CN103177596A - 一种交叉路口自主管控*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交叉路口自主管控***，包括一个交通管理器(1)和至少一个车载驾驶辅助设备(2)，交通管理器(1)与所述车载驾驶辅助设备(2)通过一个无线通信网络进行无线通信，车载驾驶辅助设备(2)向所述交通管理器(1)传送车辆的状态信息和通行请求信息，接收由所述交通管理器(1)发出的导航信息；交通管理器(1)根据车载驾驶辅助设备(2)传送的车辆的状态信息和通行请求，为车载驾驶辅助设备(2)所在的车辆规划虚拟车道和通行速度，并根据该所规划的虚拟车道和通行速度产生该车辆的导航信息，并将该导航信息传送给车载驾驶辅助设备(2)。本发明能提高智能车辆通过智能交叉路口的通行效率。

Description

一种交叉路口自主管控***

技术领域

本发明属于信息处理、智能车辆、智能交通等技术领域，具体地涉及一种交叉路口自主管控***。

背景技术

交叉路***通流复杂，与交通路网的通行效率紧密关联。同时，交叉路口也是事故多发点，需要保证交通安全，否则易形成交通拥堵瓶颈。现有交叉路口控制方法通过获取各方向上的交通流量，在路口定时控制基础上采用多种改进的控制算法，进行交通信号局部优化控制。车道检测、动态目标检测与跟踪、车辆跟驰等智能车辆技术的成熟，使得车载自巡航(ACC)***已经实现可靠的寻道驾驶、跟车和避撞。此外，无人驾驶车辆的研究也获得极大进步，在有人监控状态下已实现简单城市交通环境下的自主驾驶。近来，车路协同和车间通讯也有大量研究。通过高精度的电子地图导航，通过车辆与路边设施交互给车辆提供辅助驾驶信息，也可提高交通安全和效率。但是，无人车辆实现交叉路口等复杂交通环境下的自主驾驶还存在可靠性和安全性等方面的问题，往往还需要进行人工干预。

如何将智能交通技术应用到交叉路口控制之中，提高交通效率和交通安全是重要的研究内容。

文献“基于Agent的无灯控交叉路口插车仿真研究”[刘小明，王飞跃.基于Agent的无灯控交叉路口插车仿真研究[J].计算机仿真，2004，21(1)：105-108.]中描述了一种车辆经过无灯控路口时的插车策略和行为的仿真方法，该方法以代理(Agent)技术为基础，对车辆经过无灯控路口时的插车策略进行描述，通过代理的通信以及相互协调功能，对车辆经过无灯控路口时的插车行为进行仿真，仿真结果只是表明使用代理技术进行交通流***仿真的可行性，并没有对交叉路口车辆队列进行管理与控制研究。

申请号为201210101461.9的中国发明专利中描述了一种通过车辆信息采集、速度控制、前车间通讯来避免碰撞。通过采集周围车辆车距、车速等信息，并与周围的车辆进行实时信息交互；当出现车距小于安全车距时，后车信息处理控制单元会通过计算期望减速度完成减速避撞；当仅靠后车无法完成避撞时，会发送分配加速度信息给前车，通知前车加速协同避撞。但是该专利只是通过一种车间通讯进行前后车协同，没有对车辆在交叉路口的交通行为以及车辆和交叉路口管理器之间交互实现进行描述。

申请号为[200710124885.6]的专利中描述了一种取消红绿灯的交叉路口道路结构及其行车方法，通过增加转向隔离带设置的交叉路口道路结构及其行车方法，减少交通事故、增大车辆行驶量。但该专利只是一种对道路基础设施的改进说明，没有实现交叉路口管理与控制的信息化。

所以，如何在现有的智能车辆和智能交通研究成果基础上，设计出新的车路协同的交叉路口管理控制方法，进一步提高交叉路口的交通安全、降低路口延迟，是当前亟待解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提出一种交叉路口自主管控***，以解决现有的智能车辆和智能交通对交叉路口的通行管控效率不高的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种交叉路口自主管控***，包括一个交通管理器和至少一个车载驾驶辅助设备，所述交通管理器与所述车载驾驶辅助设备通过一个无线通信网络进行无线通信，所述车载驾驶辅助设备用于向所述交通管理器传送车辆的状态信息和通行请求信息，接收由所述交通管理器发出的导航信息，该导航信息可用于控制或辅助车辆经由规划的虚拟车道并以规划的通行速度通过交叉路口；所述交通管理器用于根据所述车载驾驶辅助设备传送的车辆的状态信息和通行请求，为所述车载驾驶辅助设备所在的车辆规划虚拟车道和通行速度，并根据该所规划的虚拟车道和通行速度产生该车辆的导航信息，并将该导航信息传送给该车载驾驶辅助设备。

根据本发明的一种优选实施方式，所述交通管理器包括通行规划模块，所述通行规划模块用于按照车辆状态信息中的车辆位置信息和通行请求中的欲前行方向信息为车辆分配初始虚拟车道。

根据本发明的一种优选实施方式，所述交通管理器还包括存储模块，所述存储模块中存储该交叉路口的地图信息、在所述地图上预先对交叉路口区域进行栅格化的栅格化信息，以及通过交叉路口的向个方向的车辆的预设虚拟车道；所述通行规划模块为车辆分配的初始虚拟车道直接采用存储于存储模块中的预设虚拟车道。

根据本发明的一种优选实施方式，所述交通管理器还包括冲突消解模块，并且，所述通行规划模块还用于根据车辆的状态信息中的速度信息来计算车辆对其初始虚拟车道上的栅格的占用时间，判断其是否与别的车辆的虚拟车道对栅格的占用时间冲突：如果判断存在占用时间冲突，则调用所述冲突消解模块进行冲突消解操作，否则将初始虚拟车道作为该车辆通过交叉路口的规划虚拟车道，将该车辆的当前速度作为通过交叉路口的规划速度；所述冲突消解处理模块用于当通行规划模块判断为车辆在为其分配的初始虚拟车道上对栅格的占用时间存在冲突时，根据车辆的状态信息中的位置信息、速度信息、通行请求中的欲前行方向信息以及已分配给别的车辆的虚拟车道及其对栅格的占用时间信息，执行冲突消解操作。

根据本发明的一种优选实施方式，所述通行调度模块用于根据车辆进行交叉路口的初始状态和退出交叉路口的结合状态，以匀速、快速通过交叉路口为目标，结合交叉路口的速度限制进行行驶轨迹曲线仿真，得到车辆在每一时刻的状态。

根据本发明的一种优选实施方式，所述冲突消解模块执行的冲突消解操作为：当为车辆在为其分配的初始虚拟车道上对栅格的占用时间存在冲突时，对到达冲突栅格之前的行驶轨变重新仿真，直到该冲突栅格不再被该车辆占用。

根据本发明的一种优选实施方式，所述交通管理器与车载驾驶辅助设备以文件方式传输和存储所述导航信息。

根据本发明的一种优选实施方式，所述车载驾驶辅助设备包括通行评估与指示模块，所述通行评估与指示模块根据所述导航信息进行本地的通行规划检查，并在检查无误后指示车辆或车辆驾驶者按照导航信息通过交叉路口。

根据本发明的一种优选实施方式，所述车载驾驶辅助设备还包括存储模块，该存储模块用存储交叉路口地图和由交通管理器发送的导航信息。

根据本发明的一种优选实施方式，所述车载驾驶辅助设备通过对比车辆位置和目标位置、车辆速度和目标速度、车辆加速度和目标加速度，并通过指示终端界面上的箭头滑块位置来指导驾驶员的加减速操作。

(三)有益效果

本发明通过在交叉路口部署交通管理器，结合车辆的车载驾驶辅助设备，实现了车路间的互联与协作的交叉路口自主管控***，可以在传统交通信号控制***的基础上，提供一种新的交叉路口信号控制方式，车辆的通行按照通行请求、通行轨迹规划和通行应答的方式，在保证冲突区域内车辆安全的基础上，极大提高了交叉口的通行效率。

本发明使路口车辆无需按传统各相位红绿灯信号的通行原则、而是可选择各自路径互不冲突通行。通过车载设备和交通管理器配合，能够同时满足无人车辆和有人驾驶车辆的情况，能够保证交叉口的通行安全，又能较好地提高交叉路***通通行效率。

本发明交叉路口控制***兼容无人驾驶和有人驾驶两类车辆通行，可以逐步取代现有的交叉口信息化、智能化方案，并且可以在信息化基础建设有困难的区域得到推广。

附图说明

图1是本发明的交叉路口自主管控***的工作原理示意图；

图2是本发明的交叉路口自主管控***模块构成图；

图3是根据本发明规划行车任务时采用的固定坐标系和车辆坐标系中的车辆运动参数示意图；

图4是是本发明的交叉路口自主管控***的车载当前交叉路口通行指示图；

图5是本发明的交叉路口自主管控***的工作流程图；

图6是两个车辆的虚拟车道占用时间不存在冲突和存在冲突两种情况的示意图。

具体实施方式

本发明应用于智能交通和智能车辆中，因此对于所应用的交叉路口需要作相应的信息数据采集，主要包括交叉路口的地理信息、交叉路口各方向上的车辆到达时的速度等信息、交叉路口的交通流量信息等。通过采集的信息结合交叉路口控制功能和智能车辆功能实现，进行交叉路口车辆通行的规划和控制。

现阶段无人车辆/智能车辆研究的成果可以作为本发明的基础，主要包括无人车辆的定位与导航、路径规划、车辆控制等自主驾驶功能；智能车辆的辅助驾驶设备和车路协同与车间通讯技术等。其中，定位和导航功能通过车载GPS定位***、惯性导航仪和轮速传感器的高精度组合位置感知来实现。路径规划功能通过道路路网文件解析、最短路径计算等功能来实现。车辆控制功能通过车载驾驶控制器控制车辆的速度/加速度和方向来实现。本发明也可应用于有人驾驶的车辆中，通过车载驾驶辅助设备的提示/指导功能和车路与车间通讯功能，辅助驾驶员进行车辆控制，从而完成交叉路口的安全通行。综合利用上述基础，本发明将达到有人驾驶和无人驾驶车辆在现有交通环境、特别是交叉路口的混合通行。

***组成

图1是本发明的交叉路口自主管控***的工作原理示意图。如图1所示，本发明的交叉路口自主管控***包括一个交通管理器1和至少一个车载驾驶辅助设备2。交通管理器1通常设置在交叉路口附近，或者与交叉路口相通的道路的附近。所述车载驾驶辅助设备则位于通过交叉路口的汽车3中。并且交通管理器1与位于汽车3内的车载驾驶辅助设备2可以通过一个无线通信网络7进行无线通信。

所述车载驾驶辅助设备2用于向交通管理器1传送车辆的状态信息和通行请求信息，接收由交通管理器1发出的导航信息，该导航信息可用于控制或辅助车辆经由规划的虚拟车道并以规划的通行速度通过交叉路口。

所述交通管理器1用于根据所述车载驾驶辅助设备2传送的车辆的状态信息和通行请求，为车载驾驶辅助设备2所在的车辆规划虚拟车道和通行速度，并根据该所规划的虚拟车道和通行速度产生该车辆的导航信息，并将该导航信息传送给该车辆的车载驾驶辅助设备2。

交通管理器

图2是本发明的交叉路口自主管控***模块构成图。具体来说，交通管理器1包括通行规划模块、冲突消解模块、存储模块和通信模块。

所述存储模块用于存储交叉路口的地图信息，所述地图与交叉路口的实际地形相对应。优选的，所述交叉路口的地图信息可以以文件的方式存储。

根据本发明的一种实施方式，在所述地图上预先对交叉路口区域进行栅格化，并在存储模块中存储该交叉路口的栅格化信息。所谓栅格化是指将一区域分割成固定大小的矩形区域。

所述通行规划模块用于按照车辆状态信息中的车辆位置信息和通行请求中的欲前行方向信息为该车辆分配初始虚拟车道。优选的，在所述存储模块中存储有通过交叉路口的向个方向的车辆的预设虚拟车道，所述初始虚拟车道可以直接采用存储于存储模块中的预设虚拟车道。

所述通行规划模块还用于根据车辆的状态信息中的速度信息来计算车辆对其初始虚拟车道上的栅格的占用时间，判断其是否与别的车辆的虚拟车道对栅格的占用时间冲突。如果判断存在占用时间冲突，则调用所述冲突消解模块进行冲突消解操作，否则将初始虚拟车道作为该车辆通过交叉路口的规划虚拟车道，将该车辆的当前速度作为通过交叉路口的规划速度。

所述通行规划模块还用于根据车辆的规划虚拟车道信息、车辆规划速度信息来产生车辆的导航信息。

所述导航信息例如用导航参数进行描述，导航参数包括车辆到达停止线的时间，虚拟车道路径指示信息、行车速度指示信息等。

所述冲突消解处理模块用于当通行规划模块判断为车辆在为其分配的初始虚拟车道上对栅格的占用时间存在冲突时，根据车辆的状态信息中的位置信息、速度信息、通行请求中的欲前行方向信息以及已分配给别的车辆的虚拟车道及其对栅格的占用时间信息，执行冲突消解操作。

冲突消解操作的一个方面可以为该车辆重新规划通行速度，以使车辆对虚拟车道上的栅格的占用时间与别的车辆不存在冲突。

冲突消解操作的另一方面也可以在不改变车辆的欲前行方向的前提下重新计算一条新的虚拟车道来替代所分配的初始虚拟车道，使该新的虚拟车道上所占用的栅格与已规划的其他车辆的虚拟车道不存在栅格占用冲突。

冲突消解操作也可以同时进行上述两方面的操作，以提高交叉路口的通行效率。

所述通信模块用于与各车辆的车载驾驶辅助设备进行信息交互，以将通信规划模块产生的导航信息发送给所述将要通过交叉路口的每个车辆的车载驾驶辅助设备。所述通信模块还用于接收将要通过交叉路口的车辆的车载驾驶辅助设备发送的信息，包括车辆的状态信息、通行请求或其他交互信息。

车载驾驶辅助设备

车载驾驶辅助设备2包括通行评估与指示模块、通信模块和存储模块。

所述通信模块用于向交通管理器发送车辆状态信息和通行请求，并接收由交通管理器发送的导航信息。所述通行评估与指示模块根据该导航信息进行本地的通行规划检查，并在检查无误后指示车辆或车辆驾驶者按照导航信息通过交叉路口。

所述存储模块用于存储交叉路口地图和由交通管理器发送的导航信息。

在无人驾驶的车辆中，通行评估与指示模块在获得通行允许和导航信息之后，经过通行评估与指示模块对导航信息的评估，将导航信息输入到无人驾驶车辆的控制设备中，实现交叉路口的无人驾驶。

在有人驾驶的车辆中，通行评估与指示模块在获得通行允许和导航信息之后，将导航信息与即时的车辆状态信息进行对照检查，在检查无误之后，指示驾驶员以导航信息指示的通行路径和通行速度对车辆进行驾驶，完成交叉路口的通行。

具体实施例

实际的道路中可能存在各种不同形状的交叉路口，为了叙述方便，现依参照图1对本发明的一个具体实施例进行说明。图1中显示的是一种典型的交叉路口示意图。在该交叉路口，由四个方向的道路的停止线围成了交叉路口区域；在停止线以外，即交叉路口区域的范围之外，是四个方向道路的区域。如图1所示，交叉路口的四个方向的道路依次相互垂直，且每条道路均为双向四车道。

该实施例中，交叉路口自主管控***的交通管理器1和各车辆3内的车载驾驶辅助设备2的存储模块中都预存储有交叉路口的地图，并以文件形式存储。

为了便于规划虚拟车道和进行冲突消解，该实施例对交叉路口区域进行栅格化，并将栅格化信息保存于交通管理器和各车辆的驾驶辅助设备的存储模块中。为了方便表示交叉路口区域的栅格化坐标以及与交叉路口连通的道路方向，在该交叉路口区域建立了一个直角坐标系。如图1所示，选取交叉路口左下角为原点坐标O，以图中的右侧道路方向为X轴方向建立直角坐标系。显示，Y轴方向显然平行于上侧道路。

在建立坐标系后，需要确定栅格化的栅格尺寸，然后根据栅格尺寸对交叉路口区域进行栅格化，使交叉路口区域分割成多个纵横紧密排列的矩形区域，并对每个栅格进行标号。图1中的附图标记4即表示一个栅格。例如，图中交叉路口区域分割为320个栅格(20×16)，按照坐标分别标注为S[1][1]～S[20][16]，构成二维的栅格阵列S。

在栅格化后，按照交叉路口与各向道路的连接关系为在各条道路上的在各个方向行驶的车辆建立预设虚拟车道。该预设虚拟车道也存储于交通管理器1的存储模块中。如图1所示，假设汽车3从图1的左侧的道路向交叉路口驶去，并希望在交叉路口左拐，图1中用深色部分标注了该汽车3可以行驶的一条预设虚拟车道6。不同的虚拟车道的交接处的栅格为可能发生占用冲突的栅格。在停止线外划定的区域称为缓冲区，汽车3所在位置的缓冲区在图1中以5表示。在缓冲区内，将进行车辆检测、车辆通行请求与确认。

将每个虚拟车道所占用的栅格称为该虚拟车道的关联栅格。可以通过对栅格阵列S中的每个值进行赋值来表示栅格是否被虚拟车道所占用。例如可将栅格阵列S中每个栅格的值初始化为0，0表示未被占用状态。当虚拟车道占用了栅格阵列S中的若干栅格时，将被占用的栅格赋值为1。

下面参照图3对交通管理器的通行规划模块根据规划的虚拟车道和规划行车速度产生导航信息的具体过程。

图3是根据本发明规划行车任务时采用的固定坐标系和车辆坐标系中的车辆运动参数示意图。如图3所示，为方便描述车辆在交叉路口的运动轨迹，忽略车辆z轴方向运动简化为平面二维运动模型，在固定坐标系下描述车辆运动轨迹。通常将车辆坐标系转化到固定坐标系下进行车辆运动轨迹描述。

图3中，OXY为交叉路口区域的固定坐标系，原点例如为前述的交叉路口的左下角，X、Y轴分别为右侧道路方向和上侧道路方向。在此，用V_X、V_Y分别表示车辆质心在X、Y方向上的速度。并且，图3中，oxy为车辆坐标系，原点o为车辆的质心所在位置，x、y轴方向分别平行于车辆前进方向(纵向)和垂直车辆前进方向(横向)。在此，分别用u、v表示在车辆坐标系下的纵向速度和横向速度。图3中的ψ为车辆的横摆角，表示车头方向与固定坐标系X轴夹角。车辆在固定坐标系下的坐标值：

X＝∫V_X·dt＝∫(ucosψ-vsinψ)dt；

Y＝∫V_Y·dt＝∫(usinψ-vcosψ)dt。

通过上述积分公式可得到车辆的质心运动轨迹描述。其中，在交通管理器上进行通行模拟仿真时，车辆横摆角ψ和车辆纵向和横向速度u、v按时间步长设定。在车载驾驶辅助设备上提交车辆通行请求是，需要通过车载传感器实时测量获得车身侧倾角φ、俯仰角θ得到侧倾角速度

和俯仰角速度

然后根据欧拉角速度和运动坐标角速度的转换计算车辆的横摆角ψ，然后再计算车辆坐标系下的纵向速度u和横向速度v。车辆横摆角ψ计算时，首先由计算公式如下：

$q=\frac{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+w_r*\sin \mathrm{\φ}}{\cos \mathrm{\φ}},$

$\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}=(q\·\sin \mathrm{\φ}+w_r*\cos \mathrm{\φ})*\sec \mathrm{\θ},$ 积分得到：

$\mathrm{\ψ}=\∫\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}\mathrm{dt}$

其次，车辆坐标系下的纵向速度u和横向速度v计算：

先根据坐标变换得出车辆坐标系下的纵向、横向加速度与固定坐标系下的纵向、横向加速度之间的关系。

再根据车辆坐标系的欧拉角，求得车辆坐标系下的车辆纵向、横向加速度：

$\left[\begin{array}{c}{a}_x\\ a_y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\ψ}& \sin \mathrm{\ψ}\\ -\sin \mathrm{\ψ}& \cos \mathrm{\ψ}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{a}_X\\ a_Y\end{array}\right]$

再根据以下微分方程组：

$\left\{\begin{array}{c}\·\\ u=v*w_r+a_x\\ \·\\ v=-u*w_r+a_y\end{array}\right.$

求取车辆坐标系下的车辆纵向速度u和车辆横向速度v：

$\left\{\begin{array}{c}u=\∫(v*w_r+a_x)\mathrm{dt}\\ v=\∫(-u*w_r+a_y)\mathrm{dt}\end{array}\right.$

在得到车辆坐标系下的车辆纵向速度u和车辆横向速度v，以及车辆的横摆角ψ，就可以用积分公式得到车辆的质心运动轨迹描述。

给定进入交叉路口的车辆的初始状态{t₀，(x₀，y₀)，(u₀，v₀)，ψ₀}和退出交叉路口的车辆的结束状态{t_n，(x_n，y_n)，(u_n，v_n)，ψ_n}，其中t₀、(x₀，y₀)、(u₀，v₀)、ψ₀分别表示初始的时间、位置坐标、纵向速度、横向速度和横摆角，t_n、(x_n，y_n)、(u_n，v_n)、ψ_n分别表示结束的时间、位置坐标、纵向速度、横向速度和横摆角。以匀速/快速通过路口为目标，结合交叉路口速度限制约束，按照一定时间步长Δt，按照初始预设速度(u₀，v₀)形成(u_i，v_i)，进行行驶轨迹曲线仿真，得到车辆状态

并且判断车辆所在坐标下的栅格C_i和邻近栅格C_j，并查找该坐标对应的二维数组S[][]，通过该数组的数值判断该路权是否被占用，如果数值为0则没有被占用，则标记为1表示占用；如果被占用则存在通行冲突，需要调用通行调度和冲突消解处理模块进行通行调度和冲突消解。

所述冲突消解模块执行的冲突消解操作为：当为车辆在为其分配的初始虚拟车道上对栅格的占用时间存在冲突时，对到达冲突栅格之前的行驶轨变重新仿真，直到该冲突栅格不再被该车辆占用。具体来说，所述交叉路***通管理器的通行调度模块和冲突消解模块将车辆在冲突栅格处的车辆状态

其中时间t_i调整为t_i+N×Δt，其中N消解次数、每次累加，Δt为时间步长。重新对此前已模拟的i个点重新进行行驶轨迹仿真，重新计算出通过栅格的状态参数

直到使得所经过的栅格不再被占用。

图4是本发明的车载驾驶辅助设备的一个实施例的指示显示图。该实施例是在有人驾驶的车辆中，车载驾驶辅助设备的通行评估与指示模块通过显示提示指导驾驶员在交叉口的安全通行。

如附图4所示，当车载驾驶辅助设备获得交通管理器1发送的导航信息之后，通行评估与指示模块将其解析，获得是否允许通行的信息，通过对比车辆位置和目标位置、车辆速度和目标速度、车辆加速度和目标加速度，并通过指示终端界面上的箭头滑块位置来指导驾驶员的加减速操作，其中E1为当前交叉路口指示器，E4为当前交叉路口通行停车指示器，E2为当前交叉路口通行加减速指示器，E3为当前交叉路口通行加减速指示状态。例如，如果没有获得道路通行允许，则交叉路口通行停车指示器的箭头指示为红色块(图中以

表示)，停车让行。如果进入临界状态则指示器的箭头指示为黄色块(图中以

表示)，有条件停止让行。如果获得通行权，则指示器的箭头指示为绿色块(图中以

表示)并将绿色块按颜色深浅扩展出当前交叉路口通行加减速指示状态，通过当前交叉路口通行加减速指示器加以指示，保证交叉路口通行加减速提示器尽量处于深绿色块位置，从而按时到达安排好的栅格。

所述车载驾驶辅助设备的存储模块用于存储交叉路口地图和由交通管理器发送的导航信息，所述交叉路口地图与交通管理器1的存储模块中存储的地图相同，可以以文件的方式存储，所述地图与交叉路口的实际地形相对应，并且，在该地图之上可以建立前面所述的对于交叉路口的区域的虚拟车道信息和交叉路口区域进行栅格化的信息。

根据本发明的一种具体实施方式，所述交通管理器与车载驾驶辅助设备中存储和使用的导航信息以文件方式进行传输和存储。优选的，它是一种类似XML格式的交互文件，其中例如包括如下所示的分层级表示的信息：

其中，<道路路段1>与</道路路段1>形成一对，表示交叉路口上一个相位的车辆通行道路，其所有属性包括：

<道路两侧起点坐标：(X_s1，Y_s1)，(X_s2，Y_s2)>，用来描述各相位道路的起点。

<路段转弯半径：R>，用来描述左右转相位上的道路转弯半径估计值。

<路段道路宽度：D>，用来描述各相位上道路的物理宽度。

<路段包含关键路点1>与</路段包含关键路点1>，形成一对，表示各相位道路在交叉路口区域占用的第一个栅格点，其所有属性包括：

<坐标：(K₁，K₂)>，栅格中心所在的坐标。

<安排到达时间：T>，交叉路***通管理器安排该通行车辆准确到达的时间。

<安排到达速度：V>，交叉路***通管理器安排该通行车辆准确到达时的速度。

<路段包含关键路点2：…>，<路段包含关键路点3：…>，……表示与<路段包含关键路点1：…>类似的栅格点。

<道路两侧终点坐标：(X_e1，Y_e1)，(X_e2,Y_e2)>，用来描述各相位道路的终点坐标。

<道路路段2>……</道路路段3>，表示与<道路路段1>类似属性。

下面来说明本发明的交叉路口自主管控***在工作时的各个操作步骤，以使上面对于本发明的***的功能描述更加清楚。

图5是本发明的交叉路口自主管控***的工作流程图。如图所示，本发明的交叉路口自主管控***在工作是执行如下步骤：

步骤S1、当安装有本发明的车载驾驶辅助设备的车辆(通过车载定位***GPS位置信息)确认进入交叉路口的缓冲区5之后，通行评估与指示模块指示车辆或车辆的驾驶者进入相应的车道；车载驾驶辅助设备向交通管理器1发送该车辆的状态信息和通行请求。如前所述，车辆状态信息包括车辆的位置、速度和横摆角等信息。通行请求包括车辆的欲前行方向等信息。

步骤S2、交通管理器1接收到车载驾驶辅助设备发送的车辆状态信息和通行请求后，交通管理器1的通行规划模块按照车辆状态信息中的车辆位置信息和通行请求中的欲前行方向信息为该车辆分配初始虚拟车道，并将该车辆加入该初始虚拟车道的车辆队列中。初始虚拟车道可以是预存于交通管理器中的预设虚拟车道，该预设的虚拟车道如图1中的6所示。

如前所述，交通管理器1中可预先存储有交叉路口地图信息，并预先对交叉路口区域进行栅格化后保存栅格化信息。同时，交通管理器1还预先为各个方向的车道上的车辆预设了虚拟车道，并保存该预设虚拟车道的信息。

步骤S3、交通管理器1的通行规划模块根据车辆的状态信息中的速度信息来计算车辆对其初始虚拟车道上的栅格的占用时间，判断其是否与别的车辆的虚拟车道对栅格的占用时间冲突。如果存在冲突，则进入步骤S4，如果不存在冲突，则将初始虚拟车道作为该车辆通过交叉路口的规划虚拟车道，将该车辆的当前速度作为通过交叉路口的规划速度，直接进入步骤S5。

车辆对虚拟车道上的栅格的占用时间可通过车辆的位置信息、虚拟车道路径信息和车辆的通行速度等进行计算。

图6是两个车辆的虚拟车道占用时间不存在冲突和存在冲突两种情况的示意图。在图6的中，灰色区域的栅格表示车辆的虚拟车道当前时间点用的栅格。可见，在左图中，两部车辆不存在占用冲突，而在右图中，两部车辆存在占用冲突，存在占用冲突的栅格以更深的灰色显示。

步骤S4、当通行规划模块判断为车辆在为其分配的初始虚拟车道上对栅格的占用时间存在冲突时，冲突消解模块根据车辆的状态信息中的位置信息、速度信息、通行请求中的欲前行方向信息以及已分配给别的车辆的虚拟车道及其对栅格的占用时间信息，执行冲突消解操作。

冲突消解操作可以为该车辆重新规划通行速度，以使车辆对虚拟车道上的栅格的占用时间与别的车辆不存在冲突。

冲突消解操作进行上述操作，以提高交叉路口的通行效率。不存在占用冲突的示例如图6的左图所示，在此不再细述。

步骤S5、通行规划模块根据车辆的规划虚拟车道信息、车辆规划速度信息来产生车辆的导航信息，并将产生的导航信息发送给车载驾驶辅助设备。如前所述，该导航信息可以是以文件形式发送。

步骤S6、车载驾驶辅助设备接收所述导航信息。

步骤S7、车载驾驶辅助设备的通行评估与指示模块判断所获得的导航信息，根据该导航信息进行本地的通行规划检查，即按所规划的速度等约束检查是否满足当前驾驶需求，如果满足则前进到步骤S8，否则返回到跳转到步骤S1。

所述的满足当前驾驶需求的检查是指车辆在一定转弯半径的弯道下安全而顺适通行需要满足所产生的离心力等横向力不超过轮胎与路面的摩阻力所允许的界限，根据车辆在弯道上行驶时的受力状况及各种力的几何关系，得出： $V=\sqrt{127(u+i)*R}$

其中，R为曲线半径(m)，u为横向力系数，极限值为路面与轮胎之间的横向摩阻系数，i为路面的横向坡度。

步骤S8、车载驾驶辅助设备通过通行评估与指示模块判断是否为无人驾驶，如果是无人驾驶则转到步骤S9，如果不是无人驾驶则转到步骤S10。

步骤S9、车载驾驶辅助设备的通行评估与指示模块将导航信息输入到无人驾驶车辆的控制设备中，实现交叉路口的无人驾驶。

步骤S10、车载驾驶辅助设备将导航信息通过通行与指示模块指导驾驶员进行交叉路口的安全驾驶。

在实际的实现进程中，交通管理器和车载驾驶辅助设备可以是独立的硬件装置，也可以是嵌入于别的***中的具体相应功能的软件。当其作为一种硬件方式实现时，其可以由具有通用信息处理功能的微处理器、通用存储器、信号发送接收器等实现，也可以由专用的硬件集成装置实现。当其作为一种软件实现时，上述各部分模块可以分别由不同的程序、程序模块等来实现。总之，在不脱离本发明的主旨条件下，本发明可以以各种实现形态来实施。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交叉路口自主管控***，包括一个交通管理器(1)和至少一个车载驾驶辅助设备(2)，所述交通管理器(1)与所述车载驾驶辅助设备(2)通过一个无线通信网络进行无线通信，其特征在于：

所述车载驾驶辅助设备(2)用于向所述交通管理器(1)传送车辆的状态信息和通行请求信息，接收由所述交通管理器(1)发出的导航信息，该导航信息可用于控制或辅助车辆经由规划的虚拟车道并以规划的通行速度通过交叉路口；

所述交通管理器(1)用于根据所述车载驾驶辅助设备(2)传送的车辆的状态信息和通行请求，为所述车载驾驶辅助设备(2)所在的车辆规划虚拟车道和通行速度，并根据该所规划的虚拟车道和通行速度产生该车辆的导航信息，并将该导航信息传送给该车载驾驶辅助设备(2)。

2.如权利要求1所述的交叉路口自主管控***，其特征在于，所述交通管理器(1)包括通行规划模块，所述通行规划模块用于按照车辆状态信息中的车辆位置信息和通行请求中的欲前行方向信息为车辆分配初始虚拟车道。

3.如权利要求2所述的交叉路口自主管控***，其特征在于，所述交通管理器(1)还包括存储模块，所述存储模块中存储该交叉路口的地图信息、在所述地图上预先对交叉路口区域进行栅格化的栅格化信息，以及通过交叉路口的向个方向的车辆的预设虚拟车道；

所述通行规划模块为车辆分配的初始虚拟车道直接采用存储于存储模块中的预设虚拟车道。

4.如权利要求3所述的交叉路口自主管控***，其特征在于，所述交通管理器(1)还包括冲突消解模块，并且，

所述通行规划模块还用于根据车辆的状态信息中的速度信息来计算车辆对其初始虚拟车道上的栅格的占用时间，判断其是否与别的车辆的虚拟车道对栅格的占用时间冲突：如果判断存在占用时间冲突，则调用所述冲突消解模块进行冲突消解操作，否则将初始虚拟车道作为该车辆通过交叉路口的规划虚拟车道，将该车辆的当前速度作为通过交叉路口的规划速度；

所述冲突消解处理模块用于当通行规划模块判断为车辆在为其分配的初始虚拟车道上对栅格的占用时间存在冲突时，根据车辆的状态信息中的位置信息、速度信息、通行请求中的欲前行方向信息以及已分配给别的车辆的虚拟车道及其对栅格的占用时间信息，执行冲突消解操作。

5.如权利要求4所述的交叉路口自主管控***，其特征在于，所述通行调度模块用于根据车辆进行交叉路口的初始状态和退出交叉路口的结合状态，以匀速、快速通过交叉路口为目标，结合交叉路口的速度限制进行行驶轨迹曲线仿真，得到车辆在每一时刻的状态。

6.如权利要求5所述的交叉路口自主管控***，其特征在于，所述冲突消解模块执行的冲突消解操作为：当为车辆在为其分配的初始虚拟车道上对栅格的占用时间存在冲突时，对到达冲突栅格之前的行驶轨变重新仿真，直到该冲突栅格不再被该车辆占用。

7.如权利要求1所述的交叉路口自主管控***，其特征在于，所述交通管理器(1)与车载驾驶辅助设备(2)以文件方式传输和存储所述导航信息。

8.如权利要求1所述的交叉路口自主管控***，其特征在于，所述车载驾驶辅助设备(2)包括通行评估与指示模块，所述通行评估与指示模块根据所述导航信息进行本地的通行规划检查，并在检查无误后指示车辆或车辆驾驶者按照导航信息通过交叉路口。

9.如权利要求6所述的交叉路口自主管控***，其特征在于，所述车载驾驶辅助设备(2)还包括存储模块，该存储模块用存储交叉路口地图和由交通管理器发送的导航信息。

10.如权利要求1所述的交叉路口自主管控***，其特征在于，所述车载驾驶辅助设备(2)通过对比车辆位置和目标位置、车辆速度和目标速度、车辆加速度和目标加速度，并通过指示终端界面上的箭头滑块位置来指导驾驶员的加减速操作。

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