自主车辆车道管理的制作方法

本公开涉及车辆领域，具体涉及一种自主车辆车道管理的系统和方法。

背景技术：

自主或部分自主的车辆减轻了驾驶员的各种驾驶相关的任务。当在自主模式中操作时，车辆可以使用车载传感器导航到各个地点，允许车辆以最小的(如果有的话)人类交互来行驶，或甚至在一些情况下不需要任何乘客。然而，没有自主能力的车辆可能对完全或部分自主的车辆造成危险和/或干扰。

技术实现要素：

一种系统，包括具有处理器和存储器的服务器计算机，存储器存储可由处理器执行的指令，使得计算机被编程为：

检测与第二车道相邻的第一车道中的第一车辆；

将第一车辆的第一车辆轨迹规划为被置于第一车道中的队列中，以及根据该队列，基于第一车辆的至少一个确定的特性和第二车辆轨迹而从第一车道转换到第二车道；和

基于第一车辆轨迹来控制第一车辆。

进一步地，其中至少一个特性包括第一车辆标识、第一车辆加速能力、第一车辆目的地和第一车辆状态中的一个或多个。

进一步地，其中服务器计算机还被编程为检测第二车道中的第二车辆。

进一步地，其中服务器计算机还被编程为：根据接收自第一车道接近传感器、第一摄像机和第一车道速度测量装置中的一个或多个的数据来确定第二车辆轨迹和规划的第一车辆轨迹中的至少一个。

进一步地，其中服务器计算机还被编程为部分地根据天气数据来确定第二车辆轨迹和规划的第一车辆轨迹中的至少一个。

进一步地，其中服务器计算机还被编程为部分地根据交通数据来确定第二车辆轨迹和规划的第一车辆轨迹中的至少一个。

进一步地，其中服务器计算机还被编程为接收至少第二车辆标识、第二车辆地理位置和第二车辆速度。

进一步地，其中第一车辆除了自主操作模式之外还能够进行半自主操作模式。

进一步地，其中服务器计算机还被编程为：

基于至少第一车辆目的地、第二车辆轨迹和第一车道的状态来将第一车辆的第一车辆轨迹规划为从第二车道转换到第一车道；和

基于第一车辆轨迹来控制第一车辆。

一种方法，包括：

检测与第二车道相邻的第一车道中的第一车辆；

检测第二车道中的第二车辆；

将第一车辆的第一车辆轨迹规划为被置于第一车道中的队列中，以及根据该队列，基于第一车辆的至少一个确定的特性和第二车辆轨迹而从第一车道转换到第二车道；和

基于第一车辆轨迹来控制第一车辆。

进一步地，其中至少一个特性包括第一车辆标识、第一车辆加速能力、第一车辆目的地和第一车辆状态中的一个或多个。

进一步地，还包括根据从第一车道接近传感器、第一摄像机和第一车道速度测量装置中的一个或多个接收的数据来确定第二车辆轨迹和规划的第一车辆轨迹中的至少一个。

进一步地，还包括部分地根据天气数据来确定第二车辆轨迹和规划的第一车辆轨迹中的至少一个。

进一步地，还包括部分地根据交通数据来确定第二车辆轨迹和规划的第一车辆轨迹中的至少一个。

进一步地，还包括接收至少第二车辆标识、第二车辆地理位置、第二车辆速度。

进一步地，其中第一车辆除了自主操作模式之外还能够进行半自主操作模式。

进一步地，还包括：

基于至少第一车辆目的地、第二车辆轨迹和第一车道的状态来确定将第一车辆的第一车辆轨迹规划为从第二车道转换到第一车道；和

基于第一车辆轨迹来控制第一车辆。

一种用于控制第一车辆从第一车道驶入第二车道的装置，包括：

处理器，该处理器被编程为：

确定第一车辆地理位置；

基于第一车辆地理位置、道路基础设施网络数据和第二车辆轨迹来确定第一车辆的第一车辆轨迹；

确定第一车辆从第一车道到第二车道的驶入开始时间；和

当确定驶入开始时间时，向第一车辆发送控制消息以执行用于驶入的开始的第一车辆轨迹。

进一步地，其中处理器还被编程为根据至少第二车辆标识、第二车辆地理位置、第二车辆速度来确定第二车辆轨迹。

进一步地，其中处理器还被编程为部分地根据交通数据来确定第二车辆轨迹和第一车辆轨迹中的至少一个。

附图说明

图1是示例性自主车辆车道进入控制系统的框图；

图2是示出自主车辆驶入和驶出专用自主车道的示意图；

图3是可以由图1的自主车辆车道进入控制系统实现的示例性过程的流程图；

图4是可以由图1的自主车辆车道进入控制系统实现的另一示例性过程的流程图。

具体实施方式

参考图1和图2，示出了用于调节自主车辆(av)10车道40驶入和驶出的示例性自主车辆车道进入控制系统5。使用诸如已知的车辆与基础设施通信，车辆10与中央服务器18通信。例如，现在参照图2，可以从相邻的缓冲车道42进入(驶入)自主车辆车道40或者可以离开(驶出)av车道40去往缓冲车道42。中央服务器18可以向车辆10提供用于车道40驶入和驶出的指令。注意，图2中的各种车辆10以及下面讨论的被相应地标记为10a、10b等，以区分各种位置中的车辆10，例如，av车道40中的车辆10a、相邻缓冲车道42中的车辆10b、驶出av车道40的车辆10c和在车道44中行驶的车辆10d。此外，在本公开的上下文中，“相邻”车道40、42彼此紧邻，即具有通常由共享的车道标识(例如，画线、内嵌标识等)共享表示的共用边界，例如车道42的左边界可以是车道40的右边界。

系统5可以采用许多不同的形式，并且包括多个和/或替代的部件和设施。虽然示出了示例性系统，但是所示出的示例性部件不旨在是限制性的。实际上，可以使用附加的或替换的部件和/或实施方式。

继续图1和图2，av车道40是在其中行驶自主(即，自动驾驶)模式的车辆10a的专用行驶车道，即，在该车道中，转向、推进(例如，内燃发动机中的节气门)和制动中的每一个都无需人为干预即可控制。或者，车辆10a也可以是以自主操作模式操作的半自主车辆(sv)，即，半自主车辆是这样一种车辆，其可以在人类控制下进行推进、转向和制动中的一些或全部操作，但可以被切换到完全自主模式，在完全自主模式中推进、转向和制动中的每一个都不需要人类干预即可执行。在本文中使用的术语“半自主车辆”中，例如，当车辆10a的操作者希望在av车道40中行驶时，人类操作者可以将半自主车辆的模式切换到自主模式，从而允许车辆以在av车道40中操作。

av车道40具有车辆检测传感器(例如，雷达或激光雷达传感器)、车道接近传感器、摄像机和通信设备(未示出)的集合，每个都通信地耦合到av道路基础设施服务器18上。车道接近传感器用于车辆检测和监视。车道接近传感器可以包括三个部件：传感器、信号处理设备和数据处理设备。传感器检测车辆的通过或存在或车辆的车轴。例如，当车辆的轮胎经过管时，气动道路管传感器可以沿着橡胶管发送一阵空气压力。压力脉冲关闭空气开关，产生电信号，该电信号被传输到信号处理装置，该信号处理装置通常将传感器输出转换成电信号。数据处理设备通常包括将电信号转换为交通参数的计算机硬件和固件。

另一种类型的车道接近传感器是感应线圈检测器。嵌入在道路中的金属线圈被频率范围从10khz到50khz的信号激发。该线圈与信号处理装置一起作为感应元件工作。当车辆在线圈上停止或越过线圈时，线圈的电感减小。减小的电感增加了振荡频率并且使得电子单元向数据处理装置发送脉冲，指示车辆的存在或通过。由常规感应线圈检测器提供的数据是车辆通过、存在、计数和占用。虽然线圈不能直接测量速度，但是如将理解的，可以使用两线圈速度监视区或单线圈检测器提供包括线圈长度、平均车辆长度、通过检测器的时间和被计数车辆的数量来确定速度。

第三类型的车道接近传感器是激光测量装置，其在车辆表面上投射产生斑点的可见激光束。来自表面的反射光由激光测量装置内部的摄像机从一个角度观察。使用信号处理装置从图像像素数据计算车辆距车道边界的距离，并且测量原理被称为三角测量。

检测传感器向服务器18报告穿过av车道40的任何车辆10a的存在和车辆速度。摄像机还可以提供数据，例如根据已知的图像处理技术该数据可以被使用以检测和报告在av车道40中的任一车辆10a的存在和速度。基础设施车辆通信设备允许车辆10a与av道路基础设施服务器18通信；例如，车辆10a可以向服务器18报告其轨迹，其可以包括地理位置和速度以及车辆10a的标识。所收集的信息可以作为道路基础设施网络数据存储在服务器18上。

车辆10可以经由一个或多个已知机制(诸如射频通信链路、光纤链路、专用网络链路、因特网等中的一个或多个)与服务器18通信。一种可能的通信方式是经由专用短程通信(dsrc)，用于这种通信的设备是已知的。dsrc设备是专门为汽车应用而设计的单向或双向短程至中程无线通信无线电。电气和电子工程师协会(ieee)已经为dsrc设备开发了一组相应的协议和标准，例如，ieee802.11pdsrc网络层标准是ieee802.11标准的增强。另一ieeedsrc标准是ieee1609标准，其包括用于车辆环境(wave)中的无线接入的一系列标准。ieee1609标准集中于资源管理、安全和多信道操作。

缓冲车道42还具有连接地耦合到服务器18上的车辆检测传感器、摄像机和/或基础设施车辆通信设备(未示出)的其自己的本地集合。在车道42上可以包括一个或多个等待区46和/或半自主并入区47。非常类似于av车道40中的传感器和摄像机的检测传感器报告缓冲车道42中的任何av10b的存在和速度。如上所述，基础设施车辆通信设备允许av10，例如缓冲器通道42中的av10b，与服务器18通信。例如，av10可以报告av10的标识符，服务器18可以使用该标识符来确定车辆10的能力，例如关于转向、加速度等，和/或av10可以向服务器18报告其加速能力、速度能力，目的地和/或与确定av10的行驶车道相关的其他信息。

缓冲车道40的等待区46是在处理设备12确定av10驶入av通道40的适当并入点和释放时间之前av10b可以保持在队列中的区域。半自主并入区域47是被监测用于阻挡车辆的区域，其可以阻止驶出车辆10a从av车道40驶出到缓冲车道42中。例如，当驶出车辆10c可以以每小时70英里(70m.p.h)离开av车道40时，服务器18可以检测半自主并入区域47中的车辆或障碍物的存在，并且可以通知驶出车辆10c，即通过向车辆10c提供消息，车辆10c进而将计算适当的减速度，或者可以防止驶出车辆10c从av车道40离开，即通过向车辆10c提供消息。

服务器18通常包含处理器和存储器，存储器存储可由处理器执行的指令。服务器18存储器还可以存储各种数据，例如从缓冲区42基础设施服务器18、av道路基础设施服务器18和av10收集的数据、天气数据、交通数据和任何其他相关的基础设施信息。服务器18可以包括在一个或多个实际位置处的一个或多个实际设备。此外，服务器18可以通信地耦合到或可以包括其它已知的基础设施服务器，例如交通服务器，用于交通报告和天气报告的天气服务器18。例如，交通报告可以包含关于在av车道40中的交通流量的信息(例如，根据在指定时间内通过一点的车辆的数量来测量的交通密度)，或者在av车道40驶出点的预定距离处或之内的诸如碰撞、失速车辆等事件。同样，天气报告例如可以包含沿着av车道40的天气状况或驶出点处的天气状况。

服务器18可以使用上述信息和数据规划av车辆10的轨迹。av车辆轨迹包括开始令av10驶入av车道40的策略(例如，规划的路径、加速度、速度等)和释放时间。如上所述，av10通常是自主车辆或自主模式下的半自主车辆。自主车辆10通常可以在没有来自人类驾驶员的输入的情况下导航和横穿道路。例如，如上所述，推进(例如，电动机和/或内燃机发动机)、制动和转向中的每一个可以由车辆10计算机控制，或者在半自主模式中，这三个子系统中的一个或两个可以被这样控制。

av10可以向服务器18发送车辆状态以用于确定av车辆轨迹。车辆状态可以包括加速能力、混合动力电池荷电状态、车辆10的目的地、车载燃料值等中的一个或多个。av10的加速能力基于车辆的发动机、马达和传动系特性。例如，av10汽油发动机可以产生208千瓦(kw)，而av10的两个马达每个可以产生额外的45kw，总共298kw。考虑到传动系特性和车辆和乘员的总重量，av10加速能力是当混合电池充分充电时，av10可以在5.5秒内从零加速到70m.p.h或108k.p.h。

当av10正在等待提供av轨迹信息和驶入开始时间的消息时，av10a被定位在缓冲车道42的等待区46中的零个或多个其他av10b的队列中。使用如上所述的车道接近传感器、车道速度测量设备和摄像机的等待区46可以向服务器18报告等待区域状态。等待区域状态是从av10a通过从av10a到服务器18的通信链路，例如使用如上所述的dsrc，而获得的。等待区状态可以包括队列中的av10的数量和av标识、av加速能力、av目的地等。

为了确定av轨迹，服务器18使用av10的av标识、av加速能力和av目的地以及av车道40中的车辆10a的轨迹。被用于确定当前和/或规划未来轨迹的车辆10a信息可以包括例如车辆10a标识符(其允许服务器18获得适用于车辆10a的信息)、车辆10a的速度、车辆10a的地理位置等。

当驶出车辆10c离开av车道40时，如果车辆10c能够半自主操作，即接收至少一些来自人类驾驶员的控制的输入，则车辆10c可以从完全自主模式回到半自主模式。服务器18可以使用由服务器18提供的数据来确定半自主并入区域47能够接收驶出车辆10c。例如，如果半自主并入区47拥塞，或者如果半自主并入区47中的车辆的速度比av车道40慢，则服务器18将相应地调整车辆轨迹。例如，调整的轨迹可以包含快速减速以成功地完成驶出操作。

另外，av道路基础设施服务器18还可以提供关于av车道40中的交通流的信息，例如，服务器18可以向服务器18发送av车道40的速度图。速度图可以是例如车辆10a和av10c的建议av速度的表示。速度图可以包括某些区域的最大速度和最小速度，例如，驶入点和向前五英里处之间的速度可以具有70m.p.h的最大速度和55m.p.h的最小速度。

av道路基础设施服务器18还可以监视av车道40的潜在问题或警报，并且可以用信号通知服务器18和av10a该问题或警报，例如，前方碰撞的警告、前方的突然车辆制动、接近紧急车辆警告、前方车辆安全检查、商用车车身离地高度和前方安全检查以及潜在翻车警告。

如果av车道40是收费公路的一部分，则av道路基础设施服务器18可以基于车辆标识和车辆目的地来确定通行费。例如，av10是乘用车并且在第一并入点驶入。av10发送其表明av10是乘用车辆的车辆身份，并且在距服务器18的10英里处离开av车道。然后，服务器18可以计算乘用车辆的每英里费用，并从车辆54的帐户中划取适当的通行费。

过程流

图3是示出用于控制自主车辆车道进入的系统5的示例性过程100的流程图。

过程100在框110中开始，框110也可以紧跟着框150。在框110中，av10b的车辆状态被发送到服务器18。例如，av10b根据诸如已知的一个或多个车载电子控制单元(ecu)提供的数据来确定其车辆状态。车辆状态可以包括与av10操作相关的一个或多个量，例如当前车辆速度、车辆标识、车辆加速能力、车辆目的地、当前电池荷电状态、加速度曲线和/或其他类似的与确定车辆轨迹有关的信息。

接下来，在框120中，服务器18从服务器18接收等待区状态。等待区状态可以包括队列中的av10b的数量、av10标识、av10b加速能力、av10b目的地和/或异外状态等。异常状态例如可以是在av车道40上发生事故并且暂时禁止avs10b驶入av车道40的指示。

接下来，在框130中，服务器18从av道路基础设施服务器18接收关于av车道40中的车辆10a的轨迹的自主车辆信息。如上所述，av道路基础设施服务器18可以发送服务器18计算av轨迹所需的轨迹或部件。av服务器18还可以向服务器18发送av车道状态，其可以包括例如但不限于行车道车辆间距、av车道事故状态，即是否存在堵塞或影响车道的事故、是否有任何前方突然的车辆制动、接近的紧急车辆警告、前方的车辆安全检查、商业车车身离地高度和前方的安全检查以及潜在的翻车警告。

接下来，在框140中，系统100确定av10b轨迹。例如，av10b轨迹基于诸如av加速能力、气象条件、车辆10b在av车道40中的速度以及av车辆10a之间的间距等因素。例如，在干路面上的av10加速能力可以是35m.p.h.每秒或15.8m/s^{^2}。因此，av10需要大约7秒钟才能达到70m.p.h或112km/s的av车道速度，并且行驶距离约为四分之一英里或398米。为了使av10成功和安全地在av10a前面以大约50码或46米的安全缓冲距离并入，当av10从等待区46释放时，av10a应当从av10驶入点到av车道40的距离是490码。

如果av车道40和/或缓冲车道42是湿的或滑的，则av10的加速能力由于牵引力的损失而减小。例如，当道路潮湿时，av加速能力可以下降到25m.p.h./s或11.2m/s^{^2}。现在需要十秒钟才能达到70m.p.h或112公里/秒的av车道速度并且将需要612码或560米。因此，当av10a距驶入点至少662码或600米时，av10应当从等待区46释放。

接下来，在框150中，服务器18使用上述关于框140的判断来确定av10是否可以离开等待区46并安全地并入到av车道40中。如果服务器18确定安全驶入是不可能的，即av10a太接近驶入点，则过程100返回到框110中，否则过程100继续到框160。

接下来，在框160中，服务器18向av10发送释放消息，以释放施加到av10制动器的任何制动力并致动推进(例如，电动马达和/或内燃发动机)和转向并继续进行av10的驶入操纵。在框180之后，过程100结束。

图4是示出用于自主车辆车道进入控制的系统5的示例性过程200的流程图。

过程200在框210中开始，框210也可以紧跟框250。在框210中，驶出车辆10c的车辆10c状态被发送到服务器18。车辆10c从车载电子控制单元(ecu)数据确定车辆状态。车辆状态可以包括与车辆10c操作相关的一个或多个量，例如当前车辆速度，车辆标识、车辆加速能力、车辆减速能力、车辆目的地、当前电池荷电状态、加速度曲线和/或与确定车辆换道配置文件有关的其他类似信息。应当注意，制动或减速车辆被认为是负加速度。

接下来，在框220中，服务器18从服务器18接收半自主并入区域47的驶出缓冲车道状态。驶出缓冲车道状态可以包括半自主并入区域47中的车辆数量及其轨迹和环境状况。

接下来，在框230中，服务器18从av道路基础设施服务器18接收av车道40的av车道状态。该av车道状态可以包括例如接近驶出车辆10c(例如，在驶出车辆10c的预定距离内)的任何av的轨迹。

接下来，在框240中，系统200确定车辆10c的更新av轨迹，其可以包括车辆10c的减速能力、半自主并入区域47中的气象条件和可能的车辆。

接下来，在框250中概述，服务器18确定驶出车辆10c是否可以离开av车道40并且并入到缓冲车道42中。例如，车辆10c以70m.p.h.或112km/s行驶，并且半自主并入区47的最大速度为35m.p.h或56km/s。车辆10c将必须将速度降低35m.p.h或56km/s。车辆10c可以以负8m.p.h./s或3.5m/s^{^2}舒焕地减速。为了使车辆10c达到35m.p.h.或56km/s，服务器18必须使车辆10c在离开av车道40并驶入半自主并入区47之前1033码或945米开始减速。

如果服务器18确定安全驶出是不可能的，例如由于半自治并入区47中的事故，则过程200返回到框210中，否则过程200继续到框260中。

接下来，在框260中，处理单元向驶出车辆10c发送消息以施加制动力，减小推进的手段并实现转向以执行驶出操纵。在框260之后，过程200结束。

结论

如本文所使用的，修饰形容词的副词“大体上”是指形状、结构、测量值、数值、计算结果等由于在材料、加工、制造、传感器测量、计算、处理时间、通信时间等方面的缺陷而偏离精确描述的几何形状、距离、测量值、数值、计算结果等。

诸如本文讨论的那样的计算设备通常每个包括可由一个或多个计算设备执行的指令，诸如上面标识的那些计算设备，并且用于执行上述处理的框或步骤。计算机可执行指令可以从使用各种编程语言和/或技术创建的计算机程序编译或解释，包括但不限于单独或组合的javatm、c、c++、c#、visualbasic、python、java脚本、perl、html、php等。一般来说，处理器(例如，微处理器)例如从存储、计算机可读介质等接收指令，并执行这些指令，从而执行一个或多个进程，这些进程包括本文所述的一个或多个过程。这样的指令和其他数据可以使用各种计算机可读介质存储和传输。计算设备中的文件通常是存储在诸如存储介质、随机存取存储器等计算机可读介质上的数据的集合。

计算机可读介质包括参与提供可由计算机读取的数据(例如，指令)的任何介质。这样的介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质，易失性介质等。非易失性介质包括例如光盘或磁盘和其他持久性存储器。易失性介质包括动态随机存取存储器(dram)，其通常构成主存储器。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、光盘只读存储器(cdrom)、数字化视频光盘(dvd)、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、任何其他物理具有孔图案的介质、随机存取存储器(ram)、可编程只读存储器(prom)、电可编程序只读存储器(eprom)、快速电可编程序只读存储器(flasheeprom)、任何其它存储器芯片或盒、或计算机可以从其读取的任何其它介质。

关于本文所述的介质、过程、系统、方法等，应当理解，尽管这样的过程等的步骤已经被描述为根据某个有序序列发生，但是这样的过程可以以不同于本文所描述顺序的顺序执行所描述的步骤来实施。还应当理解，某些步骤可以同时执行、可以添加其他步骤，或者可以省略本文描述的某些步骤。换句话说，本文中的系统和/或过程的描述是为了说明某些实施例的目的而提供的，并且不应被解释为限制所公开的主题。

因此，应当理解，上述描述旨在是说明性的而不是限制性的。在阅读上述描述之后，除了所提供的示例之外的许多实施例和应用对于本领域技术人员将是显而易见的。应当参考所附权利要求和/或包括在基于本文的非临时专利申请以及与这些权利要求的声称等同的全部范围内来确定本发明的范围，而不是参考上述说明书。可以预料和预期，在本文中讨论的技术中将会出现未来的发展，并且所公开的系统和方法将被并入这些未来的实施例中。总之，应当理解，所公开的主题能够修改和变化。