CN101101702A - 汽车车际间信息共享型自动驾驶系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车车际间信息共享型自动驾驶系统及其控制方法，系统包括至少两辆汽车组成的汽车队列，前车的车间通讯子系统给后车提供运行和状态信息，后车的车间通讯子系统再传送给本车的行驶决策系统，行驶决策子系统在接收信息的同时，后车本身的状态监控子系统也给行驶决策子系统提供关于本车行使状态信息，行驶决策子系统将这两种信息综合分析后将指令传达给状态自控子系统，状态自控子系统再综合状态监控子系统给它的关于本车的信息，最终通过汽车控制接口子系统对本车行使状态做出实时的控制。本发明在减少驾驶员的疲劳程度，降低事故发生率的同时还降低了成本。

Description

汽车车际间信息共享型自动驾驶系统及其控制方法

一、技术领域

本发明涉及一种汽车自动驾驶系统，具体的说是一种汽车车际间信息共享型自动驾驶系统。

二、背景技术

汽车自动驾驶系统是通过采集车辆喷油信号及车速信号，经多芯片多级计算，为满足车辆在任何路况、任何速度行驶状态，时时得出精准的供油数据，再经过数控单元传送到油门执行单元。从而实现车辆以低油耗完成自如匀速、自如定速、自如加速、减速、自如跟车巡航、时时油耗显示等功能。再经过采集车辆离合器及制动信号线，在驾驶安全的基础上，提供给驾驶者超级的驾驶乐趣；在轻松自如操控的基础上，大大减少在驾车过程中的疲劳。

车辆自动导航系统，就是在数字化基础上，运用GPS等定位技术对车辆进行定位，确定最优行使路线，为用户提供最优出行线路信息，并在出行过程中对驾驶员实时地进行路线指引，车辆自动导航系统不仅极大的方便了出行者，而且在缓解交通拥挤、减少无效出行、提高交通安全水平，减少交通环境污染等方面的作用是显而易见的。

自动导航系统的核心是路线引导系统，其是指以数字形式访问路线的显示结果，将其与必要的辅助数据组合，转换成驾驶员能够识别的导航信息，并适时地将这些信息发布给驾驶员。导航信息的输出方式有两种：视频信息和音频信息。视频输出是指在车载电子地图上，显示出最优路线，以及车辆的当前位置，并适时地以文字或符号的形式显示线路引导信息、音频输出是指在行驶方向需要改变时，对驾驶员以声音的形式发出指引。当设计一个良好的人机界面，导航系统可以确定车辆当前位置与行驶状态，根据驾驶员确定的最佳目标计算出最优路线，并在电子地图上显示出来，实时地给驾驶员提供路线指引信息。

车辆自动导航系统不仅可以为出行者提供避免拥堵、减少延误、高效到达目的地的行车路线，给驾驶员带来实际的经济效益；从整个路网的高度来看，还可以减少无效出行，优化交通流在整个路网的分配，同时有助于提高交通安全水平，减少交通事故。就此而言，车辆自动导航系统无疑有着巨大的应用前景和市场前景。

但是，现有的车辆自动驾驶系统存在如下缺陷：

(1)现有的汽车电脑所涉及的系统都是属于实时系统，如ABS系统、自动巡航系统等。它们对车辆所遇到的周边情况做出实时分析，并立即给出解决方案。此类系统由于工艺流程非标准化和专有特性，需要的成本非常高，

(2)现有的自动驾驶辅助系统其基本思路就是人为的对各种可能发生的情况给出相应的解决方案。但是，现实世界是复杂多变的，人为地要全面界定各种情况是不可能完成的。退一步说，即使可能包含绝大多数的情况，但是其复杂程度会造成成本过高，而且运算量相当大，进而造成反应迟钝。总之，现有的自动驾驶辅助系统能力有限，自动驾驶系统还是无法实现的。

三、发明内容

1、发明目的

本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车车际间信息共享型自动驾驶系统，其是在汽车队列(两辆以上的车辆)行使中实现第一辆车人工驾驶，而车队中后面的车依据前车发回的信息实现自动驾驶。

2、技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车车际间信息共享型自动驾驶系统，包括至少两辆汽车组成的汽车队列，其特征是：各车包括五个子系统：分别是汽车控制接口子系统、车间通讯子系统、状态监控子系统、行驶决策子系统和状态自控子系统，其中行驶决策子系统是核心，前车的车间通讯子系统给后车的车间通讯子系统提供前车运行和状态数据、信号等信息，后车的车间通讯子系统再传送给本车的行驶决策系统，行驶决策子系统在接收数据、信号以及参数的同时，后车本身的状态监控子系统也给行驶决策子系统提供关于本车行驶状态的数据、信号，行驶决策子系统将这两种信息综合分析后将指令传达给状态自控子系统，状态自控子系统再综合状态监控子系统给它的关于本车的信息，最终通过汽车控制接口子系统对本车行使状态做出实时的控制。

本系统的五个子系统：

①汽车控制接口系统

它是系统对机动车的直接控制。该系统附加于手动档车型上，接口可以是档位、离合、刹车、油门、信号灯，自动档车型则少了离合。

②车间通讯系统

主要目的为车辆之间的通讯功能。分为车间机器信号、和车间司机通讯两个部分，用于车间司机之间、以及各种参数、信号的传递。

③状态监控系统

由若干传感器组成，主要职责是对本车行驶状态、本车参数、行车队列状态进行监控。

④行驶决策系统

自动分析车辆运行状态，它是本系统的核心控制部件，是一种非实时系统。

⑤状态自控系统

它是一种实时系统。与现有的汽车电脑类似，另需提供行驶决策系统对其进行控制的接口，并针对汽车行驶中的各类情况实时反应调整。

在本系统中，行驶决策系统是其中的核心系统。前车的行使决策系统通过车间通讯系统给后车的车间通讯提供数据、信号以及参数，后车的车间通讯系统再传送给本车的行驶决策系统。行驶决策系统在接收数据、信号以及参数的同时，后车本身的状态监控系统也给行驶决策系统提供关于本车行使状态的数据、信号以及参数，行驶决策系统将这两种数据综合分析后将指令传达给状态自控系统，状态自控系统再综合状态监控系统给它的关于本车的数据、信息，最终通过汽车控制接口做出实时的控制。

本系统的主要原理是通过后车对前车的行车方式做出相应的调整。前车在行使过程中给后车发出信号，而后车根据前车给出的信号来决定自己的行驶方式，这样，后车就可以提前对可能出现的情况做出调整。

本系统中优先程度依次为刹车、手动、自动。在有手动的情况下，手动优先。要进入自动驾驶状态，则需要驾驶员确认。但是，在紧急情况出现时，刹车(特指急刹)是最优先的，这样避免了连续追尾事故的发生。

上述汽车车际间信息共享自动驾驶系统的控制方法，包括至少两辆汽车组成的汽车队列，其特征在于各车包括五个子系统，分别是汽车控制接口子系统、车间通讯子系统、状态监控子系统、行驶决策子系统和状态自控子系统，控制方法的步骤是：

1)前车的车间通讯子系统给后车的车间通讯子系统提供前车运行和状态的数据、信号等信息，

2)后车的车间通讯子系统再将上述信息传送给本车的行驶决策系统，

3)本车行驶决策子系统在接收信息的同时，后车本身的状态监控子系统也给行驶决策子系统提供关于本车行使状态信息，

4)行驶决策子系统将这上述两种信息综合分析后将指令传达给本车的状态自控子系统，

5)本车的状态自控子系统再综合状态监控子系统给它的本车信息，最终通过汽车控制接口子系统对本车行使状态做出实时的控制。

3、有益效果

第一、减少驾驶员的疲劳程度，降低事故发生率。在长途驾驶的过程中，不光驾驶员会觉得疲劳，而且，在简单路况中，驾驶员还可能由于视觉上的长时间单调及车辆操作的不频繁而产生精神上的松懈，导致不该发生的错误。本系统可以通过车辆轮流做车头而有效地解决这一问题。

关于汽车追尾问题，市场大多数使用的是近距离报警系统，距离和车速达到一定程度就可以报警。但是在实际情况中，驾驶员的反应可能没那么迅速。而这样的系统也因为其分析判断能力有限，而对驾驶员产生“狼来了”的效果。而在本系统中，在与前方车辆车距和速度达到一定条件的情况下，前方车辆减速或刹车的同时后面的车也会进行强制减速或刹车。

第二、降低成本。

最大的节约成本在于安全生产减少事故，保险公司得益非浅，而运输公司也因为事故减少而减少不属于保险赔付的连带责任和相关损失支出，且降低了营运风险。

对于运输公司管理时，可节省人力资源。例如长途营运车辆按目前要求要带两三个驾驶员，但由于公司和其他物流或客运货运公司达成了互助协定，或加入了某种互助组织等等情况，使车辆少带驾驶员。

本发明由于部分使用了非实时系统，避免了实时系统高成本的问题。所谓非实时系统，指的是汽车电脑不是对实时信息进行处理，而是在实际情况发生前，汽车电脑就已经对即将发生的情况预先给出了方案。非实时系统的使用，使汽车电脑可以利用市面普及的电脑元件，大大降低了成本且提高了运算能力。

四、附图说明

图1是本发明单车中的结构示意图；

图2是高频循环的状态自控流程图；

图3是本发明控制方法的工作流程图。

五、具体实施方式

本发明所述的一种汽车车际间信息共享型自动驾驶系统，包括至少两辆汽车组成的车队，各车上分别具有五个子系统：分别是汽车控制接口子系统、车间通讯子系统、状态监控子系统、行驶决策子系统和状态自控子系统，

1、状态监控子系统

由若干传感器组成，对本车行驶状态、本车参数、

●侧向和上下传感器，可以用超声波测距传感器实现，主要用于通过性检测以备后车使用

●进气门，发动机转速，各车轮转速，车速传感器。汽车已有这些传感器，主要用于本车实时控制

●前车车距和相对位置传感器，可以用定向超声波传感器实现或测前车灯夹角，用三角视差法计算实视

●胎压和保险杠传感器(可选部分，也可用其他方法实现)主要用于事故判断

●本车几何参数，车胎路面摩擦系数，重心高度和位置，减震装置弹性系数传感器(可选，也可用其他方法实现)

2、车间通讯子系统

●车间机器信号

○实时操控信号

■方向信号灯，可以用远红外灯实现。此灯一直以高频向后车传递实时方向和方向的导数信息

■动力信号灯，同上，方向信息改为扭力和其导数信息

■速度和传感信号灯，同上，信号内容改为速度和速度导数，以及侧向和上下传感器信号

■急刹信号，以上任一信号灯在一个或几个数据包周期不通即可引发后续所有车辆急刹

○其他操作信号和数据，该信号为非实时信号，可利用wifi或蓝牙等技术实现

■接入和脱出队列程序信号

■目的地和GPS信息共享

■其他应用程序信息传递

●车间司机通讯，可以用对讲机或无绳电话等多种通讯工具实现

3、行驶决策子系统

●自动分析车辆运行状态系统，汽车行为的核心控制部件，非实时系统。

●该系统可用多种方法实现，如较稳定的PDA，在其平台上开发决策软件或更多的应用软件

●该系统为状态自控系统提供行驶方案，由两组参数组成，搭配方案有多种

○目的方向和目的动力及其导数

○目的方向和目的速度及其导数

○目的方向和目的动力

○目的方向和目的速度

4、状态自控子系统

●控制动力和方向系统，与现有的汽车电脑类似，主要用于保证汽车在各种外在因素影响下执行状态与行驶决策系统提供的目的参数一致

●行驶决策系统对自控系统进行控制的接口可利用自控系统接受操作信息的传感部件实现，这些部件包括方向和档位传感，将上述信号入口转向到行驶决策系统即可

●针对汽车行驶中的各类情况实时反应调整，这些情况显而易见的有

○爆胎

○横风、侧滑

○小误差累积

5、汽车控制接口子系统，利用现有普遍使用的档位、离合、刹车、油门、信号灯即可。

6、外围部件

●接入和退出自动驾驶状态的部件，必须保证正确的优先顺序，即刹车优先于手动优先于自动的顺序

●状态警示灯部件，用于提醒周围驾驶员和行人本车所在状态

○队列中状态灯

○队列尾车灯

○队列首车灯

●和gps地图系统协同工作部件

○提供推荐使用自动驾驶和不推荐使用自动驾驶路段信息

○提供进入不推荐使用自动驾驶路段时提醒

○提供到达目的地退出自动驾驶前提醒

其中行驶决策子系统是核心，行驶决策系统的算法：

●安全规则

○车间距规则

■保证同时刹车不追尾

■车距尽量小

○弯道速度规则

■合力不超出车轮规则

■不侧滑规则

■外侧轮胎压不超标规则

■不甩尾规则

○通过性规则

■几何通过

■轮迹尽量和前车重叠

■轮迹不重叠处颜色、回声波形、平整度相近规则

●算法组合规则

○优先级

■刹车

■手动

■自动

○合成算法，主动加速和其他规则合并

●接入程序

○验证各车几何参数和重心高度

○判断接入安全准则

○接入队列

●脱出程序

控制上述各子系统协调工作的步骤是，如图2和图3所示：

1)前车的车间通讯子系统给后车的车间通讯子系统提供前车运行状态的数据、信号等信息，

2)后车的车间通讯子系统再将上述信息传送给本车的行驶决策系统，

3)本车行驶决策子系统在接收信息的同时，后车本身的状态监控子系统也给行驶决策子系统提供关于本车行使状态信息，

4)行驶决策子系统将这上述两种信息综合分析后将指令传达给本车的状态自控子系统，

5)本车的状态自控子系统再综合状态监控子系统给它的本车信息，最终通过汽车控制接口子系统对本车行使状态做出实时的控制。

下面给出本发明在实际使用过程中的描述：

某驾驶员行车途中进入简单路况路段，与前车沟通之后并确认后车的各种参数和前车比较符合安全规则之后，接入前车系统，进入自动驾驶状态，然后休息。

车辆打开自动驾驶信号灯以提醒其他车辆本车无人驾驶，后车自动保持和前车合理距离，并尽量沿着前车轨迹行驶。

当前车因紧急状况刹车或出险时，后车同时刹车，避免追尾事故发生。

当前车紧急避让时，后车因急转弯违反本车安全规则而减速，并回避通过紧急避让处，然后在符合加速条件下加速跟上前车。

如车列到达非简单路段或到达需要下高速岔道，GPS系统提醒相应驾驶自行驾驶，如果驾驶员没有驾驶，则自动停车。

前车驾驶员因疲劳而要休息时可提醒后车自己驾驶，并断开和后车联系，如后车不理，则自动停车，并不断提醒驾驶员，直至后车驾驶。前车可寻找合适的车列跟随其后自动驾驶。

Claims (2)

1、一种汽车车际间信息共享型自动驾驶系统，包括至少两辆汽车组成的汽车队列，其特征是：各车包括五个子系统，分别是汽车控制接口子系统、车间通讯子系统、状态监控子系统、行驶决策子系统和状态自控子系统，其中行驶决策子系统是核心，前车的车间通讯子系统给后车的车间通讯子系统提供前车运行和状态数据、信号等信息，后车的车间通讯子系统再传送给本车的行驶决策系统，行驶决策子系统在接收数据、信号的同时，后车本身的状态监控子系统也给行驶决策子系统提供关于本车行使状态的数据、信号，行驶决策子系统将这两种信息综合分析后将指令传达给状态自控子系统，状态自控子系统再综合状态监控子系统给它的关于本车的信息，最终通过汽车控制接口子系统对本车行使状态做出实时的控制。

2、一种汽车车际间信息共享自动驾驶控制方法，包括至少两辆汽车组成的汽车队列，其特征是：各车包括五个子系统，分别是汽车控制接口子系统、车间通讯子系统、状态监控子系统、行驶决策子系统和状态自控子系统，控制方法的步骤是：

1)前车的车间通讯子系统给后车的车间通讯子系统提供前车运行和状态的数据、信号等信息，

2)后车的车间通讯子系统再将上述信息传送给本车的行驶决策系统，

3)本车行驶决策子系统在接收信息的同时，后车本身的状态监控子系统也给行驶决策子系统提供关于本车行使状态信息，

4)行驶决策子系统将这上述两种信息综合分析后将指令传达给本车的状态自控子系统，

5)本车的状态自控子系统再综合状态监控子系统给它的本车信息，最终通过汽车控制接口子系统对本车行使状态做出实时的控制。

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