CN109739157A - 基于4g网络通信的远程驾驶系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于4G网络通信的远程驾驶系统及方法，包括分模拟器部分和车载终端两大部分；模拟器部分包括方向盘及油门制动脚踏板，通过串口与控制室主机连接，模拟真实驾驶并采集控制信号；车载终端部分采用STM32单片机，引出PA9、PA10两根GPIO引脚作为串口一，通过USB与车辆的工控机连接；引出PA2、PA3两根GPIO引脚作为串口二，与4G模块相连；当远程驾驶舱里的模拟器产生了控制信号，将信号通过串口传入至STM32单片机，通过云端转发至4G模块，再通过串口二传输至单片机中，以CAN协议格式控制数据通过串口一传输至工控机中控制车辆行驶。本发明技术要求适中，4G信号覆盖范围广，开发成本较低。

Description

基于4G网络通信的远程驾驶系统及方法

技术领域

本发明涉及远程驾驶系统，更具体的涉及基于4G网络通信的远程驾驶系统及方法。

背景技术

自动驾驶汽车又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车、或轮式移动机器人，是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。

通讯模块有着三种传输模式：缓冲传输模式(Buffer Access Mode)、透明传输模式(Transparent Access Mode)、直接推出模式(Direct Push Mode)，由于Buffer AccessMode中，通讯模块在接收到新数据之后不会主动上传，需要Host使用AT指令查询，实时性大打折扣，无法达到预期要求；而在Transparent Access Mode中，一旦连接建立，对通讯模块发送AT指令会被默认成需要发送的数据，且连接断开没有信号，故无法检测连接状态，保证稳定的连接。综上，采用Direct Push Mode直接推出模式。

TCP/IP是一个网络通信模型，以及一整个网络传输协议家族，为互联网的基础通信架构。TCP/IP常被通称为TCP/IP协议族，简称TCP/IP。TCP/IP协议中，Tcp协议在传输层，ip协议在网际层。TCP/IP协议是用来提供点对点的链接机制，将数据应该如何封装、定址、传输、路由以及在目的地如何接收，都加以标准化。它将软件通信过程抽象化为四个抽象层，采取协议堆栈的方式，分别实现出不同通信协议。

TCP(传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。IP协议是互联网协议地址，缩写为IP地址，是分配给用户上网使用的网际协议的设备的数字标签。常见的IP地址分为IPv4与IPv6两大类。

百度的Apollo，Google的waymo.利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。

华为5G远程驾驶.在远程驾驶舱内，通过操控一套驾驶硬件，包括与汽车同样的座椅、方向盘等，经过5G网络传输，实时将指令送达至实体汽车控制台，执行操作并达到远程驾驶的效果。

A、B技术方案虽然都能很好的实现无人驾驶，但是A方案从硬件层面，需要多个传感器，开发成本很高，从软件层面，开发算法的复杂度很高，技术人才的技能要求较高。B方案采用第五代移动通信网络，5G技术尚在研究过程，距离商用还有一段时间，5G信号覆盖不全，发展基础设施需要较高的成本。

发明内容

1、发明目的。

本发明提出了一种基于4G网络通信的远程驾驶系统及方法，可以解决5G信号覆盖不全的区域。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明提出了一种基于4G网络通信的远程驾驶系统，包括分模拟器部分和车载终端两大部分；

模拟器部分包括方向盘及油门制动脚踏板，通过串口与控制室主机连接，用以模拟真实驾驶并采集控制信号；

车载终端部分采用STM32单片机，引出PA9、PA10两根GPIO引脚作为串口一，通过USB与车辆的工控机连接；引出PA2、PA3两根GPIO引脚作为串口二，与4G模块相连；

当远程驾驶舱里的模拟器产生了控制信号，将信号通过串口传入至STM32单片机，通过云端转发至4G模块，再通过串口二传输至单片机中，处理成CAN协议格式控制数据通过串口一传输至工控机中，工控机与车辆CAN总线连接将控制信号发送至总线中控制车辆行驶。

更进一步，控制信号的处理分为远程Host端，Server端与车载终端三部分进行，

方向盘直连模拟器，踏板通过头部连接到模拟器，它与真实车辆的基本驾驶信息一致，模拟器通过USB 2.0连接到主机，其中模拟器数据在远程Host端处理；通过建立Socket实现Host端和Server端的通信，Server端和车载终端的通信，进行模拟信号的交换；

Host端用于模拟器的相关配置及初始化、提供数据传输接口，Server端负责数据传输，车载终端负责接收模拟器的驾驶信号；

1)模拟器信号的输入：从应用程序提供的TCP端口进行数据读取，该数据

可作为信号处理的源数据；

2)信号处理：读取到数据经过处理函数映射成远程驾驶汽车的控制协议；

3)TCP client端：从相应的TCP server端口读取处理后的数据。

更进一步，方向盘采用罗技G29方向盘，方向盘(最大旋转角度为900度)。

本发明提出了一种基于4G网络通信的远程驾驶方法，远程驾驶舱里的模拟器产生了控制信号，将信号通过串口传入至STM32单片机，通过云端转发至4G模块，再通过串口二传输至单片机中，处理成CAN协议格式控制数据通过串口一传输至工控机中，工控机与车辆CAN总线连接将控制信号发送至总线中控制车辆行驶；

对车辆控制指令由13byte构成，其中第0byte和第12byte分别为包头和包尾，其余字节为有效的控制信号；

第4byte为speed value，即车辆速度控制，此速度为期望速度，车速会逐渐增加或减少到期望速度，且实际车辆能够开动的速度为6km/h；

第5byte为stop value，即刹车液压值，范围为0～110，且压力为110时车轮迅速抱死；

第6byte为dir flag，即转向控制标志，按位来分(0～7bit)，第3bit为左右转向控制，左转为0，右转为1；第4、5bit为档位控制，前进为01，后退为10，空档为00；第6、7bit为制动控制，不制动为00，驻车制动为01，行车制动为10；

第7、8byte为steerangle，即转向角，转向角为16位数据，协议范围800～1600，转角水平为800，比800小为右，大为左；

第9byte为转向角速度，范围为0～180，用以控制方向盘转向速度；

第10byte作为保留位或校验位；

第11byte为安全位，若为0则无论什么指令，车辆均会执行；若为1则只有当vcc返回数据车才能受控。

更进一步，控制信号的处理分为远程Host端，Server端与车载终端三部分进行：

方向盘直连模拟器，踏板通过头部连接到模拟器，它与真实车辆的基本驾驶信息一致，模拟器通过USB 2.0连接到主机，其中模拟器数据在远程Host端处理；通过建立Socket实现Host端和Server端的通信，Server端和车载终端的通信，进行模拟信号的交换；

Host端用于模拟器的相关配置及初始化、提供数据传输接口，Server端负责数据传输，车载终端负责接收模拟器的驾驶信号；模拟器信号的输入：从应用程序提供的TCP端口进行数据读取，该数据可作为信号处理的源数据；

1)信号处理：读取到数据经过处理函数映射成远程驾驶汽车的控制协议；

2)TCP client端：从相应的TCP server端口读取处理后的数据。

3、本发明所产生的技术效果。

(1)本发明具有广阔的实际应用前景，适用于危险区域、恶劣环境等人员无法达到的区域，潜在市场广阔，可带来巨大的经济与社会效益。

(2)本发明技术要求适中，4G信号覆盖范围广，开发成本较低。

(3)本发明极大减少在道路运输上花费的人力物力。

附图说明

图1为本发明系统框架图。

图2为模拟器数据的提取流程图。

图3为远程驾驶下行链路数据流框图。

具体实施方式

实施例

本发明的结构图如图1所示，基于4G网络通信的远程驾驶硬件构成主要分模拟器部分和车载终端两大部分，模拟器部分采用罗技G29方向盘及油门制动脚踏板，通过串口与控制室主机连接，用以模拟真实驾驶并采集到相关控制信号。

车载终端部分采用STM32单片机，一侧引出PA9、PA10两根GPIO引脚作为串口一，转USB与车辆的工控机连接；另一侧引出PA2、PA3两根GPIO引脚作为串口二，与4G模块相连。当远程驾驶舱里的模拟器产生了控制信号，将信号通过串口传入至主机，通过云端转发至4G模块，再通过串口二传输至单片机中，处理成CAN协议格式控制数据通过串口一传输至工控机中，工控机与车辆CAN总线连接将控制信号发送至总线中控制车辆行驶。

本发明的控制协议如下表所示

表1控制协议格式

本系统采用如表1所示控制协议。在本作品中，对车辆控制指令由13byte(0～12)构成，其中第0byte和第12byte分别为包头和包尾，其余字节为有效的控制信号。

第4byte为speed value，即车辆速度控制，此速度为期望速度，车速会逐渐增加或减少到期望速度，且实际车辆能够开动的速度为6km/h。

第5byte为stop value，即刹车液压值，范围为0～110，且压力为110时车轮迅速抱死。

第6byte为dir flag，即转向控制标志，按位来分(0～7bit)，第3bit为左右转向控制，左转为0，右转为1；第4、5bit为档位控制，前进为01，后退为10，空档为00；第6、7bit为制动控制，不制动为00，驻车制动为01，行车制动为10。

第7、8byte为steerangle，即转向角，转向角为16位数据，协议范围800～1600，转角水平为800，比800小为右，大为左(默认第6byte第3bit为0时，若为1则相反)。

第9byte为转向角速度，范围为0～180，用以控制方向盘转向速度。

第10byte作为保留位或校验位，暂无用途。

第11byte为安全位，若为0则无论什么指令，车辆均会执行；若为1则只有当vcc返回数据车才能受控。

远程中控室--模拟器数据的获取

远程中控室端主体采用多核服务器、配有Windows 10操作系统的主机以及罗技G29模拟器相结合的灵活设计架构，搭建远程驾驶中控室。

如图2所示，模拟器获取步骤：

1.连接模拟器至PC机；

2.检测设备的连接情况；

3.启动timer检测模拟器运动状态；

4.用结构体存储检测到的各个硬件的状态；

5.发送获取的控制协议到Server。

下行链路数据流的实现

系统中下行链路数据的发送，远程模拟器的信号处理分为远程Host端，Server端与车载终端三部分进行，方向盘(最大旋转角度为900度)直连模拟器，踏板(油门，制动器)通过DB-9(头部)连接到模拟器，它与真实车辆的基本驾驶信息一致，模拟器通过USB 2.0连接到主机，其中模拟器相关数据的处理集中在远程Host端实现。关于Host端和Server端的通信，Server端和车载终端的通信，通过建立Socket通信进行完成模拟信号的交换。

Host端主要负责模拟器的相关配置及初始化、提供数据传输接口，Server端负责数据透传等，车载终端负责接收模拟器的驾驶信号。其主要包含以下几个部分：

1)模拟器信号的流入：从应用程序提供的TCP端口进行数据读取，该数据可作为信号处理的源数据。

2)信号处理：读取到数据经过相关处理函数映射成远程驾驶汽车的控制协议。

3)TCP client端：从相应的TCP server端口读取处理后的数据。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于4G网络通信的远程驾驶系统，其特征在于：包括分模拟器部分和车载终端两大部分；

模拟器部分包括方向盘及油门制动脚踏板，通过串口与控制室主机连接，用以模拟真实驾驶并采集控制信号；

车载终端部分采用STM32单片机，引出PA9、PA10两根GPIO引脚作为串口一，通过USB与车辆的工控机连接；引出PA2、PA3两根GPIO引脚作为串口二，与4G模块相连；

当远程驾驶舱里的模拟器产生了控制信号，将信号通过串口传入至STM32单片机，通过云端转发至4G模块，再通过串口二传输至单片机中，处理成CAN协议格式控制数据通过串口一传输至工控机中，工控机与车辆CAN总线连接将控制信号发送至总线中控制车辆行驶。

2.根据权利要求1所述的基于4G网络通信的远程驾驶系统，其特征在于控制信号的处理分为远程Host端，Server端与车载终端三部分进行：

方向盘直连模拟器，踏板通过头部连接到模拟器，它与真实车辆的基本驾驶信息一致，模拟器通过USB 2.0连接到主机，其中模拟器数据在远程Host端处理；通过建立Socket实现Host端和Server端的通信，Server端和车载终端的通信，进行模拟信号的交换；

Host端用于模拟器的相关配置及初始化、提供数据传输接口，Server端负责数据传输，车载终端负责接收模拟器的驾驶信号；

1)模拟器信号的输入：从应用程序提供的TCP端口进行数据读取，该数据可作为信号处理的源数据；

2)信号处理：读取到数据经过处理函数映射成远程驾驶汽车的控制协议；

3)TCP client端：从相应的TCP server端口读取处理后的数据。

3.根据权利要求1所述的基于4G网络通信的远程驾驶系统，其特征在于：方向盘采用罗技G29方向盘，方向盘最大旋转角度为900度。

4.一种使用权利要求1所述的基于4G网络通信的远程驾驶方法，其特征在于：远程驾驶舱里的模拟器产生了控制信号，将信号通过串口传入至STM32单片机，通过云端转发至4G模块，再通过串口二传输至单片机中，处理成CAN协议格式控制数据通过串口一传输至工控机中，工控机与车辆CAN总线连接将控制信号发送至总线中控制车辆行驶；

对车辆控制指令由13byte构成，其中第0byte和第12byte分别为包头和包尾，其余字节为有效的控制信号；

第4byte为speed value，即车辆速度控制，此速度为期望速度，车速会逐渐增加或减少到期望速度，且实际车辆能够开动的速度为6km/h；

第5byte为stop value，即刹车液压值，范围为0～110，且压力为110时车轮迅速抱死；

第6byte为dir flag，即转向控制标志，按位来分(0～7bit)，第3bit为左右转向控制，左转为0，右转为1；第4、5bit为档位控制，前进为01，后退为10，空档为00；第6、7bit为制动控制，不制动为00，驻车制动为01，行车制动为10；

第7、8byte为steerangle，即转向角，转向角为16位数据，协议范围800～1600，转角水平为800，比800小为右，大为左；

第9byte为转向角速度，范围为0～180，用以控制方向盘转向速度；

第10byte作为保留位或校验位；

第11byte为安全位，若为0则无论什么指令，车辆均会执行；若为1则只有当vcc返回数据车才能受控。

5.根据权利要求1所述的基于4G网络通信的远程驾驶方法，其特征在于控制信号的处理分为远程Host端，Server端与车载终端三部分进行：

方向盘直连模拟器，踏板通过头部连接到模拟器，它与真实车辆的基本驾驶信息一致，模拟器通过USB 2.0连接到主机，其中模拟器数据在远程Host端处理；通过建立Socket实现Host端和Server端的通信，Server端和车载终端的通信，进行模拟信号的交换；

Host端用于模拟器的相关配置及初始化、提供数据传输接口，Server端负责数据传输，车载终端负责接收模拟器的驾驶信号；模拟器信号的输入：从应用程序提供的TCP端口进行数据读取，该数据可作为信号处理的源数据；

1)信号处理：读取到数据经过处理函数映射成远程驾驶汽车的控制协议；

2)TCP client端：从相应的TCP server端口读取处理后的数据。