CN115667041A - 自动驾驶车辆系统的车辆控制方案 - Google Patents

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Abstract

一种沿道路导航多个车辆的方法，所述方法包括：在第一车辆处，通过跟随第一移动位置目标沿所述道路的路段进行导航，所述第一移动位置目标根据第一跟踪函数确定，所述第一跟踪函数将沿所述道路的路段的位置限定为根据时间而变化，以及在第二车辆处，通过跟随第二移动位置目标沿所述道路的路段进行导航，所述第二移动位置目标根据第二跟踪函数确定，所述第二跟踪函数将沿所述道路的路段的位置限定为根据时间而变化。第一车辆和第二车辆之间的距离可以随着第一车辆和第二车辆沿着所述道路的路段的导航而变化。

Description

自动驾驶车辆系统的车辆控制方案
相关申请的交叉引用
本PCT专利申请要求于2020年3月20日提交的美国临时专利申请号62/992,739的优先权，其内容整体以引用的方式并入本文。
技术领域
所描述的实施例整体涉及车辆，更具体地，涉及用于控制自动驾驶车辆沿道路的操作的车辆控制方案。
背景技术
诸如汽车、卡车、厢式车、公交车、电车等的车辆在现代社会普遍存在。汽车、卡车和厢式车经常用于私人运输，以运输相对少量的乘客，而公交车、电车和其他大型车辆经常用于公共运输。车辆还可以用于包裹运输或其他用途。可以在道路上驱动此类车辆，所述道路可以包括地面道路、桥梁、高速公路、立交桥或其他类型的车辆路权。无人驾驶或自动驾驶车辆可以使个人无需手动操作车辆用于其运输需求。
发明内容
一种沿道路导航多个车辆的方法，可以包括：在第一车辆处，通过跟随第一移动位置目标沿所述道路的路段进行导航，所述第一移动位置目标根据第一跟踪函数确定，所述第一跟踪函数将沿所述道路的路段的位置限定为根据时间而变化，以及在第二车辆处，通过跟随第二移动位置目标沿所述道路的路段进行导航，所述第二移动位置目标根据第二跟踪函数确定，所述第二跟踪函数将沿所述道路的路段的位置限定为根据时间而变化。第一车辆和第二车辆之间的距离可以随着第一车辆和第二车辆沿着所述道路的路段的导航而变化。第一车辆和第二车辆之间的时间间隔可以维持在建立的最小值以上。
第一车辆和第二车辆之间的时间间隔可以随着第一车辆和第二车辆沿着所述道路的路段的导航保持恒定。第一车辆和第二车辆之间的在给定时间处的时间间隔可以由第一跟踪函数和第二跟踪函数限定，并且第一车辆和第二车辆之间的在给定时间处的距离可以由第一跟踪函数和第二跟踪函数限定。
当第一车辆沿着所述道路的路段导航时，第一车辆可以计算第一移动位置目标，并且当第二车辆沿着所述道路的路段导航时，第二车辆可以计算第二移动位置目标。第一车辆可以包括同步到参考时钟的第一时钟，第一车辆可以使用来自第一时钟的时间计算第一移动位置目标，第二车辆可以包括与参考时钟同步的第二时钟，并且第二车辆可以使用来自第二时钟的时间计算第二移动位置目标。
一种运输系统，可以包括被配置为通过跟随为道路限定的移动位置目标而自主地沿所述道路进行导航的多个车辆。所述运输系统可以包括车辆存在检测器，其被配置为在道路的合并区域的上游的位置处检测车辆是否存在，其中预定时间内在所述位置处不存在车辆指示沿所述道路的可用车辆位置。所述运输系统还可以包括车辆。所述车辆可以包括驱动系统、转向系统和车辆控制器，所述驱动系统被配置为推进所述车辆，所述转向系统被配置为使所述车辆转向，所述车辆控制器被配置为从所述车辆存在检测器接收指示所述可用车辆位置的信息，响应于接收到指示所述可用车辆位置的所述信息，从多个候选跟踪函数中选择与所述可用车辆位置相关联的跟踪函数，使所述驱动系统和所述转向系统在所述可用车辆位置处将所述车辆合并到道路，以及使所述驱动系统和所述转向系统根据选择的跟踪函数沿着所述道路对所述车辆进行导航。
所述多个候选跟踪函数中的至少两个跟踪函数可以限定沿所述道路的两个车辆之间的可变距离和所述两个车辆之间的恒定时间间隔。所述车辆存在检测器可以与所述车辆无线通信以发送指示所述可用车辆位置的所述信息。指示所述可用车辆位置的所述信息可以包括所述可用车辆位置的坐标和时间。
选择所述跟踪函数的操作可以包括选择将所述可用车辆位置与检测到所述可用车辆位置的时间相关联的跟踪函数。所述车辆控制器还可以包括同步到参考时钟的第一时钟，并且所述车辆存在检测器可以包括同步到参考时钟的第二时钟。
所述运输系统还可以包括沿道路进行导航的多个附加车辆，每个相应附加车辆根据多个候选跟踪函数中的不同的相应跟踪函数进行导航。多个候选跟踪函数中的每个跟踪函数可以将沿道路的位置限定为根据时间而变化，并且所述车辆和每个相应附加车辆可以存储所述多个候选跟踪函数。
一种运输系统，可以包括被配置为沿道路进行自主导航的多个车辆，所述道路具有与第一车辆控制方案相关联的第一片段和与第二车辆控制方案相关联的第二片段。所述运输系统可以包括车辆，所述车辆包括驱动系统、转向系统和车辆控制器，所述驱动系统被配置为推进所述车辆，所述转向系统被配置为使所述车辆转向。所述车辆控制器可以被配置为检测从所述道路的第一片段到所述道路的第二片段的转换，所述道路的第一片段与队列行驶方案相关联，并且所述道路的第二片段与移动位置目标车辆控制方案相关联。所述车辆控制器还可以被配置为确定所述车辆将从所述道路的第一片段进入所述道路的第二片段的时间，从多个候选跟踪函数中选择与以下相关联的跟踪函数：所述车辆将进入所述道路的第二片段的时间和所述道路的第二片段的起始位置，以及使所述驱动系统和所述转向系统根据选择的跟踪函数沿着所述道路的第二片段对所述车辆进行导航。
所述车辆可以是第一车辆，并且所述车辆控制器还可以被配置为在进入所述道路的第二片段之前根据队列行驶方案沿所述道路的第一片段对第一车辆进行导航。根据队列行驶方案对第一车辆进行导航可以包括检测第一车辆前方的第二车辆的速度的变化，以及响应于检测到第二车辆的速度的变化而改变第一车辆的速度。
所述车辆控制器可以使用闭环位置控制来将所述车辆保持在选择的跟踪函数所指示的位置处。所述车辆可以存储指示从所述道路的第一片段到所述道路的第二片段的转换的位置的信息，并且所述车辆控制器可以至少部分地基于所述车辆的位置和指示转换的位置的所述存储的信息来检测从所述道路的第一片段到所述道路的第二片段的转换。
所述运输系统还可以包括指示从所述道路的第一片段到所述道路的第二片段的转换的可检测组件，所述车辆可以包括传感器，并且检测从所述道路的第一片段到所述道路的第二片段的转换的操作可以包括利用所述传感器检测所述可检测组件。所述可检测组件可以嵌入到道路中。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述将容易理解本公开，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：
图1描绘了示例性道路的一部分。
图2A描绘了示例性道路的采用移动位置目标控制方案的一部分。
图2B描绘了给定时间处的图2A的道路的一部分，图示了该道路上的示例性车辆位置。
图2C描绘了另一时间处的图2A的道路的一部分，图示了该道路上的示例性车辆位置。
图2D描绘了又一时间处的图2A的道路的一部分，图示了该道路上的示例性车辆位置。
图3A-3F描绘了示例性道路交叉点和相关联的车辆控制方案。
图4A-4B描绘了限定车辆相对于时间沿道路的片段的位置的示例性跟踪函数的图。
图5描绘了示例性道路的一部分，图示了在移动位置目标控制方案中的示例性车辆间距离。
图6A-6C描绘了可用于道路的片段的示例性队列行驶方案的操作。
图7A-7B描绘了示例性车辆。
图8A-8B描绘了图7A-7B的开着门的车辆。
图9描绘了示例性车辆的部分爆炸图。
具体实施方式
现在将详细参考附图中示出的代表性实施例。应当理解，以下描述不旨在将实施例限制为一个优选实施例。相反，其旨在覆盖可包括在所附权利要求所定义的所描述实施例的精神和范围内的替代方案、修改和等同物。
本文中的实施例通常涉及一种运输系统，其中许多车辆可以被自主操作以沿道路运输乘客和/或货物。例如，运输系统或服务可提供沿道路运行的车队，以在预设位置或站点或动态选择的位置(例如，由人经由智能手机选择)接送乘客。如本文所用，术语“道路”可指支撑移动车辆的结构。
然而，车辆的自动驾驶操作是一项复杂的任务，道路上车辆采用的特定技术或方案可能会对整个系统的运行以及车辆的单独运行产生巨大影响。例如，一些车辆控制方案可能容易引起或传播交通堵塞或对系统的运行和/或效率产生负面影响的其他干扰。因此，为道路建立一个或多个适当的车辆控制方案可有助于确保系统的平稳和高效运行。
本文描述的一个示例性车辆控制方案建立了虚拟位置目标(本文称为移动位置目标或简称为位置目标)，其沿道路移动并充当自动驾驶车辆的目标(或位置设定点)。当车辆沿着使用这种类型的控制方案的道路片段行驶时，车辆可以被分配给特定的移动位置目标或以其他方式与该移动位置目标相关联，并且车辆可以调整其速度和/或方向以最小化其实际位置和移动位置目标的位置之间的误差。在该道路片段上的每个车辆可以被分配给不同的移动位置目标或以其他方式与该移动位置目标相关联，并且该移动位置目标可以被预先确定(例如，通过将沿着道路的位置与时间相关联的函数)，使得车辆彼此保持安全距离。以这种方式，可以严格控制道路上单个车辆的位置和沿道路片段的车辆的总体流动，从而降低交通堵塞、碰撞等的风险。如本文所用，车辆通过跟随移动位置目标来导航的车辆控制方案可以被称为移动位置目标车辆控制方案。
然而，本文所描述的运输系统的道路可能较大且复杂，并可能受益于沿系统不同片段采用不同的车辆控制方案。例如，可以沿着道路的一些片段采用第一车辆控制方案，其中车辆被配置为自主地形成多个车辆的队列或组，并且可以沿着道路其他片段采用第二车辆控制方案(例如移动位置目标车辆控制方案)。本文描述了这种车辆控制方案的示例，以及用于在十字路口、汇合点、交叉点等处的各种不同车辆控制方案之间进行转换的技术。
本文所述的运输系统可包括专用类型的车辆(或多个专用类型的车辆)或与其一起运行，其可以被配置为根据为特定道路片段建立的特定车辆控制方案独立运行，并且其还可以由运输系统控制器直接控制或引导，所述运输系统控制器可以向运输系统的组件(例如，运输系统中的车辆)发布命令或以其他方式控制所述组件。如本文所用，车辆控制方案可由车辆、运输系统控制器、车辆和运输系统控制器的组合、或使用任何其他合适的组件、计算机、服务器、控制器或其组合来执行。
图1图示了根据本文所述实施例的用于自动驾驶车辆108的道路100的一部分。图1中所示的道路的路段示出在典型城市或郊区环境中的地平面上，但这并不意味着限制。实际上，可以在任何环境或位置中部署道路，包括乡村位置、整体或部分位于建筑物内、远离道路、在升高的结构上、在地下等。所示的道路100具有沿道路100导航的多个四轮车辆108。车辆108可以是专门设计用于与道路100一起使用的自动驾驶或半自动驾驶车辆。关于图7A-9B描述了用于与道路100一起使用的车辆的一个示例性类型，但是替代或除了本文所描述的那些，还可以沿道路100驱动其他类型的车辆。图1中所示的道路100的片段可以仅是一小部分，所述道路可以包括多个片段，包括直路、弯道、十字路口、桥梁、隧道、登车区域、停车设施等。为了促进高效车辆运行，可以在不同片段采用不同的车辆控制方案。例如，可以沿主干道采用移动位置目标车辆控制方案，可以沿入口匝道、登车区域等采用队列行驶(或其他)方案。
图2A图示了道路200的采用沿道路200的至少一部分的移动位置目标控制方案的示例性部分。道路200的该部分可以包括第一片段208和与第一片段208在合并区域212合并的第二片段210。第一片段208可以与移动位置目标控制方案相关联，而第二片段210可以与移动位置目标控制方案、队列行驶方案或任何其他合适的车辆控制方案相关联。
在移动位置目标控制方案中，道路上的车辆被配置为跟随沿道路200虚拟地移动的虚拟位置目标202(例如，202-1,...,202-n)。例如，虚拟位置目标202(本文也简称为位置目标)可以被概念化为虚拟容器，所述虚拟容器沿道路移动并且车辆将尝试在它们沿道路导航时保持“在其中”。这样，可以为道路预先限定位置目标202沿道路移动的方式，并且根据移动位置目标控制方案沿道路驱动的任何车辆将以可预测的预先确定的方式(例如，以由位置目标预先限定的位置、速度、朝向等)移动。因为车辆被配置为停留在提供预先确定的车流/模式的“虚拟容器”中，所以该控制方案还帮助避免交通堵塞或其他无法预测的交通状况。如图2A所示，位置目标202沿箭头204指示的方向移动。
如本文所述，位置目标不需要在道路片段上具有固定的速度或固定的分离距离。相反，此类参数可以变化以适应运输系统的各种需求。例如，位置目标的速率可以围绕道路片段中的弯道改变(例如降低)，并且位置目标之间的距离也可以围绕该弯道改变(例如减小)。即使速度和/或随后的距离在移动位置目标控制方案中改变，车辆的流量也可以沿道路的该片段保持恒定，因此实现了系统的稳态运行并且避免了后退或其他非稳态状况。
位置目标202可以以任何合适的方式限定。例如，如本文关于图4A-4B所述，位置目标202可以由将沿道路的位置限定为根据时间变化的函数限定。每个车辆可以存储或以其他方式使用所述函数，从而每个车辆可以各自独立地确定位置目标在给定时间的位置。以这种方式，车辆可以独立地确定其尝试跟随的位置目标的位置，而无需从远程来源(例如，远程服务器或控制器)发送位置目标的位置。又如，位置目标202可以由波形(例如行进波)限定，其中波形的极小值和/或极大值限定位置目标。
如本文所用，“跟随”虚拟位置目标的车辆指的是尝试将其位置保持在虚拟位置目标处(或从位置目标固定地偏移)的车辆，并且不要求该车辆在位置目标之后。例如，车辆可以通过使用闭环位置控制器来“跟随”位置目标，所述闭环位置控制器尝试最小化车辆的实际位置与位置目标的位置之间的误差。因此，当位置目标沿道路移动(虚拟地)时，车辆将转向并以使车辆较大程度上与位置目标保持一致的方式推动其自身。如闭环位置控制中所期望的，车辆的实际位置可以稍微偏离设定点(此处为所述位置目标)，因此实际位置和设定点在系统的正常运行期间可能不是完全相等的。因此，将会理解，跟随、跟踪或以其他方式保持与位置目标的一致性包括此类偶发的位置误差的可能性。
此外，车辆的位置和虚拟位置目标的位置可以以任何合适的方式限定。在一个示例中，位置目标可以由单维度点限定，并且车辆的位置可以对应于车辆上的固定位置处(例如，在车辆的几何中心处、在空载车辆的重力中心处、在车辆的最前面的点处等)的单维度点。在其他示例中，位置目标可以由对应于运输系统中的车辆的形状的二维形状限定，并且车辆的位置可以被限定为车辆的周长或外边界。在这种情况下，车辆可以被配置为通过尝试将车辆的周长保持在位置目标的二维形状(例如，矩形)内而跟随位置目标。也设想了用于限定车辆的位置和位置目标的其他技术。
图2B图示了时间t0处的道路200的一部分，其中车辆214-1、214-2、214-3和214-4正在沿道路200行进。如图2B所示，每个车辆与各自的位置目标一致(例如，车辆214-1与位置目标202-1一致，车辆214-2与位置目标202-2一致)。车辆可以被配置为当位置目标在方向204上沿道路200移动时，所述车辆跟随其各自的位置目标。例如，如上所述，车辆214可以实现闭环位置控制方案，其中位置目标202的位置被用作车辆的位置设定点，并且车辆214通过尝试最小化或减小位置目标与车辆的实际位置之间的误差而跟随位置目标202。
如本文更详细的描述，位置目标的位置可以是绝对位置坐标(例如，经纬度坐标)或任何其他合适类型的变量。在一些情况下，车辆可以存储地图或道路的其他表示，并且位置目标的位置可以被表示为距离或长度参数。本技术可以允许车辆至少部分地将转向控制与速度控制去耦合，从而简化跟随所述位置目标的操作。例如，闭环位置控制器可以独立于转向系统控制车辆的速度(例如，经由车辆的驱动系统)，以最小化设定点与车辆位置之间的误差。同时，转向系统可以基于车辆在道路上的位置并且根据道路的地图来控制车辆的车轮的角度(或以其他方式使车辆转向)。这样，不需要闭环位置控制器计算其当前位置与其位置目标之间的新路径，因为路径已经由道路的地图限定。
图2C图示了时间t1处的道路200的一部分，其中车辆214-1、214-2、214-3和214-4已经根据位置目标的移动沿道路前进了。例如，车辆214-1已经呼应于位置目标202-1前进。图2C还图示了表示紧靠在位置目标202-1(其在图2A中示出并且被车辆214-1占用)之后的位置目标的新位置目标216。显然，因为车辆正在跟随位置目标，所以它们在沿道路行进时不会彼此汇合。例如，当车辆沿道路进行导航时，车辆214-3和214-4之间的可用车辆位置(位置目标218)保持可用和未占用(例如，后面的车辆214-3不尝试追上前面的车辆214-4，而是与其相关联的位置目标保持关联)。
图2C还示出了在道路的第二片段210上的车辆214-5。车辆214-5可能正在准备进入道路的第一片段208。第二片段210可以不与移动位置目标控制方案相关联，并且车辆214-5必须安全地合并到第一片段208中并且开始跟随合适的移动位置目标。
为了安全合并，车辆214-5必须选择跟随未占用的位置目标(例如，位置目标218，其未被占用并且因此表示可用车辆位置)。一旦识别出未被占用的位置目标，车辆214-5可以进入第一片段208并且开始跟随所选位置目标。
车辆214-5可以以任何合适的方式确定可用车辆位置。在一些情况下，运输系统可以包括车辆存在检测器，其被配置为检测道路上是否存在车辆。例如，车辆存在检测器206可以检测车辆何时在该位置处存在或不存在。如图所示，车辆存在检测器206位于合并区域212的上游。因此，尝试在合并区域212处合并的车辆可以使用来自车辆存在检测器206的车辆存在信息来识别可用车辆位置。车辆存在检测器206可以是或者可以包括可以感测道路上的位置处是否存在车辆的任何合适的系统和/或组件。例如，车辆存在检测器206可以是或者可以采用光学传感器、摄像头、磁传感器、超声传感器、基于重量的传感器等以确定给定位置处是否存在车辆。
车辆存在检测器206可以将关于该位置处是否存在车辆的信息直接发送到附近的车辆和/或整个运输系统控制器。车辆存在检测器206可以发送或以其他方式提供各种类型的信息。例如，在一些情况下，车辆存在检测器206发送简单的存在/不存在数据。在这种情况下，车辆和/或运输系统控制器然后可以使用所述存在/不存在数据、时间和传感器的位置确定哪些位置目标被占用哪些未被占用。传感器本身可以发送所述时间和传感器的位置，或者接收车辆或计算机系统可以使用传感器的独特识别器(其可以由传感器与所述存在/不存在数据一起发送)查找所述时间和传感器的位置。在一些情况下，车辆存在检测器206(和/或任何相关联的计算机系统)可以确定位置目标是否被占用或未占用，并且将位置目标的占用状态发送到车辆和/或运输系统控制器。
虽然车辆存在检测器206可以确定给定位置处是否存在车辆，但是该单独信息可能不足以允许车辆(诸如车辆214-5)确定其是否或怎样合并到道路中。例如，紧密相邻的位置目标上的车辆之间具有间隙，但是其之间没有有效位置目标。相应地，必须确定车辆之间的间隙是否包含或对应于有效位置目标，从而构成可用车辆位置。可以以各种方式实现这种确定。例如，可以响应于检测到车辆之间的某个距离或时长的间隙(例如，足够大以包含有效未占用位置目标的间隙)来识别可用车辆位置。又如，可以响应于检测到预定时间内道路上不存在车辆来识别可用车辆位置。再如，可以响应于检测到当已知位置目标正在穿过车辆存在检测器206时不存在车辆来识别可用车辆位置。在前述示例中，检测车辆的存在和/或不存在的操作可以使用车辆存在检测器206执行，并且确定车辆的不存在是否对应于或指示可用车辆位置的操作可以由车辆存在检测器206、一个或多个车辆、运输系统控制器或任何其他合适的设备或系统执行。还设想了用于确定和/或识别可用车辆位置的其他技术。
车辆存在检测器206被配置为发送关于可用车辆位置的信息，不是简单的存在或不存在数据，车辆存在检测器206可以存储或以其他方式使用限定位置目标的函数，以确定位置目标是否被占用或未占用。
在一些情况下，计算机系统(例如，集中式或分布式运输系统控制器)可以跟踪沿着道路的车辆的位置，并且可以将道路上的车辆的位置以及道路上的可用车辆位置广播到系统中的一个或多个车辆。计算机系统还可以将位置目标分配给正在进入采用移动位置目标控制方案的道路片段的车辆。通过从车辆本身接收位置信息(例如，每个车辆自己将其位置报告给计算机系统)或使用任何其他合适的跟踪技术，计算机系统可以使用道路中或沿着道路的传感器(例如，光学传感器、摄像头、磁传感器、超声传感器、基于重量的传感器)来跟踪车辆的位置。
在一些情况下，道路上的正在移动位置目标控制方案下运行的车辆将其本身的位置、它们正在跟随的位置目标、其他附近车辆的位置、邻近位置目标上是否存在车辆等传送到其他车辆和/或运输系统的系统控制器。在一些情况下，直接在车辆之间共享此类信息。例如，参考图2C，车辆214-4可以将信息发送到车辆214-5，指示车辆214-4的位置和位置目标218上不存在车辆。
一旦识别了可用车辆位置，合并车辆214-5可以从多个候选跟踪函数中选择与所述可用车辆位置相关联的跟踪函数。例如，如本文所述，可用车辆位置可以对应于位置目标，并且位置目标可以由独特的跟踪函数限定或与其相关联，所述跟踪函数限定位置目标相对于时间的位置。相应地，如本文所述，合并车辆214-5可以使用信息(例如检测到可用车辆位置的位置和检测到其的时间)来确定对应于可用车辆位置的跟踪函数。一旦选择了跟踪函数(并且当如果这样做是安全的时)，合并车辆214-5可以在可用车辆位置处合并到道路的第一片段208上。一旦合并，车辆214-5根据所选跟踪函数沿道路进行导航。
图2D图示了正在合并到道路200的第一片段208上并且开始跟随位置目标218的车辆214-5。如图2D所示的合并到第一片段208上的操作可以包括车辆214-5，所述车辆启动闭环位置控制方案来使车辆214-5加速到合适的合并速度并且汇聚到位置目标218上。作为合并操作的一部分，转向到第一片段可以以与沿道路的其他片段转向相似的方式执行。例如，车辆214-5可以存储地图或道路的其他表示(包括第一片段208和第二片段210)，并且可以被配置为沿与地图和车辆位置一致的路径进行转向。在另一示例中，车辆214-5可以确定将把车辆214-5从其在第二片段210上的位置引导到位置目标218并且还停留在指定道路边界内的路径(包括朝向、转向角度、速率、加速度或其他参数)。
在合并期间，车辆214-5可以使用各种技术来确保安全的合并操作。例如，车辆214-5可以确定其他车辆的位置、其自身与其他车辆之间的距离、其他附近车辆的靠近速度和/或方向等。车辆214-5可以使用此类信息来进行加速、减速或改变朝向或位置，以在合并期间保持其自身与其他车辆之间的安全间隙、靠近速度等。车辆214-5可以使用车载传感器(例如，LIDAR，雷达、超声传感器、光学传感器、摄像头、红外传感器等)检测或确定此类参数。
用于运输系统的道路可以要求道路片段之间的各种不同类型的交叉点。例如，道路可以包括入口匝道、出口匝道、车辆要加速或减速的片段、两股交通流必须合并在一起的区域等。为了促进系统的顺畅高效运行，可以为道路中的各种类型的交叉点限定控制策略。更具体地，可以通过预先限定车辆(更具体地，移动位置目标控制策略)如何在交叉点表现来促进道路的设计和运行。
图3A-3F图示了可以在运输系统中采用的一些示例性交叉点。例如，图3A图示了第二片段304合并到第一片段302上的入口匝道交叉点300。第一片段302可以与移动位置目标控制方案相关联，而第二片段304可以与移动位置目标控制方案之外的控制方案(例如，队列行驶方案)相关联。当车辆遇到入口匝道交叉点时，车辆将根据预定程序运行。例如，第一片段302上的车辆将根据移动位置目标控制方案(由在方向308上移动的移动位置目标306指示)运行，而第二片段304上的车辆在合并到第一片段302上时将转换到移动位置目标控制方案。因为可以预先确定此类行为，在正常运行条件下，系统中的每个车辆可以期望其他车辆根据这些行为运行。
图3B图示了第二片段314与第一片段312解除合并的出口匝道交叉点310。第一片段312可以与移动位置目标控制方案相关联，而第二片段314可以与移动位置目标控制方案之外的控制方案(例如，队列行驶方案)相关联。当车辆遇到出口匝道交叉点时，车辆将根据预定程序运行。例如，第一片段312上的车辆将根据移动位置目标控制方案(由在方向318上移动的移动位置目标316指示)运行，而离开第一片段312的车辆将在从离开第一片段312到第二片段314时从移动位置目标控制方案转换到不同的车辆控制方案。在一些情况下，当离开车辆在离开第一片段312的过程中时，离开车辆可以尝试保持前面的车辆与后面的车辆之间的相同距离，直到离开车辆完全离开沿着第一片段312的交通流。
图3C图示了第一片段324加入第二片段325的加入交叉点320，并且来自第一片段324和第二片段325的车流继续沿着第三片段322(在方向327上移动)。第一片段324、第二片段325和第三片段322可以全部与移动位置目标控制方案相关联。为了在不引起后退或其他非稳态流状况的条件下加入来自第一片段324和第二片段325的车流，第三片段322的流量可能需要大致等于第一片段324和第二片段325的组合流量。换句话说，第一片段324的车流量可以是第三片段322的车流量的一半，并且第二片段325的车流量也可以是第三片段322的车流量的一半。图3C中第一片段324图示了这种情况，所述第一片段中的位置目标326有足够的间隔来容纳第二片段325的位置目标328。这样，第一片段和第二片段的车流可以在没有后退或减速的情况下合并在一起。此外，第一片段324和第二片段325上的车辆的速度可以在车流加入并且正沿第三片段322进行导航之后保持相同。
位置目标326和328可以交错，使得第一片段324的位置目标326在位置目标326之间存在的间隙中容纳第二片段325的位置目标328。因为预先确定了所述加入交叉点320的所有片段的车辆控制方案，包括位置目标326、328和329的位置和速度，所以可以连续地保持车流的连续不间断合并(并且不要求车辆明显减速或加速来完成合并)。
图3D-3F图示了转换交叉点330、340和350，其中具有不同车辆控制方案的两个片段彼此邻接。当车辆越过这些交叉点中的一个片段到下一个片段的边界时，所述车辆从一个车辆控制方案转换到另一个车辆控制方案。例如，图3D图示了转换交叉点330，其中第一片段332与移动位置目标控制方案之外的车辆控制方案相关联，并且第二片段334与位置目标336(在方向338上沿道路移动)所示的移动位置目标控制方案相关联。当车辆靠近第一片段332和第二片段334之间的边界339时，所述车辆将期望转换到移动位置目标控制方案。例如，在一些情况下，当车辆来到距离边界339的阈值距离内时，所述车辆确定将在它们越过边界339的时间可用和合适的位置目标和相关联的跟踪函数。一旦越过边界，它们开始根据移动位置目标控制方案运行，并跟随由所选跟踪函数限定的移动位置目标。在一些情况下，车辆直到其与边界339之间没有其他车辆时才会转换到移动位置目标方案。如果存在这种车辆，在这些车辆进入第二片段之前，一个车辆必须减速和/或停止。车辆存在检测器或其他技术(如上所述)可以用于确定什么位置目标和/或跟踪函数可用并且可以用于促进安全高效地转换到第二片段334。片段之间的边界可以是或者可以包括可检测组件，诸如道路中或沿道路的可检测材料(例如，磁铁、金属、光信号或信标、标志等)。
图3E图示了转换交叉点340，其中第一片段342与移动位置目标控制方案(如由在方向348上沿道路移动的位置目标346所示)相关联，并且第二片段344与移动位置目标控制方案之外的车辆方案(例如，队列行驶方案)相关联。当车辆靠近第一片段342和第二片段344之间的边界349时，所述车辆将期望从移动位置目标控制方案转换出来。例如，当车辆越过边界349时，所述车辆将停止跟随跟踪函数的位置目标，并且开始根据不同的控制方案进行导航，如通过尝试在前面的车辆后面保持跟随距离或时间间隔，直到最大速度限制。
图3F图示了转换交叉点350，其中第一片段352和第二片段354与移动位置目标控制方案相关联，但是各自具有不同的车辆移动参数(例如，不同的速度)。例如，图3F图示了第一片段352，其中位置目标355以第一速度在方向357上移动，还图示了第二片段354，其中位置目标356以不同于第一速度的第二速度(例如，更快的速度)在方向358上移动。当车辆来到距离边界359的阈值距离内时，所述车辆确定将在它们越过边界359的时间可用和合适的位置目标和相关联的跟踪函数。一旦越过边界，它们开始根据第二移动位置目标控制方案运行，并跟随由所选跟踪函数限定的移动位置目标。为了避免后退、交通堵塞或其他非稳态运行状况，转换交叉点350(以及其他相似转换交叉点)的第一片段和第二片段的车辆控制方案可以被配置为具有相同的车流量。在其他情况下，车流量可以改变，只要其仅沿着下游方向增大(例如，流量仅在车辆沿道路行进时增大，直到它们离开道路或道路到头)。
如上所述，车辆可以使用跟踪函数来确定其正在跟随的移动位置目标的位置。可以以多种方式限定跟踪函数。图4A-4B图示了示例性跟踪函数和所述跟踪函数如何限定道路上的多个车辆之间的位置关系。如上所述，车辆可以被分配给定跟踪函数。将跟踪函数分配给车辆可以由车辆自身、运输系统控制器、另一车辆完成或以任何其他合适的方式完成。
图4A图示了沿着道路的路段的长度与时间的图400。为了便于理解，图400的y轴表示沿着道路的长度位置，而不是绝对位置(例如，经纬度坐标)。相应地，图4A所示的图可以和与地图或道路的其他表示结合使用的跟踪函数相关联，从而为车辆提供转向和加速指令。也可以使用其他类型的跟踪函数，诸如将绝对位置与时间相关联的那些。
图400描绘了第一跟踪函数Ft1、第二跟踪函数Ft2和第三跟踪函数Ft3。跟踪函数的非线性示出了车辆沿所表示的道路路段的速度变化。因此，跟踪函数可以限定比简单恒定速度曲线更复杂的速度曲线。这在复杂道路的背景下可能特别有用，所述复杂道路包括诸如以下特征：不同半径和/或倾斜角的弯道、山坡、隧道、合并区域或其他道路交叉点等。在这种情况下，恒定速度跟踪函数可能不安全和/或低效，因为这种函数的速度会需要被设定为该道路所要求的最低速度(例如，如果道路中的弯道为了安全目的而需要特别低的速度，恒定速度函数不会超过该低速，甚至这样做比较安全的片段中)。
可以为道路片段预先限定跟踪函数，使得该片段上的每个车辆都跟随离散跟踪函数。这样，跟踪函数将限定和预定车辆之间的间隙，从而帮助避免车辆之间的碰撞或其他互动。例如，在时间t1处，跟随函数Ft1的车辆将在长度位置L1处，跟随函数Ft2的车辆将在长度位置L2处，并且跟随函数Ft3的车辆将在长度位置L3处。通过将跟踪函数用作位置控制器(例如，闭环位置控制器)的输入或设定点，车辆能够将其位置保持在其所分配的跟踪函数所指示的位置处。
如上所述，跟踪函数可能不会在相邻车辆之间保持固定距离。相反，跟踪函数可能会在相邻车辆之间保持固定时间。换句话说，车辆彼此之间可以保持例如两秒的距离，不管速度如何。在这种情况下，车辆之间的距离将随着速度的增加而增加。使用固定(或至少预定)时间间隔而不是距离间隔限定车辆之间的间隙有助于整体系统效率。更具体地，基于固定距离的间隔将要求选择沿着道路所要求的最大安全间隙大小，最终导致在道路的较慢速路段中的车辆之间的不必要的大间隙。车辆之间的时间间隔可以被保持在阈值或建立的最小安全值或之上，如本文所述。
图4B图示了相邻跟踪函数之间的时间间隔如何可以保持恒定，而车辆之间的距离可以变化。例如，代表性时间间隔402、404、406、408和410的相等长度或大小证明跟踪函数之间的时间间隔在道路的长度上(或者至少道路的一个片段上)可能是固定的或恒定的。距离间隔D1和D2的不同大小(分别在时间t1和t2处)示出了相邻车辆之间的距离可以随着车辆沿道路行进而改变。换句话说，当两个车辆根据两个跟踪函数沿道路行进时，这两个跟踪函数可以限定这两个车辆之间的可变距离。
在一些情况下，道路的跟踪函数可以实时改变或调整。这可以例如在天气或道路条件、交通条件等改变时发生。例如，车辆之间的在干燥天气条件中安全的时间间隔可能不足以用于潮湿天气条件。相应地，运输系统可以要求车辆响应于检测到影响运输系统的条件(或条件的改变)来修改它们的跟踪函数，例如天气条件、路况、道路上杂物、人或其他物体的存在等的改变。在一些情况下，预定义多组跟踪函数，并且可以指示(例如，通过运输系统控制器)车辆响应于检测到的条件而从一组跟踪函数改变到另一组。在一些情况下，可以指示(例如，通过运输系统控制器)车辆修改它们的现有跟踪函数来增大或减小车辆之间的时间间隔(例如，通过改变跟踪函数中的常量的值)。用于改变与道路相关联的跟踪函数的其他技术也是可能的。
在一些情况下，运输系统具有用于两个车辆之间的时间间隔的建立的最小值。例如，两个车辆之间的最小时间间隔可以是约1秒、约2秒、约5秒或任何其他合适的值。所建立的最小时间间隔可以至少部分地基于运输系统的组件的属性来限定，包括但不限于车辆的制动性能、车辆的可用牵引力、道路的设计(例如，道路的弯道半径和道路坡度等)等。所建立的最小时间间隔可以是系统级的。在一些情况下，代替或除了建立的系统级最小时间间隔，还可以建立局域和/或临时的最小时间间隔。例如，道路的某些路段可以具有不同的最小时间间隔(例如，道路的不同路段可以具有不同的天气或路面条件、不同的道路布局等，因此可以具有不同的最小时间间隔)。又如，某些条件可以使整个系统具有不同的最小时间间隔(例如，系统级天气事件可以出于安全性或其他原因而设置更大的建立的最小时间间隔)。
跟踪函数的改变可以被配置为发生在道路交叉点(例如，当汽车越过道路片段之间的某个边界时)，使得车辆能够以有序的(例如，顺序的)方式适应新的跟踪函数而不会引起交通堵塞、碰撞或其他问题。
为了确保道路上的所有车辆都正确地跟踪位置目标，所有车辆必须使用同步时钟系统运行。例如，如果两个车辆的时钟时间不同，那么它们可能不在其跟踪函数的正确位置。相应地，车辆可以各自包括与其他车辆的时钟和/或参考时钟(其可以与运输系统控制器、中央服务器、可公开访问时钟服务等相关联)同步的时钟。
图5图示了道路的片段500，示出了车辆之间的物理距离如何可以在车辆之间的时间间隔保持恒定时改变。例如，由于目标位置508和510在其沿道路的直线部分的位置处的速度，目标位置508和510之间的距离502可以表示两秒时间间隔。当目标位置接近并进入道路中的弯道时，它们可以减速以保持在弯道期间乘客的舒适度和/或车辆安全。当车辆速度降低时，它们之间的物理距离也能在保持恒定时间间隔时减小。因此，例如，目标位置512和514之间的距离504可以表示相同的两秒时间间隔，即使距离504小于距离502。类似地，目标位置516和518之间的距离506可以表示相同的两秒时间间隔，即使距离506小于距离502和504。当车辆离开拐角并开始加速时，目标位置之间的物理距离可以再次增大以保持其间的恒定时间间隔。如上所述，与保持恒定物理距离相比，保持时间间隔恒定允许沿道路的更紧密车辆填充，因为物理距离在适应车辆行进速度方面更受限。
虽然移动位置目标车辆控制方案可以沿道路的一些片段使用，但是它可能不适合道路的所有片段。例如，一些片段可能要求处理非稳态交通流的能力。示例可以包括车辆可能不得不等待可用车辆位置的入口匝道和车流可能无法预测和/或由用户需求驱动的登车区域。由于这些或其他原因，道路的一些片段可以被配置为根据另一车辆控制方案运行，例如队列行驶方案。
在一些情况下，道路的相同片段可以响应于检测到或以其他方式满足某些条件而在车辆控制方案之间转换。例如，道路片段可以响应于检测到某个道路条件(例如，潮湿或打滑条件、道路上的杂物、道路上的不可预知的车辆交通或其他交通情况等)而从移动位置目标控制方案转换到队列行驶方案。如果出现了此类条件，运输系统可以改变一个或多个片段的车辆控制方案(例如，从移动位置目标控制方案转换到队列行驶控制方案)。
图6A-6C描绘了可用于道路的片段的示例性队列行驶方案的操作。这些附图中的队列行驶方案表示车辆自我组织成队列的技术(例如，几组一起行进的车辆，并且其中后面的车辆对前面车辆的动作做出反应)。在一个示例中，通过建立更小的车辆队列比更大的队列行进地更快的规则来实现自我组织成队列。这样，更小的队列(包括一个车辆的队列)将总是倾向于减小它们与沿着道路行进更远的更大队列的间距，并且将追赶更大的队列(如果道路足够长)。此外，通过分组成更大的队列，更多和更大的间隙将倾向于沿着道路形成，从而为车辆合并到交通流中提供更大的机会。
图6A图示了具有三个队列的道路片段600：具有一个车辆的第一队列602、具有三个车辆的第二队列604和具有五个车辆的第三队列606。图6A示出了时间t0处的队列。如上所述，更小的队列可以比更大的队列更快地行进以允许更小的队列赶上并加入更大的队列。相应地，第一队列、第二队列和第三队列可以分别以速率(例如，速度)V1、V2和V3行进，其中V1大于V2，并且V2大于V3。
图6B图示了时间t1处的道路片段600，示出了队列的相对速率如何使第一队列602赶上并加入第二队列604。一旦加入，第一队列602改变其速度以匹配第二队列604的速度(例如，V2)。图6B还图示了第二队列604，其与第三队列606的距离由于更大的速度V2而减小。图6C示出了t2处的道路片段600，示出了第二队列604如何已经赶上并加入第三队列606。一旦已经加入，所有车辆根据第三队列606的速度V3行进。
在一个示例中，具有n个车辆的队列的速度可以由以下等式限定：
Figure BDA0003849721160000121
其中vmin是为道路的片段(可选地，为整个道路)限定的建立的最小可允许速度，并且vmax是为道路的片段(可选地，为整个道路)限定的最大可允许速度。可以基于安全考虑、道路配置、车辆能力等为道路建立vmax和vmin的值。将会理解，车辆可以在某些操纵期间减速到vmin以下，例如在合并到道路上时从停止开始加速、为离开道路而减速时、在紧急状况中等。
以上等式可以仅用于具有给定车辆数量的队列大小的车辆，而更大的队列以不同的速度(其可以被设置为特定值或由不同的等式或一组考虑因素限定)行进。在一些情况下，以上等式用于具有五个或更少车辆的队列，而具有六个或更多车辆的队列以建立的最小队列速度行进。然而，由于以队列行进的车辆需要保留在正常运行期间稍微降低其速度的能力以适应在正常运行期间可能发生的前面车辆的速度变化，最小队列速度可以大于vmin。例如，车辆可以被配置为在正常行驶条件下将其速度保持在道路的vmin以上。然而，如果队列正在以vmin行进，并且前面的车辆偶然减速(例如，由于道路中的障碍物或任何其他原因)，后面的车辆可能不能够进一步减速(因为其已经以vmin行进并且以编程的方式被限制进一步减速)。通过确保车辆能够在它们在队列中时减速并且不会被建立的最小车辆速度vmin不安全地限制，将最小队列速度设置为vmin以上缓解了这种问题。
队列行驶方案也可以建立或限定最大队列大小。例如，队列可以被限制为最大十个车辆、六个车辆、五个车辆或任何其他合适的大小。在一些情况下，最大队列大小可以基于条件和/或环境改变。例如，道路的不同片段可以具有不同的最大队列大小。又如，天气条件的变化可以使运输系统改变最大队列大小。当队列大小大于最大队列大小时，队列可以分成多个队列，每个队列的大小为最大队列大小或更小。车辆彼此之间可以通信以确定哪些车辆应该分到不同的队列。替代地或另外地，系统控制器可以将指令发送到车辆，指示哪些车辆应该分到不同的队列。如果更小的(因此更快的)队列赶上已经是最大队列大小的更大队列，更小的队列可以减速到前面的队列的速度(并且可以保持其与更大的队列之间的某个间距)。
队列行驶方案也可以限定队列之间的目标间距(其可以用作最小间距)(称为目标队列间距)，以及队列中的车辆之间的目标间距(称为目标车辆间距)。队列的车辆之间的目标车辆间距可以被限定为距离间隔(例如，10英尺、30英尺或任何其他合适的值)或时间间隔(例如，一秒、两秒、三秒或任何其他合适的值)。使用时间间隔可以帮助最大化可以同时沿道路安全导航的车辆的数量。目标队列间距可以被限定为队列中的车辆之间的目标间距的某个倍数。例如，队列之间的目标队列间距可以是目标车辆间距的约1.5倍、目标车辆间距的约1.8倍、目标车辆间距的约2.0倍、目标车辆间距的约3.0倍或任何其他合适的值。
如上所述，根据队列行驶方案运行的车辆可以彼此通信以确定它们是否应该加入队列或形成新队列。例如，每个车辆可以被配置为与在道路正前方的车辆通信。车辆可以包括无线车车通信系统以促进这种通信，例如光学通信系统、基于无线电的通信系统等。车车通信可以是直接从一个车辆到另一车辆，或者可以通过一个或多个其他服务器、计算机、控制器、通信系统或提供商等转发消息。
每个车辆可以被配置为从下一车辆请求关于前方车辆数量的信息，并且被查询的车辆可以被配置为响应这种请求。例如，紧靠在前面车辆后方的后面车辆可以询问前面车辆关于前面车辆前方的并且与下一车辆以某个时间间隔(例如，目标车辆间距)分离的车辆的数量。如果前面车辆报告了大于最大队列大小的数量，后面车辆会降低其速度以增大其与前面车辆的距离。在一些情况下，后面车辆会降低其速度直到其位于目标队列间距，并且然后尝试将间距保持在目标队列间距，直到或除非前方队列中的车辆的数量改变。
如果后面车辆从前面车辆接收到大于最大队列大小的数量，其可以通过报告数字零(指示正前方没有汽车并且是队列的有效领先者)来立即开始响应来自更后面车辆的任何类似询问。这可以在后面车辆检测到它应该开始新队列之后立即发生，即使后面车辆还没有物理上增大其与队列间距的间隔距离。如果后面车辆没有在确定其是新队列领先者时立即报告数字零，每个更后面的车辆可以尝试基本上同时减速(每个车辆都认为其正前方有太多车辆)，这可能会引起不必要的减速或系统中的间隙。
在一些情况下，代替(或除了)将询问引导到前方车辆，所述询问也可以被引导到跟随的或后面的车辆。例如，代替(或除了)后面车辆询问前面车辆关于前方车辆的数量，前面车辆也可以询问后面车辆关于在前面车辆后方并且以某个时间间隔(例如，目标车辆间距)分离的车辆的数量。在从后面车辆接收到一个或多个响应时，前面车辆可以相应调整其速度。例如，如果前面车辆接收到指示该数量大于最大队列大小的响应，前面车辆可以调整其速度(例如，增大其速度)以允许其(和可选地多个跟随车辆)建立新队列。
这种通信也可以用于方便前面车辆确定经过道路的速度。例如，如上所述，队列可以基于队列中的车辆的数量以不同速度行进。在这种情况下，前面车辆可以基于对关于后面车辆的数量的询问的响应来调整其速度。例如，如果后面车辆的数量小于最大队列大小，前面车辆可以以大于最小队列速度的速度行进，并且如果后面车辆的数量等于最大队列大小，前面车辆可以以最小队列速度行进。前面车辆可以通过根据将队列大小与队列速度相关联的等式(如上所述)增大或减小其速度来响应后面车辆的数量的改变。
本文所述的车辆控制方案可以与运输系统一起使用或被所述运输系统使用，其中许多车辆可以被自主操作以沿道路运输乘客和/或货物。例如，运输系统或服务可以提供沿道路运行的车队。这种运输系统中的车辆可以被配置为自主运行，如根据本文所述的一个或多个车辆方案(例如，队列行驶方案，移动位置目标方案等)。如本文所用，术语“自动驾驶”可以指车辆能够无需人类操作者的连续手动控制而运行的模式或方案。例如，无人驾驶车辆可以使用控制车辆速度和方向的自动驾驶系统和转向系统等系统沿道路进行导航。在一些情况中，车辆可以不要求来自乘客的转向、速度或方向控制，并且可以排除控制，诸如乘客可访问加速器和制动踏板、转向轮和其他手动控制。在一些情况下，车辆可以包括手动驱动控制，其可用于维护、紧急超控等。此类控制可以被隐藏、存放、或以其他方式避免被用户在正常车辆运行期间直接访问。例如，它们可以被设计成仅由培训的操作者、维修人员等访问。
自动驾驶操作不需要排除所有人类或手动操作车辆或整个运输系统。例如，人类操作者能够出于安全、便利、测试或其他目的干预车辆的运行。此类干预对于车辆来说可以是局部的，如当人类驾驶员控制车辆或远程控制车辆时，诸如当操作者经由远程控制系统将命令发送到车辆时。类似地，车辆的一些方面可以被车辆的乘客控制。例如，车辆中的乘客可以选择目的地、路线、速度，控制门和/或窗的运行等。相应地，将会理解，术语“自动驾驶”和“自动驾驶操作”没必要排除对单个车辆或整个运输系统的所有人类干预或操作。
运输系统中的车辆可以包括各种传感器、摄像头、通信系统、处理器和/或帮助促进自动驾驶操作的其他组件或系统。例如，车辆可以包括检测磁铁或嵌入道路中帮助车辆确定其在道路上的方位、位置和/或朝向的其他标志物的传感器阵列。车辆也可以包括无线车车通信系统(诸如光学通信系统)，所述无线车车通信系统允许车辆彼此通知运行参数，诸如其制动状态、队列中前方车辆的数量、加速状态、其下一操纵(例如，右转、左转、有计划的停止)、其有效载荷的数量或类型(例如，人类或货物)等。车辆还可以包括无线通信系统以促进与运输系统控制器的通信，所述运输系统控制器对运输系统具有监管命令和控制权限。
运输系统中的车辆可以被设计成增强运输系统的运行和便利性。例如，运输系统的主要目的可以是提供舒适、方便、快速和高效的个人运输。为了提供个人舒适性，车辆可以被设计成便于乘客上下车，并且可以具有带有宽敞的腿部空间和头部空间的舒适的座椅布置。车辆也可以具有精密的悬架系统，其提供舒适的驾乘和动态可调参数来帮助将车辆水平保持在方便的高度并确保在大范围的可变负载重量内的舒适驾乘。
传统的个人汽车主要设计为仅在一个方向上运行。这部分是因为驾驶员朝前，而长距离倒车操作通常不安全或不必要。然而，在自动驾驶车辆中，人类不直接实时控制车辆的运行，这对车辆能够双向运行可能是有利的。例如，如本文所述的运输系统中的车辆可以是大体对称的，从而车辆在视觉或机械上没有明显的前部或后部。此外，可以充分独立地控制车轮，使得无论车辆的哪一端朝向行驶方向，车辆都可以基本相同地运行。这种对称设计提供了各种优势。例如，通过潜在地消除掉头或其他操纵来重新定位车辆的需要，从而使它们在开始旅程之前面向“前方”，车辆可能能够在更小的空间内操纵。
图7A和7B是可用于如本文所述的运输系统的示例性四轮道路车辆700(本文简称为“车辆”)的透视图。图7A-7B图示了车辆700的对称性和双向性。特别地，车辆700限定了第一端702(在图7A的最前方示出)和第二端704(在图7B的最前方示出)。在一些示例中并且如图所示，第一端702和第二端704基本相同。而且，车辆700可以被配置为其能够以任一端朝向行进方向而被驱动。例如，当车辆700正在箭头714指示的方向上行进时，第一端702是车辆700的前端，而当车辆700正在箭头712指示的方向上行进时，第二端704是车辆700的前端。
车辆700也可以包括车轮706(例如，车轮706-1至706-4)。车轮706可以根据其靠近车辆的端部而成对。因此，车轮706-1和706-3可以靠近车辆的第一端702并且可以被称为第一对车轮706，而车轮706-2和706-4可以靠近车辆的第二端704并且可以被称为第二对车轮706。每对车轮可以被至少一个电机(例如，电动机，其可以是驱动系统或车辆的驱动系统的一部分)驱动，并且每对车轮能够使车辆转向。因为每对车轮能够变成使车辆转向，所以不管行进方向如何，车辆可以具有相似的驱动和操纵稳定性特点。在一些情况下，车辆可以以二轮转向模式运行，其中仅有一对车轮在给定时间使车辆700转向。在这种情况下，使车辆700转向的特定的一对车轮可以在行进方向改变时改变。在其他情况下，车辆可以以四轮转向模式运行，其中车轮共同被操作以使车辆转向。在四轮转向模式下，取决于执行的转向操纵和/或车辆速度，多对车轮可以在同一方向或相反方向转弯。
车辆700还可以包括车门708和710，打开所述车门以允许乘客和其他有效载荷(例如，包裹、行李、货物)放在车辆700内。本文更详细描述的车门708和710可以在车辆顶部延伸，从而它们各自限定两个相反侧片段。例如，每个车门在车辆的第一侧限定侧面片段并在第二侧(车辆的相反侧)限定另一侧面片段。车门还各自限定在侧面片段之间延伸的顶面片段，并且限定车辆的顶面(或顶侧)的一部分。在一些情况下，车门708和710的横截面与倒置“U”类似，并且可以被称为天顶门。车门的侧面片段和顶面片段可以被形成为刚性结构单元，从而车门的所有组件(例如，侧面片段和顶面片段)都彼此合作移动。在一些情况下，车门708和710包括用整体结构构成的单一壳体或门架。单一壳体或门架可以由复合片或结构构成，包括例如玻璃纤维、碳复合材料和/或其他轻量复合材料。
车辆700还可以包括车辆控制器，其控制车辆700以及车辆的系统和/或子系统的运行。例如，车辆控制器可以控制车辆的驱动系统(例如，电机、电机控制器、变速箱、传动装置等)、转向系统、悬架系统、车门等，以便于车辆运行，包括根据一个或多个车辆控制方案沿道路对车辆进行导航。车辆控制器还可以被配置为与其他车辆、运输系统控制器、车辆存在检测器或运输系统的其他组件通信。例如，车辆控制器可以被配置为从其他车辆接收关于那些车辆在队列中的位置、速度、即将到来的速度或方向变化等的信息。车辆控制器还可以被配置为从车辆存在检测器接收关于可用车辆位置的信息。车辆控制器可以包括计算机、处理器、存储器、电路或任何其他合适的硬件组件，并且可以与车辆的其他系统互连以便于本文所述的操作以及其他车辆操作。
图8A和8B是车辆700的侧视图和透视图，所述车辆的车门708和710处于打开状态。因为车门708和710各自限定两个相对的侧面片段和顶面片段，当车门708和710打开时，可以露出连续的内部空间802。在图8A和8B中描绘的示例中，当车门708和710打开时，车门708和710之间可以限定从车辆700的一侧延伸到另一侧的开放段。这可以允许乘客在车辆700的任一侧无障碍地进出车辆700。当车门708和710打开时，头顶结构的缺失可以允许乘客在没有头顶净空限制的情况下走过车辆700。
车辆700还可以包括座椅804，其可以位于车辆700的相对端，并且可以彼此相对。如图所示，车辆包括两个座椅804，但其他数量的座椅和其他座椅布置也是可能的(例如，零座椅、一个座椅。三个座椅等)。在一些情况下，座椅804可以被移除、放倒或存放，使得轮椅、婴儿车、自行车或行李可以被更容易地放进车辆700。
如本文所述的用于运输系统的车辆(诸如车辆700)可以被设计用于安全和舒适操作，以及便于制造和维护。为了实现这些优势，车辆可以被设计成具有框架结构，其包括车辆的多个结构组件和操作组件(例如，电机、悬架、电池等)，并且位置低到地面。车身结构可以被附接到或固定到框架结构。图9图示了车辆的部分爆炸图，其可以是车辆700的实施例，示出框架结构和车身结构的示例性配置。如下所述，与相对轻量的车身结构结合的框架结构的低位置使车辆的重心非常低，这提高了车辆的安全性和操纵稳定性。例如，当车辆遇到斜路面、风荷、急弯等时，低重心降低了车辆的侧翻风险，还在转弯或其他操纵期间减少了车辆的车身侧倾。此外，通过将车辆的多个操作组件，诸如电机、电池、车辆控制器、传感器(例如，检测路上安装的磁铁或其他标志物的传感器)等，定位在框架结构(例如，框架结构904，图9)上，可以简化制造和维修。
图9是车辆900的部分爆炸图，这可以是车辆700的实施例。车辆700的细节可以同样适用于车辆900，此处不再赘述。车辆900可以包括车身结构902(其可以包括车门(例如，如上所述的车门708和710)和其他车身组件以及车身结构902附接到其上的框架结构904。
框架结构904可以包括车辆的驱动组件、悬架组件和转向组件。例如，框架结构904可以包括车轮悬架系统(其可以限定或包括车轮悬挂、轴、轮毂，图9中表示为点912)、转向系统、驱动电机和可选的电机控制器。车轮可以经由车轮悬挂、轴、轮毂等被安装到车轮悬架系统。驱动电机可以包括一个或多个驱动所述车轮(独立地或彼此合作)的驱动电机。驱动电机可以从安装到框架结构904的电源(例如，电池)接收电力。驱动电机的电机控制器也可以被安装到框架结构904上。
悬架系统可以是任何合适类型的悬架系统。在一些情况下，悬架系统包括每个车轮的独立悬架系统。例如，悬架系统可以是双横臂扭杆悬架系统。悬架系统也可以被动态调整，例如以在车辆静止或移动时控制底盘高度、悬架预负荷、阻尼或其他悬架参数。还设想了其他悬架系统，诸如摆动轴悬架、滑柱悬架、麦弗逊式悬架等。而且，可以由任何合适的组件或系统提供弹簧和阻尼功能，诸如螺旋弹簧、板簧、气动弹簧、液压气动弹簧、磁流变减震器等。悬架系统可以被配置为与路面(例如，如上所述的道路)的轮廓结合运行，以维持乘客的期望体验。
框架结构904还可以包括转向系统，其允许车轮转弯以使车辆转向。在一些情况下，车轮可以独立转向，或者它们可以互联(例如，经由转向齿条)，从而它们在车辆的正常运行期间总是指向基本相同的方向。此外，这允许车辆使用四轮转向方案，并在两轮转向方案和四轮转向方案之间交替。
框架结构904可以包括组件，诸如电池、电机和用于打开和关闭车辆的车门的机构、控制系统(包括计算机或其他处理单元)等。
图9图示了车辆和框架结构的示例性配置。然而，其他配置也是可能的。而且，图9所示的框架结构和车身结构更加旨在作为这些组件的示意性表示，并且为了清楚起见，这些组件可以包括图9省略的其他结构。除了图9中清楚表示的之外，车身结构和框架结构之间还可以做出额外的结构连接和整合。例如，打开和关闭车身结构的车门的车门机构的组件可以被加入到车门和框架结构两者。
为了解释的目的，上述描述使用了特定的术语来提供对所述实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，为了实践所描述的实施例，不需要具体细节。因此，本文描述的特定实施例的前述描述是为了说明和描述的目的而呈现的。它们不旨在穷举或将实施例限制为所公开的精确形式。对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。例如，虽然已经参考以特定顺序执行的特定操作描述和示出了本文公开的方法或过程，但是在不背离本公开的教导的情况下，可以组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法或过程。此外，本文中关于一个实施例描述的结构、特征、组件、材料、步骤、过程等可以从该实施例中省略或并入到其他实施例中。此外，虽然术语“道路”在本文中用于指支撑移动车辆的结构，但本文中描述的道路不一定符合与术语“道路”(例如可用于法律、法规、交通法规等)相关的任何定义、标准或要求。因此，本文所述的道路不一定需要(事实上可能不需要)提供与传统“道路”相同的特征和/或结构。当然，本文所描述的道路可能符合任何和所有适用的法律、安全法规或为乘客、旁观者、操作员、建筑商、维护人员等的其他安全规则。

Claims (20)

1.一种沿道路导航多个车辆的方法，所述方法包括：
在第一车辆处，通过跟随第一移动位置目标沿所述道路的路段进行导航，所述第一移动位置目标根据第一跟踪函数确定，所述第一跟踪函数将沿所述道路的所述路段的位置限定为根据时间而变化；以及
在第二车辆处，通过跟随第二移动位置目标沿所述道路的所述路段进行导航，所述第二移动位置目标根据第二跟踪函数确定，所述第二跟踪函数将沿所述道路的所述路段的位置限定为根据时间而变化，其中
所述第一车辆和所述第二车辆之间的距离随着所述第一车辆和所述第二车辆沿着所述道路的所述路段的导航而变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一车辆和所述第二车辆之间的时间间隔随着所述第一车辆和所述第二车辆沿着所述道路的所述路段的导航保持恒定。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述第一车辆和所述第二车辆之间的在给定时间处的所述时间间隔由所述第一跟踪函数和所述第二跟踪函数限定；并且
所述第一车辆和所述第二车辆之间的在所述给定时间处的所述距离由所述第一跟踪函数和所述第二跟踪函数限定。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一车辆和所述第二车辆之间的时间间隔维持在建立的最小值以上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
当所述第一车辆沿着所述道路的所述路段导航时，所述第一车辆计算所述第一移动位置目标；并且
当所述第二车辆沿着所述道路的所述路段导航时，所述第二车辆计算所述第二移动位置目标。
6.根据权利要求5所述的方法，其中：
所述第一车辆包括同步到参考时钟的第一时钟；
所述第一车辆使用来自所述第一时钟的时间计算所述第一移动位置目标；
所述第二车辆包括与所述参考时钟同步的第二时钟；并且
所述第二车辆使用来自所述第二时钟的时间计算所述第二移动位置目标。
7.一种运输系统，包括被配置为通过跟随为道路限定的移动位置目标而自主地沿所述道路进行导航的多个车辆，所述运输系统包括：
车辆存在检测器，其被配置为在所述道路的合并区域的上游的位置处检测车辆是否存在，其中预定时间内在所述位置处不存在车辆指示沿所述道路的可用车辆位置；和
车辆，其包括：
驱动系统，其被配置为推进所述车辆；
转向系统，其被配置为使所述车辆转向；和
车辆控制器，其被配置为：
从所述车辆存在检测器接收指示所述可用车辆位置的信息；
响应于接收到指示所述可用车辆位置的所述信息，从多个候选跟踪函数中选择与所述可用车辆位置相关联的跟踪函数；
使所述驱动系统和所述转向系统在所述可用车辆位置处将所述车辆合并到所述道路；以及
使所述驱动系统和所述转向系统根据选择的所述跟踪函数沿着所述道路对所述车辆进行导航。
8.根据权利要求7所述的运输系统，其中所述多个候选跟踪函数中的至少两个跟踪函数限定沿所述道路的两个车辆之间的可变距离和所述两个车辆之间的恒定时间间隔。
9.根据权利要求8所述的运输系统，其中所述车辆存在检测器与所述车辆无线通信以发送指示所述可用车辆位置的所述信息。
10.根据权利要求9所述的运输系统，其中指示所述可用车辆位置的所述信息包括：
所述可用车辆位置的坐标；和
时间。
11.根据权利要求8所述的运输系统，其中选择所述跟踪函数的操作包括选择将所述可用车辆位置与检测到所述可用车辆位置的时间相关联的跟踪函数。
12.根据权利要求8所述的运输系统，其中：
所述车辆控制器还包括同步到参考时钟的第一时钟；并且
所述车辆存在检测器包括同步到所述参考时钟的第二时钟。
13.根据权利要求8所述的运输系统，还包括沿所述道路进行导航的多个附加车辆，每个相应附加车辆根据所述多个候选跟踪函数中的不同的相应跟踪函数进行导航。
14.根据权利要求13所述的运输系统，其中：
所述多个候选跟踪函数中的每个跟踪函数将沿所述道路的位置限定为根据时间而变化；并且
所述车辆和每个相应附加车辆存储所述多个候选跟踪函数。
15.一种运输系统，包括被配置为沿道路进行自主导航的多个车辆，所述道路具有与第一车辆控制方案相关联的第一片段和与第二车辆控制方案相关联的第二片段，所述运输系统包括：
车辆，其包括：
驱动系统，其被配置为推进所述车辆；
转向系统，其被配置为使所述车辆转向；和
车辆控制器，其被配置为：
检测从所述道路的所述第一片段到所述道路的所述第二片段的转换，所述道路的所述第一片段与队列行驶方案相关联，并且所述道路的所述第二片段与移动位置目标车辆控制方案相关联；
确定所述车辆将从所述道路的所述第一片段进入所述道路的所述第二片段的时间；
从多个候选跟踪函数中选择与以下相关联的跟踪函数：
所述车辆将进入所述道路的所述第二片段的所述时间；和
所述道路的所述第二片段的起始位置；以及
使所述驱动系统和所述转向系统根据选择的所述跟踪函数沿着所述道路的所述第二片段对所述车辆进行导航。
16.根据权利要求15所述的运输系统，其中：
所述车辆是第一车辆；
所述车辆控制器还被配置为在进入所述道路的所述第二片段之前根据所述队列行驶方案沿所述道路的所述第一片段对所述第一车辆进行导航；并且
根据所述队列行驶方案对所述第一车辆进行导航包括：
检测所述第一车辆前方的第二车辆的速度的变化；以及
响应于检测到所述第二车辆的速度的所述变化而改变所述第一车辆的速度。
17.根据权利要求15所述的运输系统，其中所述车辆控制器使用闭环位置控制来将所述车辆保持在选择的所述跟踪函数所指示的位置处。
18.根据权利要求15所述的运输系统，其中：
所述车辆存储指示从所述道路的所述第一片段到所述道路的所述第二片段的所述转换的位置的信息；并且
所述车辆控制器至少部分地基于所述车辆的位置和指示所述转换的所述位置的所述存储的信息来检测从所述道路的所述第一片段到所述道路的所述第二片段的所述转换。
19.根据权利要求15所述的运输系统，其中：
所述运输系统还包括指示从所述道路的所述第一片段到所述道路的所述第二片段的所述转换的可检测组件；
所述车辆包括传感器；并且
检测从所述道路的所述第一片段到所述道路的所述第二片段的所述转换的操作包括利用所述传感器检测所述可检测组件。
20.根据权利要求19所述的运输系统，其中所述可检测组件嵌入到所述道路中。
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