CN113870581A - 一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法 - Google Patents

一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法，包括专供无人驾驶车辆行驶的公路；无人驾驶车辆，定位模块、传感器组和主控系统；以及道路管理系统。当无人驾驶车辆需要驶入道路时，道路管理系统根据定位模块、速度传感器和加速度传感器所测数据计算所述无人驾驶车辆运行至预期插入点所需的时间；由道路管理系统对预期插入点前后的车辆发出指令，控制预期插入点前的车辆加速，预期插入点之后的车辆减速，在运行车流中让出新加入车辆所需的空间位置，使其驶入道路管理系统。该方法通过道路管理系统控制预期插入点前后的车辆进行加减速，使得需要驶入道路的车辆可以安全加入编队。

Description

一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法
技术领域
本发明涉及无人驾驶技术领域，具体涉及一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法。
背景技术
驾驶员的出行质量和行车安全由生理状态和心理状态决定，而驾驶员的生心理状态受时间(如光照强度、温度)、空间(如道路线形、环境)等因素影响，难以确保稳定的驾驶状态，致使行车不安全、车速难以提高、出行效率低下。
近年来，无人驾驶技术发展迅速，部分地区已成功应用此技术，未来，无人驾驶技术将进入人们的日常生活之中。然而，目前无人驾驶车辆仍未有一个行之有效的方法控制车辆快速、安全的驶入专属道路。现阶段行驶中的无人驾驶车辆在驶入道路时，对内其余车辆影响较大，容易出现车辆擦碰或车辆阻塞的现象，不利于道路交通的顺畅运行。针对此类问题，本发明提出一种采用道路管理系统进行时空锁定的无人驾驶车辆驶入道路的方法。
发明内容
本发明提供一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法，该方法提高了无人驾驶车辆驶入道路的安全性及快速性。
本申请提供一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法，包括：
当检测到无人驾驶车辆驶入匝道时，道路管理系统根据定位模块、速度传感器和加速度传感器所测数据计算所述无人驾驶车辆运行至预期插入点所需的时间；
由道路管理系统对预期插入点前后的车辆发出指令，控制预期插入点前的车辆加速，预期插入点之后的车辆减速，在运行车流中让出新加入车辆所需的空间位置，使其驶入道路管理系统。
优选的，无人驾驶车辆内置主控系统，包括定位模块、驱动模块和通信模块，以对传感器组获取的数据进行输出并接收来自道路管理系统的指令输入；内置车载传感器组，包括位置激光传感器、速度传感器、距离传感器等，由传感器组采集和检测车辆的实时运行数据，向主控系统发送；当有多个传感器组连接时，主控系统内可以设置多组通信模块接收数据信息；含主控系统的无人驾驶车辆间存在信息交换，可以相互感知并实时通信，获取当前道路信息、5min内前后运行车辆的驾驶状态和2s(系统数据交换周期)内前后运行车辆的驾驶意图等信息；每一信息交换的延迟时间不超过0.5s；时空锁定精度为50ms。
优选的，道路管理系统依据车辆的动力性能、当前位置、驾驶意图计算出未来一段时间内的位置及在任意时刻需要锁定的车道范围，车辆的主控系统通过控制车辆的行驶系统将车辆控制在锁定范围内。道路中央管理系统优先配合驶入系统的驾驶意图；某一行驶车辆发出驶入信号时，系统将同时对预期插入点进行时空锁定。具体方法为：当道路管理系统接收到车辆发出的驶入信号时，道路管理系统根据定位模块、速度传感器和加速度传感器所测数据计算该车辆预计到达预期插入点的时间，然后锁定这一时刻，使其确保这一时间内并无其他车辆通过预期插入点。
当车辆由外部道路驶入道路时，先驶入匝道，道路管理系统依据当前系统中运行车辆的实际状况计算主线车辆之间有无可用的间隙供车辆插入。具体方法为：预期插入点的位置选取于外侧车道中线与渐变段的交线范围内，当道路管理系统接收到车辆发出的驶入信号时，道路管理系统根据定位模块、速度传感器和加速度传感器所测数据计算该车辆预计到达桩号最小的预期插入点的时间，并试图锁定该时间下车辆驶入道路管理系统所需要占用的空间位置，锁定成功则发出锁定指令和等待指令；如不成功，则将预期插入点后移一个车位距离(含车间距)，并尝试再次进行时空锁定，直至预期插入点取最大值；若仍不成功，则将预期插入点选定为最小值，并发出指令让本车到达预期插入点时刻下预期插入点之前的车辆加速，预期插入点之后的车辆减速，在运行车流中让出新加入车辆所需要的空间位置，使车辆驶入道路管理系统；若依旧不成功，则将预期插入点后移一个车位距离(含车间距)，并尝试再次让本车到达预期插入点时刻下预期插入点之前的车辆加速，预期插入点之后的车辆减速，以留出驶入空间；如果上述方法均不能执行，那么新加入车辆在匝道上进入减速行驶或等待状态，等下一个信息交换周期再尝试进行插入位置占用锁定，直到完成驶入。
该无人驾驶车辆驶入道路的控制方法的优点在于无人驾驶车辆驶入道路均由道路管理系统统一控制，车辆发生事故的概率较小，平均行驶速度相较于传统方法更高，极大地提升了出行效率。
附图说明
图1是本申请提供的无人驾驶车辆驶入道路的控制方法的示意图。
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，本领域技术人员在没有作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。
与现有技术不同，本发明的思路是利用无人驾驶车辆来提供一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法。通过道路管理系统，使无人驾驶车辆安全、快速地驶入专属公路，是一种根据车辆运行情况实时管控、实时决策的过程。该方法科学合理，从驾驶过程中剔除驾驶员差异的影响，降低事故率并具有一定的实用性。
参照图1所示，A为预期插入点，B为经过匝道待驶入道路管理系统的无人驾驶车辆，C为渐变段，预期插入点的位置选取于外侧车道中线与渐变段的交线范围内，当道路管理系统接收到车辆发出的驶入信号时，道路管理系统根据定位模块、速度传感器和加速度传感器所测数据计算该车辆预计到达桩号最小的预期插入点的时间，并试图锁定该时间下车辆驶入道路管理系统所需要占用的空间位置，锁定成功则发出锁定指令和等待指令；如不成功，则将预期插入点后移一个车位距离(含车间距)，并尝试再次进行时空锁定，直至预期插入点取最大值；若仍不成功，则将预期插入点选定为最小值，并发出指令让本车到达预期插入点时刻下预期插入点之前的车辆加速，预期插入点之后的车辆减速，在运行车流中让出新加入车辆所需要的空间位置，使车辆驶入道路管理系统；若依旧不成功，则将预期插入点后移一个车位距离(含车间距)，并尝试再次让本车到达预期插入点时刻下预期插入点之前的车辆加速，预期插入点之后的车辆减速，以留出驶入空间；如果上述方法均不能执行，那么新加入车辆在匝道上进入减速行驶或等待状态，等下一个信息交换周期再尝试进行插入位置占用锁定，直到完成驶入。
一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法的实现基于三个部分：分别为专属公路；无人驾驶车辆，包括传感器组和主控系统，以及道路管理系统。无人驾驶车辆内置定位模块和传感器组，传感器组包括位置激光传感器、速度传感器、距离传感器等，以获取所述含主控系统的无人驾驶车辆的驾驶数据；主控系统包括驱动模块和通信模块，以对传感器组获取的数据进行输出并接收来自道路管理系统的指令输入；道路管理系统包括数据处理系统和通信模块，道路管理系统通过多个通信模块接收车辆运行的数据信息，通过数据处理系统对信息实时处理，转换成操作指令再发送给通信模块，传递给含主控系统的无人驾驶车辆，使其正常行驶。同时，系统采用冗余设计确保可靠性，车辆与道路系统实时交换信息，整个系统在计算机控制下自动运行，平均运行速度更快、车辆行驶更安全。
无人驾驶车辆的参数信息，如最高时速、最大输出功率、车重等参数以元组形式集合输出；含主控系统的无人驾驶车辆间存在信息交换，可以相互感知并实时通信，获取当前道路信息、5min内前后运行车辆的驾驶状态和2s(系统数据交换周期)内前后运行车辆的驾驶意图等信息；每一信息交换的延迟时间不超过0.5s；时空锁定精度为50ms，无人驾驶车辆通过道路管理系统统一控制，无需人工驾驶。
具体内容如下：
当无人驾驶车辆的主控系统发出驶入请求时，道路管理系统将根据以下步骤发出操作指令：
(1)计算本车到达桩号最小预期插入点所需的时间。道路管理系统优先配合驶入系统的驾驶意图；车辆驶入匝道的同时向道路管理系统发出驶入信号时，道路管理系统将根据该车辆当前位置至预期插入点间的距离、当前行驶速度及加速度值计算出该车辆到达预期插入点的时间，公式如下：
Figure BDA0003285685920000041
其中，t是车辆从发出驶出信号位置到达预期分离点所需的时间，L是车辆发出驶出信号位置至预期分离点之间的距离，V是车辆当前行驶速度，a是车辆加速度。
(2)时空锁定。道路管理系统锁定该车辆到达预期插入点的时刻、预期插入点前后空间范围，即确保该车辆到达预期插入点时并无其他车辆通过预期插入点。任意时刻锁定范围应包括车辆几何外形、安全富余及按运行速度所推算位置的值，从车头、车尾向外推算并加上安全距离，该安全距离由车辆之间的相对速度及车辆的机动性能进行推算；道路管理系统依据车辆的动力性能、当前位置、驾驶意图计算出未来一段时间内的位置及在任意时刻需要锁定的车道范围，车辆的主控系统通过控制车辆的行驶系统将车辆控制在锁定范围内。
进行空间锁定时，以Di表示车辆沿行进方向锁定距离，Dj表示侧向锁定距离；前后车辆存在速度差Δv时，车辆的前后锁定间距应相应变化。具体的锁定范围按照下述公式计算：
Di＝0.5v+0.3Δv
Dj＝0.7+|0.1v|
Δv＝v2-v1
其中，v2是后车的实时运行速度；v1是前车的实时运行速度。Δv为正时，为确保安全，车辆的前后锁定间距增大0.3Δv，反之减小。
进行时间锁定时，在锁定时长Tn内对车辆进行时空锁定，完成车辆请求后解除时空锁定，恢复正常运行。Tn包括等待时长Tw、插入时长Tm和时间差ΔT三部分，即：
Tn＝Tw+Tm+ΔT
(3)如步骤(2)不成功，则将预期插入点后移一个车位距离(含车间距)，并尝试再次进行时空锁定，直至预期插入点取最大值；
(4)如步骤(3)不成功，则将预期插入点选定为最小值，并发出指令让本车到达预期插入点时刻下预期插入点之前的车辆加速，预期插入点之后的车辆减速，在运行车流中让出新加入车辆所需要的空间位置，使车辆驶入道路管理系统；
(5)如步骤(4)不成功，则将则将预期插入点后移一个车位距离(含车间距)，并尝试再次让本车到达预期插入点时刻下预期插入点之前的车辆加速，预期插入点之后的车辆减速，以留出驶入空间，直至预期插入点取最大值，；
(6)如步骤(5)也不能执行，那么新加入车辆在匝道上进入减速行驶或等待状态，等下一个信息交换周期再尝试进行插入位置占用锁定，直到完成驶入。

Claims (5)

1.一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法，其特征在于，包括：
当检测到无人驾驶车辆驶入匝道时，道路管理系统根据定位模块、速度传感器和加速度传感器所测数据计算所述无人驾驶车辆运行至预期插入点所需的时间；
由道路管理系统对预期插入点前后的车辆发出指令，控制预期插入点前的车辆加速，预期插入点之后的车辆减速，在运行车流中让出新加入车辆所需的空间位置，使其驶入系统；具体步骤如下：
当车辆由外部道路驶入道路时，先驶入匝道，道路管理系统通过定位模块判断当前系统中主线车辆间的间距是否满足供车辆插入的要求，具体方法为：预期插入点的位置选取于外侧车道中线与渐变段的交线范围内，当道路中央管理系统接收到车辆发出的驶入信号时，道路管理系统根据定位模块、速度传感器和加速度传感器所测数据计算该车辆预计到达桩号最小的预期插入点的时间，公式如下：
Figure FDA0003285685910000011
其中，t是车辆从发出驶出信号位置到达预期分离点所需的时间，L是车辆发出驶出信号位置至预期分离点之间的距离，V是车辆当前行驶速度，a是车辆加速度；
同时试图对该点进行时空锁定，锁定成功则发出锁定指令和等待指令；如不成功，则将预期插入点后移一个车位距离(含车间距)，并尝试再次进行时空锁定，直至预期插入点取最大值；若仍不成功，则将预期插入点选定为最小值，并发出指令让本车到达预期插入点时刻下预期插入点之前的车辆加速，预期插入点之后的车辆减速，在运行车流中让出新加入车辆所需要的空间位置，使车辆驶入道路管理系统；若依旧不成功，则将预期插入点后移一个车位距离(含车间距)，并尝试再次让本车到达预期插入点时刻下预期插入点之前的车辆加速，预期插入点之后的车辆减速，以留出驶入空间；如果上述方法均不能执行，那么新加入车辆在匝道上进入减速行驶或等待状态，等下一个信息交换周期再尝试进行插入位置占用锁定，直到完成驶入。
2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法，其特征在于，无人驾驶车辆内置主控系统，包括定位模块、驱动模块和通信模块，对传感器组获取的数据进行输出并接收来自道路管理系统的指令输入；内置车载传感器组，包括位置激光传感器、速度传感器、距离传感器，由传感器组采集和检测车辆的实时运行数据，向主控系统发送；当有多个传感器组连接时，主控系统内可以设置多组通信模块接收数据信息；含主控系统的无人驾驶车辆间存在信息交换，可以相互感知并实时通信，获取当前道路信息、5min内前后运行车辆的驾驶状态和2s(范围值)(系统数据交换周期)内前后运行车辆的驾驶意图等信息；每一信息交换的延迟时间不超过0.5s，时空锁定精度为50ms。
3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法，其特征在于，所述的道路管理系统对车辆进行管理控制是依据车辆的动力性能、当前位置和车辆运行速度计算出未来一段时间内的车辆位置，车辆的主控系统通过控制车辆的行驶系统将车辆控制在锁定范围内。
4.根据权利要求3所述的一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法，其特征在于，车辆未来一段时间内的位置确定，公式为
Figure FDA0003285685910000021
式中s为未来某一时刻t车辆距离当前时刻t0位置的距离，V为车辆在当前时刻t0时的速度，a为车辆的加速度。
5.根据权利要求3所述的一种无人驾驶车辆驶入道路的控制方法，其特征在于，具体方法为：当道路管理系统接收到车辆发出的驶入信号时，道路管理系统根据定位模块、速度传感器和加速度传感器所测数据计算该车辆预计到达预期插入点的时间，然后锁定这一时刻，使其确保这一时间内并无其他车辆通过预期插入点。
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