CN113433875A - 一种应用于平行驾驶系统的远程驾驶舱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于平行驾驶系统的远程驾驶舱，包括：主机、G力动感平台、力反馈转向基座和模拟方向盘；主机，用于根据被控车辆的IMU信息实时调整G力动感平台的运动状态，以通过G力动感平台的运动状态模拟被控车辆车身姿态；主机，还用于根据被控车辆方向盘角度数据和车速数据，获取被控车辆方向盘的转向力矩和震动频率，并通过力反馈转向基座控制模拟方向盘的角度和震动，以此模拟被控车辆方向盘转向力矩和震动。本发明不但能够实现对被控车辆通过路面产生的颠簸震动等驾驶环境进行真实、全面反馈，而且降低了建设成本，缩短了部署周期。

Description

一种应用于平行驾驶系统的远程驾驶舱

技术领域

本发明涉及平行驾驶技术领域，具体涉及一种应用于平行驾驶系统的远程驾驶舱。

背景技术

随着经济水平的不断提高，汽车已经逐渐进入千家万户，成为最常见的商品之一。同时随着汽车智能化、网联化的发展，从业人员对能够大幅度缓解人类驾驶疲劳和提高驾驶安全性的无人驾驶技术进行了大量宝贵探索。但目前无人驾驶技术尚不完全成熟，运营过程中有一定概率出现系统性故障，因此，在无人驾驶系统出现故障时能够接管无人驾驶系统的平行驾驶系统应运而生。

平行驾驶是驾驶员和被控车辆实现空间分离的一种驾驶方式，其特征在于驾驶员发出的控车指令以及被控车辆采集的环境信息通过无线网络实现端—端通讯。平行驾驶系统包括被控车辆、通信基站和远程驾驶舱，被控车辆通过通信基站和远程驾驶舱实现信息交互，交互过程为：被控车辆通过通信基站上传视频编码，经过主机内的视频处理模块解码并传输给显示屏幕进行显示，驾驶员根据视频显示进行驾驶决策并做出相应驾驶动作，例如，转向、加速、制动、踩离合、换挡等，方向盘、油门踏板、制动踏板、离合踏板、换挡器等执行器产生的动作经过传感器采集转化为控制信号传输给控车指令模块，控车指令模块处理后输出控车指令，控车指令通过通信基站下发至被控车辆，实现远程驾驶。可见， 远程驾驶舱的主要作用是：显示被控车辆上传的周边环境视频，供驾驶员进行驾驶决策，同时将驾驶员的远程驾驶操作转化为控车指令下发给被控车辆。

现有技术中的远程驾驶舱，如申请号为：CN202010328988.X，名称为：基于六自由度动感驾驶台架的远程驾驶装置及方法所述，其基于现有车辆和六自由度台架升级改造而成，通过主控车辆可以远程控制被控车辆，显示被控车辆驾驶环境的视频图像。该方案虽然能够远程控制被控车辆，并实时感知被控车辆的姿态，但是，其具有以下缺点：

1.六自由度动感台架主要作用是使主控车辆的姿态与被控车辆实时姿态保持一致，其虽然可以将被控车辆通过路面产生的颠簸震动真实反馈给远程驾驶舱，但缺乏方向盘转向力矩反馈和方向盘震动反馈。

2.六自由度动感台架是基于现有车辆和六自由度台架升级改造而成，不同型号现有车辆即需要重新匹配六自由度台架，改造及部署周期长、效率低，且由于六自由度动感台架需要应用到现有车辆，因此，建设成本高，不利于平行驾驶的技术推广。

综上可见，现有技术中的平行驾驶尚在发展阶段，远程驾驶舱不能全面地、真实反馈驾乘感受，且建设成本高、部署效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于平行驾驶系统的远程驾驶舱，以解决上述技术问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种应用于平行驾驶系统的远程驾驶舱，其改进之处在于，包括：主机、G力动感平台、力反馈转向基座和模拟方向盘；

所述主机，用于根据被控车辆的IMU信息实时调整所述G力动感平台的运动状态，以通过所述G力动感平台的运动状态模拟被控车辆车身姿态；

所述主机，还用于根据被控车辆方向盘角度数据和车速数据，获取被控车辆方向盘的转向力矩和震动频率，并通过所述力反馈转向基座控制所述模拟方向盘的角度和震动，以此模拟被控车辆方向盘转向力矩和震动。

本发明与现有技术相比，至少具有以下优点：

1.本发明通过设置G力动感平台，取代由现有车辆和六自由度台架升级改造组合而成的六自由度动感台架，并通过被控车辆的IMU信息实时调整G力动感平台的运动状态，因此，不但能够实现对被控车辆通过路面产生的颠簸震动等驾驶环境进行真实反馈，使驾驶员驾乘感受真切，而且无需使用真实车辆作为远程驾驶舱的组成部分，以及不需要为不同型号现有车辆配套设置六自由度台架，因此，降低了远程驾驶系统建设成本，缩短了部署周期，有利于实现远程驾驶的技术推广。

2.本发明通过被控车辆的方向盘角度数据和车速数据实时调整远程驾驶舱内的模拟方向盘的转向力矩和震动频率，因此，能够全面地、真实反馈被控车辆的驾驶环境，有利于驾驶员做出正确的驾驶决策。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的应用于平行驾驶系统的远程驾驶舱的结构图；

图2是图1中G力动感平台其中一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明一实施例提供的应用于平行驾驶系统的远程驾驶舱，如图1所示，包括：主机1、G力动感平台2、力反馈转向基座3和模拟方向盘4；

主机1，用于根据被控车辆5的IMU信息实时调整G力动感平台2的运动状态，以通过G力动感平台2的运动状态模拟被控车辆5车身姿态，以真实反馈被控车辆5的驾驶环境；

主机1，还用于根据被控车辆5方向盘角度数据和车速数据，获取被控车辆5方向盘的转向力矩和震动频率，并通过力反馈转向基座3控制模拟方向盘4的角度和震动，以此模拟被控车辆5方向盘转向力矩和震动，进而全面地、真实反馈被控车辆5的驾驶环境。

其中，IMU：全称Inertial Measurement Unit，即惯性测量单元，车用IMU作用是检测和测量车辆的加速度与旋转运动，IMU通常为3个加速度计和3个陀螺仪组成的组合单元，使用时，加速度计和陀螺仪安装在互相垂直的测量轴上。

显然，本发明通过设置G力动感平台2，取代由现有车辆和六自由度台架升级改造组合而成的六自由度动感台架，并通过被控车辆5的IMU信息实时调整G力动感平台2的运动状态，因此，不但能够实现对被控车辆5通过路面产生的颠簸震动等驾驶环境进行真实反馈，使驾驶员驾乘感受真切，而且无需使用真实车辆作为远程驾驶舱的组成部分，以及不需要为不同型号现有车辆配套设置六自由度台架，因此，降低了远程驾驶系统建设成本，缩短了部署周期，有利于实现远程驾驶的技术推广。

同时，本发明通过被控车辆5的方向盘角度数据和车速数据实时调整远程驾驶舱内的模拟方向盘4的转向力矩和震动频率，因此，能够全面地、真实反馈被控车辆5的驾驶环境，有利于驾驶员做出正确的驾驶决策。

在一些实施例中，如图2所示，G力动感平台2包括平台底座21和四套伺服系统22，以平台底座21作为车底架, 四套伺服系统22作为四个车轮，平台底座21底部四个方位分别设置一套伺服系统22，每套伺服系统22均与主机1连接，以在主机1的控制下，带动平台底座21模拟不同的运动场景。

在一个实施例中，每套伺服系统22均包括电动缸和伺服电机，电动缸竖直安装，电动缸的伸缩杆顶部连接平台底座21，电动缸和伺服电机驱动连接，伺服电机和主机1连接，以使得主机1通过伺服电机控制电动缸进行竖直方向的直线运动。

需要说明的是：四套伺服系统22的结构和性能完全相同，四套伺服系统22在主机1的上位机软件控制下，可彼此独立控制伺服电机带动电动缸进行竖直方向的直线运动，共同驱动平台底座21完成车辆行驶中乘载员的运动体感G力模拟，可以使驾驶员获得如加速、刹车、转向、颠簸等实车运动场景中的惯性力和运动感觉，部分实车场景和电动缸模拟方式对应如下表：

在一些实施例中，主机1包括运动计算模块，运动计算模块用于根据被控车辆5的IMU信息分别实时计算获取每套伺服系统22的速度控制信号，进而实时调整平台底座21的姿态。

在一个实施例中，运动计算模块包括数据获取模块、角度计算模块、中心速度计算模块、第一叠加值计算模块、第二叠加值计算模块和运动速度计算模块；

数据获取模块，用于通过通信基站9实时获取被控车辆5的IMU信息，其中，IMU信息包括X、Y和Z三个方向的加速度信号和角速度信号，且IMU信息均带符号，例如，正号表示与约定正方向相同，负号表示与约定正方向相反；

本实施例中，IMU信息包括ACC_X(被控车辆5的X向加速度信号)、ACC_Y(被控车辆5的Y向加速度信号)、ACC_Z(被控车辆5的Z向加速度信号)、GYRO_X（被控车辆5的X轴角速度信号）、GYRO_Y（被控车辆5的Y轴角速度信号）、GYRO_Z（被控车辆5的Z轴角速度信号）；

角度计算模块，用于根据X和Y向角速度信号，计算获取平台底座21的俯仰角和横滚角；

本实施例中，对被控车辆5的Y轴角速度信号和被控车辆5的X轴角速度信号关于时间进行积分运算，获取被控车辆5的俯仰角INS_PitchAngle和横滚角INS_RollAngle，将INS_PitchAngle和INS_RollAngle分别作为平台底座21的俯仰角和横滚角。

中心速度计算模块，用于根据Z向加速度信号，计算获取平台底座21几何中心的运动速度；

本实施例中，对被控车辆5的Z向加速度信号关于时间进行积分运算，获取被控车辆5的Z向运动速度VELOCIYT_Z，将VELOCIYT_Z作为平台底座21几何中心的运动速度；

第一叠加值计算模块，用于根据俯仰角和平台底座21的长度，分别计算获取俯仰角造成的四个电动缸速度叠加值；

本实施例中，1#/2#/3#/4#电动缸因俯仰角造成的速度叠加值分别记为V1a/V2a/V3a/V4a，该4个值大小相等，均为俯仰角INS_PitchAngle的绝对值乘以L/2（L：平台底座21的长度），V1a/V2a同正同负，V3a/V4a同正同负，V1a/V2a的符号与V3a/V4a相反（正号表示电动缸相对平台底座21几何中心向约定的正方向运动，负号表示电动缸相对平台底座21几何中心向约定的负方向运动）；

第二叠加值计算模块，用于根据横滚角和平台底座21的宽度，分别计算获取横滚角造成的四个电动缸速度叠加值；

本实施例中，1#/2#/3#/4#电动缸因横滚角造成的速度叠加值分别记为V1b/V2b/V3b/V4b，该4个值大小相等，均为横滚角INS_RollAngle的绝对值乘以W/2（W：平台底座21的宽度），V1b/V2b同正同负，V3b/V4b同正同负，V1b/V2b的符号与V3b/V4b相反（正号表示电动缸相对平台底座21几何中心向约定的正方向运动，负号表示电动缸相对平台底座21几何中心向约定的负方向运动）；

运动速度计算模块，用于根据平台底座21几何中心的运动速度、俯仰角造成的每个电动缸速度叠加值和横滚角造成的四个电动缸速度叠加值，分别计算获取四个电动缸的速度值；

本实施例中，1#电动缸的速度值V1=VELOCIYT_Z+V1a+V1b；

2#电动缸的速度值V2=VELOCIYT_Z+V2a+V2b；

3#电动缸的速度值V3=VELOCIYT_Z+V3a+V3b；

4#电动缸的速度值V4=VELOCIYT_Z+V4a+V4b。

显然，可以将上述四个电动缸的速度值转化成电信号，从而分别控制四个电控缸的运动速度和运动方向，进而实现对电动缸的精确控制，最终实现对车身姿态的真实反馈。

在一些实施例中，运动计算模块包括存储模块、采集模块和查找模块；

存储模块，被控车辆5用于预先存储被控车辆5在不同方向盘角度、不同车速情况下的方向盘转向力矩和震动特性；

具体操作时，可以对被控车辆5方向盘转向力矩和震动进行标定，以便精确反应在不同方向盘角度、不同车速情况下的方向盘转向力矩和震动特性；

本实施例中，以数据表的形式存储被控车辆5在不同方向盘角度、不同车速情况下的方向盘转向力矩和震动特性，具体：

存储模块预存两个table（数据表）：转向力矩table和震动特性（频率）table，其中：

转向力矩table，横坐标是不同车速、纵坐标是不同方向盘角度；

震动特性（频率）table和转向力矩table类似，唯一不同之处在于这两个table需要表达的物理量不同，在此不再赘述。

采集模块，用于实时采集被控车辆5的车速信号和方向盘角度，并实时发送至查找模块；

查找模块，用于根据车速信号和方向盘角度，查询方向盘的转向力矩和震动频率，当查询不到时，可以进行线性插值处理，并将获取到的方向盘的转向力矩和震动频率发送至力反馈转向基座3。

在一些实施例中，力反馈转向基座3包括转化模块和直驱电机；

转化模块，用于实时获取方向盘的转向力矩和震动频率，并分别转化为电信号；

直驱电机，用于和模拟方向盘4连接，并根据转化后的电信号分别产生转向反力和震动，以能够使得模拟方向盘4转动相应角度和产生相应频率的震动，最终实现对被控车辆5方向盘转向力矩和震动特性的真实模拟。

即，远程驾驶舱内的模拟方向盘4和力反馈转向基座3组成力反馈方向盘总成，力反馈方向盘总成可向驾驶员真实反馈被控车辆5方向盘转向力矩、方向盘震动。

在一些实施例中，远程驾驶舱还包括：显示屏幕6、踏板7（油门踏板、制动踏板、离合踏板）、换挡器8，以及各类传感器等，与现有技术基本相同，在此不再赘述。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (7)

1.一种应用于平行驾驶系统的远程驾驶舱，其特征在于，包括：主机、G力动感平台、力反馈转向基座和模拟方向盘；

所述主机，用于根据被控车辆的IMU信息实时调整所述G力动感平台的运动状态，以通过所述G力动感平台的运动状态模拟被控车辆车身姿态；

所述主机，还用于根据被控车辆方向盘角度数据和车速数据，获取被控车辆方向盘的转向力矩和震动频率，并通过所述力反馈转向基座控制所述模拟方向盘的角度和震动，以此模拟被控车辆方向盘转向力矩和震动。

2.根据权利要求1所述的远程驾驶舱，其特征在于，所述 G力动感平台包括平台底座和四套伺服系统，所述平台底座底部设置四套所述伺服系统，每套所述伺服系统均与所述主机连接，以在所述主机的控制下，带动所述平台底座模拟不同的运动场景。

3.根据权利要求2所述的远程驾驶舱，其特征在于，每套所述伺服系统均包括电动缸和伺服电机，所述电动缸竖直安装，电动缸的伸缩杆顶部连接所述平台底座，所述电动缸和所述伺服电机驱动连接，所述伺服电机和所述主机连接，以使得所述主机通过所述伺服电机控制所述电动缸进行竖直方向的直线运动。

4.根据权利要求2所述的远程驾驶舱，其特征在于，所述主机包括运动计算模块，所述运动计算模块用于根据被控车辆的IMU信息分别实时计算获取每套所述伺服系统的速度控制信号，进而实时调整所述平台底座的姿态。

5.根据权利要求4所述的远程驾驶舱，其特征在于，所述运动计算模块包括数据获取模块、角度计算模块、中心速度计算模块、第一叠加值计算模块、第二叠加值计算模块和运动速度计算模块；

所述数据获取模块，用于实时获取被控车辆的IMU信息，其中，IMU信息包括X、Y和Z三个方向的加速度信号和角速度信号；

所述角度计算模块，用于根据X和Y向角速度信号，计算获取所述平台底座的俯仰角和横滚角；

所述中心速度计算模块，用于根据Z向加速度信号，计算获取所述平台底座几何中心的运动速度；

所述第一叠加值计算模块，用于根据俯仰角和所述平台底座的长度，分别计算获取俯仰角造成的四套所述伺服系统速度叠加值；

所述第二叠加值计算模块，用于根据横滚角和所述平台底座的宽度，分别计算获取横滚角造成的四套所述伺服系统速度叠加值；

所述运动速度计算模块，用于根据平台底座几何中心的运动速度、俯仰角造成的四套所述伺服系统速度叠加值和横滚角造成的四套所述伺服系统速度叠加值，分别计算获取四套所述伺服系统的速度值。

6.根据权利要求4所述的远程驾驶舱，其特征在于，所述运动计算模块包括存储模块、采集模块和查找模块；

所述存储模块，用于预先存储被控车辆在不同方向盘角度、不同车速情况下的方向盘转向力矩和震动特性；

所述采集模块，用于实时采集被控车辆的车速信号和方向盘角度，并实时发送至所述查找模块；

所述查找模块，用于根据车速信号和方向盘角度，查询被控车辆方向盘的转向力矩和震动频率，并将获取到的被控车辆方向盘的转向力矩和震动频率发送至所述力反馈转向基座。

7.根据权利要求6所述的远程驾驶舱，其特征在于，所述力反馈转向基座包括直驱电机；

所述直驱电机，用于和所述模拟方向盘连接，并根据被控车辆方向盘的转向力矩和震动频率产生转向反力和震动，以能够使得模拟方向盘转动相应角度和产生相应频率的震动。

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