一种车辆编队行驶方法与流程

1.本发明涉及汽车自动驾驶技术领域，尤其涉及一种车辆编队行驶方法。


背景技术：

2.本发明涉及汽车自动驾驶领域，尤其涉及一种车辆编队自动跟随的自动驾驶方法。前车自动跟随技术目前有两种实现方式：一种是利用高档轿车上的智能自适应巡航功能，通过雷达跟踪前车，并通过摄像头进行车道保持。由于雷达的视场范围限制，以及其他物体对雷达回波的反射，这种方式只能适用于转弯半径大的高速路段的弯道，所以该功能也仅仅是辅助驾驶。专利cn109164809a中描述的是另一种实现方式，通过图像识别以视觉导航的方式跟踪前车。
3.行车路况是非常复杂也难以预料的，因此完全的无人驾驶在现实应用如此艰难，跟随行驶因为领航车辆是有人驾驶，因此对后车的智能程度要求降低很多，必要条件是对前车的行车轨迹进行精确跟随。上文提到的现有的两种前车跟随方法需要在结构化道路中实施，尤其是要有车道线等辅助才能保证跟随的精度，否者只能是位置的跟随而做不到对行车轨迹的精确跟随，跟随精度的下降会导致在复杂的非结构化道路中无法使用。同时，现有技术中的车辆编队过程一般需要领航车辆的驾驶员确认，无法实现自动组队，由此导致领航车辆的驾驶员既要人工驾驶车辆、又要实时查看是否有车辆加入，一方面增加了驾驶员的工作量，另一方面容易分散驾驶员的注意力，降低了车辆编队行驶的安全性。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种车辆编队行驶方法，用以解决现有技术的上述一个或多个缺陷。
5.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.一种车辆编队行驶方法，所述方法步骤如下：
7.启动待编队各车辆的导航装置；所述待编队中包括一辆领航车辆、若干辆非领航车辆；
8.广播所述领航车辆的车辆信息；所述非领航车辆接收所述领航车辆的车辆信息、并将自身的车辆信息发送至所述领航车辆；
9.非领航车辆的车辆信息经领航车辆确认无误后，作为跟随车辆加入车队，并设置所述跟随车辆的车辆信息，形成车辆编队；
10.领航车辆对车辆编队中的所有车辆进行编号，并将车辆编队中所有车辆的车辆信息及编号整理成车辆信息表后广播至车辆编队中的所有跟随车辆；
11.跟随车辆基于车辆信息表，确定跟随车辆的前车；跟随车辆还基于跟随车辆的前车及自身导航装置采集的信息，实现车辆编队行驶。
12.在上述方案的基础上，还做出了如下改进：
13.进一步，所述车辆信息至少包括：车牌号码、行驶目的地、车辆驶行状态、所述导航
装置的状态、车辆类型；其中，
14.车辆行驶状态包括：未加入车队、已加入车队；
15.车辆类型包括：领航车辆、跟随车辆。
16.进一步，所述非领航车辆的车辆信息经领航车辆确认过程包括：
17.检测非领航车辆的车辆行驶状态是否为未加入车队，若是，则判断所述非领航车辆的行驶目的地是否与领航车辆的行驶目的地一致或部分一致，若一致或部分一致，则判断所述非领航车辆的导航装置的状态是否正常，若正常，则将该车辆作为跟随车辆加入车队。
18.进一步，所述跟随车辆加入车队后，将所述跟随车辆的车辆行驶状态设置为已加入车队、车辆类型设置为跟随车辆，得到所述跟随车辆的车辆信息。
19.进一步，所述部分一致，指在到达领航车辆的行驶目的地过程中路过所述非领航车辆的行驶目的地。
20.进一步，所述导航装置至少包括：测距传感器、前视图像获取单元、轨迹图像获取单元、imu惯性测量单元、gps单元、uwb单元、通信单元、处理器单元；其中，
21.测距传感器，用于测量本车与前车之间的距离；
22.前视图像获取单元，用于采集本车前方导航图像；
23.轨迹图像获取单元，采集本车的行驶轨迹；
24.imu惯性测量单元，用于测量本车的行驶姿态；
25.gps单元，用于定位本车的车辆位置；
26.uwb单元，用于定位车队中车辆间相对位置。
27.处理器单元，用于存储本车的车牌号码，监控导航装置的状态，还用于对导航装置采集到的信息进行数据处理，完成本车的路径规划和行车控制；
28.通信单元，用于编队中车辆之间的无线通信以及与车辆底盘之间的通信。
29.进一步，车辆编队正常行驶过程中，各跟随车辆中的处理器单元执行以下操作完成本车的路径规划和行车控制：
30.跟随车辆基于前视图像获取单元采集到的本车前方导航图像，判断当前道路为结构化道路或非结构化道路；
31.基于所述本车前方导航图像识别出的前车车牌号码锁定前车，并基于所述前车导航图像识别出的车道线、红外线规划本车的行车路径。
32.进一步，车辆编队行驶过程中，当车辆行驶状态为未加入车队的车辆要加入车辆编队时，执行以下操作：
33.未加入车队的车辆将其自身的车辆信息发送至领航车辆，经领航车辆确认无误后，领航车辆将编队中队尾的跟随车辆的gps信息发送至所述未加入车队的车辆；
34.所述未加入车队的车辆基于所述gps信息，靠近队尾的跟随车辆，当检测到与队尾的跟随车辆之间的距离小于设定距离阈值时，向领航车辆发送已跟随队尾车辆请求；
35.领航车辆在接收到已跟随队尾车辆请求后，将所述未加入车队的车辆作为跟随车辆加入车队，并为该车辆分配编号，更新车辆信息表，形成新的车辆编队。
36.进一步，当跟随车辆要退出车辆编队时，执行以下操作：
37.在车辆编队行驶过程中，领航车辆周期性地接收各跟随车辆上报的车辆动态行驶
信息；
38.若领航车辆在若干个周期内均未接收到某一跟随车辆上报的车辆动态行驶信息，则领航车辆判定所述跟随车辆退出车辆编队；
39.领航车辆基于编号，为位于退出车辆编队的所述跟随车辆后的车辆重新确定前车，位于退出车辆编队的跟随车辆后的所述车辆基于重新确定的前车进行路径规划。
40.进一步，所述导航装置中的任一设备出现故障后，根据故障情况判定导航装置为降级工作状态或失效状态；其中，
41.所述降级工作状态指，设备故障不影响跟随车辆的路径规划或通信；所述失效状态指，设备故障影响跟随车辆的路径规划或通信；
42.若某车辆的导航装置为失效状态，则将该车辆切换至人工驾驶模式。
43.本发明的有益效果如下：
44.首先，本发明提供的车辆编队行驶方法，能够根据待编队车辆的车辆信息自动形成编队；在编队行驶过程中，能够基于采集到的前车和本车的车辆信息，实现对前车轨迹的精确跟踪，且能够适应结构化道路和非结构化道路的道路情况；
45.其次，本发明提供的车辆编队行驶方法，还能够在车辆编队形成过程中接受其他车辆的加入，有效地保证了车辆编队行驶方法的适用范围，更能够满足实际需求；
46.接着，本发明提供的车辆编队行驶方法，还能够在跟随车辆退出车辆编队时，及时对车辆编队进行调整，以避免因部分车辆退出引起的车辆编队行驶实现，适应能力强；
47.最后，本发明提供的车辆编队行驶方法，充分考虑到了导航装置可能出现故障的情况，并基于具体的故障情况，判断当前车辆是否还能安全自动驾驶，若不能，则及时将其切换至人工驾驶模式，以保证车辆行驶安全。
48.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
49.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
50.图1为本发明实施例1中的车辆编队行驶方法流程图；
51.图2为本发明实施例1中的导航装置结构示意图；
52.图3为本发明实施例2中的车辆编队行驶方法流程图；
53.图4为本发明实施例3中的车辆编队行驶方法流程图。
具体实施方式
54.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
55.实施例1
56.本发明的实施例1，公开了一种车辆编队行驶方法，流程图如图1所示，包括以下步
骤：
57.步骤s11：启动待编队各车辆的导航装置；所述待编队中包括一辆领航车辆、若干辆非领航车辆；
58.步骤s12：广播所述领航车辆的车辆信息；所述非领航车辆接收所述领航车辆的车辆信息、并将自身的车辆信息发送至所述领航车辆；
59.所述车辆信息至少包括：车牌号码、行驶目的地、车辆驶行状态、所述导航装置的状态、车辆类型；其中，车辆行驶状态包括：未加入车队、已加入车队；其中，车辆类型包括：领航车辆、跟随车辆；需要说明的是，在非领航车辆的车辆信息中，缺省车辆类型；当其作为跟随车辆加入编队后，更新其车辆类型。
60.步骤s13：非领航车辆的车辆信息经领航车辆确认无误后，作为跟随车辆加入车队，并设置所述跟随车辆的车辆信息，形成车辆编队；
61.其中，领航车辆的确认过程包括：检测非领航车辆的车辆行驶状态是否为未加入车队，若是，则判断所述非领航车辆的行驶目的地是否与领航车辆的行驶目的地一致或部分一致，若一致或部分一致，则判断所述非领航车辆的导航装置的状态是否正常，若正常，则将该车辆作为跟随车辆加入车队。并将该跟随车辆的车辆行驶状态设置为已加入车队、车辆类型设置为跟随车辆，得到所述跟随车辆的车辆信息。
62.所述部分一致，指在到达领航车辆的行驶目的地过程中路过所述非领航车辆的行驶目的地。
63.在一定时间内领航车辆即可完成所有待编队中所有非领航车辆的车辆信息的确认，得到所有的跟随车辆，基于领航车辆及跟随车辆，形成车辆编队。
64.步骤s14：领航车辆对车辆编队中的所有车辆进行编号，所述编号用于确定各车辆在车辆编队中的行驶顺序；编号完成后，将车辆编队中所有车辆的车辆信息及编号整理成车辆信息表，并将所述车辆信息表广播至车辆编队中的所有跟随车辆；
65.为保证领航车辆在车辆编队行驶过程中的领航地位，一般地，将领航车辆的编号设置为1，跟随车辆的编号依次递增。
66.步骤s15：跟随车辆基于所述车辆信息表，确定跟随车辆的前车；所述跟随车辆还基于跟随车辆的前车及跟随车辆的导航装置采集到的信息，实现车辆编队行驶。需要说明的是，在本实施例提供的车辆编队行驶方法中，领航车辆为人工驾驶，跟随车辆为自动驾驶。
67.在执行步骤s15过程中，为保证各跟随车辆与领航车辆的时间一致，跟随车辆在接收到车辆信息表后，还与领航车辆进行对时，对时过程可基于ntp协议实现。
68.需要说明的是，上述步骤中涉及的车辆之间的信息交互过程(例如领航车辆的车辆信息的广播、车辆信息表的广播、非领航车辆及跟随车辆的车辆信息发送、接收过程)，均通过各车辆上的导航装置实现。
69.优选地，所述导航装置如图2所示，至少包括以下设备：测距传感器、图像获取单元(具体为前视图像获取单元、轨迹图像获取单元)、imu惯性测量单元、gps单元、uwb单元、通信单元、处理器单元；其中，
70.测距传感器，用于测量本车与前车之间的距离；示例性地，测距传感器可以选用激光测距传感器、毫米波雷达等；
71.前视图像获取单元，用于采集本车前方导航图像，从中识别出前车及其车辆号码，以便于跟踪前车；另外，还从中识别车道线、红绿灯等信息，以便于进行视觉导航；为保证能够较好地采集到本车前方导航图像，前视图像获取单元在设置时，其方向朝向车辆前方；
72.轨迹图像获取单元，用于采集本车的行驶轨迹(即本车经过的路面)，行驶轨迹可用于后车对领航车辆的的“寻迹”跟踪；为保证能够较好地采集到本车的行驶轨迹，轨迹图像获取单元在设置时，其方向朝向路面；
73.imu惯性测量单元，用于测量本车的行驶姿态；用于后车按照领航车辆的控制姿态进行控制，同时用于在前车车牌号码信息锁定丢失后，辅助定位车辆相对车队的位置，进行路线规划；
74.gps单元，用于定位本车的车辆位置；
75.uwb单元，用于定位车队中车辆间相对位置，以及用于跟随车辆出发时以及行驶过程中前车车牌号码锁定丢失后的路线规划。
76.处理器单元，作为核心控制和计算模块，用于存储本车的车牌号码，监控导航装置的状态，还用于对导航装置采集到的信息进行数据处理，完成本车的路径规划和行车控制。
77.具体地，车辆编队正常行驶过程中，各跟随车辆中处理器单元执行以下操作完成本车的路径规划和行车控制：
78.跟随车辆基于所述前视图像获取单元采集到的本车前方导航图像，判断当前道路为结构化道路或非结构化道路；
79.若当前道路为结构化道路，基于所述本车前方导航图像识别出的前车车牌号码锁定前车，并基于所述前车导航图像识别出的车道线、红外线规划本车的行车路径；若采集到的本车前方导航图像不清晰(例如在遇到雨雪、光线差，或前车急转弯等情况造成前车追踪丢失或或不稳定时)，无法进行识别，则利用uwb单元定位本车与前车的相对位置，并基于所定位得本车与前车的相对位置，规划本车的行车路径；
80.若当前道路为非结构化道路，则无法根据本车前方导航图像识别出车道线，因此无法根据本车前方导航图像规划本车的行车路径。在这种情况下，可利用imu惯性测量单元采集到的行驶姿态信息、uwb单元采集到的定位信息、轨迹图像获取单元采集到的行驶轨迹信息规划本车的行车路径。具体过程为：
81.(1)跟随车辆实时接收并缓存领航车辆发送的领航车辆的行驶姿态信息、定位信息，基于领航车辆的行驶姿态信息和自身的行驶姿态信息、定位信息，规划跟随车辆自身的行车路径；
82.(2)跟随车辆还实时接收并缓存领航车辆发送的领航车辆的行驶轨迹，并采集自身的行车轨迹；跟随车辆获取本车与领航车辆的行驶轨迹的重合区域图像，并分析重合区域图像以获取跟随车辆与领航车辆之间的位置偏差和行驶方向偏差，基于位置偏差和行驶方向偏差矫正跟随车辆规划的行车路径。
83.在该过程中，跟随车辆可按照高于领航车辆采样频率或单次图像采集时间进行本车行驶轨迹信息的采样，以便与接收到的领航车辆行驶轨迹信息匹配。
84.处理器单元还接受实时测量的本车与前车之间的距离，判断该距离是否小于安全距离，若小于，则重新规划本车的行车路径。
85.通信单元，用于编队中车辆之间的无线通信以及与车辆底盘之间的通信；
86.此外，导航装置还可以包括接口板，其用于实现导航装置中各模块数据接口与处理器单元数据之间的桥接转换。
87.优选地，为保证导航装置能够采集到更为准确的数据，可以将导航装置中的测距传感器、前视图像获取单元、轨迹图像获取单元、imu惯性测量单元、uwb单元固定在每辆车的相同位置。
88.基于上述描述的导航装置的内容，相应地，导航装置的状态可以包括以下内容：
89.测距传感器状态，1故障，0正常；
90.前视图像获取单元状态，1故障，0正常；
91.轨迹图像获取单元状态，1故障，0正常；
92.imu惯性测量单元状态，1故障，0正常；
93.gps模块状态，1故障，0正常；
94.uwb单元状态，1故障，0正常；
95.gps单元状态，1故障，0正常。
96.与现有技术相比，本实施例提供的车辆编队行驶方法，能够根据待编队车辆的车辆信息自动形成编队；在编队行驶过程中，能够基于采集到的前车和本车的车辆信息，实现对前车轨迹的精确跟踪，且能够适应结构化道路和非结构化道路的道路情况。
97.实施例2
98.考虑到车辆编队行驶过程中，还可能出现车辆行驶状态为未加入车队的车辆想要加入车辆编队的情况。为解决这一问题，在实施例1的基础上，进一步改进，改进后的车辆编队行驶方法除了包括实施例1的相关内容外，还包括实施例2中的步骤，流程图如图3所示，具体说明如下：
99.步骤s21：在车辆编队行驶过程中，未加入车队的车辆将其自身的车辆信息发送至领航车辆，经领航车辆确认无误后，领航车辆将编队中队尾的跟随车辆的gps信息发送至所述未加入车队的车辆；
100.步骤s22：所述未加入车队的车辆基于所述gps信息，靠近队尾的跟随车辆，当检测到与队尾的跟随车辆之间的距离小于设定距离阈值时，向领航车辆发送已跟随队尾车辆请求；
101.优选地，考虑到gps信息的精度范围，本实施中，领航车辆在发送编队中队尾的跟随车辆的gps信息的过程中，若检测到与队尾的跟随车辆之间的距离小于另一阈值(例如60m)时，进入uwb定位范围，领航车辆发送uwb定位信息至未加入车队的车辆，此时未加入队尾的车辆基于uwb定位信息继续靠近队尾的跟随车辆，直至检测到与队尾的跟随车辆之间的距离小于设定距离阈值。从而通过gps信息与uwb信息的相互配合，提高定位精度。
102.步骤s23：领航车辆在接收到已跟随队尾车辆请求后，将所述未加入车队的车辆作为跟随车辆加入车队，并为该车辆分配编号，更新车辆信息表，形成新的车辆编队；
103.在形成新的车辆编队后，新加入编队的跟随车辆即可采用与其他跟随车辆一样的策略进行车辆编队行驶。
104.需要说明的是，在本实施例提供的车辆编队行驶方法中，整个行驶过程中，领航车辆以一定频率定时向周围的车辆广播其车辆信息，但是车辆信息表只在车辆编队内部广播。因此，未加入车队的车辆能够获取到领航车辆的车辆信息。当其想要加入车队时，直接
将其自身的车辆信息发送至领航车辆即可。此外，领航车辆确认过程可参考实施例1中的相应内容。
105.实施例3
106.考虑到车辆编队行驶过程中，还可能出现跟随车辆因导航装置故障或其他原因退出车辆编队的情况。为解决这一问题，在实施例1或实施例2的基础上，改进后的车辆编队行驶方法，还可以包括实施例3中的步骤，流程图如图4所示，具体说明如下：
107.步骤s31：在车辆编队行驶过程中，领航车辆周期性地接收各跟随车辆上报的车辆动态行驶信息；
108.所述车辆动态行驶信息包括本车的行驶状态、本车采集到的前车信息；所述本车采集到的前车信息为：与前车之间的距离信息或前车的行驶轨迹；
109.步骤s32：若领航车辆在若干个周期内均未接收到某一跟随车辆上报的车辆动态行驶信息，则领航车辆判定该跟随车辆退出车辆编队；
110.步骤s31、s32还可以替换为：
111.某一跟随车辆向所述导航发送退出车辆编队请求，领航车辆基于所述退出车辆编队请求，判定该跟随车辆退出车辆编队；
112.步骤s33：领航车辆基于编号，为位于退出车辆编队的所述跟随车辆后的车辆重新确定前车，位于退出车辆编队的跟随车辆后的所述车辆基于重新确定的前车进行路径规划。
113.导航装置中的任一设备出现故障后，根据故障情况判定导航装置为降级工作状态或失效状态；所述降级工作状态指，设备故障不影响跟随车辆的路径规划或通信；所述失效状态指，设备故障影响跟随车辆的路径规划或通信；例如，在某一跟随车辆的导航装置中，若仅前视图像获取单元出现故障(此时uwb单元还能正常工作)，或者仅uwb单元出现故障(此时前视图像获取单元还能正常工作)，则该跟随车辆仍可以完成路径规划，此时将导航装置设置为降级工作状态。若跟随车辆的导航装置为失效状态，则将该跟随车辆切换至人工驾驶模式。通过根据故障情况判断导航装置为降级工作状态或失效状态，一方面能够保证在部分设备出现故障时仍能完成车辆编队行驶任务，另一方面能够在导航装置处于失效状态时及时将其切换至人工驾驶模式，保证车辆的行驶安全。
114.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
115.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。