CN114339682A - 车辆组合体和用于形成车辆组合体的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种车辆组合体和用于形成车辆组合体的方法。第一车辆单元(10)可联接到第二车辆单元(20)，从而形成车辆组合体(90)，其中，第一车辆单元包括收发器(11)，该收发器被配置成建立到第二车辆单元的收发器(21)的副链路(S12)。在一个实施例中，第一车辆单元(10)被配置成执行用于将其自身联接到第二车辆单元(20)的自动联接过程，其中，副链路(S12)是在该联接过程完成之前建立的。在另一实施例中，副链路(S12)为各个车辆单元计算机(12，22)之间的有线通信链路(W12)增加了冗余。在又一实施例中，车辆单元(10，20)的收发器(11，21)即使在车辆组合体(90)已经形成之后也保持可独立寻址。

Description

车辆组合体和用于形成车辆组合体的方法

技术领域

本公开涉及车辆通信领域，尤其涉及用于形成车辆组合体的车辆单元之间的通信的方法和设备。

背景技术

在车辆组合体内提供有线连接的解决方案得到了广泛的商业应用。这种组合体范围网(combination-wide network)可以使用由以太网或控制器局域网(CAN)总线的多个区段组成的有线基础设施，每个车辆单元中有一个总线区段，一旦车辆单元已经被联接，这些总线区段就被加入已连接的网络中。在一些已知的解决方案中，数据线与电气线、气动线或液压动力线一起集成在实体联接器(例如，牵引杆、第五轮)中。在其它解决方案中，各个区段的数据线被端接在各自的连接器(例如，插头、插座)处，当车辆单元被联接时，这些连接器进入相互邻近处，操作者可在相互邻近处完成连接。

有线基础设施通常被认为是非常可靠的。相对简单的设备可以提供出色的控制信令带宽。然而，在车辆组合体的情况下，在车辆单元的联接完成之前并不存在网络。对有线基础设施有用性的另一个潜在限制是，将各个车辆单元的总线区段连结的物理连接器受到老化、磨损、篡改、碰撞等。尽管控制信令的有线基础设施被认为是可靠的，但出于安全原因，有时需要冗余。实施冗余通常会增加有线基础设施的成本和复杂性。

WO2013086165A2公开了一种车辆系统，该车辆系统具有至少一个源车辆和一个单独的链接车辆，所述至少一个源车辆和一个单独的链接车辆在机械上链接以沿着路线一起行进，并且还通过车辆系统的有线系统网络而彼此通信链接。在适用于铁路应用的车辆系统中，路由器收发器单元包括封装模块，该封装模块被配置成将本地数据包转换成隧道内(in-tunnel)数据包，其中，本地数据包和隧道内数据包具有不同的包格式。

US2019139419公开了一种用于形成车队的方法，其中：第一车辆发送联接询问，请求与存在于第一车辆周围的第二车辆联接；识别车队协同车辆；并且在确认这不意味着冲突之后，第一车辆和第二车辆被联接在一起。当在一组车辆中已经达到车队的最大数量时，认为存在冲突，并且通过拒绝至少一个联接询问或者通过划分所述至少一组车辆来解决冲突。

发明内容

一个目的是提出一种车辆单元，该车辆单元能够联接到至少一个另外的车辆单元，以形成具有组合体范围网的车辆组合体。另一个目的是提出一种包括具有这些特征的车辆单元的车辆组合体。又一个目的是提供如下一种车辆组合体：其中，组合体范围网已经在联接过程期间起作用。此外，目的是提出用于形成两个或更多车辆单元的车辆组合体的网络辅助联接方法。

这些和其它目的通过所附权利要求书中限定的本发明来实现。从属权利要求涉及有利的实施例。

在一个方面，本发明提供了第一车辆单元，它能够联接到第二车辆单元，从而形成车辆组合体，其中，第一车辆单元包括收发器，该收发器被配置成建立到第二车辆单元的收发器的副链路(sidelink)。

通过使用副链路形式的无线基础设施，一旦车辆单元的收发器进入彼此的无线电覆盖范围，所述组合体范围网就变得可用。当以发射功率和其它物理层设置的普通值配置时，副链路可以具有10m或更大的无线电范围，这相对于插头和插座(或其它物理连接器)变得可连结所需的更近的接近度而言是相当大的改进。通过车辆副链路交换的典型有效载荷数据包括表示与动力系、传动系统、传动系、转向、发动机或其它技术系统相关的实时状态变量和控制变量的操作数据；这种数据适于支持车辆组合体的操作。由于所述副链路(且因此所述组合体范围网)可以比联接过程的完成更早地建立，本发明的这一方面使得这种操作支持在更长的时间跨度内可用，包括在联接过程期间车辆单元的整个微妙交互中。此外，所述副链路还可用于交换非实时量(维护记录、行车记录仪、其它文档)或媒体和娱乐内容。

在第二方面，本发明提供了一种车辆组合体，其包括具有上述特征的车辆单元。

在一些实施例中，除了车辆单元计算机(VUC)之间的有线连接之外，还建立了各个车辆单元计算机之间的副链路。VUC被配置成在正常连接期间通过有线连接来交换有效载荷数据，并在有线连接故障的情况下切换到副链路。这样，副链路提供了后备连接，并由于冗余而使系统更稳健。优选的是，在检测到有线连接的故障之前建立副链路，例如，在建立有线VUC间连接的同时或者甚至更早地建立副链路。

在一些实施例中，即使在车辆组合体已经形成之后，车辆单元的收发器仍保持可独立寻址。例如，外部通信方可以选择将车辆组合体的第一车辆单元与第二车辆单元分开寻址，反之亦然。可选地，车辆单元的收发器可以以如下的方式配置：即，外部通信方可以进一步选择呼叫或寻址该车辆组合体，而不是它所包含的车辆单元。

在第三方面，本发明提供了一种形成车辆组合体的方法，其中，至少部分地基于通过在要形成的组合体的车辆单元之间建立的副链路交换的数据来控制自动联接过程。

在第四方面，本发明提供了一种计算机程序，其包含指令，用于使计算机或者特别是车辆单元计算机(VUC)执行上述方法。该计算机程序可以存储或分布在数据载体上。如本文中使用的，“数据载体”可以是暂时性数据载体(例如调制的电磁波或光波)或非暂时性数据载体。非暂时性数据载体包括易失性存储器和非易失性存储器，例如磁、光或固态类型的永久存储器和非永久存储器。仍然在“数据载体”的范围内，这种存储器可以是固定安装的或便携式的。

根据其在本公开中的一般用法，术语“车辆组合体”包括组合式车辆、卡车-挂车和公路列车中的任一种。在特定实施例中，术语“车辆组合体”被赋予“一个动力(驱动)车辆单元和一个或多个非动力车辆单元的组合体”的更严格含义，其中，该动力车辆可以是常规车辆或自主车辆。在这种更严格的意义上，组成“车辆组合体”的单元在它们处于分离状态时不能作为一个组合体来操作，这与具有编队能力(platooning capability)的动力车辆单元不同。

如本文中使用的，“自动”过程可以是自动的或机器辅助的过程。

此外，在本公开中，术语“副链路”应具有与3GPP技术规范和技术报告的适用部分一致的含义。在这样的规范和报告中，“副链路”可以指由3GPP LTE或NR无线电接入网络辅助以建立副链路的两个用户设备(UE)之间的连接。此外，“副链路”涵盖设备到设备(D2D)连接、邻近服务(ProSe)连接、PC5接口，以及具有同等特性和能力的未来技术。该术语不扩展到IEEE 802.11技术。

一般来说，除非在此明确定义，否则，权利要求书中使用的所有术语应根据它们在技术领域中的通常含义来解释。除非另有明确说明，否则，对“一个(a)/一个(an)/该元件、设备、部件、装置、步骤等”的所有引用应该被开放地解释为指该元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则这里公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。

附图说明

现在参考附图，通过示例的方式来描述各个方面和实施例，在附图中：

图1示出了两个车辆单元，这两个车辆单元被配置成执行交互控制的、副链路辅助的自动联接过程，以形成车辆组合体；

图2示出了包括三个已联接的车辆单元的车辆组合体，这三个已联接的车辆单元通过无线(副链路)和有线链路而成对连接；并且

图3是在第一车辆单元中实施的、目的是与第二车辆单元形成车辆组合体的方法的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的各个方面，在附图中示出了本发明的某些实施例。然而，这些方面可以以许多不同的形式来体现，且不应被解释为限制性的；而是，这些实施例是通过示例的方式提供的，以便本公开将是彻底的且完整的，并且向本领域技术人员充分传达本发明的所有方面的范围。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1示出了卡车(第一车辆单元)10和挂车(第二车辆单元)20。卡车10至少包括推进装置(例如，中央发动机、电动车轮驱动装置、变速器、另外的动力系部件)、制动系统和转向装置；这是动力车辆的一个示例。该卡车包括车辆单元计算机(VUC)12，该车辆单元计算机(VUC)12可以是单个处理器或嵌入式系统的网络，例如发动机控制模块、动力系控制模块、变速器控制模块、制动器控制模块、远程信息处理控制单元、中央控制模块等。挂车20可包括用于加强制动和/或向前加速的制动系统和辅助推进系统、用于在运动期间调节车轮角度以更好地适应卡车10的运动的装置、具有独立能量源的冷却器或加热器、以及类似的装置。该制动系统可以是被动型的(例如，超速制动器)，或者包括由卡车10控制的主动制动功能。辅助推进系统可以由卡车10控制，或者可以被配置成通过处理传感器信号来模拟卡车10的移动，或者两者兼有。在本公开中，具有这些特征的挂车20被认为是非动力车辆。挂车20的移动能力可取决于它与卡车10的联接。该挂车配备有VUC 22，该VUC 22可能被配置用于与动力卡车10的VUC12相比部分地不同的一组任务。卡车10和挂车20包括各自的联接装置13、24(例如，牵引杆、第五轮)，所述联接装置13、24可以接合以形成牢固联接，并且可以脱离接合以将车辆单元10、20分离。

根据一实施例，卡车10配备有收发器11，收发器11被配置成建立到具有等效能力的另一个收发器21的副链路。挂车20也配备有启用副链路的收发器21。每个收发器11、21可以包括发射器侧和接收器侧，或者可以构成一个组合设备。每个收发器11、21可以包括至少一个天线或连接到至少一个天线，该至少一个天线可以安装在车辆单元10、20的顶部或下方，或者安装在另一不同的合适位置。该天线可以包括多个天线元件，尤其是在接收器侧的多个天线元件。特别是，该天线可以包括具有波束成形能力的有源天线阵列，其可以用于提高副链路的可靠性和/或能量效率。可以基于无线电测量以闭环方式来控制所述波束成形。替代地或另外，所述波束成形基于车辆组合体90的所测量到或观察到的(例如，滤波的)铰接角度来使用前馈控制。

如最初所讨论的，副链路可以指两个用户设备(UE)之间的连接，所述两个用户设备这里对应于收发器11、12，它们由3GPP LTE或NR无线电接入网络辅助来建立副链路。3GPPTS 36.300V12.10.0和其中的引用描述了具体细节，例如参考信号、消息格式、同步、发现和建立程序，用于自主地(第23.10.1条)和在网络支持下(第23.11条)建立副链路连接。虽然在一些实施方式中这些UE可以保持与网络的ProSe功能通信，但即使在网络覆盖之外，副链路的连接通常也保持可操作。当已经在图1中的卡车10和挂车20之间建立了副链路之后，在副链路上交换的数据通常不经过无线接入网络节点(例如，基站)的节点，也不经过核心网络或回程网络。数据传输通常是单播类型的，而不是广播。副链路通信可以在许可的无线电频谱中执行，并且可以另外利用未许可的频谱；载波频率可以为GHz或几百MHz的量级，并且带宽可以是几十或几百MHz的量级。

当车辆单元10、20静止或移动时，该副链路可用于各个VUC 12、22之间的操作数据的交换。该操作数据可以构成与动力系、传动系统、传动系、转向、发动机或其它技术系统相关的实时状态变量(可观察的)和控制变量(例如，命令)。该操作数据可以包括紧急通信，例如用于指示所述发送车辆单元中的异常状况的警报，或者用于在正在进行的紧急状况期间修改所述接收车辆中的操作参数的超控命令。

在一些实施例中，即使在车辆组合体已经形成之后，收发器11、21仍然可以独立寻址。例如，外部通信方(例如，货物终端控制室、路边单元)可以选择与挂车20的收发器21分开地寻址该收发器11或卡车10，反之亦然。可寻址性可以通过由无线电接入网络分配给收发器11、21的临时网络标识符来键入，或者在建立副链路(例如SL-RNTI、SL-N-RNTI、SL-VRNTI和其它RNTI)时键入。替代地，寻址可以指半永久或永久订户身份或硬件标识符。可选地，车辆单元10、20的收发器可以以如下方式配置：即，外部通信方可以进一步选择呼叫或寻址该车辆组合体，而不是呼叫或寻址形成该车辆组合体的车辆单元。这可以包括为车辆组合体分配临时标识符。

图2示出了一个动力车辆单元10和两个非动力车辆单元20、30的车辆组合体90，每个单元包括VUC 12、22、32。这些车辆单元是通过一方面连结动力车辆单元10和第一非动力车辆单元20的联接装置13、24并且另一方面连结两个非动力车辆单元20、30的联接装置23、34而联接的。VUC 12、22、32通过有线连接W12和W23顺序连接。根据一实施例，每个车辆单元10、20、30还包括启用副链路的收发器11、21、31，该收发器11、21、31被配置成建立并维护副链路连接S12、S23。有线连接W12、W23和副链路连接S12、S23将VUC 12、22、32顺序地互连，以便至少允许相邻VUC之间的数据交换。如果配置了中继功能，则还可以选择向不相邻的VUC发送单播数据消息，和/或发送对车辆组合体90的所有VUC寻址的广播数据消息。而且，建立到非相邻的VUC的副链路的收发器将具有非相邻的单播和广播供其使用。

并行的有线连接和无线连接的存在提供了冗余。在一些实施例中，有线连接W12、W23可以是在正常操作中使用的主要基础设施，并且，在如果有线连接W12、W23中的一个或两个遇到故障或发生障碍则一个或两个副链路连接S12、S23被投入使用的意义上来说，(已经建立的)副链路连接S12、S23是辅助的。如果根据第一选择，只有检测到故障(或似乎已经发生故障)的那个无线连接被对应的副链路连接所取代，那么，组合体范围网将使用混合的有线和无线基础设施。协议栈可以被配置成使得有线物理连接和无线物理连接之间的切换对于更高的协议层(至少包括应用层)是不可见的(不透明的)。这种抽象是有利的，因为要在VUC中执行的应用软件可以在不考虑有线连接和无线连接之间的可能切换的情况下进行开发；特别是，可以使用在无线单元间的连接可用之前开发的遗留软件。

在一些实施例中，通过在正常操作期间已经建立副链路连接S12、S23(即，不等待故障)，加速了对出故障的有线连接的快速替换。

至少在许可的频带中，副链路通信依赖于由调度功能按需分配的时频通信资源。根据一些方面，当副链路不被用作车辆单元之间的主控制通信信道时，请求基线(或默认或最小的)资源分配。该基线资源分配被配置成支持一组基本功能，例如紧急制动和其它与安全相关的操作。由于基线资源分配总是在适当的位置并且准备好在短时间内使用，与有线连接故障之后请求副链路通信资源的情况相比，减小了过渡到基于副链路的车辆控制的延迟。一旦副链路已经成为车辆单元之间的主要控制信道，就会发出扩展资源请求，以便达到足以支持车辆全部功能的带宽。

参考图3，现在将描述第一车辆单元中的方法300，其用于与第二车辆单元形成车辆组合体或者用于通过添加第二车辆单元来扩展预先存在的车辆组合体。假设每个车辆单元都配备有启用副链路的收发器。第一车辆单元可以是动力车辆单元，并且第二车辆可以是非动力车辆单元，或者反过来。该动力车辆单元可以是自主车辆或常规车辆。还可以在一个非动力车辆单元中实施该方法300，该非动力车辆单元与另一个非动力车辆单元协作以形成车辆组合体或扩展预先存在的车辆组合体。

方法300可以在所述车辆单元中的至少一个静止时执行；或者方法300可以在车辆单元以明显低于道路交通速度移动时执行；或者方法300可以在车辆单元为了联接过程(而不是为了公共运输)移动时执行。

在第一步骤310中，在车辆单元的收发器之间建立副链路。该副链路能够实现车辆单元之间在两个方向上的通信。

在第二步骤320中，第一车辆单元启动用于将第一车辆单元联接到第二车辆单元的自动联接过程。出于安全和可靠性的原因，该自动联接过程通常包括一系列预定义的步骤，包括一个或多个检查点，需要验证该系统的可观测量(例如，车轮角度、单元间距离、联接装置的位置、制动压力)处于指定范围内。该自动联接过程还可以包括致动器的闭环控制，如下面所述。

方法300的第三步骤330涉及该自动联接过程的包括交互控制的那些部分的执行。这可以包括通过副链路(在任一方向上)与第二车辆单元交换测量数据，和/或通过副链路(在任一方向上)与第二车辆单元交换控制数据。所述交互控制可能需要比基线资源分配更多的带宽；因此，第一车辆单元的收发器可以配置成请求比用于该自动联接过程的方向的基线资源分配更大的资源分配。

当由动力驱动的第一车辆单元执行时，示例性的自动联接过程可包括以下阶段：

1.初步验证动力系和制动系统是完全可操作的，并且在第一和第二车辆单元附近不存在人或物理障碍物；该决策可以部分地基于来自安装在第二车辆单元中并覆盖从第一车辆单元上的任何点都不可见的区域的摄像机的数据。

2.第一车辆单元以中等速度并使用停车距离控制类型的声学传感器朝向第二车辆的前侧倒车，以移动到接近的联接位置。

3.第一车辆单元在基于来自第二车辆单元的光学传感器的测量数据的距离指示的引导下继续以降低的速度倒车，以到达精确的联接位置。

4.第一车辆单元指示第二车辆单元使用液压致动器使牵引杆朝向第一车辆中的协作联接装置延伸。该延伸继续进行，直到第一车辆单元中的传感器确认该牵引杆已经到达其可以被锁定到联接装置的位置，并且这触发了该车辆单元指示第二车辆单元停止牵引杆的延伸。

5.所述联接装置被闭合，由此，该牵引杆被紧固，通常允许围绕一个或多个轴线的旋转运动。

6.在这些车辆单元之间建立电连接、数据连接(用于有线网络)、气动动力线，并且通过将数据从第二车辆单元中的传感器传输到第一车辆单元来验证它们的正常功能性。

该自动联接过程可以是全自动的，或者可以包括驾驶员交互。

由于若干原因，在该联接过程期间由副链路提供的交互控制是有利的。可以避免在车辆单元之间的危险区域中进行人为监控和操作。降低了重型车辆单元之间的破坏性碰撞的风险；车辆单元可以以更平滑/更柔和的方式在闭环中操纵，而无需来回移动，从而限制了机械磨损。由于该联接过程的故障率显著降低且因此减少了重新开始该联接过程的需求，因此，即使保持常规的运动速度，副链路的支持也能节省时间。

上面已经主要参考几个实施例描述了本公开的各个方面。然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附专利权利要求书限定的本发明的范围内，除了上面公开的实施例之外的其它实施例同样是可能的。

Claims (14)

1.第一车辆单元，所述第一车辆单元能够联接到第二车辆单元以形成车辆组合体(90)，

其特征在于，收发器(11，21，31)被配置成建立到所述第二车辆单元的收发器(11，21，31)的副链路(S12，S23)。

2.根据权利要求1所述的第一车辆单元，所述第一车辆单元被配置成执行用于将所述第一车辆单元联接到所述第二车辆单元的自动联接过程，

其中，所述副链路是在所述联接过程完成之前建立的。

3.根据权利要求2所述的第一车辆单元，其中，所述联接过程基于通过所述副链路交换的数据而被交互地控制。

4.根据权利要求2或3所述的第一车辆单元，所述第一车辆单元被配置成在所述第一车辆单元静止的同时执行所述自动联接。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的第一车辆单元，还包括车辆单元计算机(12，22，32)，所述车辆单元计算机被配置成：在所述第一车辆单元和所述第二车辆单元被联接且处于正常操作的同时，所述车辆单元计算机通过所述副链路而与所述第二车辆单元中的车辆单元计算机(12，22，32)交换有效载荷数据。

6.根据权利要求1-3中的任一项所述的第一车辆单元，还包括被配置成在所述第一车辆单元和所述第二车辆单元联接的同时与所述第二车辆单元的车辆单元计算机交换有效载荷数据的车辆单元计算机，其中，所述有效载荷数据在正常操作期间是通过有线连接(T12，T23)交换的，并且在所述有线连接故障的情况下是通过所述副链路交换的。

7.根据权利要求6所述的第一车辆单元，其中，所述收发器被配置成在正常操作期间建立所述副链路。

8.根据权利要求7所述的第一车辆单元，其中，所述收发器被配置成在正常操作期间请求用于所述副链路的基线资源分配，并且在所述有线连接故障的情况下请求扩展的资源分配。

9.根据权利要求1-3中的任一项所述的第一车辆单元，所述第一车辆单元是动力车辆，所述动力车辆能够联接到用作所述第二车辆单元的非动力车辆。

10.根据权利要求1-3中的任一项所述的第一车辆单元，所述第一车辆单元是非动力车辆，所述非动力车辆能够联接到用作所述第二车辆单元的动力车辆。

11.根据权利要求1-3中的任一项所述的第一车辆单元，其中，所述收发器能够独立于所述第二车辆单元的所述收发器而被外部通信方寻址。

12.一种车辆组合体(90)，包括：

根据前述权利要求中的任一项所述的第一车辆单元；和

第二车辆单元，所述第二车辆单元配备有收发器(11，21，31)，所述收发器被配置成建立到所述第一车辆单元的收发器的副链路(S12，S23)。

13.一种在第一车辆单元中实施的用于与第二车辆单元形成车辆组合体(90)的方法(300)，所述方法包括：

在所述车辆单元的相应的收发器(11，21，31)之间建立副链路(S12，S23)；和

启动用于将所述第一车辆单元联接到所述第二车辆单元的自动联接过程；以及

基于通过所述副链路交换的数据，交互地控制所述联接过程的至少一部分。

14.一种数据载体，在所述数据载体上存储有计算机程序，所述计算机程序包括指令，以使启用副链路的车辆单元中的车辆单元计算机(12，22，32)执行权利要求13所述的方法。

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