CN112437414A - 一种远程驾驶车辆控制信息传输与处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种远程驾驶车辆控制信息传输与处理方法，远程驾驶时用两个4G路由器通过两个不同网络来进行双传的方法控制车辆信息传输与处理。驾驶控制服务器利用两个4G无线路由器分别通过两个不同4G网络的命令双传的方法进行控制命令信息的传输与处理，当车载端接收数据时进行数据选择式合并，选取两条数据中对比当前时刻时间最新的一个，这样当其中一个4G无线路由器的网络控制信息传输与处理出现问题时，有另一个4G无线路由器通过另一个网络来进行控制信息传输与处理，实时稳定地控制信息传输与处理，既保障控制信息传输与处理的稳定性，又实现其中一个传输设备损坏的应急机制，此方法很大程度上保障车辆控制信息的传输与处理的实时性和稳定性。
Description
技术领域
本发明公开了一种远程驾驶车辆控制信息传输与处理方法，属于智能车辆远程控制技术领域。
背景技术
现阶段当远程驾驶时，驾驶员在远程驾驶舱发出的命令控制信息经由驾驶控制服务器再发送给车载工控机，因此在车端通常会使用一个4G无线路由器并通过一个4G网络来接收远程控制命令。在此过程中，可能会发生网络设备故障(例如服务器损坏故障等)、无线传播环境的局限性(如大型建筑物遮挡，雷雨恶劣天气等)。并且车辆的位置和速度是实时变化的，并且可能导致信道环境也会发生变化，这会引起信道特性随时间随机变化，接收到的信号由于多普勒效应会产生更为严重的失真，接收机收到的信号经过反射、散射等地传播路径后，到达接收端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的叠加，使接收到的信号幅度出现随机起伏变化，形成多径衰落。不同路径的信号分量具有不同的传播时延、相位和振幅，并附加有信道噪声，它们的叠加会使复合信号相互抵消或增强，导致严重的衰落。这种衰落会降低可获得的有用信号功率并增加干扰的影响，使得通过4G无线路由器接收信号产生失真、波形展宽、波形重叠和畸变，甚至造成通信系统解调器输出出现大量差错，以至完全不能通信，从而造成车辆失控发生事故。
目前对于远程传输数据接收不准确的手段包括：
(1)在车辆常用工作区域选择较为稳定的网络；
(2)选用工业级4G无线路由器设备；
(3)提高软件算法的准确性。
实际移动网络通信中，受到复杂的环境影响，数据传输会出现衰落，也会产生一些延迟，这会对车行驶途中产生不可预计的影响。
要想获得更加稳定的信号，更换更好的4G无线路由器就需要增加成本。但即便如此，在设备损坏或者传输信号受影响时都会对远程驾驶功能造成不可预计的影响。提高软件的算法一定程度上可以减少传输时延，也可以提高数据的准确性，但是如果接受的数据畸变严重或者数据丢失，也会产生车辆行驶危险，同时设备以及信号出现问题再好的算法也无法成功传输到车辆。
发明内容
本发明是要解决如何在远程驾驶舱远程控制车的过程中完成实时稳定可靠的控制信息传输与处理，让远程驾驶舱和车可以畅通无阻的进行控制信息传输与处理，以便保证每次接收到的控制命令数据信息都是对当前时刻来说最新的命令数据，从而保障控制信息传输与处理的实时可靠性。同时当通过其中一个4G网络的4G无线路由器故障时还可以通过另一个4G网络的另一个4G无线路由器控制信息传输与处理来保障车载工控机无时延无缝隙的继续执行控制信息传输与处理工作。
本发明采用的技术方案为一种远程驾驶车辆控制信息传输与处理方法，具体步骤详细描述如下：
步骤1：远程驾驶舱发送命令数据；
远程驾驶舱将发送周期为20ms的携带绝对值控制信息指令集的字节流数据B，通过struct.pack将字节流数据B编码成UTF-8格式的字符串数据C以保证数据的完整性以及接收数据的可靠性，并在远程驾驶舱和驾驶控制服务器之间进行通信，将传输字符串数据C给驾驶控制服务器。
步骤2：驾驶控制服务器接收数据并分配；
在远程驾驶舱和驾驶控制服务器之间进行通信，驾驶控制服务器接收远程字符串数据C，将字符串数据C复制为相同的字符串数据C1、C2分配到两个队列中，每个队列中依次暂存字符串数据C1、C2到来的两条数据，每个队列只存放一条数据，按照先入先出的顺序加载数据，进入一个数据时，上一个数据进行丢包处理，利用队列是只允许在表的前端进行删除操作，在表的后端进行插入操作，允许插入的一端称为队尾，允许删除的一端称为队头。
步骤3：空间分集传输数据；
将两个队列的字符串数据C1、C2分别通过不同网络的4G无线路由器1和4G无线路由器2传输到车载工控机，利用空间分集技术补偿衰落信道损耗，通过分散传输字符串数据C使车载工控机能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号，字符串数据C1、C2。
步骤4：判断两个4G无线路由器通过两个不同网络传输信息的时效性；
判断此时接收到的命令数据中的时间是不是最新的，字符串数据C1、C2中的第一项为该条指令当前的时间戳t1、t2(以下具体实施过程步骤1中有做说明)。遵循时间戳大的字符串数据为最新的数据。车辆车载工控机收到的命令数据时间启动时默认初始值为t0＝0。收到的命令数据中的时间与上一次车载工控机收到的命令数据中的时间做比较，例如第一次接收字符串数据，假设C1先被接收，其时间戳t1与工控机接收命令时间t0比较，t1>t0，因此C1被接收。且随后将t1的值赋给t0。随后C2的时间戳t2会与t0比较为t2＝t0，被舍弃。就说明相同的数据C2比C1时延大。以便后来车载工控机读取最新的命令数据，用来远程实时控制车按照指令运动，减少数据传输时间的延迟，防止信号中断车失控造成危险。
步骤5：更新命令数据与时间；
通过步骤4中对字符串数据C1或C2中的t1或t2与t0进行比较；随后第二条命令被接收若新的命令C2’被接收，则新的t2’>t0，接收新的字符串数据C2’，且t0被赋值为t2’的值，以此类推，选取包含最新时间t的数据赋值给字符串数据C，从而进行不断更新时间t0和字符串数据C，通过4G无线路由器1的网络和4G无线路由器2的网络传输的字符串数据C1和C2谁先到达车载工控机则选择哪个通过4G服务器中网络的时间和命令数据，从而保障车辆接收到的命令数据始终是最新的，通过两个不同网络的4G服务器保障车载端接收命令的稳定性。
步骤6：车载工控机合并数据并执行命令；
通过传输控制协议(TCP)在车载工控机和驾驶控制服务器之间通信，车载工控机接收到来自通过两路不同网络4G无线路由器的字符串数据C1和C2，并对接收到的字符串数据C1和C2的t1和t2依次与t0比较，来选择经过不同两条路传输的数据中最新的命令数据作为字符串数据C，从而完成对字符串数据C1和C2进行选择式合并，并对接收到的字符串数据C按照大端模式通过struct.unpack解码成远程驾驶舱发送的字节流数据B，将字节流数据B做异或校验以判断是否和驾驶控制服务器发送的命令数据的格式一致，如果一致时车载工控机将收到的经过异或校验的字节流数据B按照先来先执行的顺序并根据网络报文数据can协议，并通过struct.pack打包数据，最后将打包好的数据通过can总线发送给车的相应组件来完成相应动作；如果不一致则丢掉这条字节流数据B再重新接收字节流数据B。
进一步地，步骤1、2中的远程驾驶舱和驾驶控制服务器之间通过用户数据报协议UDP进行通讯。
进一步地，远程驾驶舱发送控制命令数据给驾驶控制服务器，驾驶控制服务器将收到的控制命令数据和此时的时间合并打包为命令数据C并复制为两份(C1、C2)，分别利用两个4G无线路由器通过不同网络把两份数据(C1、C2)传输给车载工控机，车载工控机通过对收到的命令数据进行解析并根据其中的控制命令数据控制车的行为。
进一步地，t0表示车载工控机上一次执行的命令数据中的时间，t1表示驾驶控制服务器通过4G无线路由器1发送的命令数据C1中的时间，t2表示驾驶控制服务器通过4G无线路由器2发送的命令数据C2中的时间。
与现有技术相比较，本发明具有如下技术优势。
本发明的核心技术在于，在进行远程驾驶舱远程传输命令时，通过两个不同网络的4G无线路由器进行双传数据来代替传统的用一个4G无线路由器通过单一网络来远程驾驶车辆控制信息传输与处理，此方法很大程度上保障了车辆控制信息的传输与处理的实时性和稳定性。
远程驾驶时用两个4G路由器通过两个不同网络来进行双传的方法控制车辆信息传输与处理。驾驶控制服务器利用两个4G无线路由器分别通过两个不同4G网络的命令双传的方法进行控制命令信息的传输与处理，当车载端接收数据时进行数据选择式合并，选取两条数据中对比当前时刻时间最新的一个，这样当其中一个4G无线路由器的网络控制信息传输与处理出现问题时，有另一个4G无线路由器通过另一个网络来进行控制信息传输与处理，这样可以实时稳定地控制信息传输与处理，既保障了控制信息传输与处理的稳定性，又实现了其中一个传输设备损坏的应急机制。
附图说明
图1为系统结构图。
图2为算法流程图。
图3为车辆运行过程中车载工控机选择数据情况。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明提出了一种远程驾驶车辆控制信息传输与处理方法，具体步骤详细描述如下：
步骤1：远程驾驶舱发送命令数据
远程驾驶舱将发送周期为20ms的携带绝对值控制信息指令集的字节流数据B，其中包含：时间远程控制舱当前时间的时间戳)、转向角(单位：度，取值范围：-540—540度)、车速(单位:km/h，取值范围：0-30km/h)、挡位(00：N挡、01：D档、02：R档)、手刹(00：无动作、01：拉起、02：释放、03：行进间制动)、车门(01：开、02：关)、转向灯(01：开、02：关)、大灯(01：开、02：关)、鸣笛(01：开、02：关)、空调(01：开、02：关)、空调设置温度、中间用“#”隔开。例如：1596164910588#23#5#01#02#01#01#02#02#01#20。通过struct.pack将字节流数据编码成UTF-8格式的字符串数据C以保证数据的完整性以及接收数据的可靠性，并通过用户数据报协议(UDP)在远程驾驶舱和驾驶控制服务器之间进行通信，将传输字符串数据C给驾驶控制服务器。
步骤2：驾驶控制服务器接收数据并分配
通过UDP协议在远程驾驶舱和驾驶控制服务器之间进行通信，驾驶控制服务器接收远程字符串数据C，将字符串数据C复制为相同的字符串数据C1、C2分配到两个队列中，每个队列中依次暂存字符串数据C1、C2到来的两条数据，每个队列只存放一条数据，按照先入先出的顺序加载数据，进入一个数据时，上一个数据进行丢包处理，利用队列是只允许在表的前端进行删除操作，而在表的后端进行插入操作，允许插入的一端称为队尾，允许删除的一端称为队头，添加速度快，允许重复，有更高的运行或者存储效率。
步骤3：空间分集传输数据
将两个队列的字符串数据C1、C2分别通过不同网络的4G无线路由器1和4G无线路由器2传输到车载工控机，利用空间分集技术可以补偿衰落信道损耗，在不增加传输功率和带宽的前提下，而改善无线通信信道的传输质量，通过分散传输字符串数据C使车载工控机能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号(字符串数据C1、C2)，这样在车运动过程中如果通过两个不同网络的4G无线路由器中有一个因为环境导致信号的衰落，造成延迟比较大的时候还有另一个作为补偿，这样可以实时减少数据的丢失，来保障远程通信的稳定性。
步骤4：判断两个4G无线路由器通过两个不同网络传输信息的时效性
判断此时接收到的命令数据中的时间是不是最新的，此时收到的命令数据中的时间与上一次车载工控机收到的命令数据中的时间做比较，以便后来可以车载工控机可以读取最新的命令数据，用来远程实时控制车按照指令运动，减少数据传输时间的延迟，防止信号中断车失控造成危险。
步骤5：更新命令数据与时间
通过步骤4中对字符串数据C1或C2中的t1或t2与t0进行比较，选取包含最新时间t的数据赋值给字符串数据C，从而进行不断更新时间t0和字符串数据C，通过4G无线路由器1的网络和4G无线路由器2的网络传输的字符串数据C1和C2谁先到达车载工控机则选择哪个通过4G服务器中网络的时间和命令数据，从而保障车辆接收到的命令数据始终是最新的，通过两个不同网络的4G服务器保障了车载端接收命令的稳定性。
步骤6：车载工控机合并数据并执行命令
通过传输控制协议(TCP)在车载工控机和驾驶控制服务器之间通信，车载工控机接收到来自通过两路不同网络4G无线路由器的字符串数据C1和C2，并对接收到的字符串数据C1和C2的t1和t2依次与t0比较，来选择经过不同两条路传输的数据中最新的命令数据作为字符串数据C，从而完成对字符串数据C1和C2进行选择式合并，并对接收到的字符串数据C按照大端模式通过struct.unpack解码成远程驾驶舱发送的字节流数据B，将字节流数据B做异或校验以判断是否和驾驶控制服务器发送的命令数据的格式一致，如果一致则对其中的控制命令按绝对值取值并执行以下步骤，如果不一致则丢掉这条字节流数据B再重新接收字节流数据B，一致时车载工控机将收到的经过异或校验的字节流数据B按照先来先执行的顺序并根据网络报文数据can协议，并通过struct.pack打包数据，最后将打包好的数据通过can总线发送给车的相应组件来完成相应动作。
对于加速踏板和刹车踏板的速度进行PID控制速度平滑处理以避免车速突变；对于转向角突变情况，例如从0度突变成180度，也只会从0度每次增加一度直到增加到180度，而不会突变角度造成危险；挡位、手刹、门开关、转向灯、大灯、鸣笛通过车载工控机接收到的命令进行控制；如果车载工控机依次接收到的两条命令数据中速度和方向都突变则将此时车载工控机发送给车的命令中速度设置为0并且挡位设置为P挡使车停下避免危险发生。
实验结果：远程驾驶舱远程驾驶时，通过运用双传方法来传输命令数据，可以实现不间断的更新命令数据，做到远程驾驶舱远程驾驶时一直保持实时稳定的驾驶车辆运动，暂时还没有出现车辆失控情况，表明该方法具有良好的性能。
图3为车运行一段时间车载工控机使用选择信号情况，横坐标表示车载工控机当前时间t，Servers1纵坐标表示字符串数据C1中的t1与车载工控机当前时间的差值，用红色的点线表示；Servers2纵坐标表示字符串数据C2中的t2与车载工控机当前时间的差值，用点线表示；Using表示当前车载工控机不同时间对通过两个不同网络的4G无线路由器的控制命令数据的选择情况，用点线表示。车载工控机不断读取并解析收到的命令数据，并判断各自与车载工控机当前时间差，选取时间差小并且延时小的数据作为当前执行的字符串命令数据。如图3所示，如果只读取通过一个网络的4G无线路由器传输的数据时，中间发生突变时会造成车失控状况。
以上为实测远程车辆端工控机记录的信号接收情况。选取了其中一段命令信号接收的日志。遇到像i、j点之间这样的情况时，不难看出i点前以及j点后车辆大多时间接收Servers1的数据信号，但在i与j之间这种情况时Servers1的信号发生了较大的时延，此时便成功替换成了Servers2的数据信号，实现了在突发情况时进行无缝隙无时延的信号接收和切换。
同时还可以观察到有1与3之间这样的情况，在点1与点3间接收的点2是另外的Servers2信号。由于接收信号的采样特性，Servers1信号的相邻信号1与3之间存在时间间隔，此时Servers2的信号2在1与3之间相对当前时刻是最新的信号，因此根据步骤4中的判定规则此点也被选择接收。但这种情况一般会在两路信号均稳定且良好的情况下出现，当其中一路信号发生较大时延时，时延大的一路信号传输过来期间已经接收到了另一个信号良好的多个命令了，由于算法每次判定都会更新为最新的接收时间的判定机制，所以并不会出现在两个控制命令间隔间接收到另一路的时延历史信号。因此在算法上的此种优化对于车辆远程接收命令的平滑性、准确性、连续性也有一定的提升。
Claims (4)
1.一种远程驾驶车辆控制信息传输与处理方法，其特征在于：该方法的具体步骤详细描述如下：
步骤1：远程驾驶舱发送命令数据；
远程驾驶舱将发送周期为20ms的携带绝对值控制信息指令集的字节流数据B，通过struct.pack将字节流数据B编码成UTF-8格式的字符串数据C以保证数据的完整性以及接收数据的可靠性，并在远程驾驶舱和驾驶控制服务器之间进行通信，将传输字符串数据C给驾驶控制服务器；
步骤2：驾驶控制服务器接收数据并分配；
在远程驾驶舱和驾驶控制服务器之间进行通信，驾驶控制服务器接收远程字符串数据C，将字符串数据C复制为相同的字符串数据C1、C2分配到两个队列中，每个队列中依次暂存字符串数据C1、C2到来的两条数据，每个队列只存放一条数据，按照先入先出的顺序加载数据，进入一个数据时，上一个数据进行丢包处理，利用队列是只允许在表的前端进行删除操作，在表的后端进行插入操作，允许插入的一端称为队尾，允许删除的一端称为队头；
步骤3：空间分集传输数据；
将两个队列的字符串数据C1、C2分别通过不同网络的4G无线路由器1和4G无线路由器2传输到车载工控机，利用空间分集技术补偿衰落信道损耗，通过分散传输字符串数据C使车载工控机能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号，字符串数据C1、C2；
步骤4：判断两个4G无线路由器通过两个不同网络传输信息的时效性；
判断此时接收到的命令数据中的时间是不是最新的，字符串数据C1、C2中的第一项为该条指令当前的时间戳t1、t2；遵循时间戳大的字符串数据为最新的数据；车辆车载工控机收到的命令数据时间启动时默认初始值为t0＝0；收到的命令数据中的时间与上一次车载工控机收到的命令数据中的时间做比较；第一次接收字符串数据中，假设C1先被接收，其时间戳t1与工控机接收命令时间t0比较，t1>t0，因此C1被接收；且随后将t1的值赋给t0；随后C2的时间戳t2会与t0比较为t2＝t0，被舍弃；
步骤5：更新命令数据与时间；
通过步骤4中对字符串数据C1或C2中的t1或t2与t0进行比较；随后第二条命令被接收若新的命令C2’被接收，则新的t2’>t0，接收新的字符串数据C2’，且t0被赋值为t2’的值；选取包含最新时间t的数据赋值给字符串数据C，从而进行不断更新时间t0和字符串数据C，通过4G无线路由器1的网络和4G无线路由器2的网络传输的字符串数据C1和C2谁先到达车载工控机则选择哪个通过4G服务器中网络的时间和命令数据，从而保障车辆接收到的命令数据始终是最新的，通过两个不同网络的4G服务器保障车载端接收命令的稳定性；
步骤6：车载工控机合并数据并执行命令；
通过传输控制协议(TCP)在车载工控机和驾驶控制服务器之间通信，车载工控机接收到来自通过两路不同网络4G无线路由器的字符串数据C1和C2，并对接收到的字符串数据C1和C2的t1和t2依次与t0比较，来选择经过不同两条路传输的数据中最新的命令数据作为字符串数据C，从而完成对字符串数据C1和C2进行选择式合并，并对接收到的字符串数据C按照大端模式通过struct.unpack解码成远程驾驶舱发送的字节流数据B，将字节流数据B做异或校验以判断是否和驾驶控制服务器发送的命令数据的格式一致，如果一致时车载工控机将收到的经过异或校验的字节流数据B按照先来先执行的顺序并根据网络报文数据can协议，并通过struct.pack打包数据，最后将打包好的数据通过can总线发送给车的相应组件来完成相应动作；如果不一致则丢掉这条字节流数据B再重新接收字节流数据B。
2.根据权利要求1所述的一种远程驾驶车辆控制信息传输与处理方法，其特征在于：步骤1、2中的远程驾驶舱和驾驶控制服务器之间通过用户数据报协议UDP进行通讯。
3.根据权利要求1所述的一种远程驾驶车辆控制信息传输与处理方法，其特征在于：远程驾驶舱发送控制命令数据给驾驶控制服务器，驾驶控制服务器将收到的控制命令数据和此时的时间合并打包为命令数据C并复制为两份(C1、C2)，分别利用两个4G无线路由器通过不同网络把两份数据(C1、C2)传输给车载工控机，车载工控机通过对收到的命令数据进行解析并根据其中的控制命令数据控制车的行为。
4.根据权利要求1所述的一种远程驾驶车辆控制信息传输与处理方法，其特征在于：t0表示车载工控机上一次执行的命令数据中的时间，t1表示驾驶控制服务器通过4G无线路由器1发送的命令数据C1中的时间，t2表示驾驶控制服务器通过4G无线路由器2发送的命令数据C2中的时间。
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2020
- 2020-09-30 CN CN202011056407.8A patent/CN112437414B/zh active Active
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