车道路段时，则直接汇出离开；另外一种是汇出口在非潮汐车道上，需要计算并入间隙，如满足要求则并到汇出匝道离开。

本发明还公开一种双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统的方法，依次包括步骤如下：

(1)、自动驾驶模式下的自动车辆在车路协同技术的支持下，实时获取范围内关联车辆的位置和速度信息并做出实时预测，完成手动模式与自动模式的互相切换，关联车辆的位置和速度信息的获取通过车路协同技术中的路侧单元RSU获得，路侧单元RSU与自动驾驶车辆进行双向通讯，路侧单元RSU发出汇入和离开信号与自动驾驶车辆OBU车载单元进行交互，车路协同驾驶系统技术控制中心TOC进行决策和控制，判断是否满足汇入或离开要求；上述关联车辆包括自动车辆和普通车辆；

(2)、车路协同驾驶系统技术控制中心TOC根据预设的开启潮汐车道闸门条件，对其进行开关控制，打开或者关闭潮汐车道，即：通过路侧单元RSU对自动驾驶车辆的位置和速度信息进行判断，如果满足开启潮汐车道条件，TOC控制启用潮汐车道启用；如果不满足开启潮汐车道条件，TOC控制自动门关闭潮汐车道；同理,动态地标信号线也由TOC根据路段车辆的动态信息进行直接部署,实现过程同潮汐车道的控制；

(3)、通过路侧单元RSU对自动驾驶车辆的位置和速度信息进行判断，若即将汇入或离开主路的自动驾驶车辆满足汇入或离开的安全距离要求，路侧单元RSU发出汇入或离开信号，自动驾驶车辆完成进口匝道的汇入或出口匝道的离开；通过路侧单元RSU对自动驾驶车辆的位置和速度信息进行判断，若即将汇入或离开主路的自动驾驶车辆不满足汇入或离开的安全距离要求，路侧单元RSU向主路或普通车道上的车辆发出信号，以调整自动驾驶车辆汇入或离开主路的安全距离，待满足安全距离之后，路侧单元RSU发出汇入或离开信号，自动驾驶车辆完成汇入或离开主路。

(4)、通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若在自动模式车辆的前方存在扩展超车专用道时，路侧单元RSU控制车辆车速并使其保持安全距离，待自动驾驶车辆驶至扩展超车专用道时，路侧单元RSU控制车辆驶入，调整车速以保证其在扩展超车专用道实现超车，并在达到可换道安全距离后，路侧单元RSU控制车辆返回原行驶车道，完成超车过程；

通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若在自动模式车辆的前方不存在扩展超车专用道时，路侧单元RSU控制车辆的车速直至达到可安全换道条件后，开始向超车位置或应急车道行驶，调整车速，在超车位置或应急车道实现超车，并在达到安全换道的距离后，路侧单元RSU控制车辆返回原行驶车道，完成超车过程；

通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若普通车道上行驶的手动驾驶车辆在超车且前方存在扩展超车专用道或应急车道时，控制车速并保持安全距离，待驶至扩展超车专用道或应急车道时，控制车辆驶入，调整车速以保证其在扩展超车专用道或应急车道实现超车，并在达到可换道安全距离后，返回原行驶车道，完成超车过程；

通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若普通车道上行驶的手动驾驶车辆出现超车需求且临侧自动驾驶专用道准行的情况下(仅限双向4车道路段)，由驾驶人员控制车速并保持安全距离，在不影响自动模式车辆正常行驶的情况下，控制车辆驶入相邻自动驾驶专用道，调整车速以保证其在自动驾驶专用道上实现超车，并在达到可换道安全距离后，及时返回原行驶车道，不得长期占用自动驾驶车道，完成超车过程；

通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若普通车道上行驶的手动驾驶车辆出现超车需求且自动驾驶专用道禁行的情况下(仅限双向4车道路段)，在普通车道临侧存在应急车道时，由驾驶人员控制车速并保持安全距离，在不影响应急车道上特殊车辆安全行驶的情况下，控制车辆驶入相邻应急车道，调整车速以保证其在应急车道上实现超车，并在达到可换道安全距离后，及时返回原行驶车道，不得长期占用应急车道，完成超车过程。进一步的，所述步骤(1)中，所述手动模式与自动模式的互相切换通过启动自动驾驶车辆上设有的手动模式转为自动模式按钮和自动模式转换为手动模式按钮来实现；所述自动驾驶车辆是指在专用车道上行驶的自动驾驶模式下的自动车辆；所述路侧单元RSU包括路侧检测、路侧定位和路侧控制系统，RSU对车辆速度，以及道路的坡度、转弯信息进行预测，并给车辆计算合理的加速度，然后传递给车载单元OBU和车路协同驾驶系统技术控制中心TOC，由技术控制中心TOC进行决策和控制，判断是否满足汇入或离开要求。

进一步的，所述的车辆汇入或离开匝道时，通过技术控制中心TOC控制软隔离的位置打开或关闭软隔离；所述软隔离包括伸缩隔离栏、驱动器和控制系统，伸缩隔离栏的底部安装多组滚轮，使伸缩活动隔离栏打开或关闭；驱动器采用电机驱动以及蜗杆蜗轮减速；控制系统接收TOC发出的指令，并控制驱动器的启停运作，伸缩活动隔离栏的打开和关闭决策由TOC通过模型算法得到。

进一步的,所述自动驾驶专用道动态地标信号线是通过不同长短的动态线段组合来显示当前自动驾驶专用道的准行状态,动态地标信号线为智能电子设备,可由系统控制实现显示形态,形态类型包括连续长实线,短实线,多长度线段的组合显示等：

(a)地标指示信号线为两短一长线段组合时，表明当前自动驾驶专用道准行普通车(仅限安全驾驶环境下的借道超车),

(b)为长短相同的等间距线段组合时，表示当前自动驾驶专用道为潮汐车道区间，可按照普通车道行驶，

(c)长实线则表示当前自动驾驶专用道禁行普通车。

有益效果：本发明通过合理的管理自动驾驶车辆进出自动驾驶专用道，确保自动驾驶专用车道的运营安全，进一步提升自动驾驶专用车道的运营效率。

附图说明

图1为本发明的系统构成图；

图2为本发明中超车方法示意图；

图3为本发明中自动驾驶专用道汇入下潮汐车道启用情况示意图；

图4为本发明中自动驾驶专用道汇出离开系统示意图；

图5为本发明中超车系统示意图；

图6为实施例中双向八车道，其中四条内侧AL车道(一条潮汐车道)，自动驾驶车辆内侧上坡匝道左侧汇入+普通车辆外侧上坡匝道右侧汇入组合示意图；

图7为实施例中双向八车道，其中四条内侧AL车道(一条潮汐车道)，中间段示意图；

图8为实施例中双向八车道，其中四条内侧AL车道(一条潮汐车道)，自动驾驶车辆内侧下坡匝道右侧汇出+普通车辆外侧下坡匝道右侧汇出组合示意图；

图9为实施例中双向七车道，其中三条内侧AL车道(一条潮汐车道)，自动驾驶车辆内侧上坡匝道左侧汇入+普通车辆外侧上坡匝道左侧汇入+普通车道扩展车道超车(外侧)组合示意图；

图10为实施例中双向其七车道，其中三条内侧AL车道(一条潮汐车道)，自动驾驶车辆借道超车+普通车辆外侧拓展车道超车组合示意图；

图11为实施例中双向七车道，其中三条内侧AL车道(一条潮汐车道)，自动驾驶车辆内侧下坡匝道右侧汇出+普通车辆外侧下坡匝道右测汇出组合示意图；

图12为实施例中AL车道位于第三车道，自动驾驶车辆外侧上坡匝道右侧汇入+普通车辆内侧上坡匝道右侧汇入+普通车道扩展车道超车(外侧)组合示意图；

图13为实施例中双向六车道，其中两条内侧AL车道，自动驾驶车辆外侧上坡匝道左侧汇入+普通车辆内侧上坡匝道左侧汇入+普通车道扩展车道超车(外侧)组合示意图；

图14为实施例中双向八车道，其中四条内侧AL车道，自动驾驶车辆外侧下坡匝道右侧汇出+普通车辆内侧下坡匝道右侧汇出+普通车道扩展车道超车(外侧)组合示意图；

图15为实施例中双向六车道(八车道、十车道)高速公路自动驾驶专用道相连的隧道进出口示意图；

图16为实施例中双向四车道,其中AL车道位于第2、3车道且具有扩展汇入/汇出车道场景下的车辆汇入(左侧)/汇出(右侧)及路段超车的混合场景示意图；

图17为实施例中双向四车道,其中AL车道位于第1、4车道且具有扩展汇入/汇出车道场景下的车辆汇入(左侧)/汇出(右侧)及路段超车的混合场景示意图；

图18为实施例中双向四车道,其中AL车道位于4车道扩展至5车道后的第2、3、4车道且不具备扩展汇入/汇出车道场景下，多模式车辆的混合超车场景示意图；

图19为实施例中双向四车道,其中双向4车道场具有潮汐车道功能场景下的多模式车辆混合超车场景示意图；

图20为实施例中双向四车道,其中AL车道位于第2、3车道且不具有扩展汇入/汇出车道场景下的车辆汇入(左侧)/汇出(右侧)场景示意图；

图21为实施例中双向四车道,其中AL车道位于第1、4车道且不具有扩展汇入/汇出车道场景下的车辆汇入(左侧)/汇出(右侧)场景示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1所示，本发明的一种双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统包括：(1)道路场景模块包括上坡匝道、下坡匝道、主路车道和潮汐车道；(2)道路类型模块包括普通车道和自动驾驶专用道(含RSU)；(3)车辆类型模块包括普通车辆和自动车辆(含OBU)；(4)汇入行驶离开模块：自动驾驶专用道从左侧(或右侧)上坡匝道内侧(或外侧)汇入，然后从右侧(或左侧)下坡匝道内侧(或外侧)离开；普通车道从左侧(或右侧)上坡匝道内侧(或外侧)汇入，然后从右侧(或左侧)下坡匝道内侧(或外侧)离开；内侧自动潮汐车道根据系统对于不同方向的交通流预测结果，分时段向不同方向开放；(5)超车模式模块中包括：借道超车、应急车道超车、2+1车道超车和普通车道扩展车道超车。

如图2所示，本发明主要涉及自动驾驶专用道位于主路车道内侧及自动驾驶专用道位于主路车道非内侧两种形式。对于自动驾驶专用道在内侧的则实施潮汐车道控制，通过路侧单元RSU对自动驾驶车辆的位置和速度信息进行判断，如果满足开启潮汐车道条件，TOC控制自动门打开潮汐车道(或者潮汐车道启用)；如果不满足开启潮汐车道条件，TOC控制自动门关闭潮汐车道(或者潮汐车道关闭)；对于自动驾驶专用道位于非内侧的，则进行不同形式的超车控制。

如图3所示，当需要高速公路自动驾驶专用道汇入下潮汐车道时，路侧单元RSU和车载单元OBU感知车辆速度，以及道路的坡度、转弯等信息，并给车辆计算合理的加速度，然后传递给车路协同驾驶系统技术控制中心TOC。技术控制中心TOC进行决策和控制，判断是否满足汇入要求，如果满足开启潮汐车道的条件，打开潮汐车道；如不满足潮汐车道开启条件，潮汐车道关闭，此时潮汐车道可作为借道超车通道。

如图4所示，当需要高速公路自动驾驶专用道汇出离开时，自动驾驶专用道的自动车辆发出离开自动驾驶专用道的请求，路侧单元RSU感知普通车道车辆速度，以及道路的坡度、转弯等信息，并给车辆计算合理的加速度，然后传递给车载单元OBU和车路协同驾驶系统技术控制中心TOC。技术控制中心TOC进行决策和控制，判断是否满足离开要求。此时分成两种情况，一种是汇出口在超车道上，直接汇出离开；另外一种是汇出口在非潮汐车道上，需要计算并入间隙并到汇出匝道离开。

如图5所示，本实施例中双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统的方法为：

步骤一：自动驾驶车辆在车路协同技术的支持下，实时获取范围内关联车辆的位置和速度信息并做出实时预测，手动驾驶车辆中的驾驶员根据当前驾驶环境，做出是否需要进行超车选择；

步骤二：通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若在自动模式车辆的前方存在扩展超车专用道时，路侧单元RSU控制车辆车速并使其保持安全距离，待自动驾驶车辆驶至扩展超车专用道时，路侧单元RSU控制车辆驶入，调整车速以保证其在扩展超车专用道实现超车，并在达到可换道安全距离后，路侧单元RSU控制车辆返回原行驶车道，完成超车过程；

通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若在自动模式车辆的前方不存在扩展超车专用道时，路侧单元RSU控制车辆的车速直至达到可安全换道条件后，开始向超车位置或应急车道行驶，调整车速，在超车位置或应急车道实现超车，并在达到安全换道的距离后，路侧单元RSU控制车辆返回原行驶车道，完成超车过程；

通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若普通车道上行驶的手动驾驶车辆在超车且前方存在扩展超车专用道或应急车道时，控制车速并保持安全距离，待驶至扩展超车专用道或应急车道时，控制车辆驶入，调整车速以保证其在扩展超车专用道或应急车道实现超车，并在达到可换道安全距离后，返回原行驶车道，完成超车过程。

实施例

图6所示为双向八车道，其中四条内侧AL车道(一条潮汐车道)，自动驾驶车辆内侧上坡匝道左侧汇入+普通车辆外侧上坡匝道右侧汇入组合示意图。此场景针对普通车道双向4车道和自动驾驶专用道4车道(1条潮汐车道)的情况。RSU根据主路上的汇入间隙，允许自动驾驶车辆601从内侧上坡匝道到自动驾驶车辆602位置，汇入主路L1；普通车辆603经过上坡匝道到普通车辆604位置根据路况汇入L4普通车道后，继续行驶。L3车道上的普通车辆605通过借道超车超过普通货车606后继续行驶。CX车道为一条潮汐车道，根据系统对于不同方向的交通流预测结果，分时段向不同方向开放。

图7为双向八车道，其中四条内侧AL车道(一条潮汐车道)，中间段示意图。此场景为连接图6和图8的中间行驶路段，车辆可根据自身需求和系统控制进行借道超车。

图8为双向八车道，其中四条内侧AL车道(一条潮汐车道)，自动驾驶车辆内侧下坡匝道右侧汇出+普通车辆外侧下坡匝道右侧汇出组合示意图；此场景针对普通车道双向4车道和自动驾驶专用道4车道(1条潮汐车道)的情况。RSU根据主路上的车辆间隙，允许自动驾驶车辆的801，通过自动车驾驶车辆802所在的下坡匝道驶离主路。在车辆间隙允许的情况下，普通车辆803经过普通车辆804所在的下坡匝道驶离主路。L3车道上的普通车辆805通过借道超车超过普通货车806后继续行驶。CX车道为一条潮汐车道，根据系统对于不同方向的交通流预测结果，分时段向不同方向开放。

图9为双向七车道，其中三条内侧AL车道(一条潮汐车道)，自动驾驶车辆内侧上坡匝道左侧汇入+普通车辆外侧上坡匝道左侧汇入+普通车道扩展车道超车(外侧)组合示意图；此场景针对普通车道双向七车道和三条自动驾驶专用道(一条潮汐车道)的情况。RSU根据主路上的车辆间隙，允许自动驾驶车辆901，通过自动驾驶车辆902所在的下坡匝道道驶入主路，系统根据CX车道方向控制打开或关闭闸门903，如果CX车道方向为L向R，则自动驾驶车辆902可以沿着CX车道继续行驶，否则需驶入L1车道。在车辆间隙允许的情况下，普通车辆906经过普通车辆907所在的上坡匝道驶入主路。L3车道上的普通车辆904通过拓展车道超车超过普通货车905后继续行驶。

图10为双向七车道，其中三条内侧AL车道(一条潮汐车道)，自动驾驶车辆借道超车+普通车辆外侧拓展车道超车组合示意图；此场景为连接图9和图11的中间行驶路段。R1车道上的自动驾驶车辆1001为正常行驶车辆，行驶到自动驾驶车辆1002位置后通过CX车道借道超车超过自动驾驶车辆1003后继续行驶。L3车道上的普通车辆1004通过拓展车道超车超过普通货车1005后继续行驶。

图11为双向七车道，其中三条内侧AL车道(一条潮汐车道)，自动驾驶车辆内侧下坡匝道右侧汇出+普通车辆外侧下坡匝道右侧汇出组合示意图；此场景针对普通车道双向七车道和三条自动驾驶专用道(一条潮汐车道)的情况。RSU根据主路上的车辆间隙，允许自动驾驶车辆的1101，通过自动驾驶车辆1102，自动驾驶车辆1103所在的下坡匝道驶出主路，如果CX车道方向为L到R，则系统控制打开闸门1107，自动驾驶车辆1108可以通过自动驾驶车辆1102所在下坡匝道驶出主路。R1车道上的自动驾驶车辆1104为正常行驶车辆。L3车道上的普通车辆1105通过拓展车道超车超过普通货车1106后继续行驶，在车辆间隙允许的情况下，普通车辆1109经过普通车辆1110所在的下坡匝道驶离主路。

图12所示为AL车道位于第三车道，自动驾驶车辆外侧上坡匝道右侧汇入+普通车辆内侧上坡匝道右侧汇入+普通车道扩展车道超车(外侧)组合示意图。此场景针对于自动驾驶专用道和普通车道混合环境的双向六车道。自动驾驶车辆的1201经过主路下方的匝道上坡到自动驾驶车辆1202位置，RSU根据主路上的汇入间隙指引自动驾驶车辆1202汇入到自动驾驶专用道R3后，自动驾驶车辆1203继续行驶。自动驾驶车辆1204和1205为自动驾驶专用道L3上行驶的自动驾驶车辆。普通车辆1206经过主路下方的匝道汇入主路车道，普通车辆1207继续行驶。车道L1的普通车辆1208，通过拓展车道超车超过普通货车1209后继续行驶。

图13为双向六车道，其中两条内侧AL车道，自动驾驶车辆外侧上坡匝道左侧汇入+普通车辆内侧上坡匝道左侧汇入+普通车道扩展车道超车(外侧)组合示意图。此场景针对于自动驾驶专用道和普通车道混合环境的双向六车道。自动驾驶车辆的1301经过主路下方的匝道上坡到自动驾驶车辆1302的位置，自动驾驶车辆1303根据对自动驾驶车辆1304运行速度的判断实现超车后继续行驶；普通车辆1305经过主路下方的匝道上坡到普通车辆1306的位置，并根据车辆间隙汇入到普通车辆1314的位置；普通车辆1307通过拓展车道超过普通车辆1308后，沿着L1车道继续行驶；普通车辆1309通过拓展车道超过普通车辆1310后，沿着R1车道继续行驶；自动驾驶车辆1311沿着自动驾驶车道R2继续行驶，普通车辆1312和普通车辆1313沿着普通车道R3和L1继续行驶。

图14为双向八车道，其中四条内侧AL车道，自动驾驶车辆外侧下坡匝道右侧汇出+普通车辆内侧下坡匝道右侧汇出+普通车道扩展车道超车(外侧)组合示意图。此场景针对于自动驾驶专用道和普通车道混合环境的双向八车道。自动驾驶车辆1402通过主路下方的匝道汇出主路车道，下坡到自动车辆1401的位置；普通车辆1413通过匝道汇出主路，下坡到自动车辆1414的位置；普通车辆1411通过拓展车道超过普通车辆1412后，沿着L4车道继续行驶，普通车辆1406通过拓展车道超过普通车辆1407后，沿着R4车道继续行驶；自动驾驶车辆1403、1404和1405沿着自动驾驶车道L3、R2和R3继续行驶；普通车辆1408、1409和1410则沿着普通车道R4、R1和L1继续行驶；

图15所示为与双向六车道(八车道、十车道)高速公路自动驾驶专用道相连的隧道进出口示意图，从L1行驶过来的自动车辆1501经过内侧下坡匝道到自动车辆1502位置进入隧道，可分两条路径，一条为自动车辆1503所进入的匝道支路，另外一条为自动车辆1504通过隧道到出口内侧上坡回到L1；自动车辆1505从上坡匝道驶入主路L1，从L3行驶过来的普通车辆1506经过外侧下坡匝道到进入隧道，可分两条路径，一条为普通车辆1507所进入的匝道支路，另外一条为普通车辆1508通过隧道到出口外侧上坡回到L3。

图16为双向车道内侧无硬隔离设施或障碍，可实现逆向借道时，AL车道设计位于第2、3车道，且车道具有扩展汇入/汇出车道场景下的车辆汇入(左侧)/汇出(右侧)及路段超车的混合场景示意图。其中，自动驾驶车辆401通过扩展汇入车道实现主路的左侧汇入(路侧向的下坡飞入)，汇入步骤为：1)车辆401在出现汇入请求后，由TOC进行决策规划，在满足可汇入条件后，首先通过扩展汇入车道进入并线缓冲区位置402，然后在满足可安全换道条件后向目标车道403进行并线，完成车辆汇入；自动驾驶车辆404通过扩展汇出车道实现主路的右侧离开(路侧向的上坡飞出)，汇出步骤为：1)车辆404在出现道路离开请求后，由TOC进行决策规划，在满足可离开条件后，首先通过扩展汇入车道进入并线缓冲区位置405，然后保持常规行驶从406离开主路，完成车辆驶出；普通车辆411和412则可采用常规汇入汇出行驶规则，其中，因扩建的汇入汇出扩展车道(402和405位置)会占用临侧常规车道，因此在改道路区间的临侧普通车道将与其同侧的应急车道进行合并，已保证车道行驶安全。

在图16所示典型车道场景中，若自动车辆407中出现超车请求，则由TOC进行决策规划，在满足可借道超车的条件下，首先控制自动车辆407向相邻的逆向自动驾驶专用道408位置进行借道行驶，待完成超车且满足安全换道距离后，由系统控制返回原行驶车道409，完成借道超车。针对普通车辆而言，首先由TOC根据当前路段的行驶状态进行自动驾驶专用道的地标线切换，当当前行驶路段的地表线为长短线段组成的虚线时，表明普通车辆可借相邻的自动驾驶专用道完成借道超车；当为连续实线时，则表明不允许借道，此时普通车辆可在存在应急车道的情况下，借应急车道完成超车，普通车在多场景下的具体超车流程为：1)当普通车辆413在行驶中出现超车需求后，若相邻自动驾驶专用道准行，则由驾驶员操控，在不影响道路行驶安全的情况下，向相邻的自动驾驶专用道进行换线414，待车辆在完成超车后，应在安全行驶的情况下及时返回原行驶车道415，保证自动车辆的行驶安全；2)当普通车辆416在行驶中出现超车需求且相邻自动驾驶专用道进行的情况下，由驾驶员进行车辆操控，在满足安全行驶的条件下，416车辆向临侧应急车道进行并线至416，待完成超车后，控制车辆返回原行驶道417并保持常规行驶。

图17为当双向车道内侧存在硬隔离设施或障碍时，AL车道设计位于第1、4车道，且车道具有扩展汇入/汇出车道场景下的车辆汇入(左侧)/汇出(右侧)及路段超车的混合场景示意图。图中，AL车道位于道路两侧，自动驾驶车辆501和502可在TOC系统的规划决策下通过常规行驶规则完成主路的汇入汇出。

对于普通车511的主路汇入，为避免主路汇入过程中对相邻车道的阻碍，在车道入口位置设计有交通信号灯521，信号灯由TOC进行系统急别的控制，由驾驶员根据信号灯指示进行车辆操控，完成主路汇入。不同于普通车道的主路汇入过程，为避免普通车道车辆汇出过程中对临道自动车辆的影响，此场景下的普通车道汇出采用增加扩展汇出车道的方式，具体实现步骤为：车辆驾驶员在保证行车安全的情况下，控制车辆驶入汇出车道缓冲区513，然后保持常规行驶完成主路离开。

在图17所示典型车道场景中，若自动车辆503在行进中出现超车请求，由TOC进行决策规划，利用临侧应急车道实现超车，具体操作步骤为：当503出现超车请求后，由TOC做出超车决策，当允许超车时，控制车辆向应急车道并线，待504在应急车道完成超车且满足安全换道条件后，控制车辆返回原行驶车道505。当普通车514出现超车需求后，由驾驶员根据临侧自动驾驶专用道的地标指示线指示进行超车选择，即当允许借道超车时，可由驾驶员进行车辆操控，在不影响道路行车安全的前提下，控制车辆进行并线，待完成超车后迅速返回原行驶车道；若处于禁止借道行驶路段，则不允许超车。

图18为AL车道位于4车道扩展至5车道后的第2、3、4车道且不具备扩展汇入/汇出车道场景下，多模式车辆的混合超车场景示意图。图中，2、3、4车道为针对自动驾驶模式车辆行驶规范由传统2车道重整后的自动驾驶3车道，包括2侧的行车道和中间的超车专用道，自动驾驶专用的道路宽度窄于普通车道，适用高精度TOC系统下的自动模式车辆安全行驶。在图6所示场景中，当自动车601在行进中出现超车请求后，由TOC系统进行决策控制，在满足超车条件后，控制自动车601向自动驾驶超车专用道进行并线至602，待完成超车且不影响道路行驶安全的情况下，控制车辆迅速返回原行驶道路603，完成自动车的专用道超车。在图6所示场景中行驶的普通车辆，当出现超车需求后，由驾驶员根据自动驾驶专用道的地表指示线进行超车选择：1)当自动车道禁行的情况下，借助应急车道超车，即如图中611，612以及613所示；2)当自动车准行的情况下，普通车可在保证行车安全的情况下借助临侧的自动驾驶行车道实现超车，即如途中614，615以及616所示。

图19为潮汐车道下的双向4车道混合超车场景示意图:(a)道路内侧软隔离；(b)：道路内侧硬隔离。其中，为指示当前潮汐道路所处的驾驶模式，自动驾驶专用道地标指示灯将切换为连续的等长线段，此外，在潮汐路段的起止位置同时设有模式指示灯721和722用于帮助驾驶员快速识别潮汐车道。在潮汐车道区间行驶的车辆，需依据当前车道的准行模式进行驾驶，即若处于普通车道模式下，自动驾驶车辆和普通模式车辆均处于手动驾驶模式，按照普通车的驾驶规则进行常规驾驶；若处于自动和普通车道的多种组合则依照图4-6中所示驾驶规则进行驾驶。

图20为AL车道位于第2、3车道且不具有扩展汇入/汇出车道场景下的车辆汇入(左侧)场景示意图:(a)道路内侧软隔离；(b)：道路内侧硬隔离。如图所示，在某些不适合增加扩展汇入车道的路段，自动驾驶车辆将与普通车辆共享道路汇入口，即自动驾驶车辆在汇入主路前将处于手动驾驶模式，自动驾驶车辆将直接由TOC进行规划决策，根据待汇入的目标车道当前准行的驾驶模式完成对驾驶模式的切换。自动驾驶车辆在此场景下的主路汇入如图中801，802及803所示，普通车辆则如811和812所示。

图21为AL车道位于第1、4车道且不具有扩展汇入/汇出车道场景下的车辆汇出(右侧)场景示意图。如图所示，在某些不适合增加扩展汇出车道的路段，自动驾驶车辆将与普通车辆共享道路汇出口，即自动驾驶车辆在发出主路离开请求后，由TOC进行决策规划，当达到安全驶离条件后，首先控制车辆901向外侧车道进行并入并切换自动驾驶模式至手动驾驶模式，由驾驶员接管车辆，并按照普通车驾驶规则完成道路的离开，如途中901-902-903所示。普通车辆的主路离开则采用常规驾驶规则，如图中911-912所示。

Claims (8)

1.一种双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统，其特征在于：包括道路类型模块、车辆类型模块和汇入行驶离开模块，所述车辆类型模块普通车辆和自动车辆，所述道路类型包括普通车道和自动驾驶专用道，且主路和匝道上均设有普通车道和自动驾驶专用道，普通车道用普通车辆和手动驾驶模式的自动车辆行驶，自动驾驶专用道用于自动驾驶模式的自动车辆行驶，且自动驾驶专用道上设有路侧单元RSU，自动车辆上设有OBU车载单元；

所述汇入行驶离开模块包括自动驾驶专用道位于主路车道内侧及自动驾驶专用道位于主路车道非内侧两种情况：

若自动驾驶专用道位于内侧且双向车道大于4条时，则实施潮汐车道控制，通过RSU对自动车辆的位置和速度信息进行判断，如果满足开启潮汐车道条件，技术控制中心TOC控制启用潮汐车道，如果不满足开启潮汐车道条件，技术控制中心TOC控制关闭潮汐车道；

若自动驾驶专用道位于内侧且双向车道等于4条时，则通过对铺设于自动驾驶专用道与普通车道分界处的动态地标信号线进行车道的准行指示，通过RSU对不同路段区间的车辆信息进行感知规划，以动态调整指示信号线的显示形态,从而实现对多类型车辆的行驶管控；

若自动驾驶专用道位于非内侧，则进行不同形式的超车模式控制，包括普通车道的超车控制和自动驾驶专用道的超车控制。

2.根据权利要求1所述的双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统，其特征在于：还包括道路场景模块和超车模式模块；所述道路场景模块包括上坡匝道、下坡匝道、主路车道、潮汐车道和扩展汇入/汇出车道；所述超车模式模块中包括：借道超车、应急车道超车、2+1车道超车和普通车道扩展车道超车，所述2+1车道即超车专用道；所述汇入行驶离开模块包括：自动驾驶专用道从左侧上坡匝道或扩展汇入车道实现内侧汇入，然后从右侧下坡匝道或扩展汇出车道实现内侧离开：自动驾驶专用道从右侧上坡匝道或扩展汇入车道实现外侧汇入，然后从左侧下坡匝道扩展汇出车道实现外侧离开；普通车道从左侧上坡匝道内侧汇入(在双向4车道路段,汇入路口侧同时设有信号灯以保障主路行驶安全)，然后从右侧下坡匝道内侧离开；普通车道从右侧上坡匝道外侧汇入，然后从左侧下坡匝道外侧离开；内侧自动潮汐车道根据系统对于不同方向的交通流预测结果，分时段向不同方向开放。

3.根据权利要求1所述的双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统，其特征在于：所述自动驾驶专用道汇入潮汐车道的启用方法为：

路侧单元RSU和车载单元OBU感知当前车辆速度，以及当前道路的坡度和转弯，并给该自动车辆计算对应的加速度，然后将所得信息传递给车路协同驾驶系统技术控制中心TOC；技术控制中心TOC进行决策和控制，进而判断是否满足汇入要求，如果满足开启潮汐车道的条件，打开潮汐车道；如不满足潮汐车道开启条件，潮汐车道关闭，则此时原潮汐车道只作借道超车通道。

4.根据权利要求1所述的双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统，其特征在于：所述自动驾驶专用道汇出离开时的方法为：

自动驾驶专用道的自动车辆发出离开自动驾驶专用道的请求，路侧单元RSU感知普通车道上车辆速度、道路的坡度和道路转弯信息，并给该车辆计算对应的加速度，然后传递给车载单元OBU和车路协同驾驶系统技术控制中心TOC，技术控制中心TOC进行决策和控制，判断是否满足离开要求，此时分成两种情况：一种是汇出口在超车道或扩展汇出车道路段时，则直接汇出离开；另外一种是汇出口在非潮汐车道上，需要计算并入间隙，如满足要求则并到汇出匝道离开。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统的方法，其特征在于：依次包括步骤如下：

(1)、自动驾驶模式下的自动车辆在车路协同技术的支持下，实时获取范围内关联车辆的位置和速度信息并做出实时预测，完成手动模式与自动模式的互相切换，关联车辆的位置和速度信息的获取通过车路协同技术中的路侧单元RSU获得，路侧单元RSU与自动驾驶车辆进行双向通讯，路侧单元RSU发出汇入和离开信号与自动驾驶车辆OBU车载单元进行交互，车路协同驾驶系统技术控制中心TOC进行决策和控制，判断是否满足汇入或离开要求；上述关联车辆包括自动车辆和普通车辆；

(2)、车路协同驾驶系统技术控制中心TOC根据预设的开启潮汐车道闸门条件，对其进行开关控制，打开或者关闭潮汐车道，即：通过路侧单元RSU对自动驾驶车辆的位置和速度信息进行判断，如果满足开启潮汐车道条件，TOC控制启用潮汐车道启用；如果不满足开启潮汐车道条件，TOC控制自动门关闭潮汐车道；同理,动态地标信号线也由TOC根据路段车辆的动态信息进行直接部署,实现过程同潮汐车道的控制；

(3)、通过路侧单元RSU对自动驾驶车辆的位置和速度信息进行判断，若即将汇入或离开主路的自动驾驶车辆满足汇入或离开的安全距离要求，路侧单元RSU发出汇入或离开信号，自动驾驶车辆完成进口匝道的汇入或出口匝道的离开；通过路侧单元RSU对自动驾驶车辆的位置和速度信息进行判断，若即将汇入或离开主路的自动驾驶车辆不满足汇入或离开的安全距离要求，路侧单元RSU向主路或普通车道上的车辆发出信号，以调整自动驾驶车辆汇入或离开主路的安全距离，待满足安全距离之后，路侧单元RSU发出汇入或离开信号，自动驾驶车辆完成汇入或离开主路；

(4)、通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若在自动模式车辆的前方存在扩展超车专用道时，路侧单元RSU控制车辆车速并使其保持安全距离，待自动驾驶车辆驶至扩展超车专用道时，路侧单元RSU控制车辆驶入，调整车速以保证其在扩展超车专用道实现超车，并在达到可换道安全距离后，路侧单元RSU控制车辆返回原行驶车道，完成超车过程；

通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若在自动模式车辆的前方不存在扩展超车专用道时，路侧单元RSU控制车辆的车速直至达到可安全换道条件后，开始向超车位置或应急车道行驶，调整车速，在超车位置或应急车道实现超车，并在达到安全换道的距离后，路侧单元RSU控制车辆返回原行驶车道，完成超车过程；

通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若普通车道上行驶的手动驾驶车辆在超车且前方存在扩展超车专用道或应急车道时，控制车速并保持安全距离，待驶至扩展超车专用道或应急车道时，控制车辆驶入，调整车速以保证其在扩展超车专用道或应急车道实现超车，并在达到可换道安全距离后，返回原行驶车道，完成超车过程；

通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若普通车道上行驶的手动驾驶车辆出现超车需求且临侧自动驾驶专用道准行的情况下且为双向4车道时，由驾驶人员控制车速并保持安全距离，在不影响自动模式车辆正常行驶的情况下，控制车辆驶入相邻自动驾驶专用道，调整车速以保证其在自动驾驶专用道上实现超车，并在达到可换道安全距离后，及时返回原行驶车道，不得长期占用自动驾驶车道，完成超车过程；

通过RSU实时地对车辆的位置和速度进行检测和预测，若普通车道上行驶的手动驾驶车辆出现超车需求且自动驾驶专用道禁行的情况下且为双向4车道时，在普通车道临侧存在应急车道时，由驾驶人员控制车速并保持安全距离，在不影响应急车道上特殊车辆安全行驶的情况下，控制车辆驶入相邻应急车道，调整车速以保证其在应急车道上实现超车，并在达到可换道安全距离后，及时返回原行驶车道，不得长期占用应急车道，完成超车过程。

6.根据权利要求5所述的双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述手动模式与自动模式的互相切换通过启动自动驾驶车辆上设有的手动模式转为自动模式按钮和自动模式转换为手动模式按钮来实现；

所述自动驾驶车辆是指在专用车道上行驶的自动驾驶模式的自动模式车辆；

所述路侧单元RSU包括路侧检测、路侧定位和路侧控制系统，RSU对车辆速度，以及道路的坡度、转弯信息进行预测，并给车辆计算合理的加速度，然后传递给车载单元OBU和车路协同驾驶系统技术控制中心TOC，由技术控制中心TOC进行决策和控制，判断是否满足汇入或离开要求。

7.根据权利要求5所述的双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统的方法，其特征在于：所述的车辆汇入或离开匝道时，通过技术控制中心TOC控制软隔离的位置，打开或关闭软隔离；所述软隔离包括伸缩隔离栏、驱动器和控制系统，伸缩隔离栏的底部安装多组滚轮，使伸缩活动隔离栏打开或关闭；驱动器采用电机驱动以及蜗杆蜗轮减速；控制系统接收TOC发出的指令，并控制驱动器的启停运作，伸缩活动隔离栏的打开和关闭决策由TOC通过模型算法得到。

8.根据权利要求1所述的双向4至10车道高速公路自动驾驶专用道汇入汇出超车系统，其特征在于：所述自动驾驶专用道动态地标信号线是通过不同长短的动态线段组合来显示当前自动驾驶专用道的准行状态,动态地标信号线通过智能电子设备由系统控制实现显示形态,动态地标信号线的形态类型包括连续长实线、短实线以及多长度线段的组合显示：

(a)地标指示信号线为两短一长线段组合时，表明当前自动驾驶专用道准行普通车(仅限安全驾驶环境下的借道超车),

(b)为长短相同的等间距线段组合时，表示当前自动驾驶专用道为潮汐车道区间，可按照普通车道行驶，

(c)长实线则表示当前自动驾驶专用道禁行普通车。

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