交通系统、车辆及其控制方法与流程

本发明涉及交通系统，特别是用于城市道路的交通系统、车辆及其控制方法。

背景技术：

随着城市人口以及城市交通流的增加，城市特别是大城市的交通问题普通成为焦点问题。路网不畅、设施不足、交通拥堵等问题越来越突出；行车难、停车难、交通秩序混乱等问题日益突显，对城市交通管理造成的冲击和压力越来越大。城市道路交通拥堵问题已成为制约经济发展、降低人民生活质量、削弱经济活力的瓶颈之一。交通拥堵导致车速降低，车速降低进而加剧交通拥堵，从而形成恶性循环。

交通拥堵的主要原因在于国民经济高速度发展、车辆高速度增长、城市高速度增长，也存在着城市道路交通设施少、轨道交通较少、交通安全设施不足、车辆发展与道路发展不协调、城市发展与交通供给不协调等客观原因，还有交通管理落后、道路使用者的不文明行为等人为原因。例如，车辆的随意变线以及驾驶员道路不熟悉，均可能导致短暂的交通秩序混乱，甚至导致交通拥堵和交通事故。

在现有的城市角度中，可以通过交通流量观测、交通信息显示屏诱导等方式帮助车主合理规划交通线路，从而减轻交通拥堵程度。然而，该方法与驾驶员自身的反应能力、信息获取能力和道德素质相关。驾驶员对信息的反馈滞后、不敏感及个别驾驶员的不合理的驾驶行为对交通状态的干扰等，仍然可能导致交通拥堵的发生。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供交通系统、车辆及其控制方法，实现车辆在行驶过程中的编组、连接和分离，以提高交通管理效率。

根据本发明的第一方面，提供一种交通系统，包括：主干道，用于组成编组队列的编组车辆的自动驾驶；支线道路，用于未编组车辆的人工驾驶；匝道，用于连接主干道和支线道路，其中，所述未编组车辆经由匝道进入主干道，在自动驾驶状态下进入编组队列，所述编组车辆在自动驾驶状态下离开编组队列，经由匝道进入支线道路，在编组队列中，多个编组车辆直接接触，或者保持小间距，使得彼此之间的距离大致恒定。

优选地，所述多个编组车辆利用电磁力彼此连接在一起。

优选地，所述匝道包括减速区和等候区，所述未编组车辆在减速区中调整车速，在等候区中等待合适的时机驶入主干道。

优选地，所述匝道包括进入匝道和离开匝道，分别用于引导车辆进入主干道和离开主干道。

优选地，所述匝道与所述主干道和所述支线道路的夹角设置为车辆在进入匝道和离开匝道时的转弯角度小于60度，从而保证车辆进出主干道和支线道路顺畅。

优选地，还包括设置在匝道入口处的第一指示装置，以及设置在匝道出口处的第二指示装置，第一指示装置用于指示入口位置，第二指示装置用于指示车辆控制权的转交。

优选地，第二指示装置用于指示车辆控制权的转交开始或完成。

优选地，所述未编组车辆和所述编组车辆在匝道或主干道的行驶期间进行车辆控制权的转交。

根据本发明的第二方面，提供一种车辆，包括：定位装置，用于获得车辆的地理定位数据；测距模块，用于测量该车辆与周围车辆之间的距离，以获得距离数据；通信模块，用于与交通管理中心进行数据通信；自动驾驶系统，用于控制车辆的方向和速度；以及车辆控制器，用于根据距离数据和地理定位数据产生执行信号，从而控制自动驾驶系统的动作，其中，所述车辆控制器根据交通管理中心提供的数据控制产生指令，使得车辆在自动驾驶状态下进入或离开编组队列。

优选地，还包括：车体，用于提供车辆外壳和车内空间；以及电磁装置，安装在车体的前端和后端，其中，所述电磁装置在车辆控制器的控制下产生电磁力，用于编组队列中的多个车辆之间的彼此连接。

根据本发明的第三方面，提供一种车辆控制方法，包括：人工驾驶车辆在支线道路上行驶；从选择的匝道进入主干道；从人工驾驶状态转为自动驾驶状态；获得交通管理中心分配的编组队列；采用并线方式进入编组队列；在编组车辆即将到达目的时离开编组队列；从自动驾驶状态转为人工驾驶状态；以及从选择的匝道返回支线道路。

优选地，在编组队列中，多个编组车辆直接接触，或者保持小间距，使得彼此之间的距离大致恒定。

优选地，在主干道的行驶期间，从人工驾驶状态转为自动驾驶状态，和/或从自动驾驶状态转为人工驾驶状态。

优选地，在匝道的行驶期间，从人工驾驶状态转为自动驾驶状态，和/或从自动驾驶状态转为人工驾驶状态。

优选地，还包括，在车辆控制器的控制下产生电磁力，用于编组队列中的多个车辆之间的彼此连接。

优选地，还包括：在进入编组队列之后，利用电磁装置产生的电磁力实现编组队列中的多个车辆之间的彼此连接；以及在离开编组队列时，解除电磁装置产生的电磁力，使得所述车辆与相邻车辆之间分离。

优选地，还包括：获得地理定位数据；测量该车辆与周围车辆之间的距离，以获得距离数据；根据距离数据和地理定位数据产生执行信号，从而控制自动驾驶状态下的车辆动作。

本发明提供的交通系统，通过交通管理中心对主干道内行驶的车辆进行编组，并由交通管理中心对车辆进行控制，从而避免车辆的任意并线，使得主干道内的车辆能够快速有序的行驶。并且能够避免人为操作失误引起的交通事故，或不文明驾驶引起的交通拥堵或交通事故等，充分利用了城市道路有限的道路资源。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本发明实施例的交通系统示意图；

图2示出根据本发明实施例的车辆结构示意图；

图3示出根据本发明实施例的车辆控制系统框图；

图4示出根据本发明实施例的车辆控制方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

本发明主要应用于城市道路的交通系统，主要目的在于充分利用城市道路的有限道路资源，以避免不文明驾驶等人为因素造成的交通拥堵甚至交通事故等。

如图1所示，本发明提供的交通系统100包括主干道101、支线道路102和匝道103，所述主干道101与支线道路102之间通过所述匝道103连接。在图中示出的箭头指示车辆行驶的方向。

在该交通系统的道路体系中，主干道101用于已编组车辆的自动驾驶，支线道路102用于未编组车辆的人工驾驶，匝道103用于引导未编组车辆进入主干道101，以及用于引导已编组车辆离开主干道101。在经由匝道103进入主干道101之后，车辆在自身的定位设备和连接设备的控制下，与编组队列201中的已有车辆连接，从而进入编组队列201。在车辆接近目的地时，已编组车辆经由匝道103离开主干道101。

在主干道101中，可以行驶多个编组队列201和多个等待进入其中的待编组车辆210。优选地，在每个编组队列201中，多个车辆210的目的地大致相同或接近，从而减少车辆210进入和离开编组队列201的次数。在每个编组队列201中，多个车辆210可以直接接触，或者仅保持小间距，彼此之间的距离大致恒定。该小间距例如为20厘米至1米范围内。优选地，在每个编组队列201中，多个车辆210的车辆性能大致接近，从而可以减少车辆之间的碰撞，以及维持编组队列201的稳定性以及车辆210自身运行的可靠性。

该匝道103可以包括减速区和等候区。当所述车辆210以较快的速度进入所述匝道103后，在所述减速区内可调整到合适的速度。当所述主干道101或支线道路102中行驶的车辆210较多时，所述匝道103内的车辆210可在所述等候区内等待合适的时机驶出所述匝道103。

根据匝道103的作用，可以将其区分为进入匝道和离开匝道，分别用于引导车辆进入主干道101，以及引导车辆离开主干道101。为进入匝道在入口处延伸的方向，与支线道路102相应位置的车辆行进方向成小于60度的角度，在出口处延伸的方向，与主干道101相应位置的车辆行进方向成大于120度的角度。离开匝道在入口处延伸的方向，与主干道101相应位置的车辆行进方向成小于60度的角度，在出口处延伸的方向，与支线道路102相应位置的车辆行进方向成大于120度的角度。该方向使得车辆210在进入匝道和离开匝道时的转弯角度小于60度，从而保证车辆进出主干道和支线道路顺畅。

在优选的实施例中，匝道103在入口处和出口处分别设置第一指示装置111和第二指示装置112。第一指示装置111和第二指示装置112用于为车辆210提供道路信息，例如包括用于指示入口位置的显示屏。优选地，第一指示装置111和第二指示装置112还具有定位功能，例如安装红外模块或其他能够使车辆210实现准确定位功能的模块，弥补所述车辆210仅利用卫星定位造成定位不够准确的不足。第一指示装置111和第二指示装置112能够使所述车辆210精确、顺利的进入所述匝道103。

在该实施例中，车辆210在进入主干道101时进行控制权的转交。第二指示装置112在所述车辆210离开所述匝道103时提示控制权的转交开始，并且在主干道的行驶期间完成控制权的转交，然后并线进入编组队列201。

在优选的实施例中，车辆210在匝道103行驶期间进行控制权的转交。第一指示装置111在所述车辆210进入所述匝道103时提示控制权的转交开始，第二指示装置112在所述车辆210离开所述匝道103时验证控制权的转交完成，使得所述车辆210在自动驾驶和人工驾驶状态之间安全地进行切换。

如图2所示，所述车辆210包括车体211和设置在车体211的前后两端的测距模块212。车体211用于提供车辆外壳和车内空间。例如，测距模块212是选自雷达模块、激光测距模块、红外测距模块和光学图像测距模块中的至少一种。测距模块212与卫星定位装置相比，可以提供高实时性和准确性的距离信息。车辆210根据距离信息进行自动控制，从而可以并线进入和离开编组队列201。在进入编组队列201之后，根据距离信息保持车辆之间的恒定距离。优选地，所述车辆210还可以包括设置在车体211的前后两端的电磁装置213，从而利用电磁力将编组队列201中的相邻车辆彼此连接和固定。

如图3所示，所述车辆210的车辆控制系统220不仅包括上述的测距模块212和电磁装置213，还包括车辆控制器221、定位装置222、自动驾驶系统223、通信模块224。定位装置222例如是地理信息定位系统(GPS)，用于获得车辆的地理定位数据。自动驾驶系统223例如包括方向控制装置、油门控制装置和刹车控制装置。车辆控制器221例如是车载计算机，用于处理传感器获得的距离数据和地理定位数据，并且产生执行信号，用于控制电磁装置213和自动驾驶系统223的动作。通信模块224例如是支持无线蜂窝网络协议的移动通信设备，用于与驾驶员和交通管理中心进行数据通信，以发送和接收数据及指令。

在该实施例中，车辆控制器221可以在自动驾驶状态和人工驾驶状态之间切换。在人工驾驶状态下，驾驶员控制车辆的方向盘、油门和刹车等，并且车辆控制器221停止向电磁装置213和自动驾驶系统223发送执行信号。在自动驾驶状态下，车辆控制器221获得车辆的控制权，车辆控制器221向电磁装置213和自动驾驶系统223发送执行信号，根据地理定位数据和距离数据控制车辆的油门和方向，从而完成车辆并线进入和离开编组队列，并且在编组队列中维持相邻车辆之间的距离大致恒定。

如图4所示，根据本发明的车辆控制方法，利用交通管理中心、道路引导系统和车辆自动驾驶功能三者的组合，实现车辆在行驶过程中的编组、连接和分离。

在步骤S01中，在驾驶车辆210出发前，驾驶员通过手机软件或者车辆控制系统220设定目的地，并将车辆标识数据以及目的地数据传送至交通管理中心。

在步骤S02中，驾驶员启动车辆210，车辆210在人工驾驶状态下在支线道路102行驶。在匝道103的入口处，第一指示装置111指示入口位置。车辆210的定位装置222可以提供其地理位置信息，用于规划行驶路线，使得驾驶员可以提前规划选择进入的匝道。

在步骤S03中，驾驶员将车辆210驶入选择的匝道103中。车辆210在匝道103中可以调整到合适的速度，以及等候合适的时机驶出以进入主干道101。在匝道103的出口处，第二指示装置112提示控制权的转交开始。

在步骤S04中，车辆210在主干道的行驶期间完成控制权的转交，从而从人工驾驶状态转为自动驾驶状态。在自动驾驶状态下，车辆控制器221获得车辆的控制权，车辆控制器221向电磁装置213和自动驾驶系统223发送执行信号，根据地理定位数据和距离数据控制车辆的油门和方向。

在步骤S05中，车辆210将车辆状态数据传送至交通管理中心，以请求指定编组队列。该车辆状态数据包括自动驾驶状态数据和车辆性能数据等。例如，在主干道101上，编组队列以较高的速度行驶在高优先级的车道上，待编组车辆以较低的速度行驶在低优先级的车道上。交通管理中心接收主干道101上行驶的全部待编组车辆和编组队列的信息。

在步骤S06中，交通管理中心为待编组车辆分配编组队列。根据待编组车辆的目的地数据和车辆性能数据，选择从后方即将到达的目的地数据和车辆性能数据最为接近的编组队列，分配给待编组车辆。如上所述，编组队列中的多个车辆的目的地大致相同或接近，可以减少车辆进入和离开编组队列的次数。编组队列中的多个车辆的车速大致相同，并且彼此保持大致恒定的间距。

在步骤S07中，在指定编组队列到达时，待编组车辆从低优级的车道向高优先级的车道并线，然后进入编组队列。例如，待编组车辆跟随编组队列中最后一个车辆，并且连接至其尾部。在替代的实施例中，待编组车辆领先编组队列中第一个车辆，并且连接至其头部。

在进入编组队列的过程中，待编组车辆利用自身的测距模块测量与周围车辆之间的距离。待编组车辆的车辆控制系统根据距离信息进行自动控制，从而可以并线进入编组队列。在进入编组队列之后，编组车辆的车辆控制系统根据距离信息保持车辆之间的恒定距离。

编组队列中的多个车辆可以直接接触，或者仅保持小间距，彼此之间的距离大致恒定。在优选的实施例中，在进入编组队列之后，编组车辆的车辆控制系统启动电磁装置，产生电磁力。利用电磁力将编组队列中的相邻车辆彼此连接和固定。

在步骤S08中，在编组车辆即将到达目的时，交通管理中心指示选定车辆离开编组队列。在编组车辆利用电磁力彼此连接的情形下，位于选定车辆前端和后端的编组车辆解除对选定车辆的电磁力。选定车辆从高优级的车道向低优先级的车道并线，从而离开编组队列。编组队列中由于选定车辆离开形成的空缺，可以通过后续车辆短暂加速行驶而填补，从而仍然维持完整的编组队列。

在步骤S09中，车辆在主干道的行驶期间完成控制权的转交，从而从自动驾驶状态转为人工驾驶状态。驾驶员控制车辆的方向盘、油门和刹车等，并且车辆控制器停止向电磁和自动驾驶系统发送执行信号。

在步骤S10中，驾驶员将车辆驶入选择的匝道中。车辆在匝道中可以调整到合适的速度，然后进入支线道路。

本发明提供的车辆控制方法，通过交通管理中心对主干道内行驶的车辆进行编组，并由交通管理中心对车辆进行控制，从而避免车辆的任意变线，使得主干道内的车辆能够快速有序的行驶。并且能够避免人为操作失误引起的交通事故，或不文明驾驶引起的交通拥堵或交通事故等，充分利用了城市道路有限的道路资源。

在上述的实施例中，描述了在主干道中进行车辆控制权的切换。并且利用不同优先级的车辆的并线加入或离开编组队列。在替代的实施例中，在匝道中进行车辆控制权的切换，在匝道的出口验证车辆控制权的状态，仅仅允许自动驾驶状态的车辆进入主干道。也即，在主干道上行驶的所有车辆都处于自动驾驶状态，从而可以提高主干道上行驶的车辆的安全性。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。