CN113971883A - 车路协同自动驾驶方法及高效运输系统 - Google Patents

Abstract

本发明车路协同自动驾驶方法及高效运输系统，属于自动驾驶领域，目的是提高道路的通行能力。高效运输系统，由道路系统和车辆构成；车辆上配置有车载车路协同终端；道路系统包括路网和交通调度系统；路网包括若干个交叉路口和相邻两个交叉路口之间的路段；交通调度系统包括分布于路段的路侧监控单元、交叉路口的交叉口调度单元；路侧监控单元定位车辆，对驾驶行为进行决策，发送给车载车路协同终端；交叉口调度单元对到达交叉口的车辆做出路径调度决策。通过路侧监控单元精确定位车辆，交叉口调度单元对交叉路口的车辆进行调度，实现车路协同，大幅提高道路的通行能力，并能有效地消除路网的交通拥堵，保证路网的整体畅通。

Description

车路协同自动驾驶方法及高效运输系统

技术领域

本发明属于自动驾驶领域，具体的是车路协同自动驾驶方法及高效运输系统。

背景技术

车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。

车路协同自动驾驶运输系统是由支持车路协同的智能道路和具备自动驾驶能力的车辆共同构成的运输系统。

现有的车路协同自动驾驶运输系统，是以自动驾驶汽车为核心，道路端的系统主要对自动驾驶提供必要的信息和技术支持。驾驶行为主要由自动驾驶汽车自主决定。自动驾驶车辆遵循既定的交通规则，根据车辆的当前状态，结合周边态势，自行进行驾驶决策。实际效果相当于将部分车辆的驾驶员由人换成了计算机系统，与现有的道路交通系统没有本质差异。

其存在以下弊端：

其一、没有能够显著提高道路通行能力的技术解决方案。决定道路基本通行能力的关键因素之一是车辆之间的安全距离。车辆之间的安全距离越短，则道路的基本通行能力就越高。目前的车路协同技术还没有缩短车辆之间安全距离的解决方案，导致现有车路协同技术的试用投入巨大，但道路的通行能力没有得到提高。

其二、没有路网交通拥堵问题的整体性的技术解决方案。当路网中的某个路段出现局部性拥堵时，解决拥堵问题的有效手段是后续的车辆选择绕避路径前进，绕开拥堵路段。但是，如果后续车辆对于绕避路径的选择集中到某一个路段，则又可能形成新的拥堵。在目前的车路协同自动驾驶技术架构下，还没有能整体性地解决路网交通拥堵问题的技术解决方案。

其三、没有实现差异化通行服务的技术解决方案。在实际的交通系统中，不同的车辆对于通行时间的敏感度是有差异的，有的车辆可以容忍更长一些的通行时间，有的车辆则不能。但是，如果要支持部分车辆的差异化需求，就需要路网内的车辆共同采取协调一致的行动。在目前的车路协同自动驾驶技术架构下，还没有能够满足这一要求的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种车路协同自动驾驶方法及高效运输系统，通过车路协同大幅提高道路的通行能力。

本发明采用的技术方案是：车路协同自动驾驶高效运输系统，由具有车路协同能力的道路系统和具有车路协同自动驾驶能力的车辆构成；

所述车辆上配置有车载车路协同终端；

所述道路系统包括路网和设置于路网中的交通调度系统；

所述路网为由若干条道路交错形成的网状结构，包括若干个交叉路口和相邻两个交叉路口之间的路段；

所述交通调度系统包括分散布置于各个路段的路侧监控单元、分散布置于各个交叉路口的交叉口调度单元以及为路侧监控单元与交叉口调度单元提供通信服务的网络平台；

路侧监控单元精确定位对应路段中行驶的每一辆车辆，获取各个路段的实时交通流量；并对每一辆车辆的驾驶行为进行决策，发送给车辆的车载车路协同终端，对对应路段中的车辆进行行驶控制；

交叉口调度单元精确分辨到达交叉路口的每一辆车辆，获取每辆车辆的目的地以及从交叉路口到目的地的所有路线；并与路侧监控单元实时通信，获取交叉路口所连接的各路段的实时交通流量；根据每辆车辆的目的地、路线以及交叉路口所连接的各路段的实时交通流量，做出路径调度决策。

进一步的，所述路侧监控单元包括车辆感知定位组件、路侧车路协同通信终端和边缘计算单元；

车辆感知定位组件精确分辨监控范围内的每一辆车辆，精准定位车辆，并检测车辆的行驶状态参数，将监测信息传输给路侧车路协同通信终端；

路侧车路协同通信终端与车载车路协同终端双向通信，将车辆感知定位组件的监测信息发送给车载车路协同终端，并从车载车路协同终端获取其监测到的车辆行驶状态参数；

路侧车路协同通信终端将车辆感知定位组件获取的监测信息，以及从车载车路协同终端获取的车辆行驶状态参数传输给边缘计算单元；

边缘计算单元结合车辆空间分布数据和车辆行驶状态数据，计算出路侧监控单元监控范围内每一辆车辆下一时刻的行驶状态参数，并通过路侧车路协同通信终端传送给车辆的车载车路协同终端，对车辆进行行驶控制。

进一步的，所述车载车路协同终端包括车载定位感知组件、车载车路协同通信终端和车辆自动驾驶控制系统；

车载定位感知组件监测车辆自身的定位信息，以及与周边车辆和其他物体的空间距离，并将监测结果传送给车载车路协同通信终端；

车辆自动驾驶控制系统将车辆的识别码以及行驶状态数据传送给车载车路协同通信终端；

车载车路协同通信终端将从车载定位感知组件以及车辆自动驾驶控制系统获取的信息发送至路侧监控单元的路侧车路协同通信终端。

进一步的，在交通流量大的交叉路口处设置缓冲站，所述缓冲站与交叉路口相连通。

以上基础上，形成一种车路协同自动驾驶调度方法：

获取路网中的所有车辆的当前实时位置，计算出路网中各路段的实时交通流量，并将各路段的实时交通流量传送给各个交叉口调度单元；

交叉口调度单元获取驶入对应交叉路口的车辆的目的地，并规划出从交叉路口到目标车辆目的地的所有拟定路线；

交叉口调度单元根据所有拟定路线、交叉路口所连接的路段的实时交通流量确定驶入对应交叉路口的车辆下一步的行进路段；

进一步的，按照路网单位时间承载总交通量最大、路网内车辆通行总时间最短原则，动态决定车辆下一步的行进方向；

如果按上述调度方法产生的行驶路径上，若车辆到达某个交叉路口时，该交叉路口所连接的所有路段均已出现拥塞，则可以调度车辆驶入缓冲站，等待拥塞消除之后，再调度车辆进入实时规划的下一路段继续行驶。

本发明的有益效果是：本发明公开的车路协同自动驾驶高效运输系统，通过路网中路侧监控单元精确定位路段中行驶的每一辆车辆的情况，交叉口调度单元根据路段交通情况、车辆运行情况等对交叉路口的车辆进行调度，实现车路协同，能大幅提高道路的通行能力，使得整个交通系统的通行效率大幅度提高；并能有效地消除路网的交通拥堵，保证路网的整体畅通，节约道路使用者的通行时间，改善使用体验。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明公开的交通调度系统组成图。

图中，道路系统1、路网11、交叉路口111、路段112、缓冲站113、路侧监控单元12、车辆感知定位组件121、路侧车路协同通信终端122、边缘计算单元123、交叉口调度单元13、车辆2、车载车路协同终端21、车载定位感知组件211、车载车路协同通信终端212、车辆自动驾驶控制系统213。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步的说明如下：

一种车路协同自动驾驶高效运输系统，如图1所示，由具有车路协同能力的道路系统1和具有车路协同自动驾驶能力的车辆2构成；

所述车辆2上配置有车载车路协同终端21；

所述道路系统1包括路网11和设置于路网11中的交通调度系统；

所述路网11为由若干条道路交错形成的网状结构，包括若干个交叉路口111和相邻两个交叉路口111之间的路段112；

所述交通调度系统包括分散布置于各个路段112的路侧的路侧监控单元12、分散布置于各个交叉路口111的路侧的交叉口调度单元13以及为路侧监控单元12与交叉口调度单元13提供通信服务的网络平台；

路侧监控单元12精确定位对应路段112中行驶的每一辆车辆2，获取各个路段112的实时交通流量；并对每一辆车辆2的驾驶行为进行决策，发送给车辆2的车载车路协同终端21，对对应路段中的车辆2进行行驶控制；

交叉口调度单元13精确分辨到达交叉路口111的每一辆车辆2，获取每辆车辆2的目的地以及从交叉路口111到目的地的所有路线；并与路侧监控单元12实时通信，获取交叉路口111所连接的各路段112的实时交通流量；根据每辆车辆2的目的地、路线以及交叉路口111所连接的各路段112的实时交通流量，做出路径调度决策。

本发明公开的一种车路协同自动驾驶高效运输系统，由具有车路协同能力的道路系统1对具有车路协同自动驾驶能力的车辆2进行统一规划和动态调度。该道路系统1为具备自动驾驶和车路协同能力的车辆2专用，不允许不具备自动驾驶或车路协同能力的车辆进入行驶。

通过路侧监控单元12精确定位路段112中行驶的每一辆车辆2，并通过与车辆2上的车载车路协同终端21精确控制每一辆车辆2的行驶速度和行驶方向，从而能对每一辆车辆2的驾驶行为，如停车、刹车、增速以及减速等进行准确决策，从而能消除前后相邻两辆车辆2之间驾驶行为改变的反应时间，进而缩小车辆2行驶所需的安全距离，大大提高路网11的通行能力。例如：当其决策前一车辆2应该采取停车操作时，就可以立即对后一车辆2同步采取停车操作，从而使判断前车刹车所需的反应时间减少到接近于零，从而使任意两辆相邻车辆2之间所需的安全间距远小于车辆在常规道路行驶所需的安全间距。

通过路侧监控单元12精确定位路段112中的行驶的每一辆车辆2，从而计算出各个路段112中的实时车辆数量，并将各个路段112中的实时车辆数量信息发送给各个交叉口调度单元13，交叉口调度单元13可准确获知其对应的交叉路口111相连接的路段112的实时交通流量，从而为驶入该交叉路口111的车辆2即将下一步的路径规则提供指导。

当车辆2驶入交叉路口111时，该交叉路口111便作为该车辆2的出发地，通过路侧监控单元12获取驶入该交叉路口111的车辆2的目的地，便可规划出该车辆2从出发地驶入目的地的所有路线，这些路线为拟定路线。通过路侧监控单元12精确定位路段112中的行驶的每一辆车辆2，得出与该交叉路口111相连接的路段112中的实时交通流量，并将实时交通流量信息传输给交叉口调度单元13，交叉口调度单元13做出路径调度决策，指示车辆2接下来将驶入的与该交叉路口111相连接的其中一条路段112，到下一个交叉路口111时，重复上述过程，直至车辆2驶出路网11。如此，能最大限度降低路网11中的拥堵，保证路网11的整体通畅，并提高路网11的承载总交通量。

如图2所示，所述路侧监控单元12包括车辆感知定位组件121、路侧车路协同通信终端122和边缘计算单元123；

车辆感知定位组件121安装于路段112的路侧，在路段112上有相对固定的监控范围，其精确分辨监控范围内的每一辆车辆2，精准定位车辆2，并检测车辆2在路段112上的移动速度、移动方向等行驶状态参数，并将监测信息传输给路侧车路协同通信终端122。路侧车路协同通信终端122用于与车载车路协同终端21双向通信，将车辆感知定位组件121的监测信息发送给车载车路协同终端21，并从车载车路协同终端21获取车载车路协同终端21监测到的各个车辆2自身的行驶状态参数。

路侧车路协同通信终端122将车辆感知定位组件121监测的监测信息，以及从车载车路协同终端21获取的车辆2行驶状态参数传输给边缘计算单元123；

边缘计算单元123结合车辆感知定位组件121和车载车路协同终端21所监测的车辆2空间分布数据、车辆2行驶状态数据，计算出路侧监控单元12监控范围内每一辆车辆2下一时刻的车速、行驶方向等控制参数要求，并通过路侧车路协同通信终端122传送给车辆2的车载车路协同终端21，对车辆2进行行驶控制。

进一步的，所述车载车路协同终端21包括车载定位感知组件211、车载车路协同通信终端212和车辆自动驾驶控制系统213；

车载定位感知组件211监测车辆2自身的定位信息，以及与周边车辆2和其他物体的空间距离，并将监测结果传送给车载车路协同通信终端212；

车辆自动驾驶控制系统213将车辆2的识别码以及行驶状态数据传送给车载车路协同通信终端212；

车载车路协同通信终端212将从车载定位感知组件211以及车辆自动驾驶控制系统213获取的信息发送至路侧监控单元12的路侧车路协同通信终端122。

为了缓解拥塞现象，在交通流量大的交叉路口111处设置缓冲站113，所述缓冲站113与交叉路口111相连通。若交叉路口111所连接的所有路段112均已出现拥塞，则交叉口调度单元13可以控制车辆2驶入缓冲站113，待拥塞消除之后，再调度车辆2进入实时规划的下一路段112继续行驶。

综上，一种车路协同自动驾驶调度方法为，获取路网11中的所有车辆2的当前实时位置，计算出路网11中各路段112的实时交通流量，并将各路段112的实时交通流量传送给各个交叉口调度单元13；交叉口调度单元13获取驶入对应交叉路口111的车辆2的目的地；并规划出从交叉路口111到目标车辆2目的地的所有拟定路线；交叉口调度单元13根据所有拟定路线、交叉路口111所连接的路段112的实时交通流量，按照路网11单位时间承载总交通量最大、路网11内车辆2通行总时间最短原则，动态决定车辆2下一步的行进方向。

该车路协同自动驾驶调度方法，能大幅提高道路的通行能力，使得整个交通系统的通行效率极大提高，还能有效地消除路网的交通拥堵，保证路网的整体畅通，节约道路使用者的通行时间，改善使用体验。

Claims (6)

1.车路协同自动驾驶高效运输系统，其特征在于：由具有车路协同能力的道路系统(1)和具有车路协同自动驾驶能力的车辆(2)构成；

所述车辆(2)上配置有车载车路协同终端(21)；

所述道路系统(1)包括路网(11)和设置于路网(11)中的交通调度系统；

所述路网(11)为由若干条道路交错形成的网状结构，包括若干个交叉路口(111)和相邻两个交叉路口(111)之间的路段(112)；

所述交通调度系统包括分散布置于各个路段(112)的路侧的路侧监控单元(12)、分散布置于各个交叉路口(111)的路侧的交叉口调度单元(13)以及为路侧监控单元(12)与交叉口调度单元(13)提供通信服务的网络平台；

路侧监控单元(12)精确定位对应路段(112)中行驶的每一辆车辆(2)，获取各个路段(112)的实时交通流量；并对每一辆车辆(2)的驾驶行为进行决策，发送给车辆(2)的车载车路协同终端(21)，对对应路段中的车辆(2)进行行驶控制；

交叉口调度单元(13)精确分辨到达交叉路口(111)的每一辆车辆(2)，获取每辆车辆(2)的目的地以及从交叉路口(111)到目的地的所有路线；并与路侧监控单元(12)实时通信，获取交叉路口(111)所连接的各路段(112)的实时交通流量；根据每辆车辆(2)的目的地、路线以及交叉路口(111)所连接的各路段(112)的实时交通流量，做出路径调度决策。

2.如权利要求1所述的车路协同自动驾驶高效运输系统，其特征在于：所述路侧监控单元(12)包括车辆感知定位组件(121)、路侧车路协同通信终端(122)和边缘计算单元(123)；

车辆感知定位组件(121)精确分辨监控范围内的每一辆车辆(2)，精准定位车辆(2)，并检测车辆(2)的行驶状态参数，并将监测信息传输给路侧车路协同通信终端(122)；

路侧车路协同通信终端(122)与车载车路协同终端(21)双向通信，将车辆感知定位组件(121)的监测信息发送给车载车路协同终端(21)，并从车载车路协同终端(21)获取车载车路协同终端(21)监测到的车辆(2)行驶状态参数；

路侧车路协同通信终端(122)将车辆感知定位组件(121)监测的监测信息，以及从车载车路协同终端(21)获取的车辆(2)行驶状态参数传输给边缘计算单元(123)；

边缘计算单元(123)结合车辆感知定位组件(121)和车载车路协同终端(21)所监测的车辆(2)空间分布数据、车辆(2)行驶状态数据，计算出路侧监控单元(12)监控范围内每一辆车辆(2)下一时刻的行驶状态参数，并通过路侧车路协同通信终端(122)传送给车辆(2)的车载车路协同终端(21)，对车辆(2)进行行驶控制。

3.如权利要求1或2所述的车路协同自动驾驶高效运输系统，其特征在于：所述车载车路协同终端(21)包括车载定位感知组件(211)、车载车路协同通信终端(212)和车辆自动驾驶控制系统(213)；

车载定位感知组件(211)监测车辆(2)自身的定位信息，以及与周边车辆(2)和其他物体的空间距离，并将监测结果传送给车载车路协同通信终端(212)；

车辆自动驾驶控制系统(213)将车辆(2)的识别码以及行驶状态数据传送给车载车路协同通信终端(212)；

车载车路协同通信终端(212)将从车载定位感知组件(211)以及车辆自动驾驶控制系统(213)获取的信息发送至路侧监控单元(12)的路侧车路协同通信终端(122)。

4.如权利要求3所述的车路协同自动驾驶高效运输系统，其特征在于：在交通流量大的交叉路口(111)处设置缓冲站(113)，所述缓冲站(113)与交叉路口(111)相连通。

5.车路协同自动驾驶调度方法，其特征在于：

获取路网(11)中的所有车辆(2)的当前实时位置，计算出路网(11)中各路段(112)的实时交通流量，并将各路段(112)的实时交通流量传送给各个交叉口调度单元(13)；

交叉口调度单元(13)获取驶入对应交叉路口(111)的车辆(2)的目的地；并规划出从交叉路口(111)到目标车辆(2)目的地的所有拟定路线；

交叉口调度单元(13)根据所有拟定路线、交叉路口(111)所连接的路段(112)的实时交通流量制定出驶入对应交叉路口(111)的车辆(2)下一步的行进路段(112)。

6.如权利要求5所述的车路协同自动驾驶调度方法，其特征在于：按照路网(11)单位时间承载总交通量最大、路网(11)内车辆(2)通行总时间最短原则，动态决定车辆(2)下一步的行进方向。

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