CN109808611A - 基于北斗卫星定位系统和5g通讯的车辆控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆控制技术。本发明公开了一种基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，以低成本方式帮助低自动化水平自动驾驶车辆实现道路安全行驶。本发明的车辆控制装置包括：车载智能终端和车辆控制系统；所述车载智能终端由主控制器模块、通讯模块、定位模块、通讯协议转换模块构成；所述车辆控制系统，由整车控制器、车身稳定控制模块、辅助驾驶模块构成。本发明的有益效果是：远程监控中心的控制信号通过通讯协议转换模块实现车载智能终端到CAN总线的传递，最终由整车控制器来控制车辆的运行；并能够通过远程监控中心进行统一协调控制，有效提高了道路安全性，降低了交通事故发生率。

Description

基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及车辆控制技术，具体而言，涉及一种基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置。

背景技术

近年来，自动驾驶汽车飞速发展。现阶段谷歌、特斯拉等公司的无人驾驶技术已经发展到L3甚至更高的水平。在某些特定的驾驶交通环境下让驾驶员完全不用控制汽车，而且可以自动检测环境变化以判断是否返回驾驶员驾驶模式。

汽车自动化水平是由美国机动车工程师协会(SAE)定义的，其中包括6个等级，分别是Level 0(无自动化)：由人类驾驶者全权操作汽车，在行驶过程中可以得到警告和保护系统的辅助；Level 1(驾驶支援):通过驾驶环境对放线盘和加减速中的一项操作提供驾驶支援，对其他的驾驶动作都由人类驾驶员进行操作；Level 2(部分自动化)：通过驾驶环境对方向盘和加减速中的多项操作提供驾驶支援，其他的驾驶动作都由人类驾驶员进行操作；Level 3(有条件自动化)：由无人驾驶系统完成所有的驾驶操作，根据系统请求，人类驾驶者提供适当的应答；Level 4(高度自动化)：由无人驾驶系统完成所有的驾驶操作，根据系统请求，人类驾驶者不一定需要对所有的系统请求作出应答，限定道路和环境条件等；Level 5(完全自动化)：由无人驾驶系统完成所有的驾驶操作，人类驾驶者在可能的情况下接管。

现阶段要在所有的道路和环境条件下实现自动驾驶是非常困难的，尽管已经实现了L3级别的自动驾驶水平，但依然无法实现无人驾驶汽车的普及，同时，在人机智能化、传感器融合、车辆控制及车辆监管方面还存在问题。

要提升车辆的自动化水平，车载T-BOX(又称为车载智能终端)是必不可少的设备之一。

现有技术的T-BOX组成结构通常包括中央处理器、CAN总线模块、以太网接口芯片和4G通讯模块等。现有车载T-BOX主要用于和后台系统/手机APP通信，实现手机APP的车辆信息显示与控制。当用户通过手机端APP发送控制命令后，通过现有无线网络将监控请求指令到车载T-BOX，车辆在获取到控制命令后，通过CAN总线发送控制报文并实现对车辆的诸如远程启动车辆、打开空调、行车数据采集、4G热点分享等功能的控制，最后反馈操作结果到用户的手机APP上。

现有T-BOX不能协助远程监控中心和整车控制器对车辆的速度和转向进行控制，仅仅能做到收集车辆运行数据信息。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，以低成本方式帮助低自动化水平自动驾驶车辆实现道路安全行驶。

为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种1、基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，包括：车载智能终端和车辆控制系统；

所述车载智能终端，包括：主控制器模块、通讯模块、定位模块、通讯协议转换模块；

所述车辆控制系统，包括：整车控制器、车身稳定控制模块、辅助驾驶模块；

所述主控制器模块与通讯模块、定位模块和通讯协议转换模块连接，所述通讯协议转换模块与整车控制器连接，所述整车控制器与车身稳定控制模块和辅助驾驶模块连接；

所述通讯模块，用于与远程监控中心通信；

所述定位模块，用于接收定位信号进行车辆定位；

所述通讯协议转换模块，用于将远程监控中心控制命令，转换为整车控制器可以识别的控制命令，并通过传输线将控制命令传送给整车控制器对车辆进行控制；

所述车身稳定控制模块，与整车控制器连接，用于控制车辆状态；

所述车身稳定控制模块包括加速度控制模块、制动控制模块和转向力传递模块；

所述加速度控制模块、制动控制模块和转向力传递模块与整车控制器连接；

所述加速度控制模块，用于控制车辆加速度；

所述制动控制模块，用于车辆制动力的大小和分配控制；

所述转向力传递模块，用于控制车辆转弯角度和方向；

所述辅助驾驶模块，用于对车辆进行自动驾驶控制。

进一步的，所述加速度控制模块、制动控制模块和转向力传递模块通过CAN总线与整车控制器连接。

进一步的，所述制动控制模块具有防抱死功能，用于防止车辆刹车跑偏。

进一步的，所述车身稳定控制模块还包括循迹控制模块，用于防止车轮打滑。

进一步的，所述主控制器模块通过CAN总线与通讯模块、定位模块和通讯协议转换模块连接。

进一步的，所述通讯协议转换模块通过CAN总线与整车控制器连接。

进一步的，所述整车控制器通过CAN总线与车身稳定控制模块和辅助驾驶模块连接。

进一步的，所述通讯模块为5G通讯模块。

进一步的，所述定位模块为北斗卫星导航定位模块。

本发明的有益效果是：远程监控中心的控制信号通过通讯协议转换模块实现车载智能终端到CAN总线的传递，最终由整车控制器来控制车辆的运行；并能够通过远程监控中心进行统一协调控制，有效提高了道路安全性，降低了交通事故发生率。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例结构示意图。

图中：

1为车载智能终端；

2为车辆控制系统；

10为主控制器；

11为北斗卫星定位模块；

12为5G通讯模块；

13为通讯协议转换模块；

14为整车控制器；

15为辅助驾驶模块；

22为车身稳定控制模块；

221为加速度控制模块；

222为制动控制模块；

223为转向力传递模块；

224循迹控制模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。

采用先进的通讯技术和车载T-BOX实现车辆和远程监控中心的协同，利用道路行驶中车辆的车身信息(转向、仪表、动作)和动力系统信息(电机/发动机、变速箱)，分析车辆状态和驾驶行为，结合多车信息获取当前道路情况，来对车辆进行相应控制，是解决低成本、低自动化水平自动驾驶车辆实现道路安全行驶的有效途径。

正是基于上述构思本发明提出的基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，由车载智能终端(T-BOX)和车辆控制系统两部分构成。本发明的车载智能终端对现有技术的车载智能终端进行了深度改造，融入了高精度定位功能、先进的5G通讯功能和通讯协议转换功能，实现了车辆与控制中心的信息交互，以及车辆与车辆之间的信息交互。本发明中，车辆控制系统主要基于一些成熟的车辆控制技术和系统，如速度控制模块、制动控制模块和转向力传递模块等，通过接受车载智能终端的控制指令，实现对车辆的控制。

车载智能终端是车辆与远程监控中心进行通信联系和信息交互的枢纽，车辆控制系统是自动驾驶汽车的控制中枢和执行机构。当自动驾驶汽车在拥有远程监控中心的道路上运行时，远程监控中心通过T-BOX向驾驶员发出信号：是否介入本车纵向速度控制和转向控制。如果驾驶员选择是，那么，远程监控中心介入本车纵向速度控制与转向控制，同时定位模块接收卫星定位信息，对车辆进行定位并对确定当前车速，对车辆进行导航、车距确定、紧急情况救援，然后通过通讯模块将本车信息传送给远程监控中心。当本车纵向速度太慢或者与前车车距过短，远程监控中心将加速或者减速信息通过通讯网络传递给T-BOX，T-BOX的通讯协议转换模块将加速或者减速的控制信息传递给整车控制器，最后整车控制器控制加速度控制模块进行加速或者控制制动控制模块进行减速。当本车需要转向时，远程监控中心将转向信息通过通讯网络传递给T-BOX，T-BOX的通讯协议转换模块将转向的控制信息传递给整车控制器，最后整车控制器控制转向力传递模块对本车进行转向，车身稳定控制模块和高级辅助驾驶模块确保本车的稳定运行。

本发明这种带有车辆运动控制的新型车载T-BOX采用了先进的通信、网络和控制技术，实现了车与车，车与地之间的双向数据通讯，通过高精度的北斗系统可以对车辆定位(位置)、速度确定、导航、车距确定、紧急情况定位救援等。其中车与车之间采用短距离通信方式，车辆通过T-BOX以较高的频率，向路上其它车辆发送位置、车速、方向信息，车与地通信信道主要采用点式和连续式两种通信方式来实现T-BOX与基站的信息传输，同时，T-BOX深度读取汽车总线数据和私有协议，通过网络将数据传到云服务器，提供车况报告和行车报告，车到车的信息主要是汽车自身及周边环境的信息交互，汽车通过通讯网络经过车载网关将通信数据传输给T-BOX，T-BOX将信息进行解码，对不同车辆传输过来的数据交互处理，最后进行车载显示及车辆控制，同时将处理的数据进行反馈或传输给其它车辆的T-BOX，实现车辆间信息交互。同时，T-BOX以嵌入式片上系统为核心构建，嵌入式片上系统是整个系统的主控制器模块，系统采用分塔式层级结构，各模块独立性强，可组可分，可在不同车辆自动化等级下满足不同的行车需求。

实施例

本例基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，包括车载智能终端1和车辆控制系统2，如图1所示。

其中，车载智能终端1，包括：主控制器模块10、5G通讯模块12、北斗卫星定位模块11和通讯协议转换模块13。车辆控制系统2，包括：整车控制器20、车身稳定控制模块22和辅助驾驶模块21。

主控制器模块10分别通过CAN总线与5G通讯模块12、北斗卫星定位模块11和通讯协议转换模块13连接。

本例主控制器模块10采用STM32F103CBT6为主控+STM32F105RBT6双核处理的构架模式，具有技术成熟、软硬件完整成套等优点。

通讯协议转换模块13通过CAN总线与整车控制器20连接。

整车控制器20通过CAN总线与车身稳定控制模块22和辅助驾驶模块21连接。

本例整车控制器20采用单片机系统构成，也可以采用商用ECU(ElectronicControl Unit)或行车电脑构成。

5G通讯模块12，通过5G通讯网络与远程监控中心通信，接收控制指令和传输车辆状态信息。具有传输速度快，通信可靠的特点，非常适合运动车辆的控制。

北斗卫星定位模块11，用于接收北斗卫星的定位信号进行车辆定位。北斗卫星系统由我国自主发射和营运，具有定位精度高，使用可靠的优点。

本例北斗卫星定位模块11集成了RF射频芯片、基带芯片和核心CPU，通过接收北斗卫星定位信号，可以实现精确定位、测速等功能。

通讯协议转换模块13，内置电平标准转换、通信协议匹配以及控制模块，这样完成无线通信信号到CAN通信信号的相互转化。用于将远程监控中心控制命令，转换为整车控制器可以识别的控制命令，并通过传输线将控制命令传送给整车控制器对车辆进行控制。

其工作过程主要为：模块内部对接收的串口数据进行处理后提取出数据字节，通过增加帧结构信息、帧类型、字节长度和标识符等生成CAN报文格式，然后由CAN控制器的发送缓冲区发送出去。在CAN总线中断程序中，微处理器对接收的有效CAN报文进行解析，提取出字节长度和字节内容，通过增加数据头、数据尾和校验和转换为无线通信格式，通过无线通信网络完成数据传输。

参见图1，本例车身稳定控制模块22包括加速度控制模块221、制动控制模块222、转向力传递模223和循迹控制模块224。

身稳定控制模块22通过CAN总线与整车控制器20连接，接收控制指令用于控制车辆状态，并将车辆信息反馈到整车控制器20。

加速度控制模块221用于控制车辆加速度。

制动控制模块222用于车辆制动力的大小和分配控制。本例制动控制模块222具有防抱死功能，能够防止车辆刹车跑偏，提高车辆制动的稳定性和安全性。

转向力传递模块223用于控制车辆转弯角度和方向。

循迹控制模块224用于防止车轮打滑。

辅助驾驶模块21通过CAN总线与整车控制器20连接，用于对车辆进行自动驾驶控制。

本发明基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，通过车载设备与远程监控中心的交互实现车辆的控制。

配置了本发明车辆控制装置的汽车在拥有远程监控中心的道路上运行时，远程监控中心可以通过车载智能终端向驾驶员发出信号：是否介入本车纵向速度控制和转向控制。如果驾驶员选择是，那么，远程监控中心介入本车纵向速度控制与转向控制，同时定位模块接收卫星定位信息，对车辆进行定位、当前车速确定、导航、车距确定、紧急情况救援，然后将本车信息传送给车载智能终端，车载智能终端再将信息传送给远程监控中心。当本车纵向速度太慢或者与前车车距过短，远程监控中心将加速或者减速信息通过通讯网络传递给车载智能终端，车载智能终端的通讯协议转换模块将加速或者减速的控制信息挂载在CAN总线上传递给整车控制器，最后整车控制器控制加速度控制模块进行加速或者控制制动控制模块进行减速。当本车需要转向时，远程监控中心将转向信息通过通讯网络传递给新型车载智能终端，车载智能终端的通讯协议转换模块将转向的控制信息挂载在CAN总线上传递给整车控制器，最后整车控制器控制转向力传递模块来对本车进行转向。

本发明实现了车与车，车与地(远程监控中心)之间的双向数据通讯，通过高精度的北斗定位系统可以对车辆定位(位置)、速度确定、导航、车距确定、紧急情况定位救援等。其中车与车之间采用短距离通信方式，车辆通过车载智能终端，向路上其它车辆发送位置、车速、方向信息，车与地通信信道主要采用点式和连续式两种通信方式来实现车载智能终端与基站的信息传输，同时，车载智能终端深度读取汽车CAN总线数据和私有协议通过5G网络将数据传到云服务器，提供车况报告和行车报告，车到车的信息主要是汽车自身及周边环境的信息交互，汽车通过5G通讯网络经过车载网关将通信数据传输给车载智能终端，车载智能终端将信息进行解码，对不同车辆传输过来的数据交互处理，最后进行车载显示及车辆控制，同时将处理的数据进行反馈或传输给其它车辆的车载智能终端，实现车辆间信息交互。同时，车载智能终端以嵌入式片上系统为核心构建，嵌入式片上系统是整个系统的主控模块，系统采用分塔式层级结构，各模块独立性强，可组可分，可在不同车辆自动化等级下满足不同的行车需求。

Claims (9)

1.基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，包括：车载智能终端和车辆控制系统；

所述车载智能终端，包括：主控制器模块、通讯模块、定位模块、通讯协议转换模块；

所述车辆控制系统，包括：整车控制器、车身稳定控制模块、辅助驾驶模块；

所述主控制器模块与通讯模块、定位模块和通讯协议转换模块连接，所述通讯协议转换模块与整车控制器连接，所述整车控制器与车身稳定控制模块和辅助驾驶模块连接；

所述通讯模块，用于与远程监控中心通信；

所述定位模块，用于接收定位信号进行车辆定位；

所述通讯协议转换模块，用于将远程监控中心控制命令，转换为整车控制器可以识别的控制命令，并通过传输线将控制命令传送给整车控制器对车辆进行控制；

所述车身稳定控制模块，与整车控制器连接，用于控制车辆状态；

所述车身稳定控制模块包括加速度控制模块、制动控制模块和转向力传递模块；

所述加速度控制模块、制动控制模块和转向力传递模块与整车控制器连接；

所述加速度控制模块，用于控制车辆加速度；

所述制动控制模块，用于车辆制动力的大小和分配控制；

所述转向力传递模块，用于控制车辆转弯角度和方向；

所述辅助驾驶模块，用于对车辆进行自动驾驶控制。

2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，其特征在于，所述加速度控制模块、制动控制模块和转向力传递模块通过CAN总线与整车控制器连接。

3.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，其特征在于，所述制动控制模块具有防抱死功能，用于防止车辆刹车跑偏。

4.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，其特征在于，所述车身稳定控制模块还包括循迹控制模块，用于防止车轮打滑。

5.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，其特征在于，所述主控制器模块通过CAN总线与通讯模块、定位模块和通讯协议转换模块连接。

6.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，其特征在于，所述通讯协议转换模块通过CAN总线与整车控制器连接。

7.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，其特征在于，所述整车控制器通过CAN总线与车身稳定控制模块和辅助驾驶模块连接。

8.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，其特征在于，所述通讯模块为5G通讯模块。

9.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位系统和5G通讯的车辆控制装置，其特征在于，所述定位模块为北斗卫星导航定位模块。