CN108140310A - 用于车辆监测和编队的装置、***及方法 - Google Patents

Abstract

用于协调和控制例如重型卡车的车辆来紧密跟随在彼此之后或用于连接来以方便安全的方式形成队列并因而在增大安全性的同时节省大量燃料的***和方法。在实施例中，每个车辆中的车载控制器与车辆传感器交互以监测和控制例如相对距离、相对加速度/减速度和速度。各种数据由车辆的车载***提供给网络操作中心，并且在一些实施例中，基于行程预报和对相关道路的分析来从NOC接收用于编队的车辆建议，以识别可编队的路段。NOC还能够提供交通、道路、天气或***更新以及各种指令。在一些实施例中，网状网络容量被设置为确保车辆之间的以及与NOC之间的改善的通信。

Description

用于车辆监测和编队的装置、***及方法

相关申请的交叉引用

本申请为2015年8月26日提交的美国专利申请S.N.62/210,374的转换。此外，本申请为2014年3月17日提交的PCT申请PCT/US14/30770的部分继续，该PCT申请为2013年3月5日提交的美国专利申请S.N.61/792,304的转换，并且还是2014年5月30日提交的S.N.14/292,583的部分继续，S.N.14/292,583为2012年7月5日提交的S.N.13/542,622、现在的8,744,666号美国专利的分案申请，8,744,666号美国专利转而为2011年7月6日提交的61/505,076号临时申请的转换，所有申请都题为“Systems and Methods for Semi-Autonomous Vehicular Convoying”。此外，本申请为2012年7月5日提交的S.N.13/542,627的部分继续，S.N.13/542,627也转而为2011年7月6日提交的S.N.641/505,076的转换。申请人要求对前述申请中每一个的优先权权益，其中所有申请都通过引用并入本申请。

技术领域

本申请总地涉及改善车辆的安全性、诊断、分析和燃料节省***的方法、***和装置，包括但不限于使得至少第二车辆能够以自动或半自动的方式以紧密的距离安全地跟随第一车辆。更具体而言，本发明涉及实现上述目标的网状网络、车辆监测和控制***以及车辆路线***。

背景技术

本发明涉及用于使车辆能够通过部分自动化安全地紧密跟随彼此的***和方法。紧密跟随在另一个车辆之后具有显著的燃料节省效益，但在由驾驶者手动进行时通常不安全。当前，车辆的纵向运动在正常驾驶期间要么由手动控制，要么由舒适***控制。舒适***(比如自适应巡航控制)控制车辆的速度，以通过使驾驶任务部分自动化来使其对于驾驶者而言更加愉快或轻松。这些***使用距离传感器和车辆传感器进而控制速度，以便与引领车辆保持恒定的间距。通常，这些***不会提供额外的安全性，并且对车辆不具有完全的控制权限(就能够完全制动或加速而言)，但其的确使得驾驶任务更加容易，这受到驾驶者的欢迎。

在少有的紧急情况期间，车辆的加速和制动可以由主动安全***控制。一些安全***试图通过自动制动车辆(在无驾驶者输入的情况下)或辅助驾驶者制动车辆以避免碰撞来主动防止事故。这些***通常不增加方便性，并且仅用于紧急情况中，但其能够完全地控制车辆的纵向运动。

驾驶者的手动控制在若干方面上甚至不能与当前***的安全性能相匹敌。第一，手动驾驶者不能安全地保持紧密的跟随距离。事实上，车辆之间相对短的距离对获得任何明显的燃料节省而言都是必要的，如果车辆在驾驶者的手动控制之下，这种相对短的距离会导致不安全的状况，存在发生代价高昂且破坏性的事故的风险。此外，手动驾驶者在保持恒定间距方面不如自动***那样可靠。另外，手动驾驶者在试图保持恒定间距时通常会引起指令(例如油门踏板位置)的迅疾且巨大的变化，这导致效率的损失。

因此明显的是，对于至少可靠且经济的半自动车辆护航***存在迫切的需要。这些改善的半自动车辆护航***使得车辆能够以安全、高效、方便的方式紧密跟随在一起。

对于成功的车辆编队，谨慎选择路线也是必要的。尽管已经开发出描述公路和其他道路的各种映射算法，但迄今还没有开发出适合于编队的路线。因此，已经同样迫切地需要开发用于识别能够安全进行车辆(包括拖拉机挂车)编队的适合路段的方法和***。

发明内容

包括本文中所描述的发明的各个方面的***和方法将现有技术的方便、安全***和手动控制的特质结合来提供安全、高效的护航或编队方案。本发明通过将主动车辆监测和控制的元素与通信技术结合来实现这一目标，其在向驾驶者提供增强的方便性以及手动控制车辆的特征及功能的同时，允许引领车辆和尾随车辆的驾驶者都对其监测环境具有清楚的理解，包括各种视觉显示。

为了实现前述目标并且根据本发明，提供用于半自动车辆护航的***和方法。具体而言，除了其他事情之外，本发明的***和方法被提供用于：1)紧密的跟随距离以显著节省燃料；2)在引领车辆的应急操纵事件中的安全性；3)在***或一个车辆中的部件失效事件中的安全性；4)用于识别要与其进行编队的同伴车辆以及用于识别适合于进行安全编队的路段的高效机制；5)基于若干标准对车辆进行智能排序；6)由于紧密跟随而成为可能的其他燃料经济优化；7)确保顺畅、舒适、准确地保持适合于运行环境和队列中车辆的跟随距离的控制算法；8)在车辆上搭载的鲁棒失效保护机械硬件；9)鲁棒电子设备和通信；10)为驾驶者的利益以及为确保与网络操作中心(比如由车队管理者维护)的定期的、可靠的通信而进行队列中及队列周围的车辆之间的鲁棒的、不同形式的通信；和11)辅助防止与紧密跟随模式无关的其他类型的事故。

本领域技术人员将会领会，本文中所描述的本发明的各种特征可以单独实施或组合实施。下面将会在具体实施方式中结合附图来更详细地描述本发明的这些以及其他的特征。

附图说明

为了可以更清楚地了解本发明，现在将会参照所附附图通过图示说明的方式来描述一些实施例，其中：

图1A-图1C示出在根据本发明的三个编队阶段中的引领车辆和跟随或尾随车辆：可用，链接中，已链接。

图2示出尾随车辆所看到的前视视角的实施例。

图3示出编队车辆、附属车辆、无线收发器和网络操作中心之间的各种通信链接。

图4图示中央服务器(比如保持在NOC)在确定链接候选者时所可以考虑的各种因素。

图5A以简化形式图示车辆上搭载的用于管理通信以及监测和控制各种车辆功能的控制***的实施例。

图5B以简化形式图示在图5A的车载控制***上运行的算法，引领车辆通过该算法向位置贴近的跟随车辆发布指令并接收从其返回的数据。

图6以简化形式图示在NOC与车辆之间发送的各种类型的消息以及用于车载***和NOC的简化体系结构。

图7A以框图形式图示根据本发明的实施例的编队监控***的运行，编队监控***包括与一个或更多个软件层结合的车辆监测和控制***。

图7B更详细地图示图7A的车辆监测和控制***的处理器、传感器和致动器的实施例以及相关联的软件层。

图8A更详细地图示图7A的编队监控层。图8B从软件功能角度图示本发明的车辆控制***的实施例的运行。

图9以流程图形式图示根据本发明的车辆数据处理主回路的实施例。

图10以流程图形式图示NOC车辆通信管理的实施例。

图11A-图11B图示本发明的远程协调方面，包括地理围栏能力。

图12A-图12B以流程图形式图示根据本发明的用于协调和链接的过程的实施例，包括对针对于车辆的因素的考虑。

图13图示适于执行作为本发明的一个方面的行程预报功能的软件体系结构的实施例。

图14以流程图形式图示用于队列配对发现和监测的顺序的实施例。

图15A以流程图形式图示用于识别可编队路段的本发明的一个方面的实施例。

图15B以流程图形式图示用于识别潜在队列同伴的过程。

图16A-图16E图示用于为识别能够授权进行编队的路段的目的而对道路以及针对一对车辆所产生的编队路线进行分段的过程的实施例。

图17A图示用于分析队列成本效益的实施例。

图17B图示基于一对潜在队列同伴的速度和前进方向的汇合分析和引导的实施例。

图18以框图形式图示用于捕获和计算与编队相关联的指标的基于处理器的***。

具体实施方式

现在将会参照附图中所图示的其若干实施例来详细描述本发明。在以下描述中，陈述了许多具体细节以便提供对本发明实施例的彻底理解，包括对本发明的多个不同方面的描述，在一些情况下包括一个或更多个替代。对本领域技术人员显而易见的是，能够在不实施本文中所公开的所有特征的情况下实行本发明。参照随后的附图和讨论可以更好地理解实施例的特征和优点。

本发明涉及用于自动和半自动车辆护航的***和方法。这样的***使得车辆能够以方便、安全的方式紧密地跟随在彼此之后。为了便于说明，在随后的描述中所提及的示例性车辆一般将是大型卡车，但是本领域技术人员将会领会，本文中所描述的特征中的许多(如果并非全部的话)也应用于许多其他类型的车辆，并且因此，本公开以及本文中所描述的实施例中的至少一些不限于任何特定类型的车辆。

首先参照图1A-图1C，能够领会队列的三个阶段。在图1A中，100处所表示的车辆A以及105处所表示的车辆B正在彼此独立地运行，但各自可用于链接。在一些实施例中，110和115处所表示的分别用于车辆A和B的显示在一些例子中图示状态、与候选同伴车辆的距离和燃料消耗，但是如下文中将会更好领会的，也可以显示其他数据。在图1B中，车辆A和B充分接近彼此，使得允许链接或融入到队列中。如下文中更详细解释的，通常在网络操作中心(例如，如果车辆为大型卡车，车队管理中心)处选择链接的候选者。在这样的实施例中，NOC(网络操作中心)向每个车辆发送识别适合的链接候选者的消息以及便于两位驾驶者同时到达目标汇合点以便其能够形成队列的信息。

因此，再次参照图1B，车辆A和B在该点处已经被引导至适于编队的路段上汇合点。如8,744,666号美国专利(其通过引用并入本文)中所讨论的，并且也如下文中更详细讨论的，当两个车辆充分接近时，它们之间建立通信链接，并且位于前方或引领卡车中的处理***开始与后方或跟随卡车中的类似处理***进行通信。在实施例中，引领卡车于是向跟随卡车的处理***发送指令，以控制例如跟随卡车的加速和制动并将其带到引领卡车之后紧密跟随距离处的位置。在实施例中，引领卡车中的处理器还控制引领卡车的加速和制动，以确保跟随卡车能够被安全引导到位于引领卡车之后但处于紧密跟随距离的位置，例如在10英尺至60英尺的范围内。

一旦跟随卡车已经被引导至编队位置，引领车辆就会保持对跟随卡车的至少加速度和制动的控制。在这一点处，车辆被链接起来，如图1C中所示。然而，在至少一些实施例中，尾部车辆的驾驶者保留对转向的控制，使得尾部车辆仅以半自动的方式运行。在其他实施例中，对尾部车辆进行完全自动运行。本领域技术人员将会领会，半自动(semi-automated)和自动(automated)有时被称为半自主(semi-autonomous)和自主(autonomous)。

当被链接起来时，从尾部车辆前方的视角如图2所示，仅为图示说明的目的而再次使用大型卡车作为示例。引领卡车200就在跟随卡车前方，并且显示210示出来自安装在引领卡车上的前向相机的视角。在一些实施例中，可以实施触觉和声音装置来确保跟随卡车的驾驶者在编队时保持在引领卡车的正后方。例如，如果跟随车辆的驾驶者从车道转向到左侧，就会启动位于左侧的声音信号来辅助驾驶者将车辆回转到关于引领车辆的恰当对准方位。类似地，如果跟随车辆的驾驶者从车道转向到右侧，就会启动位于右侧的声音信号。在一些实施例中，所启动的声音信号可以反转；也就是说，向左的转向会启动右侧的声音信号，反之亦然。如果优选触觉刺激，则可以在方向盘或驾驶者的座位或者二者中设置一对(右侧和左侧)振动源。替代地，在一些实施例中可以使用单个振动源。

当车辆处于队列阵型中时，比如DSRC的短距通信链接足以在每个卡车的处理器之间进行消息通信，但是也可以使用其他无线通信形式，例如移动电话。然而，即便是在队列阵型中，保持与NOC的定期通信对于车辆也是有用的。如下文中将会更详细讨论的，各种数据从每个卡车发送到NOC，包括卡车状况和性能、路线变化、当地天气和其他数据。这允许车队操作者前瞻性地管理卡车维护和修理，针对天气问题或道路施工而调整路线，识别紧急事件中的车辆位置，并且管理各种其他分析。

图3图示用于在根据本发明的***中管理消息发送的通信链接的实施例。更具体而言，图3图示使用各种通信协议来管理潜在或当前队列同伴、一个或更多个相关联的NOC、对NOC提供远程接入的无线接入点之间的消息发送的实施例。此外，在与NOC的通信在一段时间内不可得的情况下，图3图示网状网络，消息可以借助该网状网络在NOC与车辆之间通过中间车辆进行通信。更具体而言，如300处所图示的，车辆100经由DSRC或其他合适的有线或无线技术与队列同伴车辆105进行通信。另外，对于车辆100的路线中的大部分，其也经由移动电话链接320与NOC310进行通信。类似地，如果无线链接中没有中断，车辆105经由移动电话链接320与NOC 310进行通信。

然而，移动电话通信不总是可能的，特别是在长距离驾驶通过变化地形的车辆中。此外，移动电话通信对于大量数据的传输而言相对慢，比如如果使用视频记录或其他高带宽功能，可以存储在车辆上的数据。因此，在一些实施例中，车辆100和105还配备为接入WiFi热点330，WiFi热点330转而通过340处所图示的无线链接或350处所图示的有线通道与NOC通信。沿着道路以及在车队操作中心，固定的WiFi热点越来越普遍。另外，车辆中基于4GLTE或类似服务的WiFi热点已经被介绍过。在一些情况下，微细胞基地台和类似技术也可以提供通信链接。

在一些实施例中，也可以使用基于临时网状网络的中继技术。例如，假设车辆100向东行进，并且刚刚通过移动电话与NOC 300连通性良好的区域，但现在正穿过没有无线连通性的区域。还假设360处所示的车辆X正在向西行进，并且已经不与NOC连接一段时间，但将会比卡车100更快再次获得无线连通性。在至少一些实施例中，即便当移动电话或类似链接不可用时，NOC 310基于行程预报而知悉其监测的每一个车辆的合理精确度的位置(下文中更详细地讨论)。因此，如果NOC 310需要向车辆X发送信息，NOC就在车辆100仍具有与NOC的连接性时向车辆100发送针对车辆X的消息。然后，当车辆100和车辆X接近时，车辆100将NOC的消息转发到车辆X。类似地，如果车辆100需要从NOC得到数据但当前不与NOC接触，则其可以将其数据转发到车辆X，并且当车辆X重新得到与NOC的连接性时，车辆X则将数据再发送到NOC。

本领域技术人员将会领会，在一些实施例中，这样的无线消息发送将为安全目的而加密，虽然在其他实施例中可能并非如此。在适当的安全防护之下，也可以使用不在车队操作的管理之下的车辆来转发消息。例如，如果恰当地配备为与NOC通信，370和380处示出的车辆Y和Z可以经由链接390从车辆A和B接收消息然后将其转发到NOC 310，其可以借助标准协议。在具有为无线连通性配备的大量车辆的环境中，网状网络被创建，消息可以通过网状网络从车辆传递到车辆，并且由此传递到NOC。这样的网状网络还允许状态消息从车辆传递到车辆，使得例如车辆100和105的队列了解周围车辆的状态。例如，该队列可以获知左侧的车辆需要在哪里离开道路，这例如允许队列避免使该车辆***到车辆100和105之间或者以意外的方式行动。同样地，可以就在事前将紧急情况通信至车辆A和B组成的队列，允许运行安全性增加。

借助对于编队和网络间及从车辆到车辆的通信的上述理解，可以更好地领会在至少一些实施例中指引和监测车辆100、105等的中央服务器的运行。接下来参照图4，可以看到简化框图形式的中央服务器以及其输入中的一些。中央服务器400(单独的或者与每个车辆410、420上搭载的***结合)基于对车辆位置、目的地、负载、天气、交通状况、车辆类型、后车类型、最近的链接历史、燃料价格、驾驶者历史和其他因素中的一个或更多个(全部如430A-n处所示)，来针对编队或者简单地针对改善运行而进行决定和建议。中央服务器和车载***都通过显示器440与驾驶者进行通信。这些通信可以包含链接建议、道路状况、天气问题、更新的路线信息、交通状况、潜在车辆维护问题和许多其他数据。在一些实施例中，链接的机会可以独立于中央服务器而出现。在这样的情况下，一旦识别出配对，就会将潜在的配对通信至至少车载***，并且在大部分情况下，尽管未必是所有情况，潜在的配对也被通信至中央服务器。可能的是，中央服务器或车载***之一将推断出该对不适合进行链接，并且如450处所示，链接被废止。

如2014年3月17日提交的在审PCT申请PCT/US14/30770中所讨论的，可以在车辆正在移动时确定链接机会，但也可以在车辆中的一个或更多个静止时(比如在卡车停车场、休息站、称重站、仓库、车库等)确定链接机会。其也可以由车队管理者或其他相关联的人士提前计算出来。其可以在出发的时刻或提前几小时或几天进行计划，或者可以在路上时借助或不借助***的协调功能来临时查找。

如同以上所提及的，整个***的许多智能(intelligence)可以位于中央服务器或者搭载在每个车辆上的***中。然而，车载***包含用于控制车辆运行的专用功能。例如，对于大型卡车以及大部分车辆，车载***接收反映当前运行状况的各种输入，并且基于从中央服务器接收的那些附加相关信息来根据至少加速度/速度和制动来控制车辆。因此，如图5A中所示，车载***的实施例包括控制处理器500，控制处理器500通过连接(a)(通常但未必为CAN接口)接收来自例如车载雷达单元505、视频相机510、激光检测和测距(Lidar)单元515的输入。控制处理器可以配置这些单元中的每一个并接受数据。到惯性测量传感器或陀螺仪520的连接(b)(其可以为无线的)给予控制处理器在1个、2个或3个轴线上的加速度信息，以及围绕1个、2个或3个轴线的转动速率信息。虽然陀螺仪通常用于例如转动速率，但是在一些实施例中，加速计可以替代陀螺仪。多个数据链接530(在(c)处示出，并且放大以示出图5A的下部处的细节)提供关于引领卡车100的相关特性(包括其加速度)的信息，或者用于向跟随卡车105提供相同或相似的信息。连接在总线(d)上的制动阀和传感器550提供有关制动压力的数据，并用于经由来自控制处理器500的指令施加压力。经由模拟电压或通信信号(CAN或者其他)来发送油门指令555。

控制处理器执行计算来处理传感器信息、来自GUI的信息和任何其他数据源，并确定正确的致动器指令组来实现当前目标(示例：保持与前方车辆的恒定跟随距离)。如此所示，数据链接包括一个或更多个无线链接535，比如移动电话、DSRC等。数据链接530还包括来自车辆的输入(540处示出)，该输入通常经由车辆的发动机控制单元或ECU(545处表示的)来传输(transmit)并通常由车辆制造商来提供。根据实施例，控制处理器与各种输入装置进行双向通信。

从图5B中可以更好地领会本发明的车载***或车辆控制单元的运行，图5B针对一个实施例示出两个链接的车辆的车辆控制单元之间的一般流程。根据该实施例，运行的两种模式通常实施为：在第一模式中，前方卡车的控制单元向后方卡车的控制单元发布指令，而那些指令通常得到遵从，但在适当的情况下会被忽略，比如安全性。在第二模式中，前方卡车的控制单元向第二卡车发送数据，通知尾随卡车引领卡车所感测到的数据以及引领卡车所采取的行动。于是第二卡车的控制单元根据来自前方卡车的该数据运行来采取适当的行动。如560处所示，跟随或尾随卡车向前方或引领卡车发送关于其运行的数据。在565处，引领卡车从尾随车辆接收到该数据，并感测运动和/或外部目标和/或通信输入。然后引领卡车对引领卡车的行动作出决定(在570处所示)，并且，如果在第一模式下运行，引领卡车还对后方卡车的行动作出决定。然后，根据在第一还是第二模式下运行，引领卡车向尾随卡车发送指令(580)(第一模式)，或者向尾随卡车发送数据(585)(第二模式)。如果在第一模式下运行，第二卡车接收指令并在590处对其进行执行，警告，在一些实施例中第二卡车也可以选择忽略这样的指令。如果在第二模式下运行，第二卡车在595处接收数据并决定执行何种行动。由于用于两个单元的控制程序在一些实施例中是相同的，因此，在大部分情况下，不论哪种运行模式所导致的对第二卡车的控制都将是相同的。最终，在600处所示，第二卡车将其已采取的行动通信至前方卡车，使得每个卡车都了解其他卡车的状态。本领域技术人员将会领会，用于两个车辆的控制程序不需要在每个实施例中都相同。

在至少一些实施例中，以上过程被基本持续地重复，例如每秒一次，以确保每个卡车都获得其他卡车的当前状态，并且NOC获得二者的当前状态，从而辅助确保每个卡车即便是在公路行驶速度下以紧密队形运行时仍能安全且可预测地运行。

除了对车载***的控制处理器的前述输入，在一些实施例中，如2014年3月17日所提交的PCT申请PCT/US14/30770中所更详细地描述的，可以实施各种警告作为对控制处理器或单独警告的输入并警告处理器。同样，也如同一PCT申请中所描述的，由于在其他参数等同的情况下制动更好的车辆通常会被定位为跟随车辆，因此可以实施制动核查过程来同时确保车辆制动在正确工作并帮助确定哪个车辆应当引领。

在至少一些实施例中，可靠安全的编队涉及NOC与车载***之间的合作。因此，参照图6，可以高水平地领会NOC所提供的功能与车载***的运行之间的交互。为了建立队列，在至少一些实施例中位于云(cloud)中的NOC 601简言之包括链接探测器功能605、链接许可器功能610和记录器功能615。功能的输出通过通信网关620传输到车载***625。车载***625从NOC 601接收关于NOC所确定的具有链接潜能的车辆配对的信息，接着在适当的时间进行链接授权，在630处表示。此外，车载***接收风险咨询(在635处表示)，根据所投射的行程路线，风险咨询通常包括对车辆的风险。

从功能角度来说，车载***625包括一个或更多个电子控制单元或ECU，电子控制单元或ECU管理如结合图7A所更具体描述的各种功能。为了使解释简要，在图6中仅示出数据ECU，并且其提供用于数据处理和通信管理。本领域技术人员将会领会，ECU功能可以在分离的装置中实施，或者可以集成到还提供其他功能的ECU中。将会领会，在大部分情况下，如本文中所描述的ECU包括控制器或其他处理器以及适当的存储和其他附件来执行如本文中并且特别是从图7A开始所更详细讨论的类型的程序指令。在实施例中，数据ECU 640管理WiFi、LTE和蓝牙接口(分别在645、650和655处表示)，并且转而与队列控制器ECU功能660双向通信。队列控制器ECU功能转而经由DSRC链接665与其他队列候选者及成员双向通信，并且还向驾驶者的显示器670输出数据。

在至少一些实施例中，车载ECU功能与车辆的CAN总线730通信，其提供与队列控制器675、日志控制器680、驾驶者接口685的连接。如在697处所代表的，ECU还以接近每秒一次的速率向NOC返回车辆位置和健康或“面包屑(breadcrumbs)”的报告。此外，如在699处所代表的，当具有适合的高带宽和低成本的数据链接(比如WiFi)可用时，ECU将其日志转储到NOC。根据该实施例，日志可以包含所有数据(包括视频信息)，或者可以包含该数据的子集。例如，在实施例中，日志转储可以包含一些或所有CAN总线数据(包括SAE J1939数据)，一些或所有雷达、激光检测和测距装置和视频数据，一些或所有GPS数据，一些或所有DSRC数据，以及针对无线电***二者的一些或所有状态数据。本领域技术人员将会领会，并非所有的这种数据都在CAN总线上传输，而是可以经由以太网连接、点对点连接或其他合适的通信链接来通信。

接下来参照图7A，以示意框图的简化形式示出根据本发明的***的实施例，该示意框图示出硬件层以及使得硬件层执行发明功能的软件层。具体地，车辆监测和控制***700包含一个或更多个处理器和如以下结合图7B进一步描述的相关硬件。***700经由通道705A向车辆控制层705提供数据并执行来自车辆控制层705的指令，并且还经由通道710A向编队监控层710提供数据并执行来自编队监控层710的指令。此外，编队监控层710还经由通道710B与车辆控制层705通信。本领域技术人员将会领会，层705和710为在示出为***700的硬件层的硬件上执行的软件层。

从图7B中可以更好地领会包含车辆监测和控制***700的硬件部件以及其与软件层705和710的交互性。更具体而言，在实施例中，车辆监测和控制***包含一个或更多个电子控制单元(ECU)，电子控制单元在车辆控制层705和编队监控层710的控制之下接收来自各种传感器的输入并向各种致动器和其他装置(例如，驾驶者HMI和电话以及DSRC收发器)提供输出。***700还通过链接715A与驾驶者715通信。***700还与NOC 720通信，通常通过比如电话信号塔720A所示的无线链接。

尽管单个ECU可以执行本发明的至少一些实施例中的所有必要功能，但大部分现代车辆具有多个ECU，其中每个ECU各有所长。因此，如图7B中所图示的实施例所示，多个ECU725A-725N包含***700的核芯并在总线730上与彼此进行通信，总线730在至少一些实施例中可以为CAN总线，但是根据所链接的具体装置，总线730可以为不同类型的总线，或者甚至可以为点对点连接。在实施例中，仅为代表性的而非意图代表详细清单的ECU 725A-725N从视频传感器735、GPS装置740、后车(tailer)传感器745、风险传感器750和前车(tractor)传感器755接收输入。根据该实施例，可以使用更少、更多或不同的传感器。总线730还允许ECU向前车致动器760传输控制信号，以经由HMI 765向驾驶者提供数据并从驾驶者接收数据，并且分别管理电话和DSRC收发器770和775。此外，总线730提供这样的链接，来自各种传感器和ECU的数据可以通过该链接储存在数据存储780上。各种ECU的725A-N可以包含雷达ECU725A、制动/稳定ECU 725B、自适应巡航控制ECU 725C、编队ECU725D、数据链接ECU 725E、HMI ECU 725F、DSRC ECU725G、发动机ECU 725H、仪表盘ECU 725I、底盘ECU 725J、变速器ECU 725K等等。如725M处所示，也可以实施其他前车ECU，并且可以如725N处所示简单地实施其他后车ECU。本领域技术人员将会领会，包含车辆控制层和编队监控层的软件可以分布在一个、一些或所有这种ECU之间。

接下来参照图8A，可以更详细地领会编队监控层以及其与车辆监测和控制***700的交互。除了***700，图8A图示本发明的实施例的各种软件功能。765处所代表的驾驶者HMI功能直接与车辆驾驶者进行交互，并向驾驶者呈现来自***700以及编队监控层的信息，并且充当驾驶者指令和选择(例如，对链接同伴的选择，或者驾驶者对提议链接的接收)的输入机构。

NOC通信管理器800建立并维持车辆和NOC之间的安全通信，并且为提供用于向和从NOC可靠地传递消息的机构。NOC通信管理器接收来自车辆监测功能805、风险监测功能810、软件更新管理功能815和NOC自身的输入。

车辆监测功能805基于来自NOC 720的要求对来自连接到总线730的源中任一个的车辆状态进行采样和过滤。NOC 720指定要提供什么信息以及以什么间隔或频率提供，并且还指定在将数据通信回到NOC之间如何处理数据。替代地，本地处理可以取代NOC。风险监测器810在总线730上“监听”车辆故障并将相关车辆故障通信到NOC。风险监测器还接收来自NOC的风险警报，并且基于其输入(包括车辆状态和环境状况)对是否撤销编队授权作出本地确定。风险监测器向授权管理功能820提供授权撤销，并且还经由HMI服务功能840向驾驶者发送风险警告。软件更新管理器815对版本查询作出响应并提供车辆上的软件可以借助其来进行远程更新的机构。

在检测到否定了计划链接、调整了编队距离或者改变了授权所基于的条件的情况的事件中，风险监测器可以在本地撤销来自NOC的链接授权。这样的情况通常包括车辆状态问题或不利的环境状况。如果风险监测器的撤销是基于车辆故障或其他状态问题，该故障或问题也被通信到NOC，使得NOC可以在估计涉及车辆的未来链接时对其进行考虑。导致风险撤销的其他情况可以源于车辆自身外部的问题，比如其他车辆所检测到的天气、交通或道路状况。根据该实施例和具体状况，关于外部问题的信息可以通过其他车辆通信到NOC，然后发送到接收该链接授权的车辆，或者关于外部问题的信息可以从其他车辆直接通信到接收该连接授权的车辆。在任一情况下，车载***将风险信息传递到风险监测器，风险监测器采取适当措施来取消或修改已授权的链接。

在没有来自风险监测器的撤销的情况下，如下文中更详细讨论的，授权管理器820经由NOC通信管理器、结合来自车辆位置追踪功能825(转而从***700接收)的绝对位置、速度和前进方向信息800接收并解译来自NOC的授权包，以帮助确定NOC所建议的编队同伴的接近度。授权管理器向***700发送连接授权状态消息以及传输的时间，即，编队同伴接近并且可以开始链接的时间。授权管理器还向车辆间通信管理功能830发送所选择的编队同伴的标识，并且，在一些实施例中，向接近引导功能835发送关于所选择的编队同伴的信息、其位置以及用于链接的引导。

车辆件通信管理器830通过向***700提供安全证书来管理编队同伴的交互认证，通常通过DSRC(数字短程通信)链接。在具有接近引导的实施例中，接近引导功能835在两种模式下运行。当同伴车辆在DSRC距离外部时，如果接近引导可用，其直接从NOC提供接近引导。然后，一旦已经建立了与编队同伴的安全通信链接，在至少一些实施例中，接近引导功能通过DSRC链接使用同伴车辆所提供的位置和速度信息以及本地车辆追踪信息(比如从***700所接收的雷达追踪状态和来自车辆位置追踪功能825的数据)来提供独立于NOC的本地接近引导。根据该实施例，引导可以包括向驾驶者不供应或供应映射、视频和雷达输入、车道对准和***中可用的其他数据中的一些或全部。在一些实施例中，驾驶者手动使用这样的数据来定位车辆以进行编队，届时编队控制器占用车辆并将其带到期望的编队间隙。

HMI服务功能840提供用于与车辆的驾驶者交互的语意层，并且将来自车辆的状态信息(包括软件层)转换为对驾驶者的相关消息。此外，HMI服务功能处理来自驾驶者的输入。HMI服务模块向驾驶硬件提供展示数据，以在驾驶者HMI(通常为允许驾驶者轻易地输入指令、选择和其他输入的触摸屏显示器)上向驾驶者进行显示。对于跟随车辆的驾驶者，显示器通常包括引领车辆上的前视相机的视频流。

接下来参照图8B，在作为总体的***的软件功能的语境下，可以领会以上所描述的软件功能。如图8A中，包括对DSRC通信的管理的车辆间通信功能830向HMI服务功能840发送消息，HMI服务功能840提供对765处所示的驾驶者功能的接口。来自驾驶者接口765的输入包括基于驾驶者对队列同伴的选择的链接请求。将会领会，多个潜在队列同伴将存在于许多路线上，因此给予驾驶者多种选项。然而，在一些实施例中并且对于一些车队，队列同伴选择将在队列操作中被确定，例如在多个卡车例行沿着同一路线朝向同一或附近目的地的情况下。在这样的情况下，驾驶者的选项是接收链接或者拒绝链接。

HMI服务功能还向监控层850提供从驾驶者接收的输入事件，并从监控层接收展示数据。在实施例中，HMI服务功能包括GUI 840A、视频反馈840B、物理输入840C和音频输入输出840D。监控层包括链接管理功能850A、电话通信管理850B和数据储存和登录850C。

监控层还向编队控制器功能855发送连接授权，并从该控制器接收包括DSRC状态、故障和雷达状态的状态消息。编队控制器855包括各种功能，包括间隙调节(GapRegulation)855A、质量估计855B、制动健康监测855C、编队状态855D和故障处理855E。间隙调节可以包括设置从引领车辆到跟随车辆的距离，或者可以包括设置从引领车辆的后部到跟随车辆的前部的时间间隔。在任一事件中，目标都是在确保两个车辆的安全的同时确保距离提供可接受的燃料经济性益处。

为了执行前述功能，编队控制器从前车接收代表各种前车功能的状态的输入，其在前车感测860处一般地示出。在实施例中，那些功能包括雷达数据860A、视觉数据860B、雷达数据860C、GPS位置860D、车轮速度860E、踏板位置860F、发动机温度860G(从机体、从发动机舱或者其他合适的位置感测)、转向860H、惯性测量860I、制动压力860J、气压计和相关天气感测860K以及表示为传感器融合的这种感测数据的结合860L。在一些实施例中还提供其他数据，比如燃料水平或剩余驾驶里程。编队控制器与车辆间通信模块830关于质量、位置、速度、扭矩/制动、档位和故障进行双向通信。更具体而言，控制器855经由DSRC链接数据关于其他车辆的数据(包括质量、位置、速度、扭矩/制动状态、档位和故障)。如以上所提及的，编队控制器使用这些输入来向监控层提供状态数据，并且还提供扭矩和制动指令以及档位。在没有档位传感器的情况下，档位选择可以基于发动机速度和轮胎转动速度针对手动变速箱来计算。自动变速器上的档位可以从变速器ECU直接感测到。

编队控制器855还从前车致动功能865接收状态和故障信息，在实施例中，前车致动功能865包括转向、油门、变速、离合和制动的功能865A-865F以及其他驾驶者控制的行动(比如发动机制动(jake brake)等)。在至少一些实施例中，驾驶者(功能块765)可以向前车致动块865提供所有的这种输入，但在链接期间和链接为队列时，制动和油门都在编队控制器855的控制之下。在一些实施例中包括编队指示870A的前车指示(indication)功能870也被提供，并且控制定位在前车上且对接近队列的其他车辆可见的物理指示器。物理指示器通常在形成队列时被启用，并且还可以在链接过程期间被启用。

接下来转向图9，可以更好地理解发生在车辆上的数据处理。当车辆被启动时，硬件如900处所示被启动。数据总线处理器在905处使用缺省配置，或者如果配置已经从NOC被接收并且为主动的，则使用该主动配置，向***进行注册。在910处，队列授权“***”被启动，其功能是监听来自NOC的队列授权消息。

接下来，在步骤915处理最新的车辆事件数据，之后在920处进行核查来查看是否已经从NOC接收到队列授权通知。如果是，在925处，授权记录通过比如API的软件接口投递至控制器。如果没有接收到队列授权，就在步骤930处进行核查以确定是否已经从NOC接收到配置变更。如果是，实施新的配置并改变从车辆收集何种数据并在“面包屑”消息中报告给NOC，并且发送重新开始信号以引起循环回到步骤905，其中根据新的配置对数据总线处理器进行重新注册。

如果还没有接收到新的配置，过程前进到步骤940，其中进行核查来查看是否已经过去了足够的时间使得位置和状态信息应当被发送到NOC。如果否，过程循环回到步骤915。如果是，位置和状态信息，或“面包屑”消息被发送到NOC。这种面包屑消息发动到NOC的频率在至少一些实施例中由从NOC接收的配置参数所限定，这些参数还限定将要作为消息的一部分发送到NOC的事件数据。在至少一些实施例中，“面包屑”消息被定期报告到NOC，例如每秒一次。此外，在适当时，“我可用于编队”的消息也被定期发送到NOC。

图10图示管理NOC与车辆之间的链接的过程的实施例。NOC处的服务如步骤1000处所示启动，并且NOC等待来自车辆的在已知端口上的连接(1005处示出)。然后NOC验证卡车并打开安全会话(1010处示出)，接着如步骤1015处所示创建具有消息代理功能的发布者消息。然后在1020处繁衍发布者线程，此时发布者连接和网络连接被传递到该线程。该线程监听来自车辆的消息，例如“面包屑”消息或“我可用于编队”消息(步骤1025处示出)。一旦从车辆接收到消息，如步骤1030处所示，过程循环且NOC返回到步骤1025处的监听模式。如果在给定的时间窗口内没有发生消息，线程如步骤1035处所示终止。

跟随着发布者线程的繁衍，并且本质上与该线程的执行并行，过程如1040处所示创建具有消息代理的订阅者消息。然后订阅者线程在步骤1045处繁衍，并且订阅者连接和网络连接如1050处所示被传递到该订阅者。在1055处对排队消息进行核查，并且在1060处任何排队消息都被发送到车辆。如果没有排队消息，或者如果排队消息已经被发送，过程前进到步骤1065并等待消息发布到车辆。过程然后循环回到步骤1060。在消息在步骤1060不能发送到卡车的事件中(通常由于连接故障)，消息在步骤1070处排队，并且线程在步骤1075处终止。

接下来参照图11A和图11B，人们可以更好地领会形成队列的协调和连接的过程。图11A示出协调和链接功能的一个实施例，一般表示为1100。在过程在步骤1101开始之后，接收到一组能组队的配对。该配对组在至少一些实施例中是从NOC接收的，并且包括潜在队列同伴的列表。根据其他车辆的可用性，或者根据车队的优先级，可以为驾驶者仅呈现单个编队选择，该选择被接收或拒绝。替代地，在一些实施例中并且对于一些车辆，可编队同伴的标识可以在本地生成。在任一时间中，提供认证密钥来启动链接同伴之间的安全通信。此后，在步骤1110，驾驶者或者***识别可用于作为编队同伴来协调的车辆，并且如1122处所示对编队提议进行通信，其在一些实施例中由自接受消息表示。如1130处所示，在任一途径中，然后另一车辆(“远的”车辆)可以接收(步骤1124)该对已经同意协调以进行可能的链接的含义。根据车辆定位、负载重量、车辆配备和其他因素，存在链接间距之内的车辆可以被识别为可用于链接的跟随车辆1142或可用于链接的引领车辆1144。如果这些都不然，***返回到协调模式。一旦可用于协调的跟随车辆已经接受了链接，1152，并且自身车辆还接受了链接，1153(以任意顺序)，则发起链接。当链接完成时，车辆现在被链接，1162。类似地，一旦可用于协调的引领车辆已经接受了链接，步骤1154，然后自身车辆还接受链接，步骤1155，发起链接。当链接完成时，车辆现在如步骤1164处所示链接。

为了不仅恰当地确定哪些车辆对于链接是适当的，还为了恰当地确定哪个车辆应当作为引领车辆以及哪些车辆跟随，某些车辆特性是重要的。一个方面在图11B中示出，其中在步骤1165处在车辆内部收集发动机扭矩和加速度的特性，并且在步骤1170计算车辆质量。然后，可以本地处理或在NOC处理的该信息用来调整车辆之间的间隙，或者用来修改算法，如步骤1175处所示。此外，数据可以用来选择是否进行链接，步骤1180，但在至少一些实施例中也可以考虑其他因素。其他因素可以包括例如所建议的队列距离、持续时间、当日时刻、服务小时数和相关限制、燃料水平和驾驶里程、燃料补给可能性、服务水平协议问题、车辆在给定时间位于目的地以供进一步使用或维护的需要、驾驶者用餐和放松休息、驾驶者娱乐、驾驶者付款、交通规则和制度等。如果要进行链接，一个或更多个因素可以辅助通知对于哪个车辆应当进行引领的决定，步骤1185。

在可以形成队列之前，并且甚至在可以识别潜在编队同伴之前，可用于编队的车辆的路线必须至少部分已知。如图12中所示，这可以通过生成车辆行程预报来完成。该过程在此通过接受车辆(指定的车辆A)的位置信息而开始。位置信息可以包括纵向/横向信息，或者坐标对加上速度和前进方向，或者一系列或一连串的坐标对。如前述附图中所描述的GPS装置适合于提供这种信息。

图12的过程通过在步骤1205处核查以确定车辆A的路线是否已知来继续。在许多情况下，车辆(比如大型商用卡车)沿频繁重复的或者车队管理者或其他监控者设定的路线行进。因此，在许多情况下，特定车辆的路线是已知的并储存在数据库中，通常保存在NOC中，并且在至少一些情况下，也是本地可用的。然而，如果车辆A的路线不是已知的，就在步骤1210对附近对于编队可接受的路线进行搜索。结合图14A-图14B和15A-图15B更详细地讨论识别这种路线的过程。

在步骤1210处的搜索之后，在步骤1215处进行核查以确定是否找到了至少一个适合于车辆A使用的路线。如果否，则过程暂时停止，如步骤1220所示。然而，在大部分情况下，将会识别出至少一个可编队路线。在这种情况下，如步骤1225所示，然后对在何处和何时加入可编队路线对于车辆A可行进行确定。然后，在步骤1230，车辆A的路线开始位置和时间连同车辆A的预期速度一起被用来在NOC或车辆监测和控制***700中计算车辆A到达识别路线上具体路径点的最小和最大时间。基于那些计算，于是在本地或远程过程中生成车辆A的行程预报，如步骤1235所示。除了以上针对建立行程预报所讨论的因素之外，在制定一些实施例的行程预报时也考虑以上结合图11B所讨论的一个或更多个因素。在至少一些实施例中储存在NOC处的行程预报于是可以用来搜索潜在编队同伴，如结合图13所讨论的。

如果车辆A的路线已知，则从已知路线的数据库中取出路线信息。然后将车辆A的位置与已知路线进行比较，如步骤1245所示。如果车辆A脱离路线，在步骤1250处对在何处和何时重新加入预期路线对于车辆A可行进行确定。如果重新加入被确定为可行，如步骤1255处所示，则该过程循环回到步骤1230，以为车辆A重新加入路线提供适当的引导，接着生成行程预报。如果重新加入路线对于车辆A不可行，则该过程在步骤1260暂时终止。在步骤1220或步骤1260处的终止是暂时的，这是因为编队的可能性随着车辆A在其路线上的位置的改变而改变，并且在至少一些实施例中，车辆经由面包屑消息报告其已改变的位置。

一旦已经针对车辆A生成了行程预报，就可以搜索潜在的编队同伴。这种搜索和连接过程的一个实施例在图13中示出，其可以被视为对图11A中所示的过程在一些方面进行阐述。图13的过程从接收到来自车辆A的队列请求开始。在步骤1300示出的该请求在处理器处接收，该处理器在至少一些实施例中位于NOC中，但在其他实施例中也可能位于其他位置。然后，如步骤1305处所示，生成或者返回(retrieve)行程预报(比如来自图12的过程的结果)。在步骤1310处，对NOC处的数据库中所储存的行程预报进行搜索(在1315处示出)，以识别所储存的其他具有类似路线的预报。基于这些类似地路线，在处理器中生成潜在队列同伴的列表。

有时，搜索没有识别出潜在的队列同伴，在这种情况下，在步骤1320处进行的核查结果是“否(no)”。在这种事件中，车辆A的行程预报如果尚未被储存，就会被添加到数据库1315中，并且通知驾驶者当前不存在编队可能性。然而，在大部分情况下，会识别出一个或更多个潜在的编队同伴，使得在步骤1320处核查的结果是“是”。如果是，潜在同伴的列表被发送到车辆A，如步骤1330处所示。根据该实施例，队列提议还可以被同时发送到识别出的潜在同伴B₁、……、B_n，如步骤1335处所示。在一些情况下，并且如步骤1340处所示，驾驶者从在步骤1330中所提供的列表进行选择，并且编队提议仅被发送到车辆A的驾驶者所选择的那些同伴。在一些实施例中，车队操作者确定潜在配对，并且驾驶者仅接收一个选项，该选项可以被接受或拒绝。在步骤1345处，返回车辆A的选择，该选择通常由来自驾驶者的手动或可听指令来表示。来自潜在同伴(例如车辆B₁)的响应在步骤1350处示出。在步骤1355处对编队提议的接受进行核查。如果没有接受，如步骤1325处所示，车辆A的行程预报被添加(如果尚未被储存)到当前的行程预报数据库。

在大部分情况下，车辆A和B₁同意，在这种情况下，过程前进到步骤1360。如步骤1360处所示，在大部分情况下，如以上结合图8A-图8B所讨论的，由NOC发送队列批准以及针对车辆A和B₁将要采取的相应汇合行动的建议。此外，如步骤1365处所示，针对车辆A和B₁的行程预报由于当前对于编队都不可用而被从当前行程预报的数据库中移除。在一些实施例中，允许多于两个车辆的队列，在这种情况下，车辆A和B₁的行程预报被保留(maintain)在当前行程预报的数据库中。

在批准队列之后，车辆A和B₁的位置由NOC监测，包括在队列的形成期间及其之后。此外，NOC监测道路和其他情况，比如交通、天气、施工等等，以识别关于车辆A和B₁的队列的情况，向两个驾驶者提供警告并且向每个车辆的车载***提供相关数据和指令。这种监测持续至少直到可编队路线完成(步骤1380)，或者驾驶者之一脱离(步骤1385)，之后过程在1390处停止。

尽管编队的益处使得在任何可能的情况下都希望链接车辆，但并非所有的路段都适合于编队。因此，在可以对这种编队进行授权之前，要求为了链接目的对车辆进行远程协调(比如图14A中所示，其中车辆1410和1420可以为潜在队列伙伴)、对道路进行分析。因此，如图14B中所示，可以在NOC的数据库中将一些路段指定为不适于链接。这种地理围栏可以为若干种原因而存在，比如道路施工、交通、交通控制等等。图15A图示用于识别可编队路段的过程的一个实施例。该过程通过基于任意合适标准将道路拆分成段来开始。合适的标准的一个示例为使用里程标志，但也可以使用横向/纵向数据和若干其他标准。然后，评估每个路段以确定其是否符合编队的基本标准，如步骤1505处所示。基本标准可以包括速度限制、已知的施工、已知的交通阻塞点、过多的上坡或下坡、天气或其他环境问题等等。

如果审查过的路段符合一般标准，过程前进到步骤1510，其中可以根据等级专用标准来评估路段。并非所有实施例都会使用等级专用标准。然而，一些车队或其他交通管理***可以管理各种等级或类型的车辆。在这种情况下，在特定等级内进行编队是可能的，并且适合于特定等级内的队列的标准可以与一般标准显著不同。在一些这种情况下，等级专用标准可以比以上所提及的一般标准限制更少。例如，尽管一般标准可以应用于大型商用卡车(“18轮”等级)，但车队可以包括较小的厢式轿车或能够处理斜坡或较大型车辆不能处理的其他道路状况的类似车辆。在这种情况下，可能希望反转步骤1505和1510的顺序，并且因此将会领会，图15A中所示的顺序不意图为限制性的。

如果路段不符合级别专用标准，则将路段添加到仅用于一般标准的数据库，如步骤1515处所示。然而，符合一般标准和级别专用标准二者的路段被添加到包括级别专用数据的数据库。然后该过程前进来确定是否存在其他待分析的路段，步骤1525。如果存在，过程针对下一路段循环回到步骤1500。如果不存在，过程在步骤1530处终止。

图15A的过程所生成的结果允许将行程预告与可编队路段的数据库进行比较。在一些实施例中，可编队路段将被并入到由图12的过程所产生的行程预报中。在其他实施例中，行程预报仅包括路线，在之后的步骤中由适当的处理器来确定该路线与可编队路段的数据库的一致性。

识别潜在的可编队同伴不仅要求车辆沿相同的路线行进，还要求其在相对接近于同一时刻时沿相同的路线行进。例如，如果车辆A领先车辆B一小时，并且没有停止的计划，则车辆A与车辆B编队需要车辆A受到的时间损失太大，以至于那些车辆的队列成本可能超过获得的益处。然而，如果例如车辆A仅仅领先车辆B一分钟，那么编队的收益可能超过车辆A所损失的时间，即便其为调整速度以适应链接的唯一车辆。在许多编队可行的情况下，如步骤1360处所提及的，汇合引导将建议两个车辆进行行动。然而，许多商用车辆(包括许多车队操作的长途卡车)具有控制车辆最大速度的主管。在一些车辆中，主管设置可以通过CAN总线(在在图7B处讨论)接入，并且可以从NOC调节。在车辆B可以安全且合法地提高速度的情况下，汇合引导可以对两个车辆建议速度调节。在车辆B不能提高速度时，通常引导车辆A降低速度以允许链接。

仍然参照图15B，在步骤1540至1555处对车辆A和B的时间和路线执行分析。因此，在1540处返回车辆A的行程预报，并且在步骤1545处返回第一潜在同伴B₁的行程预报。比较出预报的共同路段，1550处示出。如果存在足够的共同路段，对定时标准进行核查。如果定时标准也指示潜在的编队同伴，那么，对于其中仅包含单一级别的车辆(比如长途卡车)的一些实施例，车辆B₁将会被添加到车辆A的潜在同伴列表中。在由***管理不同级别的车辆的一些替代实施例中，在步骤1560处进行进一步的核查来确定车辆是否为同一等级。将会领会，核查等级的步骤可以以任意顺序来进行。此外，在一些实施例中，根据预定的标准对车辆A和车辆B₁的队列的成本-收益进行评估，如步骤1565处所示。然后，符合每一个所施加的测试的潜在同伴在步骤1570处被添加到潜在同伴的列表，然后前进到步骤1575。

如果潜在配对就步骤1550至1565所应用的程度而言未能符合这些步骤中任一项的可接受标准，则图15B的过程前进到步骤1575，在步骤1575处，***进行核查以确定仍有其他潜在同伴需要被评估。如果是，则过程针对下一个潜在同伴循环到步骤1545。如果不存在更多的潜在同伴，过程在步骤1580处终止。

接下来参照图16A-图16E，提供了公路段的可视表征来辅助理解一对车辆的可编队路段的识别以及可编队路线的产生。具体而言，图16A示出拆分成段的路段1600，在这种情况下，路段由各种里程标志来确定，比如137.1、196.4、233.1和255.6。然后，如图16B中所示，已知不适于编队的更小路段1605和1610(比如1605处表示的下坡道和1610处表示的施工区域)覆盖在该路段1600上。因此，路段1600除了路段1605和1610之外都是可编队的。

接下来，车辆A的行程预报被应用到路段1600。如图16C中所示，车辆A将在该路段上从里程标志137.1行进到里程标志274.4，在1615处表示。类似地，车辆B的行程预报示出其将在该路段上从标志123.6行进到255.8，示出在图16D中并在1620处表示。通过用被识别为可编队的路段覆盖车辆A和B的行程预报，可以看到，如图16中所示，车辆A和B的可编队路线1625为从标志137.1到标志255.8，除了1605和1610处表示的下坡和施工区域之外。

用于编队的车辆的选择可以在数学上进行表示。例如，对于图16A-16E的路段，下面描述图16E中示出的结果，假设里程标数值集代表在图示路段上的每个卡车的行程：

A＝[137.1,274.4]

B＝[123.6,255.8]

计算共有的公路行程段23：

A∩B＝[137.1,255.8]

假设图示道路的可编队路段的里程标数值集：

P＝[0,148.7]∪[151.3,231.4]∪[234.5,354.2]

计算可编队的共有公路行程段23：

A∩B∩P＝[137.1,148.7]∪[151.3,231.4]∪[234.5,255.8]

如果A∩B为空，那么两个卡车不共有路线。

如果A∩B∩P为空，那么任意共有路线都不可编队。

A∩B∩P的总长度代表形成队列的最大结果，即，共有路线的可编队里程的数量。

集表示还形成创建当前队列机会的可搜索数据库的基础，其中，在实施例中，数据库中的每条记录至少包含：

公路名称，例如“N I-35W”(方向，***，号码，可选描述符)

开始和结束的里程标数值

最小开始和最大结束的预期时间戳(粗略的可能性过滤)

卡车标识符，有效时间……

在确定是否形成队列时，对于驾驶者、车队操作者或其他***操作者而言，评估形成队列的成本收益也都是有价值的。因此，参照图17A，可以理解评估队列的成本-收益的一些特性。如以上所提及的，首先是引领卡车牺牲的目的地抵达时间。另一个是每个车辆以要求的速度在要求的时间段内运行以形成队列的能力以及一旦队列已经形成维持队列的耐力。这导致对剩余编队潜能的评估，并且在实施例中可以被表达为相对于可编队路段的距离。

在一些方面，编队的决定可以被视为驾驶者之间的“契约”(并且在许多实施例中由NOC授权)。该契约基本上调动每个车辆在特定时间维持特定的速度，以实现链接以及维持队列。这可以从图17B中得到领会，其中汇合引导向每个驾驶员建议维持何种速度来在特定的距离和时间实现链接。然而，当情况对于任一车辆发生改变时，该契约可以被废弃，并且修订后的汇合评估超过距离阈值或时间限制中的任一者。

此外，使卡车车队的编队效益最大化可以意味着对于特定卡车对选择并非最佳的编队同伴。对于车队中的四个卡车，指定为A、B、C和D，存在三种可能的配对。这可以在数学上表示为

A-B/C-D，A-C/B-D和A-D/B-C

其中len()代表总收益函数，配对组合可以表示为：

len(A∩B∩P)>l_en(A∩C∩P)和len(A∩B∩P)>len(B∩D∩P)

len(A∩B∩P)+len(C∩D∩P)<len(A∩C∩P)+len(B∩D∩P)

可以看到，对于len()的至少一些定义，对于特定车辆或车辆对产生最大收益的配对组合与对于所有车辆产生最大组合收益的配对并不相同。因此，在一些实施例中，可以在NOC层面而非通过单独的车辆来对配对执行选择。这种配对可以轻易包括以上结合图11B所讨论的一个或更多个因素，包括距离、时间、服务小时数等。

接下来参照图18，可以更好地领会收集关于特定卡车以及车队整体的运行的数据的实施例。向中央服务器或车载***1810提供各种测量数据1800A-n(包括车辆速度、燃料消耗、历史数据、制动信息、档位信息、驾驶者传感器、间隙信息、天气和斜坡，仅为一些示例)。服务器或其他处理器1810计算对度量(包括每加仑英里数、驾驶者效率、节省、链接时间、链接可用性以及若干变化)的选择。由此选出的度量可以显示给驾驶者1820或车队管理者1830，或者可以用来提供驾驶者激励1840。可以经由HMI接口向驾驶者显示各种数据，比如，驾驶者所获得的每英里节省。

总之，本发明提供用于车辆监测和编队的装置、***和方法，在一些实施例中包括用于半自动车辆护航的各种功能。这种***的优点包括以安全、高效、方便的方式紧密跟随在一起的能力以及改善的燃料经济性、更好的车队管理。

尽管已经依照若干实施例描述了本发明，但是存在落入本发明范围内的变化、修改、排列和替代等同。鉴于实施本发明的方法和设备的许多替代方式，意图将以下所附的权利要求书解释为包括所有落入本发明的真实范围内的这样的变化、修改、排列和替代等同。

Claims (6)

1.一种车辆监测和控制***，其配置为控制多个车辆的至少加速度和制动，其中，至少一个跟随车辆以基本线性的布置跟随在引领车辆之后，所述车辆监测和控制***包括：

至少一个电子控制单元，其包括用于控制至少引领车辆的至少加速度和制动的处理器，

多个传感器，其用于检测跟随车辆的前部相对于引领车辆的后部的相对位置，所述多个传感器包括相机、GPS、雷达、激光检测和测距装置中的至少两个，

至少一个致动器，其用于增大或减小加速度和制动，和

编队定向器，其响应于来自所述多个传感器的信号而运行，以指引至少一个电子控制单元来调整所述至少一个致动器。

2.一种车辆监测和控制***，其配置为控制多个车辆的至少加速度和制动，其中，至少一个跟随车辆跟随在引领车辆之后，所述车辆监测和控制***包括：

远程服务器，其用于选择引领车辆和至少一个跟随车辆的配对，所述远程服务器配置为将配对信息通信到至少引领车辆，

引领车辆中的至少一个电子控制单元，其包括用于输出控制信号的处理器，所述控制信号代表对于至少所述引领车辆所期望的加速度和制动，

引领车辆上的接收器，其配置为从所述远程服务器接收所述配对信息，

多个传感器，其用于检测跟随车辆的前部相对于引领车辆的后部的相对位置，所述多个传感器包括相机、GPS接收器、雷达、激光检测和测距装置中的至少一个，并且生成代表相对位置的输出，

至少一个致动器，其响应于所述控制信号以使得至少所述引领车辆根据所述控制信号来加速或制动，和

控制程序，其能够响应于接收自所述远程服务器的所述配对信号和所述多个传感器而在所述至少一个电子控制单元上运行，以使得所述至少一个电子控制单元根据所述配对信号和所述代表相对位置的输出中的至少一个来输出控制信号。

3.一种用于管理多个车辆的方法，所述多个车辆配置为使至少一个跟随车辆在道路上保持位于引领车辆之后的位置，所述方法包括以下步骤：

感测每个跟随车辆的运行状况，其中所述运行状况包括位置、车轮速度、发动机温度、惯性测量、制动压力、转向、估计质量和踏板位置中的多个，

将所感测到的每个跟随车辆的运行状况中的至少一部分通信到处理器，

在所述处理器中根据所感测到的所述至少一个跟随车辆的运行状况来确定所述引领车辆与所述至少一个跟随车辆之间的可接受间隔，和

致动节气门、变速杆、离合器、制动器或转向器中的至少一个来使得所述至少一个跟随车辆保持所述引领车辆与所述至少一个跟随车辆之间的安全间隔。

4.一种用于向远程服务器注册车辆以管理车辆路线和配对的方法，包括以下步骤：

在处理器中注册车辆配置，

在所述处理器中启动队列授权***程序，

在处理器中处理当前的车辆事件数据，

从远程服务器接收定期的配置更新或状态消息，

向所述远程服务器提供针对于所注册的车辆的状态和事件数据，和

重复所述处理、接收和提供的步骤，以使得能够至少部分地基于所述车辆状态和事件数据来管理车辆路线和配对。

5.一种用于产生行程预报以进行车辆配对的方法，包括以下步骤：

在处理器中接收针对第一车辆的位置信息，

确定针对所述第一车辆的路线信息在与所述处理器相关联的存储器中是否可得以及，如果是，则返回所述路线信息，

如果在所述存储器中没有针对所述第一车辆的路线信息可得，则在处理器中基于储存在存储器中的一组已知的可获得路线来确定针对所述第一车辆的路线信息，

在处理器中将所述第一车辆的位置与所述路线信息相比较，

至少部分地基于所述位置和路线信息连同预期的速度来确定所述第一车辆到达路线上的指定路径点的最大和最小时间，

生成针对所述第一车辆的行程预报，和

将针对所述第一车辆的所述行程预报通信到远程处理器，以识别适合与所述第一车辆配对的其他车辆。

6.一种用于识别潜在队列同伴的方法，包括以下步骤：

从与处理器相关联的存储器返回针对第一车辆的行程预报，

从与处理器相关联的存储器返回针对至少第二车辆的行程预报，

将所述第一车辆与至少第二车辆的行程预报进行比较来识别与所述第一车辆和至少第二车辆的行程预报共有的物理路段，

在处理器中从所述第一车辆和至少第二车辆的行程预报来确定所述第一车辆和至少第二车辆是否会以对于时间标准可接受的时间抵达路径点，和

在处理器中从所述行程预报来确定所述第一车辆和所述至少第二车辆是否处于可兼容的车辆班组中。