CN111599201A - 智能交通下基于v2x的智能网联汽车系统及方法 - Google Patents

智能交通下基于v2x的智能网联汽车系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的就是要提供一种智能交通下基于V2X技术的智能网联汽车系统及方法，它包括路测设备端和车端设备，所述路测设备端包括本地维护平台、边缘计算平台和V2X通信收发设备，所述车端设备包括车辆V2X通信设备、车辆自动驾驶系统和车机系统；本发明中智能网联汽车模式紧密结合现有智能汽车与V2X系统的网联属性，提高了智能交通模式下智能网联汽车的适用性、共享性和可维护性。

Description

智能交通下基于V2X的智能网联汽车系统及方法
技术领域
本发明涉及智能交通、智能网联汽车技术领域，具体地指一种智能交通下基于V2X(vehicle to X，车用无线通信技术)的智能网联汽车系统及方法。
技术背景
目前，针对智能网联汽车系统有如下的设计：
中国专利CN201910443425.2：一种5G边缘计算的云基无人车架构及其控制评价方法，此方案主要侧重于工厂无人小车能自主进行路径规划、避碰等功能的方案设计及评价，它把所有的计算都放在网络上进行，使运货小车简单的进行行驶与运货任务，方案的核心在于路径的规划策略以及避碰策略。
中国专利CN201810488242.8：一种5G环境下远程控制自动驾驶方法，此方案是在5G网络下，利用优秀的网络环境，在服务器云上进行自动驾驶车辆的控制与调度，它是一种远程驾驶的概念，车辆控制系统不在车上，而是在网络上，一旦网络有问题或是出现偏差，车辆本身没有任何纠错或保护措施。
技术名词：
V2X：vehicle to X，车用无线通信技术，是一种能进行车与车通信、车与网络通信、车与云端通信，其能在5G网络加持下发挥最大价值(本文中都是在5G网络下进行，V2X通信也是5G-V2X通信)。其发送与接收的内容信息都是由标准规定，内容主要有车辆基本安全消息BSM、地图消息MAP、信号灯消息SPAT、路侧交通信息消息RSI和路侧安全消息RSM五大类。车端与车端共享的信息主要有车辆定位信息、车辆的状态信息(车速、横摆角、转向灯、故障状态等)。
边缘计算平台：是将云计算平台从移动核心网络内部迁移到移动接入网边缘，其具有本地属性，能实现计算及存储资源的弹性利用。边缘计算平台与V2X结合，可以实现“人-车-路-云”协同交互，降低端到端数据传输时延，缓解车端或路侧端智能设施的计算与存储压力。
服务器中心：可以部署在车厂自己的公司内部，由通信运营商提供网络服务，由地图公司提供数据服务(比如高精度地图、实时路况)等。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种智能交通下基于V2X技术的智能网联汽车系统及方法，本发明中智能网联汽车模式紧密结合现有智能汽车与V2X系统的网联属性，提高了智能交通模式下智能网联汽车的适用性、共享性和可维护性。
为实现此目的，本发明所设计的一种智能交通下基于V2X的智能网联汽车系统，其特征在于：它包括路测设备端和车端设备，所述路测设备端包括本地维护平台、边缘计算平台和V2X通信收发设备，所述车端设备包括车辆V2X通信设备、车辆自动驾驶系统和车机系统；
所述本地维护平台用于接收由服务器中心推送的实时地图信息和道路交通状态信息，并通过V2X通信收发设备向车辆V2X通信设备实时推送，车端自动驾驶系统接收边缘计算平台的自动驾驶系统监测与诊断数据，回传至服务器中心进行备份；
所述边缘计算平台接收在通信范围内车端传感器获得的真实环境数据，利用边缘计算平台的真实环境数据进行实时处理与信息提取，获得道路信息、目标车辆位置与状态信息、目标障碍物的分类信息，并结合区域地图信息、通信范围内车辆V2X通信设备发出的车辆定位信息、车辆状态信息，获得自动驾驶系统自动驾驶决策控制需要的输入数据，车辆自动驾驶系统根据自动驾驶决策控制需要的输入数据进行决策控制，规划出驾驶路线，驾驶路线同时在车机系统显示。
所述V2X通信收发设备通过5G-V2X通信向通信范围内的智能网联汽车发布由本地维护平台公布的所述交通信息和路况信息；同时接收通信范围内车辆V2X通信设备发送的车端定位信息和车辆状态信息，这些信息会传给边缘计算平台，结合边缘计算平台接收的真实环境数据和区域地图信息，获得自动驾驶系统需求的输入数据；
所述车辆自动驾驶系统利用边缘计算平台下发的真实环境数据和地图信息，同时接收本地维护平台发布的实时路况信息，由自动驾驶系统的路径规划算法规划出驾驶路线。
所述车机系统实时显示边缘计算平台发给车辆自动驾驶系统的真实环境数据和地图信息，以及本地维护平台发布的实时路况信息。
本发明有益效果为：
1、本发明因为将绝大部分传感器的存储内容和计算内容放在了边缘计算平台，极大的减少了自动驾驶车辆系统消耗的计算资源和存储空间，减少了成本；
2、本发明设计了一种可维护平台，利用V2X的通信能力，能通过V2X通信和服务器中心，发布和获得最新的道路信息和突发事件，减少事故风险；
3、本发明能将更新后的高精度地图信息以及区域实时路况上传到服务器中心进行更新，然后推送给其它可能经过此区域的车辆。
4、边缘计算平台支持自动驾驶系统在线诊断，当车辆处于自动驾驶状态时，可将其状态、决策信息等上传至边缘计算平台，利用在线诊断功能对实时数据样本进行监控分析，用于评估和监测是否存在自动驾驶故障，并能进行紧急情况处理。同时数据发给本地维护平台内存储一段时间，定期回传至服务器中心，由开发人员对自动驾驶系统软件进行优化更新。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2本发明的组网结构图。
其中，1—本地维护平台1、2—边缘计算平台、3—V2X通信收发设备，4—车辆V2X通信设备、5—车辆自动驾驶系统、6—车机系统。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明设计的一种智能交通下基于V2X的智能网联汽车系统，如图1和2所述，智能交通下基于V2X的智能网联汽车系统，其特征在于：它包括路测设备端和车端设备，所述路测设备端包括本地维护平台1、边缘计算平台2和V2X通信收发设备3，所述车端设备包括车辆V2X通信设备4、车辆自动驾驶系统5和车机系统6；
所述本地维护平台1用于接收由服务器中心推送的实时地图信息和道路交通状态信息，并通过路测设备端的V2X通信收发设备3向车辆V2X通信设备4实时推送，车端自动驾驶系统5获得实时地图信息和道路交通状态信息后决策规划出行驶路线；当车辆处于自动驾驶状态时，可将其状态、决策等信息上传至边缘计算平台2，利用其在线诊断功能对实时数据样本进行监控分析，用于试验、测试、评估或应对紧急情况处理，边缘计算平台2将数据传给本地维护平台1进行存储，并定期回传至服务器中心进行备份，由技术开发人员对自动驾驶系统软件进行优化更新，上述设计减轻了智能网联汽车本身要存储与处理海量数据的压力，可以使其在规控决策方面做出更大的突破，提升智能网联汽车的安全性；
所述边缘计算平台2接收在通信范围内车端传感器(激光雷达、毫米波雷达、摄像头等)获得的真实环境数据(包括道路、车辆、行人障碍目标等)，利用边缘计算平台2强大的计算能力对真实环境数据进行实时处理与信息提取，获得道路信息、目标车辆位置与状态信息、目标障碍物的分类信息，并结合区域地图信息、通信范围内车辆V2X通信设备4发出的车辆定位信息、车辆状态信息，获得自动驾驶系统5自动驾驶决策控制需要的输入数据，车辆自动驾驶系统5根据自动驾驶决策控制需要的输入数据进行决策控制，规划出最合理最安全的驾驶路线，驾驶路线同时在车机系统6显示。
上述技术方案中，所述V2X通信收发设备3通过5G-V2X通信向通信范围内的智能网联汽车发布由本地维护平台公布的所述交通信息和路况信息；同时接收通信范围内车辆V2X通信设备发送的车端定位信息和车辆状态信息，这些信息会传给边缘计算平台2，结合边缘计算平台2接收的真实环境数据和区域地图信息，获得自动驾驶系统5驾驶决策控制需求的输入数据；
所述车辆自动驾驶系统5利用边缘计算平台2下发的真实环境数据(道路、车辆、行人障碍目标)和地图信息，同时接收本地维护平台1发布的实时路况信息，由自动驾驶系统5的路径规划算法规划出合理安全的驾驶路线。
所述车机系统6实时显示边缘计算平台2发给车辆自动驾驶系统5的真实传感器感知的周围环境数据和地图信息，以及本地维护平台发布的实时路况信息。
上述技术方案中，所述V2X通信设备4用于将本地维护平台发送的路况信息、突发事件信息在车机系统6进行显示，同时结合地图信息精确定位本车的位置信息。
所述实时路况信息包括修路信息、道路湿滑信息、交通事故信息、交通拥挤信息和恶劣天气信息。
所述服务器中心能更新地图、实时路况信息，查看路测设备端信息以及自动驾驶系统状态。
所述驾驶决策控制需要的输入数据目标物类别信息(行人还是车辆)、目标物状态信息(静止还是运动，速度多少，在本车的哪个位置等信息)、道路信息(是直道还是弯道，是否有交通标志、交通灯等)。
上述技术方案中，所述车辆V2X通信设备4，与路测设备端V2X通信收发设备3是一致的，是接收/发送信息的通道。
所述车辆自动驾驶系统5是智能网联汽车的核心，能利用边缘计算平台下发的感知结果和高精度地图信息，同时接收本地维护平台发布的实时路况等信息，规划出安全的、合理的驾驶路线。
所述车端车机系统6，是一个大屏HMI系统，能够显示由边缘计算平台下发的感知结果，能直观显示。也能将本地维护平台推送的关键信息显示出来进行提醒。也能实时显示车辆的规划轨迹。
上述技术方案中，交通信息与实时路况信息包括修路信息、道路湿滑信息、交通事故信息、交通拥挤信息和恶劣天气信息。
上述技术方案中，所述边缘计算平台2将计算后的感知结果信息与高精度地图信息发送给车辆自动驾驶系统5。
本发明采用5G网络、V2X通信、边缘计算技术，设计了一种5G/5G-V2X网络环境下的智能网联车辆系统，可以减少车辆的存储和计算资源，实现局部区域下的自动驾驶。
本方案在路测设备端加一个边缘计算平台，将智能网联车辆的大量传感器数据处理部分转移动到边缘计算平台进行，并结合路测设备端的高精度地图信息、V2X信息等进行数据处理，将处理后的结果传给车辆自动驾驶系统进行决策规划。这样一来，既能减轻自动驾驶车辆的大部分计算和存储工作，又能保证车辆的安全。
本发明中，整体系统架构采取分层式，服务器中心连接若干路测设备端，路测设备端可以介入若干车辆(5G下百万连接量)。路测设备端边缘计算平台可以接收车辆传感器海量数据进行处理、融合，结合本地的高精度地图对车辆进行高精度定位，将感知结果下发给自动驾驶车辆；自动驾驶车辆自动驾驶系统具有规划、决策、执行功能。
本发明提出了服务器中心、路测设备端、自动驾驶车辆的三层次主体架构。本发明提出了一种将自动驾驶原始传感器数据处理、融合部分工作放在本地路测设备端边缘计算平台进行处理，将自动驾驶规划决策系统放在车辆本地，这样既可以减轻车辆计算压力，又能保证车辆的安全冗余。
本发明提出了一个路测设备端的本地维护平台概念，这个维护可以有专人负责，及时上传本地路段的突发事件、交通路况、道路破损期刊、事故、恶劣天气等，负责本地路段高精度地图的实时更新，将其它车辆上传的信息验证后进行广播，接收服务器中心推送的最新信息，将本地的最新信息定期上传给服务器中心进行备份等。
本发明利用5G的本身特性，结合V2X的技术应用，将V2X信息与车辆传感器信息融合，结合本地高精度地图，实现自动驾驶车辆的高可靠些。
一种智能交通下基于V2X的智能网联汽车通信方法，它包括如下步骤：
步骤1：在预设的路段部署路测设备端，并完成服务器中心的布置与搭建；
步骤2：所述本地维护平台1接收由服务器中心推送的实时地图信息和道路交通状态信息，并通过V2X通信收发设备3向车辆V2X通信设备4实时推送，车端自动驾驶系统5接收边缘计算平台2的自动驾驶系统监测与诊断数据，回传至服务器中心进行备份；
步骤3：所述边缘计算平台2接收在通信范围内车端传感器(激光雷达、毫米波雷达、摄像头等)获得的真实环境数据(包括道路、车辆、行人障碍目标等)，利用边缘计算平台2强大的计算能力对真实环境数据进行实时处理与信息提取，获得道路信息、目标车辆位置与状态信息、目标障碍物的分类信息，并结合区域地图信息、通信范围内车辆V2X通信设备4发出的车辆定位信息、车辆状态信息，获得自动驾驶系统5自动驾驶决策控制需要的输入数据，车辆自动驾驶系统5根据自动驾驶决策控制需要的输入数据进行决策控制，规划出最合理最安全的驾驶路线，驾驶路线同时在车机系统6显示；
步骤3中，所述V2X通信收发设备3通过5G-V2X通信向通信范围内的智能网联汽车发布由本地维护平台公布的所述交通信息和路况信息；同时接收通信范围内车辆V2X通信设备4发送的车端定位信息和车辆状态信息，这些信息会传给边缘计算平台2，结合边缘计算平台2接收的真实环境数据和区域地图信息，获得自动驾驶系统5驾驶决策控制需求的输入数据；
步骤3中所述车辆自动驾驶系统5利用边缘计算平台2下发的真实环境数据(道路、车辆、行人障碍目标)和地图信息，同时接收本地维护平台1发布的实时路况信息，由自动驾驶系统5的路径规划算法规划出合理安全的驾驶路线；
步骤4：所述车机系统6实时显示边缘计算平台2发给车辆自动驾驶系统5的真实环境数据(道路、车辆、行人障碍目标)和地图信息，以及本地维护平台发布的实时路况信息；
步骤5：车辆在自动驾驶系统工作时，边缘计算平台会2通过在线诊断功能，对接入的车辆自动驾驶系统进行在线监测和紧急情况处理等，并将监测结果发给本地维护平台，定期回传至服务器中心，由技术开发人员对自动驾驶系统软件进行优化更新；
步骤6：路测设备端的车辆V2X通信设备4接收到其它车辆的车辆感知和规控数据、服务器中心推送的信息、本地维护人员上传的突发事件信息，这些信息都会发送给通信范围的自动驾驶车辆，作为自动驾驶辅助决策信息使用。
步骤7：车辆在行驶过程中，如果触发紧急事件的标志信息，会自动上传到最近的路测设备端的V2X通信收发设备3进行备份并提醒，由本地维护人员检查无误后，由V2X通信收发设备3推送给通信范围内的车辆，并上传到服务器中心进行资源的实时更新。
图2表示的是本发明的组网结构图，图2中，服务器中心是主机厂自己依托通信运营商在公司本部进行布置的，可以在后台更新高精度地图信息和路况信息等，查看路测设备端信息，在线监测自动驾驶系统状态，发布温馨提醒等内容。
图2中，路测设备端配备有V2X通信收发设备与边缘计算平台，会根据车辆传感器数据进行在线计算处理，将感知结果下发给智能网联车辆进行规划决策及车机HMI显示。每个路测设备端会有专人维护，发布范围内实时的交通信息、突发事件、恶劣天气/道路状况等，会将区域内车辆遇到的实时突发情况(交通事故、道路坍塌等)发送到本地维护平台，统一推送给其它处在或预计经过此区域的车辆作为信息提示，同时将信息回传给服务器中心进行路测设备端的信息更新与备份。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种智能交通下基于V2X的智能网联汽车系统，其特征在于：它包括路测设备端和车端设备，所述路测设备端包括本地维护平台(1)、边缘计算平台(2)和V2X通信收发设备(3)，所述车端设备包括车辆V2X通信设备(4)、车辆自动驾驶系统(5)和车机系统(6)；
所述本地维护平台(1)用于接收由服务器中心推送的实时地图信息和道路交通状态信息，并通过V2X通信收发设备(3)向车辆V2X通信设备(4)实时推送，车端自动驾驶系统(5)获得实时地图信息和道路交通状态信息后决策规划出行驶路线；车端自动驾驶系统(5)接收边缘计算平台(2)的自动驾驶系统监测与诊断数据，回传至服务器中心进行备份；
所述边缘计算平台(2)接收在通信范围内车端传感器获得的真实环境数据，利用边缘计算平台(2)的真实环境数据进行实时处理与信息提取，获得道路信息、目标车辆位置与状态信息、目标障碍物的分类信息，并结合区域地图信息、通信范围内车辆V2X通信设备(4)发出的车辆定位信息、车辆状态信息，获得自动驾驶系统(5)自动驾驶决策控制需要的输入数据，车辆自动驾驶系统(5)根据自动驾驶决策控制需要的输入数据进行决策控制，规划出驾驶路线，驾驶路线同时在车机系统(6)显示。
2.根据权利要求1所述的智能交通下基于V2X的智能网联汽车系统，其特征在于：所述V2X通信收发设备(3)通过5G-V2X通信向通信范围内的智能网联汽车发布由本地维护平台公布的所述交通信息和路况信息；同时接收通信范围内车辆V2X通信设备发送的车端定位信息和车辆状态信息，这些信息会传给边缘计算平台(2)，结合边缘计算平台(2)接收的真实环境数据和区域地图信息，获得自动驾驶系统(5)驾驶决策控制需求的输入数据；
所述车辆自动驾驶系统(5)利用边缘计算平台(2)下发的真实环境数据和地图信息，同时接收本地维护平台(1)发布的实时路况信息，由自动驾驶系统(5)的路径规划算法规划出驾驶路线。
3.根据权利要求1所述的智能交通下基于V2X的智能网联汽车系统，其特征在于：所述车机系统(6)实时显示边缘计算平台(2)发给车辆自动驾驶系统(5)的真实环境数据和地图信息，以及本地维护平台发布的实时路况信息。
4.根据权利要求1所述的智能交通下基于V2X的智能网联汽车系统，其特征在于：所述V2X通信设备(4)用于将本地维护平台发送的路况信息、突发事件信息在车机系统(6)进行显示，同时结合地图信息精确定位本车的位置信息。
5.根据权利要求1所述的智能交通下基于V2X的智能网联汽车系统，其特征在于：所述实时路况信息包括修路信息、道路湿滑信息、交通事故信息、交通拥挤信息和恶劣天气信息。
6.根据权利要求1所述的智能交通下基于V2X的智能网联汽车系统，其特征在于：所述服务器中心能更新地图、实时路况信息，查看路测设备端信息以及自动驾驶系统状态。
7.根据权利要求1所述的智能交通下基于V2X的智能网联汽车系统，其特征在于：所述驾驶决策控制需要的输入数据包括目标物类别信息、目标物状态信息和道路信息。
8.一种智能交通下基于V2X的智能网联汽车通信方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：在预设的路段部署路测设备端，并完成服务器中心的布置与搭建；
步骤2：所述本地维护平台(1)接收由服务器中心推送的实时地图信息和道路交通状态信息，并通过V2X通信收发设备(3)向车辆V2X通信设备(4)实时推送；车端自动驾驶系统(5)接收边缘计算平台(2)的自动驾驶系统监测与诊断数据，回传至服务器中心进行备份；
步骤3：所述边缘计算平台(2)接收在通信范围内车端传感器获得的真实环境数据，利用边缘计算平台(2)的真实环境数据进行实时处理与信息提取，获得道路信息、目标车辆位置与状态信息、目标障碍物的分类信息，并结合区域地图信息、通信范围内车辆V2X通信设备(4)发出的车辆定位信息、车辆状态信息，获得自动驾驶系统(5)自动驾驶决策控制需要的输入数据，车辆自动驾驶系统(5)根据自动驾驶决策控制需要的输入数据进行决策控制，规划出驾驶路线，驾驶路线同时在车机系统(6)显示。
9.根据权利要求8所述的智能交通下基于V2X的智能网联汽车通信方法，其特征在于：
步骤3中所述V2X通信收发设备(3)通过5G-V2X通信向通信范围内的智能网联汽车发布由本地维护平台公布的所述交通信息和路况信息；同时接收通信范围内车辆V2X通信设备(4)发送的车端定位信息和车辆状态信息，这些信息会传给边缘计算平台(2)，结合边缘计算平台(2)接收的真实环境数据和区域地图信息，获得自动驾驶系统(5)需求的输入数据；
步骤3中所述车辆自动驾驶系统(5)利用边缘计算平台(2)下发的真实环境数据和地图信息，同时接收本地维护平台(1)发布的实时路况信息，由自动驾驶系统(5)的路径规划算法规划出驾驶路线；
步骤4：所述车机系统(6)实时显示边缘计算平台(2)发给车辆自动驾驶系统(5)的真实环境数据和地图信息，以及本地维护平台发布的实时路况信息；
步骤5：车辆在自动驾驶系统工作时，边缘计算平台会(2)通过在线诊断功能，对接入的车辆自动驾驶系统进行在线监测，并将监测结果发给本地维护平台，定期回传至服务器中心；
步骤6：路测设备端的车辆V2X通信设备(4)接收到其它车辆的车辆感知和规控数据、服务器中心推送的信息、本地维护人员上传的突发事件信息，这些信息都会发送给通信范围的自动驾驶车辆，作为自动驾驶辅助决策信息使用。
10.根据权利要求9所述的智能交通下基于V2X的智能网联汽车通信方法，其特征在于：所述步骤6后还包括步骤7：车辆在行驶过程中，如果触发紧急事件的标志信息，会自动上传到最近的路测设备端的V2X通信收发设备(3)进行备份并提醒，由本地维护人员检查无误后，由V2X通信收发设备(3)推送给通信范围内的车辆，并上传到服务器中心进行资源的实时更新。
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