CN114205744A - 一种车辆编队管理通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种车辆编队管理通信方法，该方法包括：在车辆编队的每辆车上设置有车载HMI，所述车载HMI通过MQTT协议和云服务器进行车与车和车与云服务器之间的4G远程通信，并通过将数据划分为编队管理交互数据和编队共享数据实现车辆编队数据的管理和数据共享。该方法能够同时解决现有的车辆编队系统中硬件设备成本过高以及通信链路较短、信号时延长等问题。
Description
技术领域
本发明属于机动车通信技术领域，尤其涉及一种车辆编队管理通信方法。
背景技术
在无人驾驶和辅助驾驶系统中，汽车会用到很多传感器和雷达，实现避开行人、自动转弯刹车、保持车距等功能，V2X通信会让无人驾驶更加智能，即便最好的雷达也只能探测到前方5秒路程内的状况，而V2X可把范围扩展到更广，好让汽车和驾驶者更好地作出判断。例如V2X中的V2V是一种网状网络，其网络中的节点(例如汽车)可以发射、捕获并转发信号。网络上5-10个节点的跳跃就能收集一英里外的交通状况。这对多数驾驶者来说都有足够的应对时间。
在编队行驶中实现车队之间的编队数据通信，行业内目前主要采用V2X硬件设备进行远程数据的通信。具体实现的原理是，通过V2X设备的蜂窝网络实现一个C-V2X的局域网络，让所在范围内的车辆实现一个类局域网络的数据远程通信。
通过V2X设备来实现车辆编队管理和通信的缺点如下：
1.设备之间通信距离较短，通常只能在300M范围内有效，因此整体编队车辆之间的设备通信会出现不稳定的情况。
2.由于编队行驶这个功能主要用于L2+以上的自动驾驶功能中，因此V2X目前市场普及率并不高，所以造成了硬件设备单价昂贵。
3.V2X设备之间的无线通信虽然延时极低，但是这种C-V2X广播通信类似与无线局域网，车辆之间的数据无法被远程获取以及监管存储。
4.目前V2X设备主要用于进行实时的整车数据共享，难以用于整个编队管理模块的策略和算法开发。
例如专利号为CN202110743542.8的一种车辆编队方法及系统的专利中采用了路基RSU硬件通信模块和整车定位数据来进行统一化编队处理，但是该专利技术也存在一些相关技术缺点：该物联网远程通信所依赖的外设路基RSU模块以及通信距离过短，例如其还是采用了RSU路基硬件模块和V2X车载模块，通信协议采用了网络PC5广播，编队所依赖的硬件设备较多并且对目的地有一定的限制，并且对通信距离有一定的限制。因此，硬件成本上升、通信距离较短和信号时延长等一系列问题都直接导致了车辆编队行驶通系统难以应用于一般的实际导航行驶中。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于此，本发明提供了一种车辆编队管理通信方法，该方法能够同时解决现有的车辆编队系统中硬件设备成本过高以及通信链路较短、信号时延长等问题，故特别适合应用于车辆编队系统。
(二)技术方案
本发明公开了一种车辆编队管理通信方法，包括：在车辆编队的每辆车上设置有车载HMI，所述车载HMI通过MQTT协议和云服务器进行车与车和车与云服务器之间的4G远程通信；
所述车与车之间的4G远程通信，是通过将每个车载HMI上安装的APP作为客户端，并以云服务器为桥梁实现基于编队车辆共享数据的客户端之间的端口通信连接，所述编队车辆共享数据主要包括整车实时数据和故障状态数据，在同一个车辆编队内的客户端共享同一组所述编队车辆共享数据；
所述车与云服务器之间的4G远程通信，是每个车载HMI上的客户端与云服务器之间基于编队管理交互数据的通信连接，所述编队管理交互数据包括在所述客户端发出的具备编队管理功能的操作指令，所述操作指令能上传给所述云服务器去进行计算和编队规划，再通过所述云服务器寻找指定车辆的车载HMI的客户端下发指令，以实现车辆编队信息的管理。
优选的，所述操作指令包括创建车队指令、邀请车辆指令、加入现有车队指令、离开车队指令、解散车队指令和自定义昵称指令。
优选的，所述创建车队指令，能通过实时采集领航车范围内一定距离的空闲车辆的位置，并发送实时邀请功能，并等待被邀请车辆的反馈状态；
所述邀请车辆指令，则为已有车队领航车主动查询上线且空闲的车辆进行列表邀请或者检索邀请，等待被邀请车辆的同意反馈后，表示邀请车辆加入车队成功。
优选的，所述加入现有车队指令，则为当前空闲车辆申请加入已有车队的申请，申请车辆会获取到目前已有的车队信息，并指定申请加入目标车队，等待目标车队的领航车的同意反馈后，则主动加入车队成功；
所述解散车队指令，则为车队领航车进行车队解散的功能；
所述离开车队指令，则为车队中跟随车主动申请离开当前车队的功能，离开车队的车辆数据共享功能关闭，离开后不共享编队车辆共享数据，且并不影响原车队的数据交互以及共享同步。
所述自定义昵称功能，通过昵称来替代车辆VIN码。
优选的，所述车队中包括领航车和跟航车，所述领航车上具备创建车队指令、邀请车辆指令、解散车队指令和自定义昵称指令，所述跟航车上则具备邀请车辆指令、加入现有车队指令、离开车队指令和自定义昵称指令。
优选的，所述整车实时数据包括车速、档位和/或电量，所述故障状态数据包括仪表盘显示的故障信息。
优选的，所述编队车辆共享数据能根据所述编队管理交互数据所认定的位于同一组车辆编队内的车辆信息进行自动更新。
优选的，每个所述车载HMI的客户端内具备对所述编队车辆共享数据进行加密和解密的功能。
优选的，所述仪表盘显示的故障信息包括机油故障信息、防冻液水温故障信息、电瓶故障信息、胎压故障信息、ABS系统故障信息、发动机故障信息和/或安全气囊故障信息。
优选的，所述车辆为大型运输车辆。
(三)有益效果
(1)本发明通过采用单HMI系统来替代V2V中的RSU等V2X设备，能够减少不必要的硬件设备成本开销，通过已经铺设广泛4G网络来替代PC5广播，能够解决通信距离的限制和数据链路过短的问题；通过独有的服务器中的MQTT编队管理策略来减少不必要的数据带宽浪费以及增加数据的实时性，且经过实际测试发现，本发明在信号不受干扰的情况下数据通信的延时上能控制在100ms内，编队车辆之间的稳定通信范围能扩展到5km以上。
(2)本发明的方法可直接用于L2+V2V的编队行驶项目中，只需在目前车辆上广泛安装的HMI车载大屏设备上通过4G+MQTT网络链路实现车与车的编队管理软件APP开发和整车之间的数据通信交互，大大降低了昂贵的主流V2X通信设备的成本。
(3)此外，本发明采用基于车载现有的HMI大屏开发APP来实现编队通信管理软件，软件功能方面，通过将数据区分为编队管理交互数据和编队共享数据实现车辆编队数据的管理和共享，还通过车辆上线后实时上传本车的位置，可在创建车队时候，主动对一定范围半径的空闲车辆进行组队邀请，待空闲车辆同意后则会加入车队，进行实时加密车辆数据共享。与此同时，在离开车队、解散车队、加入车队等方面的功能也可以做出通信应用策略的管理，同时整个编队管理系统软件支持自定义用户昵称功能并同步更新到车队其他车辆的HMI车载大屏app中，通过采用4G的MQTT通信链路实现车车之间低延时的及时远程数据通信和共享。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明中车辆编队管理通信方法的软件系统架构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了降低车辆编队系统的通信设备成本，并提高车车之间的通讯距离和满足通信时延要求，本发明技术方案采用的主体构思为：
车辆编队管理系统的APP软件开发主要是基于现有的车载HMI大屏中进行的(车载HMI大屏多为触摸显示屏，且集成了4G模块)，车载HMI作为由新能源汽车、车联网及高级驾驶员辅助系统ADAS、自动驾驶等电动化、智能网联化功能推动的产物，其成本较低，通用性强，可显示车辆的实时信息，且其一般集成了4G通信模块，通过现有4G网络来替代传统V2X设备的局域网蜂窝网络，不仅可以实现车辆之间的通信无距离限制障碍、低延时的功能，而且在远程云端可以监管存储车队之间的编队共享数据以及交互通信数据，为了保证编队共享数据以及交互通信数据的时延在可控范围，本发明采用了MQTT协议进行车与车以及车与云服务器之间的4G远程通信。MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，即消息队列遥测传输协议)是一种基于发布/订阅(publish/subscribe)模式的“轻量级”低开销、低带宽占用的即时通讯协议，其可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。
如图1所示，本发明的车辆编队管理通信方法，具体包括：车辆编队的每辆车上配置有车载HMI，车载HMI通过MQTT应用协议和云服务器进行以下的车与车和车与云服务器之间的4G远程通信。
所述车与车之间的4G远程通信，是通过将每个车载HMI上安装的APP作为客户端，并以云服务器为桥梁实现基于编队车辆共享数据的客户端之间的端口通信连接，所述编队车辆共享数据主要包括整车实时数据和故障状态数据(例如每辆车的车速、档位、电动车电池的电量、仪表盘上显示的故障信息等整车实时数据和故障状态数据)，在同一个车辆编队内的客户端共享同一组所述编队车辆共享数据。
所述车与云服务器之间的4G远程通信，是每个车载HMI上的客户端与云服务器之间基于编队管理交互数据的通信连接，所述编队管理交互数据包括创建车队、解散/离开车队、邀请车辆/加入车队、自定义昵称等在客户端进行的具备编队管理功能的操作指令，这些在APP客户端上发送的操作指令会先通过4G模块上传给云服务器去进行计算和编队规划，再通过云服务器去计算寻找指定车辆的车载HMI的客户端上去下发指令，以实现车辆编队信息的管理。
在一种可选的实施例中，仪表盘上显示的故障信息包括机油故障、防冻液水温故障、电瓶故障、胎压故障、ABS系统故障、发动机故障、安全气囊故障等故障信息。
在一种可选的实施例中，具备编队管理功能的操作指令包括：创建车队指令、邀请车辆指令、加入现有车队指令、离开车队指令、解散车队指令、自定义昵称指令，在领航车和跟随车上可分别根据权限显示以上的部分或者全部指令，以上指定的具备功能分别为：
创建车队指令，能通过实时采集领航车范围内一定距离的空闲车辆的位置，并发送实时邀请功能，并等待被邀请车辆的反馈状态。
邀请车辆指令，则为已有车队领航车主动查询上线且空闲的车辆进行列表邀请或者检索邀请，等待被邀请车辆的同意反馈后，表示邀请车辆加入车队成功。
加入现有车队指令，则为当前空闲车辆申请加入已有车队的申请，申请车辆会获取到目前已有的车队信息，并指定申请加入目标车队，等待目标车队的领航车的同意反馈后，则主动加入车队成功。
解散车队指令，则为车队领航车进行车队解散的功能；
离开车队指令，则为车队中跟随车主动申请离开当前车队的功能，离开车队的车辆数据共享功能关闭，离开后不共享编队车辆共享数据，且并不影响原车队的数据交互以及共享同步。
自定义昵称功能，通过昵称来替代繁杂的车辆VIN码，以便于用户观看查询APP中车队中各个车辆共享的编队车辆共享数据。
进一步的，所述车辆为运输车辆(如新能源重卡等电动车)，在同一个车辆编队中的领航车上具备创建车队指令、邀请车辆指令、解散车队指令、自定义昵称指令，跟航车上则具备邀请车辆指令、加入现有车队指令、离开车队指令、自定义昵称指令。
值得一提的是，为了能够实现自由编队，领航车不一定要求是行驶在最前面的车辆，任何不在任何编队内的空闲车辆都可以创建车队作为领航车，车辆编队内的所有车辆都共享同一组编队车辆共享数据，所述编队车辆共享数据能根据所述编队管理交互数据所认定的位于同一组车辆编队内的车辆信息进行自动更新，即当车辆减少或者增加时，该编队车辆共享数据会进行新增或者减少车辆信息的更新，并新增或者减少编队车辆共享数据的对应收发端口，从而避免已退出车队的车辆信息被泄露。
进一步的，为了保障车与车之间端口通信时的共享数据安全性，每个车载HMI的客户端内具备所述编队车辆共享数据的加密和解密功能。
需要再次指出的是，以上的编队车辆共享数据是编队管理交互数据认定的同一组编队内的车辆之间相互发送和分享的车辆和行驶数据，无需云服务器进行计算处理，只需以云服务器为桥梁通过MQTT协议进行数据转发即可，且每辆车的编队车辆共享数据的加密和打包都可以在客户端之间进行，因此不会增加云服务器的额外工作量从而影响数据传输速度，且数据安全性高。至于车与云服务器之间的编队管理交互数据，由于该数据一般只涉及到车辆编队指令的计算和编队信息发布传输工作，故云服务器的总体计算量小，因此很适合通过基于MQTT协议的4G无线传输进行远距离的高速无线实时通信。
综上可知，本发明中通过HMI大屏APP+4G+MQTT协议来上传车辆位置到后台云服务器上，通过在线检测创建车队的车辆所在范围的空闲车辆进行自动邀请加入车队，同时可以通过指定上线空闲车辆进行邀请拉入，等待其同意反馈后则可加入车队并共享车队中的实时数据。上线空闲车辆也可以通过检索在线车队来主动申请加入目标车队，等待车队领航车同意反馈后，则成功加入车队并开始共享车队数据。在离开车队时候也并不会影响车队中其他车辆的数据通信和共享通道。整体编队通过独有的服务器编队管理策略来减少不必要的数据带宽浪费以及增加数据的实时性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种车辆编队管理通信方法，其特征在于，包括：在车辆编队的每辆车上设置有车载HMI，所述车载HMI通过MQTT协议和云服务器进行车与车和车与云服务器之间的4G远程通信；
所述车与车之间的4G远程通信，是通过将每个车载HMI上安装的APP作为客户端，并以云服务器为桥梁实现基于编队车辆共享数据的客户端之间的端口通信连接，所述编队车辆共享数据主要包括整车实时数据和故障状态数据，在同一个车辆编队内的客户端共享同一组所述编队车辆共享数据；
所述车与云服务器之间的4G远程通信，是每个车载HMI上的客户端与云服务器之间基于编队管理交互数据的通信连接，所述编队管理交互数据包括在所述客户端发出的具备编队管理功能的操作指令，所述操作指令能上传给所述云服务器去进行计算和编队规划，再通过所述云服务器寻找指定车辆的车载HMI的客户端下发指令，以实现车辆编队信息的管理。
2.根据权利要求1所述的车辆编队管理通信方法，其特征在于，所述操作指令包括创建车队指令、邀请车辆指令、加入现有车队指令、离开车队指令、解散车队指令和自定义昵称指令。
3.根据权利要求2所述的车辆编队管理通信方法，其特征在于，
所述创建车队指令，能通过实时采集领航车范围内一定距离的空闲车辆的位置，并发送实时邀请功能，并等待被邀请车辆的反馈状态；
所述邀请车辆指令，则为已有车队领航车主动查询上线且空闲的车辆进行列表邀请或者检索邀请，等待被邀请车辆的同意反馈后，表示邀请车辆加入车队成功。
4.根据权利要求3所述的车辆编队管理通信方法，其特征在于，所述加入现有车队指令，则为当前空闲车辆申请加入已有车队的申请，申请车辆会获取到目前已有的车队信息，并指定申请加入目标车队，等待目标车队的领航车的同意反馈后，则主动加入车队成功；
所述解散车队指令，则为车队领航车进行车队解散的功能；
所述离开车队指令，则为车队中跟随车主动申请离开当前车队的功能，离开车队的车辆数据共享功能关闭，离开后不共享编队车辆共享数据，且并不影响原车队的数据交互以及共享同步。
所述自定义昵称功能，通过昵称来替代车辆VIN码。
5.根据权利要求4所述的车辆编队管理通信方法，其特征在于，所述车队中包括领航车和跟航车，所述领航车上具备创建车队指令、邀请车辆指令、解散车队指令和自定义昵称指令，所述跟航车上则具备邀请车辆指令、加入现有车队指令、离开车队指令和自定义昵称指令。
6.根据权利要求1所述的车辆编队管理通信方法，其特征在于，所述整车实时数据包括车速、档位和/或电量，所述故障状态数据包括仪表盘显示的故障信息。
7.根据权利要求1所述的车辆编队管理通信方法，其特征在于，所述编队车辆共享数据能根据所述编队管理交互数据所认定的位于同一组车辆编队内的车辆信息进行自动更新。
8.根据权利要求1所述的车辆编队管理通信方法，其特征在于，每个所述车载HMI的客户端内具备对所述编队车辆共享数据进行加密和解密的功能。
9.根据权利要求6所述的车辆编队管理通信方法，其特征在于，所述仪表盘显示的故障信息包括机油故障信息、防冻液水温故障信息、电瓶故障信息、胎压故障信息、ABS系统故障信息、发动机故障信息和/或安全气囊故障信息。
10.根据权利要求1至9任一项所述的车辆编队管理通信方法，其特征在于，所述车辆为大型运输车辆。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220318 |
|
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