CN1746801A - 一种汽车自动驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车自动驾驶系统，它通过安装于汽车上的方向舵卡轴卡入公路车道上凹形导轨的方式引导汽车的行驶方向；通过条码认读设备、反光计数设备获取车道上位置坐标确认点的坐标，由此对汽车电子里程计的坐标读数进行修正；再用无线传输数据的方式将实时位置坐标数据传输给随后车辆。每辆汽车根据前车和本车的实时位置坐标由车载计算机计算出车距、车速，并由此做出驾驶决策供执行机构执行。它可用于汽车在路况简单的公路上进行自动驾驶，具有成本低、可靠性好的优点。

Description

一种汽车自动驾驶系统

技术领域

本发明涉及汽车及公路，属于汽车自动驾驶领域。

背景技术

近年来，世界各国投入大量的人力物力对汽车自动驾驶系统进行开发。

日本在1995年研制了一辆有自动驾驶功能的试验车，其做法为：在路面中央埋设一条导航磁铁线，汽车根据磁铁线行驶，车身设置障碍物检测雷达，再配备电子控制油门、电子刹车装置等等，从而进行自动驾驶。

美国的自动化车路系统力图利用互联网将道路信息输入给汽车，再配合卫星定位系统辅助汽车按照既定的路线行驶，希望最终达到自动驾驶的目的。

在我国，汽车自动驾驶方面的研究也一直没有停止。1999年，杨更新公开了发明专利——“汽车自动驾驶系统”，想法为：在汽车上安装摄像系统收集路况信息，通过车载计算机根据路况自动做出确定行驶方向、加减速、刹车、超车等驾驶决策。2004年，一汽集团公司和国防科技大学合作研制的红旗牌自动驾驶轿车进入了试车阶段，其主要原理是仿人驾驶。由环境识别系统识别出道路状况，测量前方车辆的距离和相对速度；然后，车载主控计算机和相应的路径规划软件根据道路信息、车前车辆情况以及自身的行驶状态，决定是沿道路前进还是换道准备超车；接着，自动驾驶控制软件按照需要跟踪的路径和汽车行驶动力学，向方向盘控制器、油门控制器和刹车控制器发出动作指令，进行自动驾驶操作。

然而，直至目前，尚未见到有自动驾驶汽车投入批量生产和使用。究其原因，有以下几点：

a)价格昂贵。例如，安装有环境识别系统、雷达测距系统的汽车，汽车增加的硬件造价较为刚性，较难压缩；同时这种自动驾驶系统往往还需配置庞大复杂的软件予以支持，因而汽车造价大幅度增加，造成现阶段无法推广；

b)可靠性差。由于自动驾驶涉及人身安全，不容许有丝毫差错。而现有的自动驾驶系统由于路况的复杂性，无法保证路况识别、磁铁导航的可靠性，并且受风雨、能见度等环境变化的影响较大，因此达不到投入实际使用所需的可靠性要求。

c)纠错能力差。对于磁铁导航的自动驾驶系统，磁铁的性能和维修有明显的局限性；对于根据路况识别进行导航的系统，对于复杂路况或偶发路况，无法自动识别差错，有较大的隐患。

发明内容

本发明的目的

本发明的目的在于克服现有的汽车自动驾驶系统价格昂贵、可靠性差和纠错能力差的缺点，提供一种新的汽车自动驾驶系统，实现汽车自动驾驶能投入实际推广使用的目的。

技术方案

1、系统组成(图1)

汽车自动驾驶系统由方向控制部分、位置坐标获取和确认部分、位置坐标实时交换部分、数据处理控制部分、自动驾驶执行机构部分、辅助部分组成。

1.1方向控制部分。

方向控制部分由有轨车道和安装于汽车上的方向舵组成。

在公路上选择一个车道(例如：靠近中间隔离带的一个车道)作为自动驾驶车道(图2)，在车道中间埋设一条凹形导轨(图3)，当汽车上安装的方向舵卡轴卡入凹形导轨内后，引导汽车准确无误地沿自动驾驶车道行驶。凹形导轨设有排沙管，并在公路的低处和一定距离处设置沙井，定期清理，以免沙土堆积使导轨导向作用失效。

汽车上的方向舵(图4、图5)由卡轴11、定轴12、转向臂13、挂轮14、卡轴提升电机15、弹簧16、支承转向臂后端的弧形滑道18(图6)组成。其中，转向臂前端17与汽车前轮的转向横杆相连，定轴12及弧形滑道18固定于汽车底盘上用于支承方向舵，卡轴提升电机15固定于转向臂上，其上钢丝与卡轴相连，通过提升电机15收放钢丝及弹簧16的作用，可以将卡轴提起或放下。

卡轴(图7、图8)由卡杆19、套筒20、橡胶缓冲头21、钢丝22组成。橡胶缓冲头21旋紧于卡轴端部，用于缓冲放下卡轴时的地面冲击力。套筒20通过轴承23套在卡杆19上，可绕卡杆19旋转，减小卡轴与车道导轨的摩擦力。

汽车自动行驶时，卡轴11放入自动驾驶车道的凹形导轨内，引导汽车行驶。通过转向臂13的转动，拉动汽车前轮的转向横杆左右运动，从而拉动前轮实现转向。当汽车直线行驶时，车道(即导轨)与汽车纵轴线平行，转向臂13与汽车纵轴线也平行，转向臂13不发生转动，前轮也不发生转向，汽车保持直线行驶；当车道(即导轨)发生转弯，例如向左转弯时，由于卡轴11位于凹形导轨内，导轨迫使卡轴11向左移动，带动转向臂13绕定轴12转动，转向臂前端向右移动，转向臂前端17与汽车转向横杆相连(汽车转向横杆通过球节点连接于汽车前轮后部)，从而拉动汽车转向横杆，前轮向左转向；当转向后恢复直线行驶时，在导轨的指引下，通过卡轴11的作用使转向臂13自动回正方向，恢复直线行驶。

1.2位置坐标获取和确认部分。

包括：镶贴于车道上作为位置坐标确认点的反光镜带(图9、图10)、安装于汽车上的电子里程计、条码认读设备及反光计数设备。

反光镜带的位置与条码认读设备及反光计数设备的位置相对应；汽车通过时，条码认读设备能读取该处的位置坐标值，同时反光计数设备输出一次计数脉冲。

①位置坐标的获取：通过电子里程计获得汽车通过每一个位置坐标确认点后所运行的路程数据，将数据输送至车载计算机修正后，加上位置坐标确认点的坐标即可获得汽车运行的实时位置坐标值(一维坐标)。

②位置坐标的确认：在每个自动驾驶车道入口处和自动驾驶车道的每固定距离处(例：每800米处)，自动驾驶车道上均横向镶贴一段反光镜带作为位置坐标确认点，每段反光镜带由一段水平镜面和一段倾斜反光镜面构成，其中水平镜面上印有该处位置坐标值的条码，倾斜镜面能反射反光计数设备的射光。反光计数设备由射灯及光电计数器组成，射灯及光电计数器的受光管均垂直于反光镜带的倾斜镜面。汽车通过位置坐标确认点时，反光计数设备接收到反射光后将计数脉冲信号输送到车载计算机，车载计算机根据计数脉冲数可计算出该确认点准确的位置坐标值，而条码认读设备通过直接读取该处的位置坐标值与反光计数设备获取的位置坐标值相互印证。汽车的实时位置坐标值以最新经过的位置坐标确认点为起始计算点，可消除累积误差。

为了使汽车的位置坐标值满足自动驾驶的精度要求，采用三重保证措施：①、汽车进入自动驾驶车道的起始位置坐标，由车道入口处的位置坐标确认点获得，此位置坐标确认点的坐标由自动驾驶车道的位置坐标推算得到。汽车在入口处减速认读起始位置坐标。若出现无法读取数据的情况，车载计算机自动提醒驾驶人员按入口提示人工输入。②、行驶过程中汽车速度较快，优先采用反光计数的方式计算运行距离，辅助采用条码认读印证。由于车道上位置坐标确认点的间距均为固定距离S1(例如：800米)，当汽车上的反光计数设备接收到一次强烈的反射光时，即意味汽车运行了一个S1的距离，将其与汽车电子里程计在两位置坐标确认点间读得的运行距离S2相比较，即可得到汽车电子里程计的修正系数(修正系数＝S1/S2)。汽车在两个位置坐标确认点间行驶时，其运行距离乘以修正系数后，可以消除由于不同汽车的电子里程计精度不同而产生的误差。③、为了防止反光计数设备和条码认读设备漏操作或电子里程计突然出现故障，在计算机程序中设置异常数据警告程序。当反光计数设备和条码认读设备漏操作或电子里程计突然出现故障时，会造成电子里程计得到的运行距离和反光计数设备得到的运行距离有很大的差异，修正系数发生异常波动(如：波动大于指定值时)，计算机自动放弃该修正系数，继续沿用前次修正系数，并提醒驾驶人员人工介入。

1.3位置坐标实时交换部分。

由安装于车头的定向接收天线、接收机和车尾的定向发射天线、发信机组成。

汽车与汽车之间的位置坐标通过无线传输数据的方式实时传输，采用扩频通信的方法，车载计算机将经过确认和修正的本车位置坐标数据输入给发信机，发信机将数据信息用PN地址码正交扩频和进行正交调制后，通过车尾的定向发射天线向后定向发射信号；同时车头的定向接收天线接收来自前方车辆的数据信号，经接收机解调、解扩后恢复前车的位置坐标数据，输入车载计算机进行处理。

在传输数据的过程中，所有同一方向行驶的汽车均采用相同的工作频段和相同的发射功率，接收机的工作频段与发信机相同。工作频段采用现行CDMA无线通讯网中移动台发射机的工作频段；发信机采用小发射功率，只保证短距离的接收质量(如：只保证600米范围内的接收质量)，以减少对目前使用的各种通信系统的干扰。

车尾发信机的信号传输信道包括导频信道、同步信道和数据信道；导频信道用于区分不同的信号源和作信号强度比较用，不同汽车的导频信道均采用相同的引导PN序列，但时间偏置不同，此不同的时间偏置分别对应于不同的PN地址码，使得随后车辆的接收机根据导频信道的不同时间偏置能判断出不同的信号源，并因此获得此信号源的PN地址码。汽车导频信道的引导PN序列及相应的PN地址码和同步信道中的系统时间由入口处得到的一块身份识别卡中获取；汽车驶出自动驾驶车道后在出口处归还身份识别卡，做到“车卡分离”。

车头接收机包括信号选择接收机和信号跟踪接收机两部分：信号选择接收机对前车的导频信号进行电平检测，将信号强度超过门限值的均进行相干解调、解扩，判断出前车位置坐标最小且大于本车位置坐标的信号源(此信号源由前方距离最近的那辆汽车发射)，将此信号源的PN地址码输入到信号跟踪接收机，由信号跟踪接收机跟踪此信号源，将接收到的位置坐标数据输入车载计算机进行处理。

1.4数据处理控制部分。

由车载计算机及其控制程序组成，其主要任务为：

①计算电子里程计的修正系数η；计算本车的实时位置坐标值Y；

η＝两反光镜带间的距离/期间电子里程计读得的运行距离

Y＝前一反光镜带处的位置坐标+汽车通过该反光镜带后电子里程计读得的运行距离×修正系数η

②根据前车和本车的实时位置坐标值按一极小的时间间隔(如：0.02秒)实时计算本车与前车的距离D、本车的速度v及应与前车保持的安全距离S，根据车距D和车速v的情况输出控制指令到执行机构进行汽车自动控制；

车距D＝前车位置坐标值-本车同一时刻的位置坐标值

车速v＝时间间隔内本车位置坐标值之差/时间间隔

安全距离S＝路况系数μ×车速v+0.2(单位：m)

3、接到警告信号发出警告，要求驾驶人员介入；接到紧急信号，发出紧急刹车指令。数据处理控制部分的控制程序的流程图(如图11)。

其中，路况系数μ和汽车的最高车速由汽车进入自动驾驶车道时、通过人工输入一个路况参数来确定。例如，路况可分为“路况良好”、“雨雾”，“结冰”三种状态，则路况系数μ和最高车速在程序中可分别对应设置为(1，100km/h)、(2，70km/h)和(5，50km/h)。

1.5自动驾驶执行机构部分。

由自动刹车装置、油门控制装置、警告信号装置组成。

自动刹车装置和油门控制装置均由步进电机执行动作，根据车载计算机的控制指令，驱动步进电机正向或反向动作一个或几个步距，以达到实施刹车或松开刹车、加大油门或减小油门或维持油门不动的目的。

若发现警告信号，警告信号装置则发出警告，提示人工介入。

1.6辅助部分。

辅助部分包括自动/人工驾驶切换装置、自动驾驶车道正常出入口、自动驾驶车道分隔栏、故障检测装置。

1、自动/人工驾驶切换装置：设置一个开关，当从自动驾驶转为人工驾驶时，将开关拨向人工驾驶，此时，方向舵的卡轴提起脱离车道的凹形导轨，并切断自动驾驶执行机构的电源，油门和刹车转为人工操作，而位置坐标确认设备、发信机和接收机及车载计算机的电源仍然连通发挥作用。只有当汽车驶出自动驾驶车道，驾驶人员再次确认后，才切断位置坐标确认设备、发信机和接收机及车载计算机的电源，汽车完全转为人工驾驶；当汽车从人工驾驶转为自动驾驶时，首先进入自动驾驶车道入口处的连接车道，在连接车道将方向舵放入凹形导轨内，驾驶人员将开关拨向自动驾驶，此时接通位置坐标确认设备、发信机和接收机、车载计算机、自动驾驶执行机构的电源，汽车完全转为自动驾驶。

2、自动驾驶车道的分隔栏和出入口

A、出入口。自动驾驶车道采用有组织的出入口，并每隔固定距离设置紧急出口，供在自动驾驶车道内行驶的汽车突然发生故障时紧急驶出自动驾驶车道。正常出入口分开设置，并相距足够的安全距离。出入口均设有连接车道(图12、图13)以保证安全。入口连接车道设置有起始位置坐标确认点6和凹形导轨2，入口连接车道的凹形导轨还设有导轨宽度较宽段30及导轨宽度的过渡段29，方便汽车在入口连接车道将方向舵的卡轴放入凹形导轨内。出口连接车道不设置凹形导轨。

B、分隔栏。自动驾驶车道分隔栏除紧急出口外均采用普通钢筋混凝土分隔栏36，紧急出口处采用塑料分隔栏(图14)，当普通车道的事故车辆或异物冲断分隔栏的固定卡头34进入自动驾驶车道时，安装于紧急出口处的发信机立即发出位置坐标信号，警示随后车辆刹车；而自动驾驶车道的汽车遇紧急情况驶出自动驾驶车道冲断分隔栏的固定卡头34时，不发出信号。

紧急出口处的塑料分隔栏由栏体和固定卡头34(图15)组成，固定卡头有两块侧挡板和一块底板，两块侧挡板均预留缺口，在受冲击时固定卡头的侧挡板在缺口处首先被冲断；其中，靠近自动驾驶车道一侧的侧挡板38内含检测导线41，检测导线41通过接线柱40与发信机37连接，当普通车道的事故车辆或异物冲过分隔栏时，靠近自动驾驶车道一侧的侧挡板38被冲断，检测导线41断开，紧急出口处的发信机37立即按汽车上的发信机相同的方式向后发出位置坐标信号，随后的汽车接收到信号后，将此信号判断为一辆停于紧急出口处的汽车发出的信号，则根据其与紧急出口处的距离进行判断操作；而当自动驾驶车道的汽车遇紧急情况(如：机械故障等)需越过分隔栏驶出自动驾驶车道时，靠近普通车道一侧的侧挡板39被冲断，但由于侧挡板39处无检测导线，因此不会误发出紧急信号，只需及时通知公路维护人员重新安装分隔栏和更换固定卡头即可。

3、故障检测装置。故障检测装置包括方向舵的正常使用检测装置、发射设备的正常使用检测装置、异常数据报警装置。

A、方向舵的正常使用检测装置：在方向舵上容易损坏和断裂的位置设置检测回路，当方向舵正常时，布置于方向舵上的检测回路正常；当方向舵损坏时，检测回路断开不通，说明方向舵出现故障，即发出紧急信号并紧急刹车，直至停车或驾驶人员切换为人工驾驶。

B、发射设备的正常使用检测装置：在车尾安装一条接收天线，将本车发射的信号回馈至车载计算机，如检测到发射设备无信号发出，则发出报警信号，提示人工介入。

C、异常数据报警装置：当发射设备无信号发出，或电子里程计修正系数波动超出规定值，或单位时间内本车与前车车距变化幅度超出规定值时，发出警告信号。

技术效果：

本发明可达到以下效果：

1、减少自动驾驶系统的费用。由于本发明对于汽车，只需增加较为简单的硬件设备和配套简单的软件，不需增加费用昂贵的雷达等硬件和配套功能复杂的软件，因此对于汽车增加的费用不高；对于公路，增加的凹形导轨和分隔栏是费用较低的常用材料，因此增加的费用也不高。

2、提高自动驾驶系统的可靠性。本发明中汽车的行驶方向由凹形导轨引导，属机械强制引导，并有机械损坏报警装置，因此可靠性很高；而车距的判断建立在可靠的车辆位置坐标上，同时数据的传递采用扩频无线数据传输的方式，受环境、气候影响较小，抗干扰能力强。在受到干扰时，设置了异常数据报警的措施，因此也有很好的可靠性。

3、纠错能力强。在汽车自动驾驶所能预见的每一个可能出错环节，均设置有数据异常报警或故障报警，提示人工介入，故有较好的安全性。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图

图2为公路车道示意图

图3为凹形导轨示意图

图4为方向舵结构示意图

图5为图4中的A向视图

图6为方向舵弧形滑道示意图

图7为方向舵卡轴结构示意图

图8为图7中的B向剖视图

图9为反光镜带示意图

图10为图9中的C向剖视图

图11为车载计算机控制程序流程图

图12为自动驾驶车道入口连接车道示意图

图13为自动驾驶车道出口连接车道示意图

图14为紧急出口处塑料分隔栏示意图

图15为塑料分隔栏固定卡头示意图

具体实施方式

如图1所示，在汽车底盘安装方向舵和条码认读设备、反光计数设备、汽车前部安装定向接收天线和接收机、汽车后部安装定向发射天线和发信机，加上电子里程计、车载计算机及控制程序、自动驾驶执行机构和有轨车道，即构成本发明的自动驾驶系统。

如图2所示，在公路上选择一个车道(如：靠近中间隔离带1的车道)作为自动驾驶车道，在车道中间埋设一条凹形导轨2，自动驾驶车道与普通车道间设置钢筋混凝土分隔栏3和紧急出口4，并有正常出入口；车道上每隔固定距离还横向镶贴一段反光镜带6作为位置坐标确认点，此段反光镜带在车道上的横向位置保持固定，并与汽车上的条码认读设备和反光计数设备的位置相对应，以使汽车在自动行驶时，汽车上的条码认读设备和反光计数设备能读取位置坐标确认点处的坐标。

如图3所示，在公路车道中间用钢板8做成凹形导轨，钢板8用锚固钢筋7与公路混凝土面层10牢固结合。凹形导轨下设有排沙管9，并在公路的低处和一定距离处设置沙井，定期清理，以免沙土堆积使导轨导向作用失效。本发明并不限定排沙管的材料和形状。

如图4-图8所示，汽车上的方向舵由卡轴11、定轴12、转向臂13、挂轮14、卡轴提升电机15、弹簧16、支承转向臂后端的弧形滑道18组成。其中，转向臂前端17与汽车前轮的转向横杆相连，定轴12及弧形滑道18固定于汽车底盘上，用于支承方向舵的转向臂。卡轴提升电机15固定于转向臂上，通过提升电机15收放钢丝及弹簧16的作用，可以将卡轴提起或放下。

卡轴由卡杆19、套筒20、橡胶缓冲头21、钢丝22组成。橡胶缓冲头21旋紧于卡杆端部，用于缓冲放下卡轴时的地面冲击力。套筒20通过轴承23套在卡杆19上，可绕卡杆19旋转，减小卡轴与车道导轨的摩擦力。

如图9、10所示，车道上反光镜带由一段水平镜面25和一段倾斜镜面26构成，每隔固定距离用镶贴材料24镶贴于车道上，并且在车道上的横向距离与汽车上的条码认读设备和反光计数设备的位置相对应。其中水平镜面上印有该处位置坐标值条码28，倾斜镜面能反射汽车上反光计数设备的射光。

如图12、13所示，自动驾驶车道采用有组织的出入口，出入口分开设置，并相距足够的安全距离。出入口均设有连接车道以保证安全。入口连接车道设置有起始位置坐标确认点6和凹形导轨2，入口连接车道的凹形导轨还设有导轨宽度较宽段30及导轨宽度的过渡段29，方便汽车将方向舵的卡轴放入凹形导轨内；

出口位置的安排应避开公路上凸起的反光镜带6，以免影响驶出汽车的行车安全。出口连接车道不设置凹形导轨。

如图14所示，紧急出口处的塑料分隔栏由栏体和固定卡头34组成。栏体包括竖杆33、横杆35，横杆35由固定于钢筋混凝土分隔栏36上的固定卡头34固定。钢筋混凝土分隔栏内设有发信机37，发信机与固定卡头中的检测导线相连，当检测导线断开时，发信机立即发出信号。

如图15所示，塑料分隔栏的固定卡头有两块侧挡板和底板，两块侧挡板均预留缺口42，在受冲击时固定卡头的侧挡板在缺口处首先被冲断；其中，靠近自动驾驶车道一侧的侧挡板38内含检测导线41，检测导线41通过接线柱40与发信机37连接，当普通车道的事故车辆或异物冲过分隔栏时，靠近自动驾驶车道一侧的侧挡板38被冲断，检测导线断开，触动紧急出口处的发信机按汽车上的发信机相同的方式向后发出位置坐标信号，随后的汽车接收到信号后根据其与紧急出口处的距离进行判断操作；而当自动驾驶车道的汽车遇紧急情况(如：机械故障等)需越过分隔栏驶出自动驾驶车道时，靠近普通车道一侧的侧挡板39被冲断，但由于外侧侧挡板处无检测导线，因此不会误发出紧急信号。

自动驾驶过程：

汽车自动驾驶时，方向舵的卡轴放入自动驾驶车道的凹形导轨内，强制引导汽车按车道导轨的方向行驶。

汽车自动驾驶的过程中，每通过一个位置坐标确认点，由汽车上的条码认读设备和反光计数设备获取此位置坐标确认点的位置坐标，根据位置坐标确认点的坐标值对汽车电子里程计的读数进行修正，即可得到汽车行驶时准确的实时位置坐标值。车尾的发信机连续将本车的实时位置坐标数据向后发射数据信号；同时，车头的接收机接收前方车辆的位置坐标数据信号，经过解调、解扩后获得前车的位置坐标。车载计算机根据本车和前车的实时位置坐标计算出车距、车速，根据车距、车速做出驾驶决策供执行机构执行。以上步骤不断循环进行，汽车就可沿着车道导轨的方向，与前车保持足够的安全距离自动向前行驶。

自动驾驶车道与普通车道用钢筋混凝土分隔栏分隔，但提供紧急出口供自动驾驶汽车突然发生故障时紧急驶出自动驾驶车道；同时防止普通车道的事故车辆冲过紧急出口进入自动驾驶车道。当有普通车道的事故车辆冲过紧急出口进入自动驾驶车道时，安装于紧急出口处的发信机发出位置坐标信号，随后的汽车接收到此固定不变的位置坐标信号后，判断为一辆停于紧急出口处的汽车，则根据其与紧急出口处的距离，采取缓慢减速或紧急刹车的不同驾驶决策。

Claims (18)

1、一种汽车自动驾驶系统，其特征为：

汽车自动驾驶系统由方向控制部分、位置坐标获取和确认部分、位置坐标实时交换部分、数据处理控制部分、自动驾驶执行机构部分、辅助部分组成：

1)方向控制部分包括：有轨车道和安装于汽车上的方向舵；

2)位置坐标获取和确认部分包括：自动驾驶车道入口处及每固定距离处镶贴于车道上的一段反光镜带、安装于汽车上的电子里程计、条码认读设备及反光计数设备；

反光镜带的位置与条码认读设备、反光计数设备的位置相对应；汽车通过时，条码认读设备能读取该处的位置坐标值，同时反光计数设备输出一次计数脉冲；

3)位置坐标实时交换部分包括：安装于车头的定向接收天线、接收机和车尾的定向发射天线、发信机，通过无线传输数据的方式实时传输汽车与汽车之间的位置坐标；

4)数据处理控制部分包括：车载计算机及其控制程序，其作用为：

①计算电子里程计的修正系数η；计算本车的实时位置坐标值Y；

η＝两反光镜带间的距离/期间电子里程计读得的运行距离

Y＝前一反光镜带处的位置坐标+汽车通过该反光镜带后电子里程计读得的运行距离×修正系数η

②计算本车与前车的距离D、本车的速度v及应与前车保持的安全距离S，根据车距D和车速v的情况输出控制指令到执行机构进行汽车自动驾驶控制；

车距D＝前车位置坐标值一本车同一时刻的位置坐标值

车速v＝时间间隔内本车位置坐标值之差/时间间隔

安全距离S＝路况系数μ×车速v+0.2

③接到警告信号发出警告，要求驾驶人员介入；接到紧急信号，发出紧急刹车指令；

5)自动执行机构部分包括：自动刹车装置、油门控制装置、警告信号装置；

6)辅助部分包括自动/人工驾驶切换装置、自动驾驶车道正常出入口、自动驾驶车道分隔栏、故障检测装置。

2、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：所述的有轨车道包括车道及在车道中间沿行车方向埋设的一条凹形导轨和排沙管，排沙管于公路低处和一定距离处设置可定期清理的沙井。

3、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：所述的方向舵包括卡轴(11)、定轴(12)、转向臂(13)、挂轮(14)、卡轴提升电机(15)、弹簧(16)和支承转向臂后端的弧形滑道(18)，其中转向臂前端(17)与汽车前轮的转向横杆相连，定轴(12)及弧形滑道(18)固定于汽车底盘上用于支承方向舵，卡轴提升电机(15)固定于转向臂上，其上钢丝与卡轴相连，通过提升电机(15)收放钢丝及弹簧(16)的作用，可以将卡轴提起或放下。

4、根据权利要求3所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：所述的卡轴(11)由卡杆(19)、套筒(20)、橡胶缓冲头(21)、钢丝(22)组成，橡胶缓冲头(21)旋紧于卡杆端部，套筒(20)通过轴承(23)套在卡杆(19)上，可绕卡杆(19)旋转。

5、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：所述的反光镜带包括一段印有该处位置坐标值条码的水平镜面和能反射安装于汽车上反光计数设备的射光的倾斜镜面。

6、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：所述的反光计数设备包括射灯及光电计数器；射灯及光电计数器的受光管均垂直于车道上反光镜带的倾斜镜面，光电计数器接收到反射光后将计数脉冲信号输送到车载计算机进行数据处理。

7、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：位置坐标实时交换部分中所述的无线传输数据方式是指扩频通信的方式，前车的发信机将数据信息用PN地址码正交扩频和进行正交调制后向后发出信号，后车的接收机接收到前车的数据信号后，通过解调、解扩恢复前车的位置坐标数据，并将数据输入车载计算机进行处理；这个无线传输数据的过程是不断循环进行的。

8、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：位置坐标实时交换部分中所述的发信机，其信号传输信道包括导频信道、同步信道和数据信道；不同汽车的导频信道采用相同的引导PN序列，但时间偏置不同；不同的时间偏置分别对应于不同的PN地址码。

9、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：位置坐标实时交换部分中所述的接收机包括信号选择接收机和信号跟踪接收机两部分：信号选择接收机根据前车的导频信号强度，超过门限值的均分别进行相干解调、解扩，判断出前车位置坐标最小且大于本车位置坐标的信号源，将此信号源的PN地址码输入到信号跟踪接收机，由信号跟踪接收机跟踪此信号源，将接收到的位置坐标数据输入车载计算机进行处理。

10、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：所有同一方向行驶的汽车，其发信机均采用相同的工作频段和相同的发射功率，接收机的工作频段与发信机相同；工作频段采用现行CDMA无线通讯网中移动台发射机的工作频段；发射功率采用只保证短距离接收质量的小发射功率。

11、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：在进入自动驾驶车道时，需人工输入一个路况参数，分别对应于不同的路况状态，在车载计算机的控制程序中根据不同的路况参数对路况系数μ和最高车速分别进行不同的赋值。

12、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：自动驾驶执行机构中的自动刹车装置和油门控制装置均由步进电机执行动作，根据车载计算机的控制指令，驱动步进电机正向或反向动作一个或几个步距，以达到实施刹车或松开刹车、加大油门或减小油门或维持油门不动的目的。

13、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：自动驾驶车道分隔栏除紧急出口外均采用普通钢筋混凝土分隔栏，紧急出口每隔固定距离设置，采用塑料分隔栏，当普通车道的事故车辆或异物冲断分隔栏的固定卡头进入自动驾驶车道时，安装于紧急出口处的发信机立即发出该处位置坐标信号；而自动驾驶车道的汽车遇紧急情况驶出自动驾驶车道冲断分隔栏的固定卡头时，不发出信号。

14、根据权利要求13所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：塑料分隔栏的固定卡头有两块侧挡板和一块底板，两块侧挡板均预留缺口，在受冲击时固定卡头的侧挡板在缺口处首先被冲断；其中，靠近自动驾驶车道一侧的侧挡板内含检测导线，检测导线与发信机连接，当检测导线断开时，发信机按自动驾驶汽车上的发信机相同的方式向后发出位置坐标信号；靠近普通车道一侧的侧挡板内不含检测导线，侧挡板被冲断时不发出信号。

15、根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：故障检测装置包括方向舵的正常使用检测装置、发射设备的正常使用检测装置、异常数据报警装置。

16、根据权利要求15所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：方向舵的正常使用检测装置是在方向舵上容易损坏和断裂的位置设置检测回路，检测回路断开不通时立即发出紧急信号并紧急刹车。

17、根据权利要求15所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：发射设备的正常使用检测装置是在车尾安装一条接收天线，将本车发射的信号回馈至车载计算机，如检测到发射设备无信号发出，则发出报警信号，提示人工介入。

18、根据权利要求15所述的汽车自动驾驶系统，其特征为：异常数据报警装置是当发射设备无信号发出，或电子里程计修正系数波动超出规定值，或单位时间内本车与前车车距变化幅度超出规定值时，发出警告信号。

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