专利名称：车辆导航系统及方法
技术领域：
本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种车辆导航系统及方法。
背景技术：
随着传感技术、智能识别技术、控制技术以及计算机技术的发展，车辆技术也因此 得到了迅速的发展，在不久的将来自主驾驶的车辆将会得到普及，进入人们的日常生活。现有自主驾驶智能车辆大多通过在其车身周围安装激光雷达、微波雷达、光学摄 像、超声等传感器完成对其周边环境的感知，并根据各传感器采集的海量数据进行高速地 计算，以完成实时的自主驾驶控制功能。如图1所示，为现有技术车辆自主驾驶系统的结构示意图，该自主驾驶系统安装 在智能车辆上，该系统主要包括多传感器组成的数据采集模块6、数据融合模块7、环境感 知模块8、局部路径选择与自动驾驶决策模块9以及自动驾驶控制模块10。其中多传感器 包括了对车辆周边环境进行感知的激光雷达、微波雷达、光学摄像，超声、速度、定位和姿态 传感器等。该自主驾驶系统通过对多传感器数据的实时采集和融合处理，并对处理后的数 据通过环境感知算法来实现对周边环境的感知，或综合利用自主驾驶系统中安装的地图数 据来感知，来获取车辆当前行驶道路的路况信息，在对周边环境感知的基础上，执行自动驾 驶的局部行驶路径的选择和决策算法，最后由自动驾驶控制模块根据自动决策的结果来直 接控制智能车辆的驾驶。由于这些传感器的作用距离较短，比如在没有障碍物的情况下，激光雷达精度较 高，其作用范围从几十米到几百米，一般在视野范围内，这时需要车辆能够在短时间内能完 成对复杂路况的认知、对静止和移动目标的识别和处理等功能。一旦行驶状况稍复杂，对自 主驾驶车辆的实时处理能力的要求会非常高，因此自主导航车辆往往需要几个到十几个高 性能的处理器或“刀片”服务器来完成数据融合、环境感知处理、局部路径选择与自动驾驶 决策算法的复杂计算，但大量的传感器和太多的高性能处理器大大增加了车辆的成本。在 视野较差的路况下行驶的车辆，如果仅依赖雷达、光学摄像、超声传感等来感知接近的行驶 车辆，显然局限性较大，仍存在发生车辆碰撞或追尾的可能性。比如在山路、有遮挡的拐弯 处，有其它车辆遮挡时的超车或换道等情况。另外，由于车辆之间没有相互协调的能力，仅 通过前述的各种传感器去感知和预测其它接近车辆的运动行为，很难准确把握，因此在一 些情况下仍无法避免行驶中的车辆辆发生碰撞的可能性，比如，不同方向的两车辆要经过 同一条狭窄且仅能容纳一辆车宽的路径时，或者不同方向的多辆车可能选择在同一时刻经 过同一路径点的情况。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种车辆导航系统及方法，以有效感知周边车辆 的行驶情况，调整本车辆的行驶参数，达到有效避免碰撞的有益效果。
( 二)技术方案 为此，本发明提供的一种车辆导航系统，用于装载在车辆上对车辆进行导航控制， 包括自身参数获取模块，用于获取本车辆的行驶参数信息与本车辆当前行驶道路的路 况信息，将所述路况信息与行驶参数信息发送；所述行驶参数信息包括所述车辆当前的位 置、速度、方向、唯一识别号及其在指定范围内行驶的路径信息；周边参数获取模块，用于从通信模块获取周边环境中周边车辆的行驶参数信息， 并将获取的信息发送至搜索模块；所述搜索模块，与所述自身参数获取模块和周边参数获取模块相连接，用于根据 接收到的所述本车辆的行驶参数信息确定搜索条件，根据所述本车辆的行驶参数信息，所 述周边车辆的行驶参数信息，预测本车辆是否会与周边车辆发生碰撞；搜索符合所述搜索 条件的车辆，把所述本车辆的行驶参数信息、符合搜索条件的车辆的行驶参数信息发送；所述通信模块，与所述自身参数获取模块、周边参数获取模块及计算控制模块相 连接，用于与所述周边车辆进行通信，发送所述本车辆的行驶参数信息至周边车辆，接收所 述周边车辆的行驶参数信息；所述计算控制模块，与所述自身参数获取模块、搜索模块、通信模块及周边参数获 取模块相连接，用于根据接收到的所述本车辆的行驶参数信息、路况信息、符合搜索条件的 车辆的行驶参数信息计算所述本车辆实现错车的行驶参数信息，并与预测无法避免碰撞的 周边车辆导航系统进行通信协商和决策，根据决策结果控制所述本车辆的行驶。其中，所述自身参数获取模块包括行驶信息获取单元，用于获取本车辆的行驶信息，并发送所述行驶信息至通信模 块和搜索模块；所述行驶信息包括所述车辆当前的位置、速度、方向及其在指定范围内行驶 的路径信息；识别号存储单元，用于存储所述本车辆的唯一识别号，并将所述唯一识别号发送 至通信模块；路况信息获取单元，用于获取所述本车辆当前行驶道路的路况信息，并将所述路 况信息发送至计算控制模块。所述搜索模块包括搜索范围确定单元，用于根据接收到的所述本车辆的行驶信息确定搜索条件；搜索单元，用于根据所述本车辆的行驶信息，所述周边车辆的行驶参数信息，预测 本车辆是否会与周边车辆发生碰撞；搜索符合所述搜索条件的车辆，把所述本车辆的行驶 信息、符合搜索条件的车辆的行驶参数信息发送。所述计算控制模块包括计算单元，用于根据接收到的所述本车辆的行驶信息、路况信息、符合搜索条件 的车辆的行驶参数信息计算本车辆与预测会发生碰撞的周边车辆实现错车的行驶参数信 息；冲突车辆通信控制单元，用于当所述计算单元计算出不存在能实现错车的行驶信 息时，与所述不存在能实现错车的行驶信息的车辆进行通信协商和决策，根据决策结果控 制所述本车辆的行驶。
所述周边参数获取模块还用于从通信模块获取所述周边车辆的上一级车辆的唯 一识别号，并将获取的唯一识别号发送至搜索模块，上一级车辆为高一级优先通过的优先 级的车辆；则所述搜索模块还结合所述周边车辆的上一级车辆的唯一识别号、所述本车辆 的行驶信息和所述周边车辆的上一级车辆的唯一识别号预测本车辆是否会与周边车辆发 生碰撞；则所述计算控制模块还用于发送所述本车辆的上一级车辆的唯一识别号至通信模 块，所述计算控制模块还根据接收到的行驶参数信息中优先级的高低控制本车辆的行驶； 所述通信模块还用于将接收到的所述本车辆的上一级车辆的唯一识别号发送至周边车辆， 并接收所述周边车辆的上一级车辆的唯一识别号。所述计算控制模块根据所述预测会发生碰撞的车辆优先级的高低控制所述本车 辆的避让，以优先级的高低顺序避让所述预测会发生碰撞的车辆。所述自身参数获取模块获取的唯一识别号含有车辆的优先级信息。所述搜索模块，以本车辆为中心以任一距离为半径做圆作为搜索条件；或以多个 车辆间的接近时间作为搜索条件；或以多个车辆间的局部路径信息是否具有重合点作为搜 索条件；或以高于或等于本车辆优先级的车辆为搜索条件，其中存在上一级车辆唯一识别 号的周边车辆的优先级按照其上一级车辆的优先级作为其当前的优先级；或是上述搜索条 件的任意组合。当所述计算控制模块计算出不存在能实现错车的行驶信息时，控制所述本车辆减 速行驶；若所述计算控制模块判断减速行驶仍不能避免碰撞，则控制所述本车辆停车；若 所述计算控制模块判断所述停车仍不能避免碰撞，则控制所述本车辆向目的地相反方向行车。本发明还提供的一种使用上述车辆导航系统的车辆导航方法，包括步骤10、本车辆的车辆导航系统发送本车辆的行驶参数信息至周边车辆导航系 统，接收所述周边车辆导航系统发送的周边车辆的行驶参数信息；步骤20、根据设定的搜索条件、所述本车辆的行驶参数信息和周边车辆的行驶参 数信息，搜索符合所述搜索条件的周边车辆；步骤30、根据所述本车辆的行驶参数信息和满足所述搜索条件的周边车辆的行驶 参数信息，预测所述本车辆与周边车辆是否会发生碰撞，是则执行步骤40 ；否则执行步骤 10 ；步骤40、计算是否存在新的行驶信息能够避免所述碰撞，是则所述本车辆按照新 的行驶信息行驶，执行步骤10 ；否则执行步骤50 ；步骤50、执行车辆避让处理。所述步骤50包括控制所述本车辆减速行驶，判断所述减速行驶是否能够避免碰 撞，否，则控制所述本车辆停车；判断所述停车是否能够避免碰撞，否，则控制所述本车辆向 与目的地相反方向行车。所述搜索条件包括以本车辆为中心以任一距离为半径做圆作为搜索条件；或以 多个车辆间的接近时间作为搜索条件；或以多个车辆间的局部路径信息是否具有重合点作 为搜索条件；或以高于或等于本车辆优先级的车辆为搜索条件，其中存在上一级车辆唯一 识别号的周边车辆的优先级按照其上一级车辆的优先级作为其当前的优先级；或是上述搜 索条件中的任意组合。
所述步骤10还包括获取周边车辆的上一级车辆的唯一识别号；所述步骤20还包括根据所述本车辆的行驶信息确定搜索条件；所述步骤30还结合所述周边车辆的上一 级车辆的唯一识别号、所述本车辆的行驶信息和所述周边车辆的行驶参数信息预测本车辆 是否会与周边车辆发生碰撞。(三)有益效果本发明的技术方案具有如下有益效果通过设置通信模块采用无线电通信可以实 现对本车辆周边装有同样车辆导航系统的车辆的行驶参数信息的精确掌握，使得本车辆可 以及时和周边车辆进行通信沟通，以有效避免车辆间的碰撞，并能及时确定车辆自身的行 驶参数，而无须如现有技术中等待周边的车辆出现在传感器探测范围内时，再根据安装在 车上的多个传感器采集的海量数据进行高速和实时地采集、处理和路径选择等操作，因此 与现有技术相比，本发明可以大大降低系统瞬间的计算开销，还可以降低对车辆上安装的 传感器个数、种类乃至性能的要求，也就达到了降低系统成本的效果。
图1是现有技术车辆自主驾驶系统结构示意图；图2是本发明车辆导航系统实施例一结构示意图；图3是本发明车辆导航系统实施例二结构示意图；图4是本发明车辆导航方法流程图。其中，1 自身参数获取模块；2 周边参数获取模块；3 搜索模块；4 通信模块；5 计算控制模块；11 行驶信息获取单元；12 识别号存储单元；13 路况信息获取单元；31 搜索范围确定单元；32 搜索单元；51 计算单元；52 冲突车辆通信控制单元；6 数据采集 模块；7 数据融合模块；8 环境感知模块；9 局部路径选择与自动驾驶决策模块；10 自动 驾驶控制模块。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图2所示，是本发明车辆导航系统实施例一结构示意图，本实施例的车辆导航 系统装载在车辆上，当车辆装载有自主驾驶系统时，本发明的车辆导航系统与车辆自主驾 驶系统相连接，与车辆自主驾驶系统配合更好的完成车辆的自主驾驶功能。本实施例包括自身参数获取模块1，周边参数获取模块2，搜索模块3，通信模块4 以及计算控制模块5。其中自身参数获取模块1，用于获取本车辆的行驶参数信息，本车辆当前行驶道路 的路况信息，将获取的路况信息与行驶参数信息发送，具体地，将行驶参数信息发送至通信 模块4和搜索模块3，将路况信息发送至计算控制模块5 ；该行驶参数信息包括车辆当前的 位置、速度、方向、唯一识别号及其在指定范围内行驶的路径信息，其中可以将车辆当前的 位置、速度、方向及其在指定范围内行驶的路径信息称为行驶信息；路况信息包括本车辆当 前可行驶道路的宽度和形状信息，或本车辆当前可行驶道路的车道数信息和形状信息；周边参数获取模块2，用于从通信模块4获取周边环境中周边车辆的行驶参数信息，并将获取的信息发送至搜索模块3 ；搜索模块3，与自身参数获取模块1和周边参数获取模块2相连接，用于根据接收 到的本车辆的行驶参数信息确定搜索条件，根据本车辆的行驶参数信息，周边车辆的行驶 参数信息，预测本车辆是否会与周边车辆发生碰撞；搜索符合搜索条件的车辆，把本车辆的 行驶参数信息、符合搜索条件的车辆的行驶参数信息发送至计算控制模块5 ；通信模块4与自身参数获取模块1、周边参数获取模块2及计算控制模块5相连接，用于与周边车辆进行通信，发送本车辆的行驶参数信息至周边车辆，接收周边车辆的行 驶参数信息；计算控制模块5，与自身参数获取模块1、搜索模块3、通信模块4及周边参数获取 模块2相连接，用于根据接收到的本车辆的行驶参数信息、路况信息、符合搜索条件的车辆 的行驶参数信息计算本车辆实现错车的行驶参数信息，并与预测无法避免碰撞的周边车辆 导航系统进行通信协商和决策，根据决策结果控制本车辆的行驶。如图3所示，是本发明车辆导航系统实施例二结构示意图，本实施例的自身参数 获取模块1具体包括行驶信息获取单元11，用于获取本车辆的行驶信息，并发送该行驶信息至通信模 块4和搜索模块3 ；还可以将获取的本车辆的行驶信息直接发送至计算控制模块5 ；识别号存储单元12，用于存储本车辆的唯一识别号，并将该唯一识别号发送至通 信模块4 ；还可以将该唯一识别号发送至计算控制模块5 ；该唯一识别号含有车辆的优先级 信息；该优先级为车辆优先通过的优先级；路况信息获取单元13，用于获取本车辆当前行驶道路的路况信息，并将该路况信 息发送至计算控制模块5。当车辆上装载有自主驾驶系统时，同时参见图1所示，行驶信息获取单元11与车 辆自主驾驶系统的数据采集模块6、局部路径选择与自动驾驶决策模块9相连接，用于从这 几个模块获取本车辆自身的行驶信息；当车辆上没有装载自主驾驶系统时，自身参数获取 模块1还包括GPS/惯性导航、速度、雷达、摄像和超声等传感器来采集车辆的行驶信息，另 外，还包括显示或声/光告警等设备以提示驾驶员如何行车。本实施例的搜索模块3包括搜索范围确定单元31，用于根据接收到的行驶信息获取单元11发送的本车辆的 行驶信息确定搜索条件；搜索单元32，用于根据本车辆的行驶信息，周边车辆的行驶参数信息，预测本车辆 是否会与周边车辆发生碰撞；搜索符合搜索条件的车辆，把本车辆的行驶信息、符合搜索条 件的车辆的行驶参数信息发送至计算控制模块5。本实施例的计算控制模块5包括计算单元51，用于根据接收到的本车辆的行驶信息、路况信息、符合搜索条件的车 辆的行驶参数信息计算本车辆与预测会发生碰撞的周边车辆实现错车的行驶信息，其中计 算单元51接收到的本车辆的行驶参数信息可以是搜索单元32发送的，也可以是行驶信息 获取单元11和识别号存储单元12直接发送的；当计算出能够实现错车的行驶信息时，控制 本车辆以该行驶信息行驶；当计算出不存在能实现错车的行驶信息时，将对应的会发生碰 撞的车辆的行驶参数信息发送至冲突车辆通信控制单元52 ；
冲突车辆通信控制单元52，用于根据接收到的信息与对应的会发生碰撞的周边车 辆导航系统进行通信协商和决策，根据决策结果控制本车辆的运行。具体地，冲突车辆通信 控制单元52控制通信模块4向预测无法避免碰撞的周边车辆导航系统发送无法错车的信 息，还可以发送协商通过顺序的信息，还可以接收来自通信模块4接收的其它车辆导航系 统发送的无法与本车错车的信息，或协商通过顺序的信息；根据协商情况做出决策结果，根 据决策结果输出减缓行车速度、或停车指令，或执行与目的地不同方向行车的控制操作。本 实施例的无法错车的信息和协商通过顺序的信息中都携带有对方车辆的唯一识别号。
当车辆上装载有自主驾驶系统时，同时参见图1所示，本实施例的计算控制模块5 与自主驾驶系统的局部路径选择与自动驾驶决策模块9相连接，用于通过局部路径选择与 自动驾驶决策模块9控制车辆的行驶。当车辆上没有装载自主驾驶系统时，本实施例还可 以包括显示模块或声/光告警等设备，计算控制模块5通过显示模块对本车辆的驾驶人员 进行提示，以便控制车辆的行驶和避让等。本实施例的计算控制模块还用于根据预测会发生碰撞的车辆优先级的高低控制 本车辆的避让，以优先级的高低顺序避让预测会发生碰撞的车辆。本实施例的周边参数获取模块2还用于从通信模块4获取周边环境中周边车辆的 上一级车辆的唯一识别号，并将上一级车辆的唯一识别号发送至搜索模块3 ；则搜索模块3 将结合周边车辆的上一级车辆的唯一识别号、本车辆的行驶参数信息和周边车辆的行驶参 数信息预测本车辆是否会与周边车辆发生碰撞；计算控制模块6还用于发送本车辆的上一 级车辆的唯一识别号至通信模块4 ；通信模块4还用于将接收到的本车辆的上一级车辆的 唯一识别号发送至周边车辆导航系统的通信模块，接收周边车辆的上一级车辆的唯一识别 号。本实施例的搜索单元32，以本车辆为中心以任一距离为半径做圆作为搜索条件； 或以多个车辆间的接近时间作为搜索条件；或以多个车辆间的局部路径信息是否具有重合 点作为搜索条件；或以高于或等于本车辆优先级的车辆为搜索条件，其中存在上一级车辆 唯一识别号的周边车辆的优先级按照其上一级车辆的优先级作为其当前的优先级；或是上 述搜索条件的任意组合。本实施例的车辆导航系统的工作原理如下本发明车辆导航系统的识别号存储 单元将存储的本车辆的唯一识别号发送给通信模块，该唯一识别号包含本车辆的优先级信 息；行驶信息获取单元获取本车辆的行驶信息，包括本车辆当前的位置、速度、方向和局部 路径信息，该局部路径信息为指定距离范围内车辆行驶的路径；并将获取的行驶信息发送 给通信模块和搜索条件确定单元；搜索条件确定单元根据接收到的本车辆的行驶信息确定 搜索单元的搜索条件，并把搜索条件和接收到的行驶信息发送给搜索单元；周边参数获取 模块从通信模块中获取周边车辆的行驶参数信息和周边车辆的上一级车辆的唯一识别号， 然后将获取的信息发送至搜索单元；搜索单元根据接收到的本车辆的行驶信息、周边车辆 的行驶参数信息及其上一级车辆的唯一识别号，进行车辆碰撞预测，预测本车辆与周边车 辆之间是否会发生碰撞；搜索单元还搜索满足搜索条件的周边车辆，把接收到的本车辆的 行驶信息，符合搜索条件的车辆的行驶参数信息发送至计算单元；通信模块与周边车辆导 航系统进行通信，接收周边车辆导航系统的通信模块发送的周边车辆的行驶参数信息及其 上一级车辆的唯一识别号；并将接收到的本车辆的行驶信息以及冲突车辆通信控制单元发送的上一级车辆导航系统的唯一识别号发送给周边车辆；本实施例的通信模块可以设定时 间间隔定时发送本车辆的信息给周边车辆；该周边车辆指的是本车辆周边环境中的车辆， 可以是符合搜索单元搜索条件的周边车辆；路况信息获取单元获取本车辆当前行驶的道路 的路况信息，并将该路况信息发送至计算单元和冲突车辆控制通信单元，其中路况信息至 少包括道路的特征信息；计算单元根据接收到的路况信息、本车辆的行驶信息，符合搜索条 件的车辆的行驶参数信息计算本车辆实现错车的行驶信息，将预测无法避免碰撞的周边车 辆导航系统的唯一识别号和行驶参数信息发送至冲突车辆通信控制单元；冲突车辆通信 控制单元根据接收到的计算单元发送的信息，与预测无法避免碰撞的周边车辆导航系统进 行通信和决策，控制通信模块向预测无法避免碰撞的周边车辆导航系统发送无法错车的信 息，或发送协商通过顺序的信息，还能接收来自通信模块接收的其它车辆导航系统发送的 无法与本车错车的信息，或协商通过顺序的信息；根据协商情况做出决策结果，当计算控制 模块计算出不存在能实现错车的行驶信息时，控制本车辆减速行驶；若计算控制模块判断 减速行驶仍不能避免碰撞，则控制本车辆停车；若计算控制模块判断停车仍不能避免碰撞， 则控制本车辆向目的地相反方向行车，计算控制模块还向通信模块发送本车辆的上一级车 辆的唯一识别号。其中本实施例的通信模块采用的通信方式，可以是采用无线电通信方式，也可以 采用可见光通信方式，还可以采用声波或超声波的通信方式。本实施例优选采用无线电通 信方式，由于无线电磁波通信距离较远，而且具有绕射传播能力，因此，本发明实施例的车 辆导航系统在山路、有遮挡的拐弯处、有其它车辆遮挡时的超车或换道等情况下，视野较差 的情况下，仍可以实现车 辆之间的无线通信，使得互相接近的车辆之间能及时获取对方的 行驶参数信息，以避免碰撞的发生。当车辆A当前行驶的局部路径是为了给更高优先级的车辆B错位和让路时，车辆 A的车辆导航系统通信模块在无线广播其行驶参数信息时，会同时通过冲突车辆通信控制 单元对通信模块的控制，附加上高优先级车辆B的唯一识别号一同广播，接收到该广播信 息的车辆导航系统的通信模块也会把接收的高优先级车辆B的唯一识别号送至周边车辆 的通信模块，在各个车辆导航系统的搜索单元、计算单元、冲突车辆通信控制单元中会将车 辆B的的优先级替代车辆A的优先级，即低优先级车辆在为高优先级车辆错位或让位时会 拥有高优先级的权力，在这简称车辆B是车辆A的“上一级车辆”。此特征也为实现所有低 优先级的车辆为高优先级的车辆让路和错位奠定了基础。由于无线通信所覆盖的范围会比 较大，在这个覆盖范围内通信模块可能会接收到周边太多的车辆发出的广播信息，为了降 低后续的搜索量和计算工作量，本发明车辆导航系统中的搜索条件确定单元通过指定搜索 范围来减少搜索量和计算工作量，其搜索条件可以根据实际情况预先设置或根据实际车况 条件进行选择，搜索条件可以有如下几种确定方法(1)以本车辆为中心，以任一距离为半 径做圆的范围作为搜索条件，搜索该范围内的周边车辆；(2)以多个车辆间的局部路径信 息是否具有重合点作为搜索条件；(3)以多个车辆之间的接近时间作为搜索条件，比如搜 索5分钟内与本车辆的距离达到5米的周边车辆；(4)以高于本车辆导航系统自身优先级 或相同优先级的周边车辆为搜索条件，其中也包括周边车辆优先级虽低，但其存在上一级 优先级车辆，且其上一级车辆的优先级高于或等于本车辆的优先级时，该车辆也应满足搜 索条件；或是上述几种搜索条件的任意组合。其中搜索条件确定方法(1)是一种较为基本的搜索条件确定方法，其核心是只对一定范围内的车辆进行分析判断，当然前提条件是需 要知道本车辆自身的空间位置，然后排除那些离自身距离较远的车辆不予考虑。而确定方 法(2)则只考虑那些在本车辆的行驶路径上可能相遇的车辆，即局部路径有重合点时的情 况。当需要考虑高速行驶的车辆间的避让时，需要以时间来作为主要考虑因素，可以采用方 法(3)，采用方法(3)需要先用方法(2)确定两辆车辆之间是否存在局部路径重合点，若存 在重合点，再考虑两车同时到达局部路径重合点的附近点时所需的时间不应超过某一门限 值，该门限值至少要能保证高速行驶的车辆有足够的时间来反应，以完成两车辆间的避让， 所谓局部路径重合点的附近点是离局部路径重合点的距离不小于某一门限值，该门限值大小是由车辆导航系统的测量和计算所带来的误差来决定，目的是防止由于系统测量和计算 误差导致的车辆间碰撞。当考虑对一些紧急用途车辆(例如救护车、消防车等)能够具有 让道能力时，则采用确定方法(4)，此时紧急用途车辆在行驶期间，将不考虑那些低于其优 先级的周边车辆，因为装有本发明实施例的车辆导航系统的低优先级车辆会对比自己优选 级高的车辆进行主动避让。对于那些自身是低优先级但其“上一级车辆”具有更高优先级 别时，则把其“上一级车辆”的优先级作为该车辆的优先级，以保证具有更高优先级的车辆 拥有更高占有车道的权限。本实施例优选的搜索条件的确定方法是(5)。当搜索条件确定后，由搜索单元根据确定的搜索条件对周边车辆的位置、速度、方 向和周边参数获取模块通过通信模块接收的周边车辆的行驶参数信息进行过滤，即车辆碰 撞的预测，把过滤后满足条件，即如果按照现有行驶信息行驶，将导致碰撞的车辆的唯一识 别号，及其“上一级车辆”的唯一识别号和对应的行驶参数信息发送到计算单元。该计算 单元将更新存储的周边车辆的行驶参数信息，并综合本车辆行驶的路况信息和行驶参数信 息、以及来自搜索单元过滤后的周边车辆的行驶参数信息，计算本车辆能够避免车辆间碰 撞的新的行驶信息，以实现对那些存在碰撞可能的车辆的错位或让路，即避让，比如可以先 计算改变行驶速度是否能实现车辆间的错位或让路，若仍无法避免碰撞，再通过计算改变 向前行驶的局部路径能否来实现车辆间的错位或让路；当然也可以先选择改变行驶路径后 改变速度或者两个参数均改变的方法。本实施例优先采用改变行驶路径的方法。当通过改 变车辆行驶信息能够进行错位或让路时，计算单元会把计算的新的行驶信息发送到车辆自 主驾驶系统的局部路径选择与自动驾驶决策模块，当车辆上无车辆自主驾驶系统时，则通 过显示或声/光告警等设备以提示驾驶人员可按照新的行驶信息执行驾驶，以实现对车辆 的实际行驶控制；当通过改变行驶信息仍无法避免碰撞，则计算单元向冲突车辆通信控制 单元输出该车辆的行驶参数信息，如果该车辆存在“上一级车辆”，则把“上一级车辆”的唯 一识别号也发送至冲突车辆通信控制单元，代表该车辆当前的行驶目的是为了给更高优先 级的车辆进行错位或让路，对其它车辆而言它也就拥有了“上一级车辆”的优先权。各个车 辆的通信模块在广播时会广播其上一级车辆的唯一识别号，以保证最高优先级的车具有优 先行驶道路的特权。冲突车辆通信控制单元用于当计算单元计算出不存在能实现错车的行驶信息时， 与该不存在能实现错车的行驶信息的车辆进行通信协商，以及决策本车辆的行驶，冲突车 辆通信控制单元控制通信模块向预测无法避免碰撞的车辆发送无法错车的信息，该信息中 还包含了对方车辆的唯一识别号和本车辆的行驶参数信息，如果本车辆还拥有“上一级车 辆”，则在无法错车的信息中还会包含“上一级车辆”的唯一识别号，当预测继续按当前行驶信息行驶则无法避免碰撞时，该冲突车辆通信控制单元可发送减缓行车速度的指示至局 部路径选择与自动驾驶决策模块，当车辆上无自主驾驶系统时，则通过显示或声/光告警 等设备以提示驾驶人员减缓行车速度，以实现减速乃至停车，当减速行驶仍不能避免碰撞 时，则与预测发生碰撞的车辆间的距离在安全距离范围附近时则会控制立即停车，否则，如 果与预测发生碰撞的车辆间的距离较远，则在减速过程中，等待计算模块输入新的预测周 边无法避免碰撞的车辆信息；如果仍存在无法避免碰撞的相同车辆时，则继续减速，直至停 车，若不存在，则说明之前预测发生碰撞的车辆已改变了行驶信息可以避免碰撞，此时可以 通过该冲突车辆通信控制单元控制局部路径选择与自动驾驶决策模块使得本车辆恢复正 常行驶速度，当车辆上无自主驾驶系统时，则通过显示或声/光告警等设备以提示驾驶人 员恢复正常行驶速度；如果在减速过程中，该冲突车辆通信控制单元还接收来自通信模块 接收的其它车辆导航系统发送的无法与本车错车的信息，也同样执行继续减速，直至控制 停车。当停车时间超过一定门限值后，比如停车时间超过2秒，此时仍然无法错车，该冲突 车辆通信控制单元将向局部路径选择与自动驾驶决策模块发送与目的地不同方向行车的 控制操作，当车辆上无自主驾驶系统时，则通过显示或声/光告警等设备以提示驾驶人员 应该执行与目的地不同方向行车，比如倒车或向相反方向行驶的指令，以实现车辆间的避 让。比如相对开来的两辆车辆要经过同一条仅能容纳一辆车宽的路径时，如果两辆车的优 先级不同，则高优先级的车A可以先通过该狭窄路径，如果是低优先级的车B和高优先级的 车辆A均已行驶在该狭窄路径上时，低优先级的车辆B会在停车时间超过一门限值后倒车， 如果在倒车过程中与车辆C可能发送碰撞，车辆C的优先级比车辆B高但是比车辆A低， 则车辆C通过车辆B的通信模块的广播获知车辆B是为更高优先级的车辆A错车，则车辆 C为B错车或进行倒车，以实现对最高优先级车辆的避让；如果两辆车辆具有相同的优先级 另lj，一种极端的情况是由于两辆车辆互相避让导致双方都停止，此时按照离局部路径重合 点近的车辆先行原则，该车辆先启动行驶通过该路径；如果两辆车辆都已处在该狭窄路径 上，则离局部路径重合点较远的车辆选择倒车，为另一辆车辆让出行驶路径，若两辆车均离 重合点距离相同，为了避免两车同时让路或者同时选择该路路径行驶，其中冲突车辆通信 控制单元在停车后的某一时间段内(比如在停车后的2秒钟内)随机地选取该时间段内的 某一时刻控制通信模块向对方车辆发送让其先通过狭窄路径的信息，即协商通过顺序的信 息，收到该信息的车辆将启动先行通过该狭窄路径。本实施例还可以包括显示模块或声/光告警等设备，对本车辆和周边车辆的行驶 参数信息路况信息等进行显示或告警。搜索模块、计算控制模块和通信模块的联合工作在预测车辆辆间可能发生碰撞冲 突时建立了车辆间通信协调渠道，可以使得车辆互相能够知道彼此的行车速度和局部路 径，因此能够预测可能的碰撞点和时间，提前执行车辆间的错车操作，避免车辆间的碰撞。 避免了不同方向的车辆辆要经过同一条狭窄且仅能容纳一辆车宽的路径，或同一时刻经过 同一路径点情况时的车辆碰撞，以实现车辆间的避让。
本实施例通过设置通信模块采用无线电通信可以实现对本车辆周边装有同样车 辆导航系统的车辆的行驶参数信息的精确掌握，使得本车辆可以及时和周边车辆进行通信 沟通，以有效避免车辆间的碰撞，并能及时确定车辆自身的行驶参数，而无须如现有技术中 等待周边的车辆出现在传感器探测范围内时，再根据安装在车上的多个传感器采集的海量数据进行高速和实时地采集、处理和路径选择等操作，因此与现有技术相比，本发明可以大 大降低系统瞬间的计算开销，还可以降低对车辆上安装的传感器个数、种类乃至性能的要 求，也就达到了降低系统成本的效果。如图3所示，是本发明车辆导航方法流程图；本实施例使用本发明的车辆导航系 统，本发明的方法包括以下步骤步骤10、本车辆的车辆导航系统发送本车辆的行驶参数信息至周边车辆导航系 统，接收周边车辆导航系统发送的周边车辆的行驶参数信息；步骤20、根据设定的搜索条件、本车辆的行驶参数信息和周边车辆的行驶参数信 息，搜索符合搜索条件的周边车辆；具体地，可以以车辆为中心以任一距离为半径做圆作为搜索条件，搜索该范围内 的周边车辆；或以多个车辆之间的接近时间作为搜索条件，比如搜索5分钟内与本车辆的 距离达到5米的周边车辆；或以多个车辆的局部路径信息是否具有重合点作为搜索条件； 或以高于本车辆自身优先级或相同优先级的车辆为搜索条件，其中存在上一级车辆唯一识 别号的周边车辆的优先级按照其上一级车辆的优先级作为其当前的优先级；还可以是上述 搜索条件的任意组合。
车辆通过自身参数获取模块获取车辆自身的行驶参数信息，该行驶参数信息包括 了车辆当前的位置、速度、方向、唯一识别号以及局部路径信息，然后把该行驶参数信息发 送到通信模块和搜索模块，若该车辆存在”上一级车辆”，冲突车辆通信控制单元会把“上一 级车辆”的唯一识别号发送到通信模块，通信模块把该车辆的行驶参数信息、该车辆的上一 级车辆的唯一识别号定时以无线广播方式通知周边安装有同样的车辆导航系统的车辆。同 时通信模块也可无线接收来自其它车辆导航系统的车辆发送的行驶参数信息。步骤30、根据本车辆的行驶信息和满足搜索条件的周边车辆的行驶信息，预测本 车辆与周边车辆是否会发生碰撞，是则执行步骤40 ；否则执行步骤10 ；对步骤20中搜索到的符合搜索条件的周边车辆，计算控制模块预测是否会与之 发生碰撞，否，则执行步骤10，是，则执行步骤40。步骤40、计算是否存在新的行驶参数信息能够避免碰撞，是则本车辆按照新的行 驶参数信息行驶，执行步骤10 ；否则执行步骤50 ；计算控制模块根据从路况信息获取单元获取的路况信息和行驶参数信息、以及来 自搜索模块过滤后的周边车辆的行驶参数信息，计算车辆能够避免碰撞的新的行驶参数信 息，以实现对预测发生碰撞的车辆的错位或让路，计算控制模块还根据预测会发生碰撞的 车辆优先级的高低控制本车辆的避让，以保证拥有更高优先级的车辆具有优先行驶道路的 特权。步骤50、执行车辆避让处理。具体地，本车辆发送无法错车的信息至预测会发生碰撞的车辆的车辆导航系统， 并减速行驶，判断减速行驶是否能够避免碰撞，否，则控制本车辆停车；判断停车是否能够 避免碰撞，否，则控制本车辆向与目的地相反方向行车。本发明提供的车辆导航方法可以实现对本车辆周边装有同样车辆导航系统的车 辆的行驶参数信息的精确掌握，使得本车辆可以及时和周边车辆进行通信沟通，以有效避 免车辆间的碰撞，并能及时确定车辆自身的行驶参数，而无须如现有技术中等待周边的车辆出现在传感器探测范围内时，再根据安装在车上的多个传感器采集的海量数据进行高速 和实时地采集、处理和路径选择等操作，因此与现有技术相比，本发明可以大大降低系统瞬 间的计算开销，还可以降低对车辆上安装的传感器个数、种类乃至性能的要求，也就达到了 降低系统成本的效果。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型 也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种车辆导航系统，用于装载在车辆上对车辆进行导航控制，其特征在于，包括自身参数获取模块，用于获取本车辆的行驶参数信息与本车辆当前行驶道路的路况信息，将所述路况信息与行驶参数信息发送；所述行驶参数信息包括所述车辆当前的位置、速度、方向、唯一识别号及其在指定范围内行驶的路径信息；周边参数获取模块，用于从通信模块获取周边环境中周边车辆的行驶参数信息，并将获取的信息发送至搜索模块；所述搜索模块，与所述自身参数获取模块和周边参数获取模块相连接，用于根据接收到的所述本车辆的行驶参数信息确定搜索条件，根据所述本车辆的行驶参数信息，所述周边车辆的行驶参数信息，预测本车辆是否会与周边车辆发生碰撞；搜索符合所述搜索条件的车辆，把所述本车辆的行驶参数信息、符合搜索条件的车辆的行驶参数信息发送；所述通信模块，与所述自身参数获取模块、周边参数获取模块及计算控制模块相连接，用于与所述周边车辆进行通信，发送所述本车辆的行驶参数信息至周边车辆，接收所述周边车辆的行驶参数信息；所述计算控制模块，与所述自身参数获取模块、搜索模块、通信模块及周边参数获取模块相连接，用于根据接收到的所述本车辆的行驶参数信息、路况信息、符合搜索条件的车辆的行驶参数信息计算所述本车辆实现错车的行驶参数信息，并与预测无法避免碰撞的周边车辆导航系统进行通信协商和决策，根据决策结果控制所述本车辆的行驶。
2.如权利要求1所述的车辆导航系统，其特征在于，所述自身参数获取模块包括行驶信息获取单元，用于获取本车辆的行驶信息，并发送所述行驶信息至通信模块和 搜索模块；所述行驶信息包括所述车辆当前的位置、速度、方向及其在指定范围内行驶的路 径信息；识别号存储单元，用于存储所述本车辆的唯一识别号，并将所述唯一识别号发送至通 信模块；路况信息获取单元，用于获取所述本车辆当前行驶道路的路况信息，并将所述路况信 息发送至计算控制模块。
3.如权利要求1所述的车辆导航系统，其特征在于，所述搜索模块包括搜索范围确定单元，用于根据接收到的所述本车辆的行驶信息确定搜索条件；搜索单元，用于根据所述本车辆的行驶信息，所述周边车辆的行驶参数信息，预测本车 辆是否会与周边车辆发生碰撞；搜索符合所述搜索条件的车辆，把所述本车辆的行驶信息、 符合搜索条件的车辆的行驶参数信息发送。
4.如权利要求1所述的车辆导航系统，其特征在于，所述计算控制模块包括计算单元，用于根据接收到的所述本车辆的行驶信息、路况信息、符合搜索条件的车辆 的行驶参数信息计算本车辆与预测会发生碰撞的周边车辆实现错车的行驶信息；冲突车辆通信控制单元，用于当所述计算单元计算出不存在能实现错车的行驶信息 时，与所述不存在能实现错车的行驶信息的车辆进行通信协商和决策，根据决策结果控制 所述本车辆的行驶。
5.如权利要求1所述的车辆导航系统，其特征在于，所述周边参数获取模块还用于从 通信模块获取所述周边车辆的上一级车辆的唯一识别号，并将获取的唯一识别号发送至搜 索模块，上一级车辆为高一级优先通过的优先级的车辆；则所述搜索模块结合所述周边车辆的上一级车辆的唯一识别号、所述本车辆的行驶信息和所述周边车辆的行驶参数信息预 测本车辆是否会与周边车辆发生碰撞；则所述计算控制模块还用于发送所述本车辆的上一 级车辆的唯一识别号至通信模块，所述通信模块还用于将接收到的所述本车辆的上一级车 辆的唯一识别号发送至周边车辆，并接收所述周边车辆的上一级车辆的唯一识别号。
6.如权利要求1所述的车辆导航系统，其特征在于，所述计算控制模块根据所述预测 会发生碰撞的车辆优先级的高低控制所述本车辆的避让，以优先级的高低顺序避让所述预 测会发生碰撞的车辆。
7.如权利要求1所述的车辆导航系统，其特征在于，所述自身参数获取模块获取的唯 一识别号含有车辆的优先级信息。
8.如权利要求1所述的车辆导航系统，其特征在于，所述搜索模块，以本车辆为中心以 任一距离为半径做圆作为搜索条件；或以多个车辆间的接近时间作为搜索条件；或以多个 车辆间的局部路径信息是否具有重合点作为搜索条件；或以高于或等于本车辆优先级的车 辆为搜索条件，其中存在上一级车辆唯一识别号的周边车辆的优先级按照其上一级车辆的 优先级作为其当前的优先级；或是上述搜索条件的任意组合。
9.根据权利要求1所述的一种车辆导航系统，其特征在于，当所述计算控制模块计算出不存在能实现错车的行驶信息时，控制所述本车辆减速行 驶；若所述计算控制模块判断减速行驶仍不能避免碰撞，则控制所述本车辆停车；若所述 计算控制模块判断所述停车仍不能避免碰撞，则控制所述本车辆向目的地相反方向行车。
10.一种使用权利要求1-9所述任一的车辆导航系统的车辆导航方法，其特征在于，包 括如下步骤步骤10、本车辆的车辆导航系统发送本车辆的行驶参数信息至周边车辆导航系统，接 收所述周边车辆导航系统发送的周边车辆的行驶参数信息；步骤20、根据设定的搜索条件、所述本车辆的行驶参数信息和周边车辆的行驶参数信 息，搜索符合所述搜索条件的周边车辆；步骤30、根据所述本车辆的行驶参数信息和满足所述搜索条件的周边车辆的行驶参数 信息，预测所述本车辆与周边车辆是否会发生碰撞，是则执行步骤40 ；否则执行步骤10 ；步骤40、计算是否存在新的行驶信息能够避免所述碰撞，是则所述本车辆按照新的行 驶信息行驶，执行步骤10 ；否则执行步骤50 ；步骤50、执行车辆避让处理。
11.如权利要求10所述的车辆导航方法，其特征在于，所述步骤50包括控制所述本 车辆减速行驶，判断所述减速行驶是否能够避免碰撞，否，则控制所述本车辆停车；判断所 述停车是否能够避免碰撞，否，则控制所述本车辆向与目的地相反方向行车。
12.根据权利要求10所述的车辆导航方法，其特征在于，所述搜索条件包括以本车辆 为中心以任一距离为半径做圆作为搜索条件；或以多个车辆间的接近时间作为搜索条件； 或以多个车辆间的局部路径信息是否具有重合点作为搜索条件；或以高于或等于本车辆优 先级的车辆为搜索条件，其中存在上一级车辆唯一识别号的周边车辆的优先级按照其上一 级车辆的优先级作为其当前的优先级；或是上述搜索条件中的任意组合。
13.根据权利要求10所述的车辆导航方法，其特征在于，所述步骤10还包括获取周 边车辆的上一级车辆的唯一识别号；所述步骤20还包括根据所述本车辆的行驶信息确定搜索条件；所述步骤30还结合所述周边车辆的上一级车辆的唯一识别号、所述本车辆的行驶信息和所述周边车辆的行驶参数信息预测本车辆是否会与周边车辆发生碰撞。
全文摘要
本发明公开了一种车辆导航系统及方法，本系统包括自身参数获取模块，周边参数获取模块，搜索模块，通信模块，计算控制模块。本发明通过搜索本车辆周边符合搜索条件的车辆，与搜索到的周边车辆进行通讯，互相发送各自的行驶参数信息等，使得车辆之间能够及时预测将会发生的碰撞，并根据预测结果调整行驶参数信息或及时控制车辆的速度方向，以避免车辆碰撞。本发明还有效降低了车辆的成本。
文档编号G01C21/34GK101813492SQ20101015346
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者孙天佳, 张春, 李国林, 王丹, 王志华, 王自强, 谢翔, 谷荧柯, 邓仰东 申请人:清华大学