一种车辆编队方法及系统与流程

1.本发明涉及车辆通信技术领域，尤其涉及一种车辆编队方法及系统。


背景技术：

2.目前，在实际的交通环境中，车辆编队一般是静态编队，从开始行驶到结束，车队成员保持固定不变，而且静态编队更侧重于自动驾驶的效果展示，无法灵活应对多变的实际交通环境，而车队中车辆的行驶多由驾驶员各自自行判断，没有一个统一的调度者。由于在车辆行驶中，没有一个统一的调度者，各车辆的驾驶员的驾驶行为都影响到同行的其他车辆，从而增大了引发交通阻塞以及交通事故的风险。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种车辆编队方法及系统，其能有效避免车辆编队导致的交通阻塞问题，提高车辆行驶的安全性。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种车辆编队方法，包括：
5.车载设备根据所在车辆的当前位置和目标位置，生成编队请求，并将所述编队请求发送到路侧设备；
6.所述路侧设备将所述编队请求转发到边缘服务器；
7.根据接收到的所述编队请求，所述边缘服务器对符合预设的组队条件的车辆进行编队，生成编队信息；其中，所述组队条件包括车辆的目标位置相同；
8.所述边缘服务器通过所述路侧设备将所述编队信息广播给当前编队的车辆的车载设备；
9.当前编队的车辆根据接收到编队信息进行编队行驶。
10.作为上述方案的改进，所述当前编队的车辆根据接收到编队信息进行编队行驶，包括：
11.当前编队的任一车辆判断自身是否符合预设的领头条件；其中，所述领头条件包括车辆前方道路的设定范围内没有障碍物且车辆位于当前编队的最前方；
12.若当前编队的任一车辆符合所述领头条件时，以符合所述领头条件的车辆为首车，其他车辆跟随行驶。
13.作为上述方案的改进，所述若当前编队的任一车辆符合所述领头条件时，以符合所述领头条件的车辆为首车，其他车辆跟随行驶之后，还包括：
14.当前编队的所有车辆初始化为跟随车；
15.当任一所述跟随车满足预设的候选条件时，将任一所述跟随车设置为候选车；其中，所述候选条件包括所述跟随车的倒计时器计时结束；
16.所述候选车向所述跟随车发起投票请求；
17.所述跟随车向接收到的第一个投票请求对应的候选车投票；
18.当所述候选车接收到的投票数量超过第一阈值时，将所述候选车设置为领航车；
其中，所述第一阈值等于当前编队的车辆数量的一半；
19.当所述候选车接收到的投票数量未超过所述第一阈值时，重设所述候选车的倒计时器，等待下一所述候选车发起投票请求。
20.作为上述方案的改进，所述跟随车的倒计时器的计时随机设置。
21.作为上述方案的改进，所述方法还包括：
22.当当前编队的领航车处于离线状态时，当前编队的跟随车重新进行投票选举，以重新确定领航车。
23.作为上述方案的改进，所述方法还包括：
24.所述领航车定时向所述跟随车发送心跳信息；
25.当所述跟随车在其倒计时器的计时段内未接收到所述心跳信息时，确定所述领航车处于离线状态；
26.当所述跟随车在其倒计时器的计时段内接收到所述心跳信息时，重新设置所述跟随车的倒计时器的计时。
27.作为上述方案的改进，所述方法还包括：
28.所述领航车将当前生成的日志同步消息发送到所述跟随车；其中，所述日志同步消息包括任期值、索引值以及日志信息；当任一所述候选车发起投票请求时，所述任期值加1；
29.所述跟随车将接收到的日志同步消息与本地存储的日志同步消息中进行一致性检查；
30.若接收到的日志同步消息与本地存储的日志同步消息中的任期值、索引值均一致，则所述跟随车将接收到的日志信息同步到本地存储；
31.若接收到的日志同步消息与本地存储的日志同步消息中的任期值或索引值不一致，则所述跟随车拒绝同步接收到的日志信息，所述领航车将前一条日志信息发送给所述跟随车直至所述跟随车通过日志信息的一致性检查。
32.作为上述方案的改进，所述方法还包括：
33.当当前编队的领航车离队时，将当前编队中具有最新日志信息的跟随车辆设置为领航车。
34.作为上述方案的改进，所述方法还包括：
35.当所述领航车接收到任一所述跟随车发送的离队请求时，所述领航车更新编队信息，并将更新后的编队信息同步到当前编队的跟随车和所述边缘服务器。
36.第二方面，本发明实施例提供了一种车辆编队系统，包括：安装在车辆上的车载设备、路侧设备以及边缘服务器；
37.所述车载设备，用于根据所在车辆的当前位置和目标位置，生成编队请求，并将所述编队请求发送到所述路侧设备；
38.所述路侧设备，用于将所述编队请求转发到所述边缘服务器；
39.所述边缘服务器，用于根据接收到的所述编队请求，对符合预设的组队条件的车辆进行编队，生成编队信息；其中，所述组队条件包括车辆的目标位置相同；
40.所述边缘服务器，用于通过所述路侧设备将所述编队信息广播给当前编队的车辆的车载设备，以使得当前编队的车辆根据接收到编队信息进行编队行驶。
41.相对于现有技术，本发明实施例的有有益效果在于：所述车辆编队方法，包括：车载设备根据所在车辆的当前位置和目标位置，生成编队请求，并将所述编队请求发送到路侧设备；所述路侧设备将所述编队请求转发到边缘服务器；根据接收到的所述编队请求，所述边缘服务器对符合预设的组队条件的车辆进行编队，生成编队信息；其中，所述组队条件包括车辆的目标位置相同；所述边缘服务器通过所述路侧设备将所述编队信息广播给当前编队的车辆的车载设备，以使得当前编队的车辆根据接收到编队信息进行编队行驶。本发明通过边缘服务器对车辆进行统一调度编队，其能有效避免车辆编队导致的交通阻塞问题，提高车辆行驶的安全性。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1是本发明提供的一种车辆编队方法的流程图；
44.图2是本发明提供的一种车辆编队系统的示意框图。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.请参阅图1，其是本发明实施例提供的的一种车辆编队方法的流程图。所述车辆编队方法，包括：
47.s1：车载设备根据所在车辆的当前位置和目标位置，生成编队请求，并将所述编队请求发送到路侧设备；
48.示例性的，所述车载设备包括obu(on board unit)车载单元以及与obu车载单元通讯连接的移动端app，所述移动端app可以安装在车载触控显示屏、手机、平板电脑的app，用于提供人车交互接口以及显示rsu(road side unit)路侧设备下发的消息。用户通过移动端app或者车辆的自动驾驶模块向相应的obu车载单元发送组队请求，所述obu车载单元响应于接收到的组队请求，将所在车辆的当前位置和目标位置等信息打包成编队请求发送给rsu路侧设备。
49.s2：所述路侧设备将所述编队请求转发到边缘服务器；
50.所述路侧设备作为v2x系统的信息转发中心，辅助车载设备与mec(multi
‑
access edge computing)边缘服务器之间的信息交互。
51.s3：根据接收到的所述编队请求，所述边缘服务器对符合预设的组队条件的车辆进行编队，生成编队信息；其中，所述组队条件包括车辆的目标位置相同；
52.s4：所述边缘服务器通过所述路侧设备将所述编队信息广播给当前编队的车辆的车载设备；
53.s5：当前编队的车辆根据接收到编队信息进行编队行驶。
54.示例性的，所述车载设备将当前位置到目标位置的路程分割成多段短路程，并将每段短的终点位置作为新增的目标位置一同发送给所述边缘服务器。所述边缘服务器将目标位置相同的车辆标记为同一编队成员，从而使得在每段短路程上均可实编队，由边缘服务器统一进行各短路程的编队调度，可以灵活应对多变的交通环境，同时有效避免车辆编队导致的交通阻塞问题，提高车辆行驶的安全性。
55.在一种可选的实施例中，所述当前编队的车辆根据接收到编队信息进行编队行驶，包括：
56.当前编队的任一车辆判断自身是否符合预设的领头条件；其中，所述领头条件包括车辆前方道路的设定范围内没有障碍物且车辆位于当前编队的最前方；
57.若当前编队的任一车辆符合所述领头条件时，以符合所述领头条件的车辆为首车，其他车辆跟随行驶。
58.示例性的，当车辆接收到所述边缘服务器发送的编队信息时，先进行跟车行驶，具体的跟车流程如下：当前编队的车辆a定时向其他车辆广播自身的当前位置，并检测自身前方道路的设定范围内没有障碍物；若没有，则进一步根据当前编队的各车辆的当前位置，判断车辆a是否位于当前编队的最前方；若是，则将车辆a作为首车，其他车辆靠近首车，并跟随首车行驶，此时初步组队完成。其中，当前编队的其他车辆的行驶状态根据所述首车的行驶状态进行相应调整，以使得当前编队的车辆保持相对稳定的行驶状态。
59.在一种可选的实施例中，所述若当前编队的任一车辆符合所述领头条件时，以符合所述领头条件的车辆为首车，其他车辆跟随行驶之后，还包括：
60.当前编队的所有车辆初始化为跟随车；
61.当任一所述跟随车满足预设的候选条件时，将任一所述跟随车设置为候选车；其中，所述候选条件包括所述跟随车的倒计时器计时结束；
62.所述候选车向所述跟随车发起投票请求；
63.所述跟随车向接收到的第一个投票请求对应的候选车投票；
64.当所述候选车接收到的投票数量超过第一阈值时，将所述候选车设置为领航车；其中，所述第一阈值等于当前编队的车辆数量的一半；
65.当所述候选车接收到的投票数量未超过所述第一阈值时，重设所述候选车的倒计时器，等待下一所述候选车发起投票请求。
66.示例性的，当初步跟车组队成功后，当前编队的车辆采用raft共识算法进行投票选举以确定跟随车和领航车，具体流程如下：
67.各车辆跟车行驶后，当前编队的各车辆初始化为跟随车，并各自维护一个倒计时器；
68.进一步的，所述跟随车的倒计时器的计时随机设置。其中，倒计时器的时间设置在20ms
‑
80ms之间。由于各车辆倒计时随机设置，从而可以避免多车同时发起投票选举，选举失败后又同时完成倒计时再发起选举的死循环情况。
69.率先完成倒计时的跟随车变更为候选车，并向其他跟随车发起投票请求；同时raft网络的任期值加1；
70.接收到投票请求的跟随车，在设定时间段内，只向接收到的第一个投票请求的后选车返回投票，对于后续接收到的投票请求不进行投票。
71.所述候选车统计自身接收到的投票数量，当所述候选车接收到的投票数量超过当前编队的车辆数量的一半时，将所述候选车设置为领航车；否则，选举失败，重设该候选车的倒计时器，raft网络中下一跟随车倒计时结束时，重新发起投票请求，raft网络的任期值加1，并重复上述投票选举流程直至选举成功，确定出领航车。
72.在本发明实施例中，当前编队的车辆应用raft共识算法进行投票选举以确定跟随车和领航车，能灵活应对由于各种原因需要车队成员中途离队的情况以及非车队成员中途入队的情况，提高实际行驶过程车辆编队的灵活性。
73.在一种可选的实施例中，所述方法还包括：
74.当当前编队的领航车处于离线状态时，当前编队的跟随车重新进行投票选举，以重新确定领航车。
75.进一步的，所述方法还包括：
76.所述领航车定时向所述跟随车发送心跳信息；
77.当所述跟随车在其倒计时器的计时段内未接收到所述心跳信息时，确定所述领航车处于离线状态；
78.当所述跟随车在其倒计时器的计时段内接收到所述心跳信息时，重新设置所述跟随车的倒计时器的计时。
79.在本发明实施例中，成功选举出领航车后，领航车持续向跟随车发送心跳信息以通知跟随车其在线。当某跟随车在其维持的倒计时完成前仍未收到领航车发送的心跳信息，则说明领航车已离线，需要重新开始投票选举流程，同时该跟随车重置倒计时。通过监测心跳信息，可以及时监测当前编队领航车的变化，避免编队长时间无领航的情况。
80.在一种可选的实施例中，所述方法还包括：
81.所述领航车将当前生成的日志同步消息发送到所述跟随车；其中，所述日志同步消息包括任期值、索引值以及日志信息；当任一所述候选车发起投票请求时，所述任期值加1；
82.所述跟随车将接收到的日志同步消息与本地存储的日志同步消息中进行一致性检查；
83.若接收到的日志同步消息与本地存储的日志同步消息中的任期值、索引值均一致，则所述跟随车将接收到的日志信息同步到本地存储；
84.若接收到的日志同步消息与本地存储的日志同步消息中的任期值或索引值不一致，则所述跟随车拒绝同步接收到的日志信息，所述领航车将前一条日志信息发送给所述跟随车直至所述跟随车通过日志信息的一致性检查。
85.进一步的，所述方法还包括：
86.当当前编队的领航车离队时，将当前编队中具有最新日志信息的跟随车辆设置为领航车。
87.进一步的，所述方法还包括：
88.当所述领航车接收到任一所述跟随车发送的离队请求时，所述领航车更新编队信息，并将更新后的编队信息同步到当前编队的跟随车和所述边缘服务器。
89.在本发明实施例中，领航车将来自v2x系统(包括边缘服务器、路侧设备以及自身车载设备)和首车的信息处理成日志信息，所述信息包括编队信息、位置信息等；并将该日
志信息同步到各跟随车。日志信息存储内容包括任期值，索引值，新日志信息的数据内容。日志信息新旧判断：任期值越大，日志信息越新；任期值相同时，索引值越大，日志信息越新。
90.跟随车收到日志同步消息后进行一致性检查，根据日志信息中的任期值和索引值，如果在自己的日志库中没有找到对应的日志信息，则意味着自己的日志库和领航车的日志库不一致，判断日志异常，拒绝日志同步消息。
91.当领航车发送的日志同步消息同步被拒绝后，会发送日志库中前一条日志信息的日志同步消息(内容包含前一条日志信息、再前一条日志的任期值和索引值)，重复上述流程，直到日志同步消息被接受，此时意味跟随车在该位置以前的日志均与领航车一致，从该位置开始逐条往后同步领航车的日志信息。
92.日志同步举例说明：
93.下表表示领航车和跟随车的日志库情况
94.(x,y)表示(任期值,索引值)
95.领航车(1,1)(1,2)(2,1)(2,2)(3,1)跟随车1(1,1)(1,2)(2,1)(2,2) 跟随车2(1,1)(1,2)(2,1)
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96.领航车发送日志同步消息(2，2，日志信息(3，1))：
97.跟随车1收到后，在自己的日志库中能查找到日志信息(2，2)，存储日志信息(3，1)，返回成功；
98.跟随车2收到后，在自己的日志库中不能查找到日志信息(2，2)，返回拒绝消息；领航车收到跟随车2的拒绝消息后，发送新的日志同步消息(2，1，日志信息(2，2))，跟随车1收到后，在自己的日志库中能查找到日志信息(2，1)，存储日志信息(2，2)，返回成功；领航车再次发送日志同步消息(2，2，日志信息(3,1))给跟随车。
99.当领航车离队时，由编队中具有最新日志信息的车辆接替成为领航车，并将最新日志信息同步到各跟随车和mec。当跟随车离队时，向领航车发送离队信息，由领航车进行车队信息的更新并同步到各跟随车和边缘服务器。
100.相对于现有技术，本发明的有益效果在于：将raft共识算法应用在车辆编队的领航车选举和车队日志同步，车队中每个成员在满足条件时可随时接替领航车的工作，优化了实际行驶过程车辆编队的灵活性；同时可以显著地改善交通阻塞的问题，提高车辆行驶的安全性，灵活应对复杂多变的交通环境以及由于各种原因需要车队成员中途离队的情况以及非车队成员中途入队的情况。
101.请参阅图2，本发明第二实施例提供了一种车辆编队系统，包括：安装在车辆上的车载设备1、路侧设备2以及边缘服务器3；
102.所述车载设备1，用于根据所在车辆10的当前位置和目标位置，生成编队请求，并将所述编队请求发送到所述路侧设备2；
103.所述路侧设备3，用于将所述编队请求转发到所述边缘服务器3；
104.所述边缘服务器3，用于根据接收到的所述编队请求，对符合预设的组队条件的车辆进行编队，生成编队信息；其中，所述组队条件包括车辆的目标位置相同；
105.所述边缘服务器3，用于通过所述路侧设备2将所述编队信息广播给当前编队的车
辆的车载设备1，以使得当前编队的车辆根据接收到编队信息进行编队行驶。
106.在一种可选的实施例中，当前编队的各车辆用于执行如下操作：
107.当前编队的任一车辆判断自身是否符合预设的领头条件；其中，所述领头条件包括车辆前方道路的设定范围内没有障碍物且车辆位于当前编队的最前方；
108.若当前编队的任一车辆符合所述领头条件时，以符合所述领头条件的车辆为首车，其他车辆跟随行驶。
109.进一步的，所述若当前编队的任一车辆符合所述领头条件时，以符合所述领头条件的车辆为首车，其他车辆跟随行驶之后，
110.当前编队的所有车辆初始化为跟随车；
111.当任一所述跟随车满足预设的候选条件时，将任一所述跟随车设置为候选车；其中，所述候选条件包括所述跟随车的倒计时器计时结束；
112.所述候选车向所述跟随车发起投票请求；
113.所述跟随车向接收到的第一个投票请求对应的候选车投票；
114.当所述候选车接收到的投票数量超过第一阈值时，将所述候选车设置为领航车；其中，所述第一阈值等于当前编队的车辆数量的一半；
115.当所述候选车接收到的投票数量未超过所述第一阈值时，重设所述候选车的倒计时器，等待下一所述候选车发起投票请求。
116.进一步的，所述跟随车的倒计时器的计时随机设置。
117.进一步的，当当前编队的领航车处于离线状态时，当前编队的跟随车重新进行投票选举，以重新确定领航车。
118.在一种可选的施例中，当前编队的各车辆用于执行如下操作：
119.所述领航车定时向所述跟随车发送心跳信息；
120.当所述跟随车在其倒计时器的计时段内未接收到所述心跳信息时，确定所述领航车处于离线状态；
121.当所述跟随车在其倒计时器的计时段内接收到所述心跳信息时，重新设置所述跟随车的倒计时器的计时。
122.进一步的，所述领航车将当前生成的日志同步消息发送到所述跟随车；其中，所述日志同步消息包括任期值、索引值以及日志信息；当任一所述候选车发起投票请求时，所述任期值加1；
123.所述跟随车将接收到的日志同步消息与本地存储的日志同步消息中进行一致性检查；
124.若接收到的日志同步消息与本地存储的日志同步消息中的任期值、索引值均一致，则所述跟随车将接收到的日志信息同步到本地存储；
125.若接收到的日志同步消息与本地存储的日志同步消息中的任期值或索引值不一致，则所述跟随车拒绝同步接收到的日志信息，所述领航车将前一条日志信息发送给所述跟随车直至所述跟随车通过日志信息的一致性检查。
126.进一步的，当当前编队的领航车离队时，将当前编队中具有最新日志信息的跟随车辆设置为领航车。
127.进一步的，当所述领航车接收到任一所述跟随车发送的离队请求时，所述领航车
更新编队信息，并将更新后的编队信息同步到当前编队的跟随车和所述边缘服务器。
128.需要说明的是，本发明实施例的工作原理和实现的技术效果与第一实施例相同，在此不再赘述。
129.需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
130.以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。