CN103592903B - 一种汽车智能驾驶测试数据远程监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种汽车智能驾驶测试数据远程监测系统及方法属于汽车领域。系统包括“车载数据监视系统”和“测试组监测中心”、“本部监测中心”三部分；其中车载数据监视系统安装在被测汽车上，通过GPRS公网数据传输模式和基于COFDM调制的点对点数据传输模式将测试汽车的数据发送到“本部监测中心”和“测试组监测中心”；测试组监测中心包括以工控机、3G网卡和无线图像传输接收设备，负责接受车载数据监视系统发送的视频和音频数据、汽车的基本信息和控制命令信息；本部监测中心通过GPRS接收汽车的基本信息和控制命令信息。本发明是用在智能汽车的改造上，汽车的控制命令信息和汽车信息（车速等）都要实时的通过GPRS传送到近端的测试组平台和远端的本部监测中心。

Description

一种汽车智能驾驶测试数据远程监测方法及系统

技术领域

本发明属于汽车领域。

背景技术：

智能汽车是指一辆汽车具有规划自己的行车路线、感知周围环境、针对实时交通情况做出合理决策、并辅助甚至代替驾驶员进行车辆驾驶的能力，从而减小驾驶员的劳动强度，使车辆行驶过程变得更加安全、舒适和高效。世界上主要汽车工业国家对智能车的开发与生产非常重视，每年都有大额专项资金用于研发智能车，国内的各高校和企业在近年内也纷纷开展了汽车智能驾驶的研究工作。在进行汽车智能驾驶的改造过程中，需要对原来的汽车的转向系统、加速系统和制动系统进行智能化改造，并安装大量的雷达和图像传感器。改造后的汽车在多台工控机和多种智能传感器的基础上，实现自主行驶。整个智能驾驶的改造是一个漫长的过程，信息感知系统、决策系统、汽车执行系统之间需要非常完美的配合才能完成整个智能驾驶的过程。在汽车改造和测试过程中，要对多个控制器发给执行机构的命令和汽车本身的状态信息进行实时记录和分析，但测试汽车改装后空间狭窄，并且随车测试具有一定的危险性，测试人员不可能都在汽车上进行工作。所以本发明提出一种汽车智能驾驶测试数据远程监控方法及系统，通过两种无线方式将测试车辆状态和控制命令以及车前向的图像数据发送给测试组监测中心和本部监测中心进行存储和分析。现有的专利和产品还没有类似的产品出现，相接近发明专利包括：

1）专利名：汽车数据采集发送服务装置-实用新型

申请号：200920087771.3

申请/专利权人：武汉英泰斯特电子技术有限公司

特点：汽车数据采集发送服务装置,包括传感器、ECU、GPRS天线、汽车数据发送器和管理服务平台,汽车数据发送器上包括CAN数据通信接口、GPS接口和GPRS天线接口,汽车数据发送器中的CAN总线控制器采用SJA1000控制器,CAN通信接口采用PCA82C250接口;各部分之间的关系为:传感器和ECU连接汽车数据发送器的CAN数据通信接口,GPS接口接收卫星的GPS数据,GPRS天线连接汽车数据发送器的GPRS天线接口,GPRS天线将发送器中的数据无线发送给管理服务平台,并获取管理服务平台的命令。该装置测试数据种类齐全,服务平台管理功能强,极大地提高了测试效率。

特点与不足：

实用新型专利用CAN总线采集汽车数据通过GPRS发送给远端的管理平台。此实用新型专利与要申请的发明专利的最大区别在于这个实用新型专利只采集汽车的基本信息（传感器和ECU）来传递，而要申请的发明专利除了采集上述信息外还要传输汽车的实时图像信息到远端平台，而且本发明是用在智能汽车的改造上，汽车的控制命令信息（包括自主制动命令、自主转向控制命令、自主加速命令）都要实时的通过GPRS传送到近端的测试组平台（1km以内）和远端的本部监测中心。

2）专利名：汽车行驶记录器-发明专利

申请号：200610066027.6

申请/专利权人：小杉忠嗣

特点：一种汽车行驶记录器,适于使用监视摄像机(1F、1R)连续拍摄汽车周边场景的图像,如果异常状态检测传感器输出指示出现了异常行驶状态的检测信号,在该异常行驶状态的时间前后,将场景的图像数据连同和该行驶状态相关的附加信息作为行驶记录数据记录到记录存储器中。汽车行驶记录器包括:磁性传感器(2F、2R),用作适于检测汽车周边区域的磁场的异常状态检测传感器;接近车辆检测单元(26),用于通过检测该磁性传感器输出的检测信号的信号电平中大于预定变化率的变化,来检测异常接近车辆;帧率切换单元(23),用于如果检测到了异常接近车辆,将在记录存储器(15)中记录图像数据的帧率从通常的低帧率切换为高帧率,并在预定时间内保持该高帧率。

特点与不足：

上述发明专利主要利用监视摄像机在汽车本地记录和监测汽车周边区域的图像信号。而要申请的发明专利除了采集汽车的实时图像信息无线发送到远端平台，而且本发明是用在智能汽车的改造上，汽车的控制命令信息（包括自主制动命令、自主转向控制命令、自主加速命令）和汽车信息（车速等）都要实时的通过GPRS传送到近端的测试组平台（1km以内）和远端的本部监测中心。

发明内容

本发明提出一种汽车智能驾驶测试数据远程监控方法及系统，通过多种无线方式将测试车辆状态和控制命令以及车前向的图像数据发送给测试组监测中心和本部监测中心进行存储和分析。

一种汽车智能驾驶测试数据远程监测系统，其特征在于：系统包括“车载数据监视系统”和“测试组监测中心”、“本部监测中心”三部分；其中车载数据监视系统安装在被测汽车上，通过GPRS公网数据传输模式和基于COFDM调制的点对点数据传输模式将测试汽车的数据发送到“本部监测中心”和“测试组监测中心”；

车载数据监视系统包括该工控机，在工控机上安装的双路独立CAN卡，一路CAN卡连接汽车的CAN总线控制器，获取汽车包括车速、档位、剩余油量、故障状态、控制状态的基本信息；另一路CAN卡连接主动转向及主动制动控制器，两路CAN卡连接不同的CAN总线，物理上隔离；工控机通过串口连接GPRS模块，汽车前向摄像机通过无线图像传输发送设备向测试组监测中心发送视频和音频数据，

测试组监测中心在测试汽车的1km范围内，包括以工控机、3G网卡和无线图像传输接收设备，负责接受车载数据监视系统发送的视频和音频数据、汽车的基本信息和控制命令信息；控制命令信息包括自动转向角度、自动换档信息、自动加速百分比、制动命令；

本部监测中心在任何接入移动网络的地方，包括以工控机、测试软件和3G网卡，通过GPRS接收汽车的基本信息和控制命令信息。

应用所述一种汽车智能驾驶测试数据远程监测系统的方法，其特征在于：

工控机每200ms发送查询命令，得到汽车基本信息，同时每200ms发送控制命令给汽车CAN总线控制器和自动转向及制动控制器，发出最新的自动转向和加速、换挡以及制动的控制命令；同时工控机将以上基本信息和控制命令加时间戳后，形成独立的数据帧发送到工控机串口相连的GPRS模块，通过移动公网将以上数据帧发送出去，由测试组监测中心和本部监测中心接收；汽车前向摄像机通过无线图像传输发送设备向测试组监测中心发送视频和音频数据；

通过GPRS模块发送数据的周期有两个原则:

1)如果没有新的数据更新或者新的控制命令产生，系统2s发送一次数据给远端的测试组监测中心和本部监测中心；

2)如果有新的数据或者控制命令，系统200ms发送一次数据给远端的测试组监测中心和本部监测中心。

应用所述一种汽车智能驾驶测试数据远程监测系统的进行故障查找的方法，其特征在于：

当发现智能汽车行驶错误后，停止汽车行驶、开始错误定位，确定错误发生时间；根据时间，查找通过GPRS发送来的数据和命令；根据当时图像数据和汽车状态列出正确的控制指令表；确定是环境感知系统的错误、决策系统的错误、控制系统的错误或者汽车自动执行机构。

附图说明

图1系统结构

图2车载数据监视系统

图3车载数据监视系统发送端软件界面

图4测试组监测中心

图5GPRS服务器端接收软件界面

图6本部监测中心

图7智能汽车控制整体结构

图8控制流程示例

图9系统控制命令传输方法

图10改进后的错误查找流程

具体实施方式

本发明包括3个部分：

（1）车载数据监视系统

安装在改装好的智能汽车上，以嵌入式系统为核心，利用CAN总线模块从汽车OBD诊断口的CAN总线网络读取汽车的基本信息（车速、温度等）和外加工控机的控制命令信息（如主动转向命令、制动命令等），并通过GPRS模块发送到测试组监测中心、本部监测中心的软件进行数据保存和处理。同时利用独立的便携式无线图像传输发送设备将汽车前向图像发送到测试组监测中心保存和处理。

（2）测试组监测中心

测试组检测中心在测试汽车的1km范围内，包括以工控机为核心，包括测试软件和3G网卡和便携式无线图像传输接收设备，负责接受车载数据监视系统发送的图像数据和汽车的基本信息控制命令信息

（3）本部监测中心

本部监测中心可以在任何接入移动网络的地方，包括以工控机为核心，包括测试软件和3G网卡，通过GPRS接收汽车的基本信息和控制命令信息

系统的整体结构框图如图1所示，系统分测试汽车中的“车载数据监视系统”和“测试组监测中心”、“本部监测中心”三部分。其中车载数据监视系统安装在被测汽车上，该系统以无风扇紧凑型工业控制计算机为核心，分别通过两种无线通道（GPRS公网数据传输和基于COFDM调制的点对点数据传输模式）将测试汽车的数据发送到远端的“测试组监测中心”和“本部监测中心”。

1）使用GPRS技术发送的数据包括：汽车的基本信息（当前时间、实时车速、汽车剩余油量/电量、汽车温度等）、智能驾驶控制信息（自动转向角度、自动换档信息、自动加速百分比、自动主制动命令等）。使用GPRS发送的数据的接收端包括测试组监测中心和本部监测中心

2）使用COFDM调制技术的点对点（便携式窄带标清无线图像实时传输系统）发送的数据包括：视频信号（汽车前向视频信号，采集与安装在被测汽车上的彩色摄像头）及语音信号（车内信号）。由于该系统的传输距离有限，故该信号只传输给“测试组监测中心”。

如图2所示为“车载数据监视系统”的结构框图，该系统以无风扇紧凑型工业控制计算机核心处理系统，在工控机上安装的双路独立CAN卡，一路CAN卡通过汽车OBD诊断口连接汽车的CAN总线，获取汽车的速度等基本信息。另一路CAN卡连接改装后汽车的主动转向和主动制动控制器（均为CAN接口）。两路CAN卡连接不同的CAN总线，物理上隔离。工控机通过两路CAN卡就可以得到改造后汽车运行的基本状态和控制命令。

具体内容如下：

表1系统记录的控制命令和汽车基本状态信息。

系统每200ms发送查询命令，得到汽车基本状态信息，同时每200ms发送控制命令给汽车CAN总线控制器和自动转向及制动控制器，发出最新的自动转向和加速、换挡以及制动的控制命令。同时系统将以上基本信息和控制命令加时间戳后，形成独立的数据帧发送到系统串口相连的GPRS模块，通过移动公网将以上数据发送出去，由测试组监测中心和本部监测中心接收。该数据帧的基本格式是：

表2通过GPRS传输的数据格式

为了压缩数据流量并同时兼顾数据的及时性和准确性，系统发送控制指令和查询汽车状态的周期为200ms，而系统通过GPRS发送数据的周期有两个原则:

1)如果没有新的数据更新或者新的控制命令产生，系统2s发送一次数据给远端的测试组监测中心和本部监测中心。

2)如果有新的数据或者控制命令，系统200ms发送一次数据给远端的测试组监测中心和本部监测中心。

图3为“车载数据监测系统”的软件界面，利用软件的图形化界面控制汽车的换档、加速（减速）、转向、制动（行车紧急制动）和信息读取已经GPRS的数据传输。

在“车载数据监视系统”中还有一套视频采集及传输系统，该系统的使用目的是利用改装汽车上的摄像头采集汽车自动行驶的基本情况（主要监视方向盘的实时状态和汽车自动行驶的路线），并利用无线方式将视频信号传输至“测试组监测中心”，使测试人员在监测汽车参数和控制命令的同时，能够实时远端观测汽车行驶情况。视频传输采用成熟的“便携式无线图像传输设备”，系统只占用2MHz频段带宽；采用当前领先的COFDM调制技术，可用于近距离有遮挡物非视距作业或空旷可视作业等无线视频、图像传输。视音频编码采用H.264/MPEG-2标准，清晰度达到DVD（720*576），具有画质清晰、色彩亮丽、图像流畅的特点。

在“车载数据监视系统”中采用彩色摄像头采集视频信号，并将AV数据线连接到“便携式无线图像传输设备”的发射机中，将视频信号实时发射出去，并由位于“测试组监测中心”的视频接受机接收。

“测试组监测中心”在测试的无人车辆的200m范围内，是现场测试的主要部分。其主要的结构图如图4所示，以工控机为主要的平台，包括一3G网卡组成的GPRS数据接收端和以“便携式无线图像传输设备-接收设备”为核心的视频信号接收端。该中心的主要任务是:

1)利用软件接收GPRS发送的汽车实施状态参数和控制命令，显示并保存，为现场数据分析和后期故障分析与改正打下基础。相应的软件界面如图5所示。

2)利用“便携式无线图像传输设备-接收设备”为接收测试汽车的实时视频信号，并利用USB采集卡在工控机上进行显示和保存。

“本部监测中心”可以在任何地理位置（只要连通GPRS信号），其结构如图6所示，本部测试是高层监控的重要手段，可以为不在测试现场的人员提供实时的测试数据。其以工控机为主要的平台，包括一3G网卡组成的GPRS数据接收端，该中心的主要任务是:利用软件接收GPRS发送的汽车实施状态参数和控制命令，显示并保存，为现场数据分析和后期故障分析与改正打下基础。相应的软件界面如图5所示。

建立本系统的目的为建立“一种智能汽车控制流程错误查找与定位的方法”。通过以上系统的建立，建立一种新的方法，能够快速和准确地发现在智能汽车控制流程中出现的错误种类和具体内容，为控制流程的完善提供有力支撑。智能汽车控制整体结构

智能汽车是在普通汽车的基础上加装环境感知系统（导航、雷达和摄像头等）、决策与控制系统（利用工控机等根据环境感知系统的数据进行控制决策和执行）和改装后的汽车（将转向、制动、加速、换挡系统改装为能利用工控机控制的自动系统）。图8所示为以摄像头为环境感知，发现前方障碍物，命令停车的自动驾驶控制流程。

智能汽车控制流程错误查找普通方法

智能汽车的加速、制动、转向、换挡等动作都是计算机（工控机）控制的结果，而智能汽车的正确行驶取决与以下系统的正确工作：

1）环境感知系统：如摄像头发现了前方的障碍物，并测试出其基本参数，发出报警信号。

2）决策系统：收到报警信号后，结合汽车的基本信息（速度、方向等），做出汽车控制决策（如制动）。

3）控制系统：接到决策系统的控制决策（如制动），转换成控制指令，发送给汽车的执行机构。

4）汽车自动执行机构：收到控制系统的命令，执行指令。

以上几个层次的正常工作是智能汽车正确行使的基本保障，但在智能汽车控制中，必不可少的要出现错误，测试者需要尽快的定位和查找错误出现的具体系统和愿意，为修改提供依据。但是在普通智能汽车中，环境感知系统、决策系统、控制系统、汽车自动执行机构通常是由多个工控机使用多种控制方法和控制接口来完成的，一旦出现错误，其定位和查找非常麻烦。例如图9所示，在一个智能汽车系统中，工控机1采用IEEE1394接口和摄像头相连，处理图像信息后，将结果通过网络（LAN）发送给工控机2（决策和控制）。工控机2根据工控机1的信息和工控机3传来的汽车状态信息（汽车速度等），网络（LAN）发出控制命令给工控机3。工控机3接到命令后解析为相应的控制指令通过CAN总线发送给各自动执行系统，各自动执行系统通过CAN总线接受到命令后开始动作。

如果在测试中，智能汽车没有按设定方式行驶，其错误发生的可能性较多，需要逐项的查找和定位错误。首先要确定是环境感知系统、决策系统、控制系统或者汽车自动执行机构的一处或者多处发生错误而造成智能汽车行驶错误。

1）环境感知系统的错误查找：环境感知系统（以摄像头为例）的错误查找要根据错误发生时期的图像信号和环境感知系统最终通过网络LAN发送给工控机2的环境感知结果数据来判断是否是该系统出现错误。由于该系统的图像信号没有保存功能，且发送给工控机2的环境感知结果数据也没有保存功能，错误的查找几乎不可能，要单独增加保存功能（包括时间戳）才有查找的可能。

2）决策系统的错误查找：决策系统的错误是在环境感知系统正确的结果数据基础上，本系统做出错误的判断命令，通过网络LAN发送给工控机3执行。该系统错误的查找也必须建立独立的判断命令保存功能，并且和环境感知系统要保持时间戳的一致性。查找的方法也只能是在本系统内部自检。

3）控制系统的错误查找：控制系统的错误是在决策系统正确的判断命令发出的基础上，由于本系统自身错误造成的。该系统错误的查找也必须建立独立的判断命令保存功能，并且和环境感知系统要保持时间戳的一致性。查找的方法也只能是在本系统内部自检。

4）汽车自动执行机构的错误查找：该系统的错误是在控制系统的正确指令下，由于本系统自身错误造成的。可能是机械故障，可能是电气故障或通信错误，故障的查找必须在各级自检，无法再现错误来进行检测。综上所述，现有的错误检测方法，不能快速定位错误的种类和发生位置，只能通过在各个系统中建立各自的数据保存功能在时候逐级分析，各自排除。对于多处故障和综合性故障很难排除，并且错误可查找也不能实时进行，不能远程进行，必须监测人员停止汽车测试，进入汽车，逐个取出各系统数据再进行分析和判断，效率较低。

使用本系统（方法后）智能汽车控制流程错误查找方法

在使用汽车智能驾驶测试数据远程监测系统后，故障的查找可以在汽车外的测试组监测中心进行。给监测中心可通过无线方式实时收到汽车的视频图像（带有时间戳）和通过GPRS方式收到统一的系统控制指令和汽车状态参数并保存。在发现智能汽车行驶错误，后测试人员可在汽车外的测试中心实时进行错误分析，快速定位和查找错误。其改进后的错误查找流程如图10所示。

以下以一个实例说明改进后的错误查找方法，其预设场景为智能汽车在测试行进过程中，摄像头发现前5米处有一个大的障碍物，正确的动作一个应该是汽车自动制动，而在测试中出现了两次错误动作，均没有制动，而撞到障碍物，通过该改进的查找方法发现两次错误由不同的原因造成。

1）第一次实验数据分析及错误查找

测试方法：测试组测试中心在距离智能汽车20米处汽车行驶状态并检测无线传输而来的图像数据和控制指令。测试组在汽车行进的道路上放置了大型障碍物，设定汽车以15公里/小时自动行驶，正常应该在距离障碍物5米时汽车自动制动。

测试结果：汽车正常行驶，没有按设想正常自动。

测试结果分析：测试组回放无线传输的图像，找到距离障碍物5米时的系统时间为2013年6月30日11点23分10.4秒。按照图10的查找流程查找时间戳为2013年6月30日11点23分10.4秒的汽车状态和控制命令如下表3所示：

表3测试组监测的汽车状态的命令

在上面表格的数据中，测试者可以分析各系统在统一的时间戳内的控制命令。根据表3分析，在2013年6月30日的11点23分10.4秒，汽车状态及控制命令如下：

A）汽车状态：E:0（汽车错误等级为0表示没有汽车自身错误），S:15（汽车当时速度为15公里/小时），P:D（汽车当时档位为D档）。以上表明汽车状态正常。

B）环境感知系统结果：R:BO-5（表示有一个大型障碍物在约5米处）。此项正常。

C）决策系统结果：D:BH（表明立刻采取制动制动），此项正常。

D）控制系统命令：C:EMO（表明紧急制动电机立刻制动）此项正常。

E）自动执行机构反馈：F:EMO（表明紧急制动电机已制动）此项正常。

分析上面的数据表格，汽车状态和控制命令都正确，而智能汽车没有自动制动，问题应出在自动制动系统的机械部分，进一步排查，发下是制动电机的钢丝断裂，造成错误。

2）第二次实验数据分析及错误查找传输而来的图像数据和控制指令。测试组在汽车行进的道路上放置了大型障碍物，设定汽车以15公里/小时自动行驶，正常应该在距离障碍物5米时汽车自动制动。

测试结果：汽车正常行驶，没有按设想正常自动。

测试结果分析：测试组回放无线传输的图像，找到距离障碍物5米时的系统时间为2013年5月22日10点11分50.2秒。按照图10的查找流程查找时间戳为2013年5月22日10点11分50.2秒秒的汽车状态和控制命令如下表所示：

表4测试组监测的汽车状态的命令

在上面表格的数据中，测试者可以分析各系统在统一的时间戳内的控制命令。根据表4分析，在2013年5月22日的10点11分50.2秒，汽车状态及控制命令如下：

A）汽车状态：E:0（汽车错误等级为0表示没有汽车自身错误），S:15（汽车当时速度为15公里/小时），P:D（汽车当时档位为D档）。以上表明汽车状态正常。

B）环境感知系统结果：R:BO-5（表示有一个大型障碍物在约5米处）。此项正常。

C）决策系统结果：D:MS（表明保持原速），此项出现问题。

D）控制系统命令：C:NULL，无相应指令发出，此项正常。

E）自动执行机构反馈：F:NULL无相应指令发出，此项正常。

分析上面的数据表格，汽车状态都正确，而控制命令中，决策系统的结果应该为D:BH（表明立刻采取制动制动），而现在为D:MS（表明保持原速），所以智能汽车没有自动制动，问题出在决策系统的判断上，问题找到。

Claims (2)

1.一种汽车智能驾驶测试数据远程监测方法，应用如下系统，该系统包括“车载数据监视系统”和“测试组监测中心”、“本部监测中心”三部分；其中车载数据监视系统安装在被测汽车上，通过GPRS公网数据传输模式将测试汽车的数据发送到“本部监测中心”；通过GPRS公网数据传输模式和基于COFDM调制的点对点数据传输模式将测试汽车的数据发送到“测试组监测中心”；

车载数据监视系统包括工控机，在工控机上安装的双路独立CAN卡，一路CAN卡连接汽车的CAN总线控制器，获取汽车包括车速、档位、剩余油量、故障状态、控制状态的基本信息；另一路CAN卡连接主动转向及主动制动控制器，两路CAN卡连接不同的CAN总线，物理上隔离；工控机通过串口连接GPRS模块，汽车前向摄像机通过无线图像传输发送设备向测试组监测中心发送视频和音频数据；

测试组监测中心在测试汽车的1km范围内，包括一工控机、3G网卡和无线图像传输接收设备，负责接受车载数据监视系统发送的视频和音频数据、汽车的基本信息和控制命令信息；控制命令信息包括自动转向角度、自动换档信息、自动加速百分比、制动命令；

本部监测中心在任何接入移动网络的地方，包括一工控机、测试软件和3G网卡，通过GPRS接收汽车的基本信息和控制命令信息；

其特征在于：

车载数据监视系统中的工控机每200ms发送查询命令，得到汽车基本信息，同时每200ms发送控制命令给汽车CAN总线控制器和自动转向及制动控制器，发出最新的自动转向和加速、换挡以及制动的控制命令；同时车载数据监视系统中的工控机将以上基本信息和控制命令加时间戳后，形成独立的数据帧发送到车载数据监视系统中的工控机串口相连的GPRS模块，通过移动公网将以上数据帧发送出去，由测试组监测中心和本部监测中心接收；汽车前向摄像机通过无线图像传输发送设备向测试组监测中心发送视频和音频数据；

通过GPRS模块发送数据的周期有两个原则:

1)如果没有新的数据更新或者新的控制命令产生，系统2s发送一次数据给远端的测试组监测中心和本部监测中心；

2)如果有新的数据或者控制命令，系统200ms发送一次数据给远端的测试组监测中心和本部监测中心。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

当发现智能汽车行驶错误后，停止汽车行驶、开始错误定位，确定错误发生时间；根据时间，查找通过GPRS发送来的数据和命令；根据当时图像数据和汽车状态列出正确的控制指令表；确定是环境感知系统的错误、决策系统的错误、控制系统的错误或者汽车自动执行机构的错误。