CN101131588B

CN101131588B - 一种公路车辆自动驾驶系统

Info

Publication number: CN101131588B
Application number: CN 200610125961
Authority: CN
Inventors: 吴体福
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2026-08-25
Also published as: CN101131588A

Abstract

本发明涉及一种公路车辆自动驾驶系统，特别是涉及一种对行驶车辆提供自动驾驶信息指示并通过车辆自动控制系统实现车辆自动驾驶的系统；其特点是：沿路面行车线等间隔固定标识物，通过设定的中继信息站接收固定标识物反馈的信息形成公路路面上的车辆、道路信息，并将所接收到的GPS(全球卫星定位系统)定位导航信息和路面上的车辆、道路信息综合处理后，时时向车辆信息自动接收处理器提供车辆所在路面的道路和车辆信息，车载电脑中安装有自动驾驶软件、可随时接收并处理中继信息站的相关信息，时时向车辆自动控制器发出操作指令使车辆行驶信息方向线与车辆行驶速度方向线保持一致，根据司机所选定的方式向车辆自动控制器发出操作指令实现车辆自动驾驶。

Description

一种公路车辆自动驾驶系统

技术领域

本发明涉及一种公路车辆自动驾驶系统，特别是涉及一种对在公路上行驶的车辆提供自动驾驶信息指示的系统，具体而言是将有民用GPS或GLOVE-A卫星定位导航信息和路面行车线的地理定位信息导航相结合，通过车辆行驶中继信息控制站向车辆信息接收处理器提供该车所在路面及车辆的局部路况信息，经车载自驾电脑处理向车辆自动控制器发出自动驾驶操作指令使车辆实现自动行驶。

背景技术

通过GPS定位和导航信息系统已成功实现海洋船舶自动航行。现有的车辆自动驾驶技术，通常是指根据GPS定位信息处理得到的一种根据电子地图航线指示的车辆辅助驾驶技术，专利号01134494.6“用于汽车卫星导航系统的电子地图装置”及专利号02107585.9“GPS接收装置”等卫星导航电子地图技术，主要是通过电子地图为司机提供导航，一般而言的汽车自动驾驶是指汽车的某一种自动操作系统如在设定行驶速度时自动加油，由于在相临车道上行驶的车辆即使位置很近但并不影响车辆行驶，民用GPS定位导航信息经处理后很难对车辆发出自动驾驶指令，甚至无法实现汽车的自动驾驶；

我国目前还没有成熟的公路车辆自动行驶指示信息系统。GPS定位信息系统和GIS地理信息系统只是完成了公路交通电子地图道路标识，许多车辆电子控制技术解决了车辆驾驶的自动操作问题，但车辆控制的自动驾驶指令信息系统并不完善。专利号200410088734.6“智能车辆定位导航系统的电子地图位置匹配方法”公开了一种将车辆位置信息与电子地图数据库进行匹配，由管理中心实现对各用户完成车辆定位、调度、监控、报警等功能；车辆专利200520006674.9号“可视地钉”提出在路面固定标识物为行驶车辆指示位置，可精确确定车辆在公路行驶车道中的位置，为自动行驶提供了可能，但它们没有解决车辆自动行驶的指示信息传送及控制问题。参考资料：交通部科技教育司编《国道主干线设计集成系统开发研究》，李树广编著《数字通信》，扬宝玉主编《汽车电脑》，国家自然科学基金研究专著《公路网络规划建设与管理方法》等。

发明内容

本发明的目的：是针对现有民用GPS卫星定位导航信息指示车辆自动驾驶的不足，提出一种将民用GPS卫星定位导航信息和公路路面行车线上固定标识物的信息相结合综合处理，通过车辆行驶中继信息控制站向车载信息接收处理器提供与电子地图匹配的、车辆所在的局部路况信息，经车载信息接收处理器处理后向车辆自动控制器发出自动驾驶操作指令实现车辆自动行驶，尤其是可提高车辆在高速公路上自动驾驶技术的实用性。

本发明的技术方案，包括：

1、沿公路路面行车线等间隔嵌入有固定标识物可发出标识该点的、有线或无线的地理定位信息、或可同时发出可见光标识信息；

2、设有车辆行驶中继信息控制站，可接收路面行车线上各固定标识物发出的标识该点的地理定位信息，同时可接收GPS或GLOVE-A卫星定位导航信息，经处理器综合处理得到：车辆所在路面的局部电子地图与局部路况信息的叠加信息，并将车辆所在的局部路况信息和GPS或GLOVE-A卫星定位导航信息发送给车载信息接收处理器；

3、车辆上装有的信息接收处理器可接收车辆行驶中继信息控制站发出的汽车卫星导航电子地图及车辆所在的局部路况信息和GPS或GLOVE-A卫星定位导航信息，经车载自驾电脑处理向车辆自动控制器发出自动驾驶操作指令，实现车辆自动驾驶。

有益效果：与通常使用的民用GPS卫星定位导航信息指示车辆行驶相比，本发明一种公路车辆自动驾驶系统是在车载自驾电脑认定的安全状态下实现车辆自动驾驶，控制精度高成本低，自动驾驶技术的实用性强，

车载自驾电脑中有车辆自动驾驶软件可严格按照各项公路车辆行驶规定设定程序、指令车辆自动控制器自动驾驶，可使驾车司机尤其是长途驾驶司机的工作强度极大地降低，事故多发路段的事故率降低60～80％，行车安全性提高。

附图说明

图1一种公路车辆自动驾驶系统示意图

S：GPS定位卫星或GLOVE-A定位卫星(简称：卫星)

H：车辆行驶中继信息控制站(简称：中继信息站)

G：车辆行驶的道路(简称：路面)

Vm：行驶车辆(简称：车辆)

U：车载信息接收处理器；

图2公路局部路面、固定标识物和车辆自动驾驶系统的信息示意图

K：路面行车线(简称：行车线)

K1：公路高速行车边线(简称：高速边线)，

K2：公路高速行车线(简称：中速道线)

K3：公路常速行车线(简称：低速道线)

K4：公路低速行车边线(简称：道路边线)

A：高速边线上的等间隔固定标识物(简称：可视地钉)，沿线有A1、A2、A3～An；

B：中速道线上的等间隔固定标识物(简称：可视地钉)，沿线有B1、B2、B3～Bn；

C：低速道线上的等间隔固定标识物(简称：可视地钉)，沿线有C1、C2、C3～Cn；

D：道路边线上的等间隔固定标识物(简称：可视地钉)，沿线有D1、D2、D3～Dn；

L：公路路面行驶方向间隔线(简称：间隔线)，沿路有L1、L2、L3～Ln；

M：路面车辆行驶信息方向线(简称：信息线)

M1：K1-K2线之间形成的车辆行驶信息方向线(简称：高速信息线)

M2：K2-K3线之间形成的车辆行驶信息方向线(简称：中速信息线)

M3：K3-K4线之间形成的车辆行驶信息方向线(简称：低速信息线)

VR：车辆行驶速度方向线(简称：车速方向线)；

图3公路弯道局部路面、固定标识物和车辆自动驾驶系统的信息示意图

K’：弯道路面行车线(简称：行车线)

K’1：弯道公路高速行车边线(简称：高速边线)

K’2：弯道公路高速的行车线(简称：中速道线)

K’3：弯道公路常速的行车线(简称：低速道线)

K’4：弯道公路低速的行车边线(简称：道路边线)

M’：弯道车辆行驶信息方向线(简称：信息线)

M’1：K’1-K’2线之间形成的车辆行驶航信息方向线(简称：高速信息线)

M’2：K’2-K’3线之间形成的车辆行驶信息方向线(简称：中速信息线)

M’3：K’3-K’4线之间形成的车辆行驶信息方向线(简称：低速信息线)

VR’：弯道车辆行驶速度方向线(简称：车速方向线)

O：公路弯道信息焦点；

具体实施方式

参照附图2：车辆宽度2米左右，路面G上行车线K横向间隔3.75-4.00米，沿路面G的行车线K上分别间隔30米(或50米)等距固定可视地钉：其中高速边线K1沿线上固定有可视地钉A1、A2、A3～An；中速道线K2沿线上固定有可视地钉B1、B2、B3～Bn；低速道线K3沿线上固定有可视地钉C1、C2、C3～Cn；道路边线K4沿线上固定有可视地钉D1、D2、D3～Dn；相临行车线K上交错固定的可视地钉沿道路方向的连线形成车载自驾电脑U中的间隔线L；如图2可视地钉A1C1连线形成L1，可视地钉A2C2连线形成L3，可视地钉B1D1连线形成L2，可视地钉B2D2连线形成L4，可视地钉B3D3连线形成L4，以此类推形成车载自驾电脑U中的间隔线Ln。相临的间隔线L间距是行车线K上可视地钉间隔的一半即15米(或22.5米)；

路面G上每个可视地钉可分别(或分别经一次性精确测量定位)向中继信息站H发送所在定位点的地理定位信息，中继信息站H将接收到的行车线K上的可视地钉的地理定位信息处理形成相临可视地钉连线交叉点的定位信息点P，每条车道中的定位信息点P连线形成车载自驾电脑U中的初始信息线Mo；如图2车载自驾电脑U中B1C3连线和B2C2连线交叉形成定位信息点P_K23L34；B2C1连线和B1C2连线交叉形成定位信息点P_K23L23；B2C3连线和C2B3连线交叉形成定位信息点P_K23L45、P_K23L23、P_K23L34和P_K23L45等定位信息点的连线形成K2-K3之间的中速信息线M2；以此类推：K1-K2线之间形成高速信息线M1、K3-K4之间的低速信息线M3；同理或者设定在初始信息线Mo两侧的行车线K上的两个可视地钉连线位置的中点作为定位信息点P’，形成初始信息线Mo；沿车道通过定位信息点P’的横向连线形成间隔线Lp，如图2所示形成Lp1、Lp2、Lp3、Lp4----Lpn；间隔线L与间隔线Lp的间隔即定位信息点P_KL的间隔是行车线K上可视地钉间隔的四分之一即7.5米(或11.25米)；

根据路面上可视地钉和定位信息点、通过车载自驾电脑U对初始信息线Mo进行等距离分割形成定位信息点P_K23L3；P_K23L4和P_K23L5等定位信息点P_KL，由车载自驾电脑U根据中继信息站H的公路局部电子地图对路面上的定位信息点进行修订最终形成信息线M，信息线M始终位于路面相临行车线K的中央；

参照附图3特别说明：弯道路面行车线K’上可视地钉的间隔距离为相对等距，即弯道路面行车线K’上可视地钉的间隔距离以弯道处的多条间隔线L的交汇点形成的公路弯道信息焦点O为圆弧心，经中继信息站H处理将行车线K修定为弯道行车线K’，各条弯道行车线K’上可视地钉形成的圆弧线对焦点O的夹角相同，同时直行车道中的信息线M经车载自驾电脑处理修定为弯道信息线M’；如：焦点O在K’4线外侧，距离焦点O最远的K’1线上两可视地钉的间隔距离为30米(或50米)，K’2、K’3、K’4线上两个可视地钉的间隔距离依次缩短少于30米(或50米)，K’4线上的可视地钉间隔最短；同时信息线M上定位信息点的间隔距离依次缩短，M’1线上定位信息点的间隔距离为7.5米(或11.25米)，M’2、M’3线上定位信息点的间隔距离少于7.5米，K’4线上的定位信息点的间隔距离最短；同理可知在圆弧心O临近一侧的行车线K上的可视地钉间隔距离相对缩短。

参照附图1附图2附图3：路面G上的可视地钉(如A、B、C、D)和车辆Vm向已设定的中继信息站H发送信息，中继信息站H接收卫星S的定位导航信息、和路面G行车线上的可视地钉(如A、B、C、D)的地理定位信息经综合处理后向车辆Vm发送电子地图导航信息及局部路况信息的时时信息包括：车辆Vm的车辆位置、车辆速度信息和车辆所在路面上沿行车线K、前后300米(或200米)的各行驶车辆的车辆位置、车辆速度信息；选定车辆自动驾驶速度、模式后，车辆Vm位置点的车速方向线VR将由车载自驾电脑U指令车辆自动控制器自动操作保持与信息线M一致，当车速方向线VR与信息线M产生偏差时，车载自驾电脑U对中继信息站H的信息进行综合处理后时时向车辆自动控制器发出自动驾驶操作指令、使车辆Vm的车速方向线VR与信息线M保持一致；在弯道处使车辆Vm的车速方向线VR’与弯道信息线M’保持一致；当车速方向线VR与信息线M产生连续偏差时间超过设定的安全时间时、或相临车道上车辆间距小于设定的安全距离时，车载自驾电脑U向车辆自动控制器发出自动减速制动指令。

可在主动驾驶车辆同时运行的车载自驾电脑U中储存有车辆自动驾驶软件，报警及制动的指令是由车载自驾电脑U自动向车辆自动控制器发出的；在车载自驾电脑U接收到中继信息站H的信息后可时时跟踪确认车辆自身的车辆位置、车辆速度等信息，车载自驾电脑U可将车辆自身的车辆位置、车辆速度等信息与路面G上其它车辆的车辆位置、车辆速度等信息进行确认处理、并根据司机事先选定的车辆自动驾驶模式直接向车辆自动控制器发出变速、换道、弯道和制动停车等指令；

司机进行任一驾驶操作如变向、加油、换档、制动等操作将使车载自驾电脑U中储存的自动驾驶操作指令失效，自动行驶车辆变更为主动驾驶状态，当司机确认恢复车载自驾电脑U中储存的自动驾驶操作指令后，车辆恢复为自动行驶状态；

车辆Vm的自动驾驶模式由驾车司机事先按照车载自驾电脑U的提示选定，司机可分别选定目的地、自驾速度、变速换道等自驾模式。

车载自驾电脑U中自动行驶车辆速度有60、80、100、120公里/小时等多档供司机选定；

车辆自动驾驶模式有安全模式、标准模式、理想模式等多档供司机选定，在各种模式下，车载自驾电脑U接收并确认信息线M，车辆上坡斜度超过设定的安全斜度时，车辆自动驾驶操作指令中的换道、变速指令自动失效，车辆仍保持原车辆速度行驶；

车辆自动驾驶安全模式：可选定自动行驶的车辆速度不超过80公里/小时，实现自动驾驶操作指令的时间间隔1～1.5秒，在车前120米出现其它车辆时，车载自驾电脑U发出停车报警及停车操作准备指令，车前60米出现其它车辆时、车载自驾电脑U发出停车紧急报警信号同时向车辆自动控制器发出制动停车指令；当车载自驾电脑U接收到的信息是沿信息线M车前200米和车后100米路面上无其它车辆时，时时向车辆自动控制器发出提速报警信号和变速指令操作：提速1档(20公里/小时)行驶；沿信息线M、车前100米中出现其它车辆时，车载自驾电脑U发出减速报警信号，同时在车载自驾电脑U确认车后100米无其它车辆时，时时向车辆自动控制器发出变速指令操作、使车辆按原车辆速度沿信息线M行驶；沿信息线M车后100米中出现其它车辆时，车载自驾电脑U发出安全报警信号，同时在车载自驾电脑U确认右侧慢速车道上的车前100米和车后100米出现有其它车辆时，时时向车辆自动控制器发出换道指令操作，进入右侧慢速车道沿信息线M行驶，车辆行驶一段时间、当车载自驾电脑U接收到的信息是左侧车道上的车前200米和车后100米路面上无其它车辆时，车辆自动换道按原车辆速度沿信息线M行驶；该模式可称为“不超车自动换道驾驶”或“自动限速行驶”。

车辆自动驾驶标准模式：可选定自动行驶的车辆速度不超过100公里/小时，实现自动驾驶操作指令的时间间隔1～1.5秒，在车前120米出现其它车辆时，车载自驾电脑U发出停车报警信号及停车操作准备指令、车前60米出现其它车辆时，车载自驾电脑U发出停车紧急报警信号同时向车辆自动控制器发出停车制动指令；车载自驾电脑U接收到的信息是左侧快速车道上车前200米和车后100米路面上无其它车辆时，时时向车辆自动控制器发出提速报警信号和变速换道指令：提速1档(20公里/小时)换道进入左侧快速车道沿信息线M行驶，在高速行驶一段时间后，车载自驾电脑U确认沿快速车道的信息线M上车前300米出现其它车辆、而右侧原车道上车前200米、车后100米路面上无其它车辆时，车载自驾电脑U发出减速报警信号，时时向车辆自动控制器发出变速换道指令使车辆Vm从快速车道自动换道按原车辆速度沿信息线M行驶；该模式可称为“自动超车换道驾驶”或“自动保速行驶”。

车辆自动驾驶理想模式：可选定自动行驶的车辆速度不超过100公里/小时，实现自动驾驶操作指令的时间间隔0.8～1.2秒，在车前120米出现其它车辆时，车载自驾电脑U发出停车报警及停车操作准备指令、车前60米出现其它车辆时，车载自驾电脑U发出停车紧急报警信号同时向车辆自动控制器发出制动停车指令。车载自驾电脑U接收到的信息是沿信息线M前200米和车后100米路面上无其它车辆时，时时向车辆自动控制器发出报警信号和变速指令操作：提速1档(20公里/小时)行驶；车辆提速行驶一段时间后左侧车道车前200米和车后100米路面上无其它车辆时，车载自驾电脑U时时向车辆自动控制器发出提速报警信号和变速换道指令操作：提速1档(20公里/小时)换道进入左侧快速车道沿信息线M行驶；在沿信息线M车前200米和车后100米路面上无其它车辆时保持自动行驶状态；车辆Vm车前300米中出现其它车辆时，车载自驾电脑U发出减速报警信号和变速指令操作：降速1档(20公里/小时)行驶；沿信息线M车前200米、车后150米出现其它车辆，同时车载自驾电脑U确认路面右侧原车道上车前200米、车后100米无其它车辆时，时时向车辆自动控制器发出换道报警信号和变速换道指令、使车辆Vm从快速车道进入原行驶车道并恢复原车辆速度沿信息线M行驶；该模式可称为“自动提速换道驾驶”或“快速自动行驶”。

为说明本发明的具体实施方法，请参照如下实施例：

车辆仪表盘显示车辆速度、行驶里程、油耗，打开车载自驾电脑开关触摸显示屏显示：可与电子地图同时显示的“道路名称”和“目的站”，及“自驾车道”、“自驾速度”、“自驾模式”、“自驾确认”和“恢复保存”图标；

点击电脑触摸显示屏上的“目的站”，显示屏上的电子地图变更为车辆所在路面车前300米和车后100米的车道、车辆位置的动态显示图象；

点击“自驾车道”图标，显示屏局部显示车辆所在路面的“高速车道”、“中速车道”、“低速车道”三个车道的四条行车线K(A、B、C、D)及本车辆所在车道中间的信息线M；点击“中速车道”确认选定车辆所在路面上的行驶车道，“自驾车道”图标显示变更为“中速车道”图标同时改变颜色提示；再次点击“中速车道”删除已选定模式、恢复原显示“自驾车道”图标；

点击“自驾速度”图标、显示屏局部显示60、80、100、120公里/小时，点击“80”确认在行驶车道中自动行驶的车辆速度为80公里/小时，“自驾速度”图标显示变更为“80时速”图标同时改变颜色提示，再次点击“中速车道”删除已选定模式、恢复原显示“自驾速度”图标；

点击“自驾模式”图标，显示屏局部显示“安全模式”、“标准模式”、“理想模式”图标，点击确认选定“标准模式”，“自驾模式”图标显示变更为“标准模式”图标同时改变颜色提示，再次点击“标准模式”删除已选定模式、恢复原显示“自驾模式”图标；

点击“自驾确认”图标确认车辆从主动驾驶状态转换为车辆自动驾驶状态，“自驾确认”图标改变颜色提示同时间隔闪烁提示为车辆自动驾驶状态；

进行主动驾驶操作删除所有选定“自驾确认”模式，电脑触摸显示屏恢复原显示图标；点击“恢复保存”图标，电脑触摸显示屏恢复所保存的最近一次的“自驾确认”模式，点击“自驾确认”图标恢复车辆自动驾驶状态。

Claims

1.一种公路车辆自动驾驶系统，特征是：设定的车辆行驶中继信息控制站将路面及车辆的、GPS或GLOVE-A卫星定位导航信息和局部路况信息发送给车载信息接收处理器，车载信息接收处理器向车辆自动控制器发出自动驾驶操作指令，通过车辆自动控制器的自动操作实现车辆自动驾驶，包括：

1)、设定有车辆行驶中继信息控制站，可时时连续接收GPS或GLOVE-A卫星定位导航信息和路面行车线上间隔嵌入的固定标识物的地理定位信息，经处理后时时连续向车辆发出所在的局部路况信息和GPS或GLOVE-A卫星定位导航信息，包括：车辆所在车道、前后一定距离范围及左右车道上前后一定距离范围中的车辆位置、车辆速度信息，

2)、公路路面上的行车线上间隔嵌入有固定标识物，标识物发出标识该点的、可为已设定的车辆行驶中继信息控制站接收处理的有线或无线的地理定位信息、或可同时发出可见光标识信息，

3)、车辆上装有自动的信息接收处理器，可通过车载自驾电脑时时接收并处理车辆行驶中继信息控制站发出的车辆所在的局部路况信息和GPS或GLOVE-A卫星定位导航信息，

4)、车辆上装有的车载自驾电脑中安装有车辆自动驾驶程序软件，时时确认并自动纠正行驶车辆所在位置点的车辆行驶速度方向线与车辆行驶信息方向线所产生的偏差，使行驶车辆所在位置点的车辆行驶速度方向线与车辆行驶信息方向线保持一致；车载自驾电脑经自动处理确认后向车辆自动控制器发出变速、换道、弯道和制动指令，

5)、当公路路面为弯道时，行驶车辆所在位置点的车辆行驶速度方向线和车辆行驶信息方向线经车载自驾电脑处理，使车道上的车辆行驶信息方向线自动修正为圆弧形，车载自驾电脑经自动处理确认后向车辆百动控制器发出弯道自动驾驶指令，使行驶车辆所在位置点的车辆行驶速度方向线与车辆行驶信息方向线保持一致，

6)、当行驶车辆所在位置点的车辆行驶速度方向线与车辆行驶信息方向线所产生偏差超过车辆自动驾驶程序软件认定的安全范围时、车载自驾电脑自动向车辆自动控制器发出制动停车指令。