CN115379434A - 基于无人机的车辆连接系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了基于无人机的车辆连接系统和方法。一种方法可以包括：由车辆和/或与所述车辆相关联的无人机中的任一者确定网络连接的丢失；从所述车辆接收紧急消息；发射所述无人机以导航到存在网络连接的位置；以及当建立了到网络的连接时将所述紧急消息传输到服务提供商。

Description

基于无人机的车辆连接系统和方法
技术领域
本公开涉及与基于无人机的车辆连接相关的系统和方法。
背景技术
即使车辆配备远程信息处理控制单元(TCU)和安装在车顶的天线，在农村或山区操作的车辆在尝试远距离远程通信时也会遇到问题。由于所述区域的零星和边缘射频(RF)覆盖，TCU可能无法保持蜂窝连接。
因此，车辆用户无法使用远程服务(诸如紧急呼叫以便与后端服务器/服务提供商交换数据)。有时，此类缺乏通信可能是严重的，例如，如果车辆和/或用户发生事故或车辆周围有恶劣的天气条件，诸如车辆被困在泥或雪中。
发明内容
本公开总体上涉及基于无人机的车辆连接系统和方法。例如，无人驾驶飞行器(例如，无人机或UAV)可以用作车辆的蜂窝信号扩展器。在一些情况下，车辆可能在连接可能较差或不存在的偏远地区操作。车辆可以通过自主活动或由用户控制来发射无人机在周围飞行(更高、更宽的区域等)。无人机可以行进到可以连接到蜂窝网络并且建立连接的位置。无人机经由C-V2X(蜂窝车辆对外界)模块将蜂窝连接桥接到车辆。因此，即使在车辆的C-V2X模块无法直接连接到蜂窝网络时，车辆也可以使用蜂窝服务。无人机还可以用于传递紧急消息。
在示例用例中，车辆可能被困在雪中并且无法连接到蜂窝网络来拨打紧急电话。可以向无人机提供紧急消息，并且可以从车辆发射无人机。无人机可以拍摄车辆的快照和/或捕获车辆的GPS位置以与紧急消息一起包括在内。无人机可能会飞到有蜂窝覆盖的区域以发送信息。无人机可以使用车辆的HMI(人机接口)从车辆发射，也可以基于触发条件(诸如来自车辆的CAN(控制器局域网)数据)发射。
在另一个示例用例中，当网络连接丢失或不稳定(例如，抖动、延迟等)并且车辆失效时，可以将连接的无人机发射到无人机可以进行蜂窝连接的点。然后，无人机可以连接到车辆，并且在车辆和基站或接入点或其他类似的到前传和/或回传通信网络的无线接口之间创建网桥。如果无人机在相对于车辆的范围之外，则无人机也可以为车辆发送紧急消息。
附图说明
关于附图阐述具体实施方式。使用相同的附图标记可指示类似或相同的项。各种实施例可以利用除了附图中示出的那些之外的元件和/或部件，并且一些元件和/或部件可能不存在于各种实施例中。附图中的元件和/或部件不一定按比例绘制。在整个本公开中，根据上下文，单数和复数术语可以可互换地使用。
图1示出了可以实践本公开的系统和方法的示例架构。
图2示出了无人机和车辆两者的示意图，以及车辆和无人机的人机接口的透视图。
图3是本公开的示例方法的流程图。
图4是本公开的另一个示例方法的流程图。
具体实施方式
现在转向附图，图1和图2共同描绘了其中可以实施本公开的技术和结构的说明性架构100。架构100可以包括UAV 102(可以互换地称为UAV、车辆104、服务提供商106(诸如公众服务应答点(PSAP)))和包括无线接口(诸如基站110)的网络108。架构100中的这些部件中的一些或全部都可以使用网络108彼此进行通信。网络108可以包括使架构100中的部件能够彼此通信的网络组合。网络108可以包括多种不同类型的网络(诸如蜂窝、电缆、互联网、无线网络和其他私有和/或公共网络)中的任一者或其组合。在一些情况下，网络108可以包括Wi-Fi或Wi-Fi直连。
对于上下文，由于地形111或车辆104与网络108的基站110之间的距离，车辆104可能失去与基站110的网络连接。应理解，尽管描述了基站110，但是可以利用可以用于接入网络108的其他无线接口。因此，UAV 102可以适于与各种类型的网络端点、接入点等连接。在正常工况下，这种网络连接的丢失可能是偶发的或暂时的，并且当车辆进入与基站110的通信范围时，连接可能会重新建立。然而，如果或当车辆104由于驾驶员的健康紧急情况、事故、机械故障、燃料损失和/或其他类似情况而失效，并且车辆104没有网络连接时，这可能会导致车辆乘员需要帮助的情况。车辆失效或驾驶员失能以及缺乏网络连接的组合在本文中可以被称为触发事件。当触发事件发生时，可以发射UAV 102以建立与基站110的网桥和/或中继来自车辆104或车辆104的驾驶员的紧急消息。
更详细地，UAV 102可以包括通信模块112、相机114和一个定向天线或多个定向天线116。通信模块112可以包括处理器118和存储器120。处理器118可以被配置为执行存储在存储器120中的指令。在一些示例中，执行指令以执行本文公开的任何方法。当提及由UAV102执行的操作时，应理解，这包括由处理器118执行存储在存储器120中的指令。
在一个示例中，UAV通信模块112包括蜂窝对车辆对外界(C-V2X或等效)模块，所述蜂窝对车辆对外界(C-V2X或等效)模块允许UAV 102与基站110和车辆104通信。在一些情况下，UAV 102操纵定向天线116以提高UAV 102和基站110之间的信号强度。如上所述，尽管示出了单个天线，但是本文可以使用多个方向天线。
在一些情况下，UAV 102可以与车辆104相关联。UAV 102可以存储在车辆104的舱室中，如下文将更详细讨论的。因此，当车辆104由操作员驾驶时，车辆104和UAV 102一起行进(车辆也可以完全或部分自主操作)。当车辆104被驾驶时，UAV通信模块112可以被配置为跟踪蜂窝网络参数，诸如蜂窝网络连接点数据。也就是说，UAV通信模块112可以收集数据，诸如GPS坐标和RF值，诸如信号强度RSSI(接收信号强度指示符)/RSRP(参考信号接收功率)，但是也可以使用信号强度的其他测量值。UAV通信模块112还可以实时或接近实时地跟踪和记录UAV 102的位置。总之，UAV 102可在车辆被驾驶时跟踪蜂窝连接数据或搜索存储在UAV上的存储器120中的覆盖地图122，以识别到基站110的连接可能可用的位置。覆盖地图122可以包括指示应存在连接的位置的区域，诸如区域122A。
应理解，信号强度可以指示UAV通信模块112和基站110之间的网络连接的质量。UAV通信模块112可以将这些值存储在存储器120中以供以后使用，诸如当触发事件发生时。UAV通信模块112还可以存储RF覆盖地图，所述RF覆盖地图指示网络连接应存在于何处。当触发事件发生时，UAV通信模块112可以利用其当前位置并且导航到存储的位置或RF覆盖地图上的点。在一些情况下，UAV 102可由车辆乘员手动驾驶。
UAV 102可以从车辆104接收车辆信息。例如，UAV 102可以从车辆104的远程信息处理控制单元接收车辆信息，以确定或推断触发事件何时发生。UAV 102还可以从车辆104接收信号以发射并且建立与基站110的网络连接或桥接。一旦UAV 102已经发射并且与基站110建立网络连接，UAV 104可以从车辆104接收一个或多个紧急消息以中继到服务提供商106。下面参考车辆104的功能和操作的描述公开关于这些特征的另外的细节。通常，UAV通信模块112可以与车辆104建立PC5(3GPP LTE-V2X)链路124并且与基站110建立Uu(UTRAN和UE之间)链路126。在一些情况下，UAV 102可以导航自己到UAV通信模块112检测到无线信号的最后已知位置。在其他情况下，UAV 102可以使用RF覆盖地图来导航自己。
当建立了到基站110的连接时，UAV 102可在车辆104和基站110之间创建网桥，从而允许车辆104通过基站110通过网络108传输信号。例如，车辆104可以将紧急消息传输到服务提供商106。同样，UAV 102充当用于将消息从车辆104中继到网络108的网桥或代理，并且反之亦然。
UAV 102可以适于基于在UAV 102和基站110之间建立的链路的信号强度来操纵定向天线116。例如，UAV通信模块112可以连续地或周期性地测量Uu链路126的信号强度，并且随着信号强度的变化选择性地调整或操纵定向天线116。如果操纵定向天线116没有提高信号强度，则UAV 102也可以移动到更靠近基站110或相对于地形更高的位置。
当UAV 102发射时，相机114可以用于获取车辆104和/或地形111的图像。图像可以与紧急消息一起传输，以向紧急响应者提供关于车辆104的状态的情境信息。例如，图像可以帮助紧急响应者调度适当的救援协议。也就是说，如果车辆104已经发生事故或如果驾驶员处于医疗紧急情况，则图像可以指示可能需要医疗服务。然而，如果车辆104仅失效但没有发生事故，则可能不需要医疗服务。在一些情况下，当UAV 102接收到指示车辆104已经发生事故的车辆信息时，UAV 102可以直接向服务提供商106(诸如公众服务应答点(PSAP))发送消息以调度紧急医疗服务。
UAV 102和车辆104还可以通信并且交换它们相应的GPS位置，以便UAV 102可以飞回车辆104。在一些情况下，用户可以指示UAV 102返回到车辆104。在其他情况下，UAV 102可在向基站110递送紧急消息并且从服务提供商106接收到已经向UAV 102和/或车辆104的位置调度援助的确认之后返回车辆104。当递送紧急消息时，UAV 102可能在与车辆104的通信范围之外，并且可在消息被递送后自己飞回其存储的车辆位置。在其他配置中，在紧急服务到达车辆104的位置以前UAV 102可以保持网桥。
车辆104可以包括可以实施C-V2X或等效通信的远程信息处理控制单元(TCU130)、CAN模块132和人机接口(HMI 134)。TCU 130可以包括处理器136和存储器138。处理器136执行存储在存储器138中的指令，以执行本文公开的与车辆104相关的任何方法。
TCU 130跟踪诸如车辆GPS位置的车辆信息，并且向网络108提供连接服务。例如，TCU 130可以与基站110连接。TCU 130还可以从各种车辆子系统(诸如CAN模块132)接收信息，所述各种车辆子系统可以从各种车辆系统收集车辆信息。示例车辆信息可以包括燃料状态、发动机状态、撞车或碰撞检测等。车辆信息可以指示车辆已经遇到失效或触发事件。
车辆104还可以包括UAV舱室140。UAV 102可在UAV舱室140内发射和/或降落。通常，当车辆104被驾驶时，TCU 130可以被配置为跟踪蜂窝网络参数，诸如蜂窝网络连接点数据。也就是说，TCU 130可以收集数据，诸如GPS坐标和RF值，诸如信号强度RSSI(接收信号强度指示符)/RSRP(参考信号接收功率)，但是也可以使用信号强度的其他测量值。TCU 130还可以实时或接近实时地跟踪和记录车辆104的位置。当TCU 130确定连接的丢失和/或已经确定触发事件时。应理解，UAV 102不需要存储在UAV舱室140中，而是可以驻留在车辆104内。
用户可以使用HMI 134编写紧急消息142。紧急消息可以包括文本、音频和/或视频的任意组合。紧急消息142可以存储在UAV 102的存储器120中。在一些情况下，消息在发射UAV 102之前被传输到UAV 102并且被存储。HMI 134还可以包括按钮144以发射UAV 102。如上所述，UAV 102可在触发事件发生时自动发射。例如，在车辆104失效(使用CAN模块132数据确定)和网络连接不足(由TCU 130确定)的任何事件中，UAV 102可以自动发射以创建网桥和/或递送紧急消息。当然，紧急消息可以是指示车辆和/或驾驶员已经经历紧急情况的预先生成的消息。
在诸如严重碰撞(例如，安全气囊展开)的一个用例中，车辆TCU车顶安装的天线可能会损坏，并且可能无法正常工作。在此情况下，UAV 102可以自动弹出(由事件触发)，飞到RF覆盖区域以向服务提供商106发送紧急消息。在一些情况下，UAV 102可在触发事件发生时在不考虑车辆104的通信模块(例如，TCU 130)的网络连接的状态的情况下自动发射。
在一些情况下，UAV 102可以被配置为飞到最近的RF覆盖点。如果基于跟踪数据，最近的RF覆盖点太远，则UAV 102可以基于存储在存储器120中的地图转移到附近的城镇。因此，UAV 102可以基于规则集智能地选择连接点。
在一些情况下，如果第二车辆146位于与UAV 102的通信距离内，则UAV 102可以将紧急消息中继到第二车辆146。第二车辆146可以将紧急消息中继到基站110(当到基站的连接可用时)。第二车辆146还可以将消息中继到另一个车辆，然后所述另一个车辆可以将消息中继到基站110。因此，紧急消息可以以菊花链方式或通过网状或自组织网络中的一系列连接的车辆进行中继。
图3是本公开的示例方法的流程图。所述方法可以包括由车辆和/或与所述车辆相关联的无人机中的任一者确定网络连接的丢失的步骤302。也就是说，车辆的TCU或UAV的通信模块中的一者或两者都可以确定它们没有网络连接。在一些情况下，通信丢失可能基于信号强度和/或连接质量。例如，当信号强度低于阈值时，可以发射UAV。因此，连接的完全丢失不是强制性的，并且当信号强度低于阈值时，可以发射UAV以中继消息和/或创建网桥。
所述方法还可以包括确定车辆失效和/或乘员失能的步骤304。例如，CAN模块信号可能指示车辆被卡住或发生事故。
在一些情况下，所述方法可以包括从车辆接收紧急消息的步骤306。所述消息可在车辆失效之前预先传输到UAV。在另一个示例中，用户可以通过车辆的HMI(或另一个类似的车辆系统，诸如语音识别系统)创建紧急消息。可以发射UAV。接下来，所述方法包括将无人机导航到存在网络连接的位置的步骤308。同样，UAV可以使用存储的信息(诸如跟踪的GPS连接点和/或RF覆盖地图)导航自己。同样，可以通过在车辆行驶时跟踪蜂窝连接数据来确定网络连接。此蜂窝连接数据可由车辆的TCU和/或UAV的通信模块跟踪。跟踪可以包括通过位置(GPS)和信号强度来识别网络连接点。
一旦在UAV和网络之间建立了连接，所述方法可以包括将紧急消息传输到服务提供商(例如，PSAP)的步骤310。所述方法还可以包括在车辆和网络之间创建网桥，允许UAV充当网络的桥接器、网关或代理。
所述方法可以包括确定与另一个车辆的网络连接，并且通过无人机将紧急消息传输到另一个车辆。另一个车辆可以被配置为将紧急消息中继到一个或多个另外的车辆或服务提供商。
所述方法可以包括选择性地调整无人机的天线的方向性以最大化连接的信号强度的步骤。在一些情况下，UAV可以被配置为通过无人机获取车辆的图像，并且将所述图像连同紧急消息一起传输到服务提供商。
图4是本公开的示例方法的流程图。所述方法可以包括确定车辆的通信模块已经失去网络连接并且车辆失效的步骤402。这种因素的组合可以称为触发事件(例如，失去连接加上车辆失效或驾驶员失能)。
接下来，所述方法可以包括发射无人机以建立与网络的连接的步骤404。应理解，无人机将导航自己到连接可用的位置。所述方法还包括通过由无人机在车辆和网络的基站之间建立的网桥将紧急消息传输到服务提供商的步骤406。这可以包括将紧急消息直接从车辆传输到网络，但是要通过由UAV建立的网桥。如果UAV在与车辆通信的范围之外，UAV可以简单地将紧急消息递送到服务提供商。
所述方法还可以包括将紧急消息传输到UAV的通信范围内的第二车辆的步骤408。如果第二车辆具有与网络的连接，则第二车辆可以将紧急消息中继到网络。
在一些情况下，所述方法可以包括确定车辆天线损坏的触发事件，以及当触发事件发生时自动发射无人机。同样，无人机的自动发射可在不考虑车辆的通信模块(例如，TCU)的网络连接状态的情况下发生。
所述方法可以包括生成紧急消息的步骤，其中所述紧急消息包括结合车辆信息和车辆位置的文本、音频和/或视频中的任一者或多者。同样，车辆信息可以包括指示车辆或车辆部件操作状态的CAN模块数据。
本文公开的系统、设备、装置和方法的实施方式可以包括或利用专用或通用计算机，所述专用或通用计算机包括计算机硬件，例如诸如一个或多个处理器和系统存储器，如本文所讨论。计算机可执行指令包括例如在处理器处执行时致使通用计算机、专用计算机或专用处理装置执行某个功能或某组功能的指令和数据。本文公开的装置、系统和方法的实施方式可以通过计算机网络进行通信。“网络”被定义为使得能够在计算机系统和/或模块和/或其他电子装置之间传输电子数据的一个或多个数据链路。
尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应理解，所附权利要求中限定的主题不必限于上述描述的特征或动作。而是，所描述的特征和动作被公开作为实施权利要求的示例性形式。
虽然上文已经描述了本公开的各种实施例，但是应理解，这些实施例仅通过示例而非限制的方式呈现。相关领域的技术人员将明白，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可进行形式和细节上的各种改变。因此，本公开的广度和范围不应受上述示例性实施例中的任一者的限制，而是应仅根据所附权利要求及其等效物来限定。已经出于说明和描述目的而呈现了前述描述。前述描述并不意图是详尽的或将本公开限制于所公开的精确形式。鉴于以上教导，许多修改和变化形式是可能的。此外，应注意，前述替代实施方式中的任一者或全部可按任何所期望的组合使用，以形成本公开的附加混合实施方式。例如，相对于特定装置或部件描述的任何功能可以通过另一个装置或部件来执行。除非另有特别说明或在使用时在上下文内以其他方式理解，否则诸如尤其是“能够”、“可能”、“可以”或“可”的条件语言通常意图表达某些实施例可以包括某些特征、元件和/或步骤，而其他实施例可以不包括某些特征、元件和/或步骤。因此，此类条件语言一般并不意图暗示一个或多个实施例无论如何都需要各特征、元件和/或步骤。
在本发明的一个方面，所述方法包括在车辆被驾驶时跟踪蜂窝连接数据并且通过位置和信号强度识别网络连接点。
在本发明的一个方面，所述方法包括生成紧急消息，紧急消息包括结合车辆信息和车辆位置的文本、音频和/或视频中的任一者或多者。
在本发明的一个方面，所述方法包括：确定车辆天线损坏的触发事件；以及当触发事件发生时在不考虑车辆的通信模块的网络连接的状态的情况下自动发射无人机。
在本发明的一个方面，所述方法包括：使用无人机在车辆和另一个车辆之间建立通信；以及将紧急消息传输到另一个车辆。
在本发明的一个方面，所述方法包括将车辆的控制器局域网数据传输到无人机，以转发给服务提供商。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：
由车辆和/或与所述车辆相关联的无人机确定网络连接的丢失和紧急情况；
由所述车辆和/或所述无人机创建紧急消息；
发射所述无人机以导航到存在网络连接的位置；以及
当由所述无人机建立了到网络的连接时，将所述紧急消息传输到服务提供商。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括通过在所述车辆被驾驶时跟踪蜂窝连接数据或搜索存储在所述无人机上的存储器中的覆盖地图来识别存在到所述网络的连接的所述位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中跟踪包括通过位置和信号强度来识别网络连接点。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括确定与另一个车辆的网络连接并且通过所述无人机将所述紧急消息传输到所述另一个车辆，所述另一个车辆被配置为将所述紧急消息中继到一个或多个另外的车辆或所述服务提供商。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包括选择性地调整所述无人机的天线的方向性以最大化所述连接的信号强度。
6.根据权利要求1所述的方法，其还包括通过所述无人机获取所述车辆的图像，并且将所述图像连同所述紧急消息一起传输到所述服务提供商。
7.根据权利要求6所述的方法，其还包括通过所述无人机获取车辆信息并且将所述车辆信息连同所述紧急消息一起传输到所述服务提供商。
8.根据权利要求1所述的方法，其还包括在触发事件发生时在不考虑所述车辆的通信模块的所述网络连接的状态的情况下自动发射所述无人机。
9.一种无人机，其包括：
通信模块；
处理器；以及
存储器，其用于存储指令，所述处理器执行所述指令以：
由车辆和/或所述无人机确定网络连接的丢失；
确定触发事件的发生；
导航到存在网络连接的位置；以及
当所述通信模块建立到网络的连接时，将紧急消息传输到服务提供商。
10.根据权利要求9所述的无人机，其中所述处理器被配置为在所述车辆被驾驶时跟踪蜂窝连接数据或搜索存储在所述无人机上的存储器中的覆盖地图以识别所述位置。
11.根据权利要求10所述的无人机，其中所述处理器被配置为通过位置和信号强度来识别网络连接点。
12.根据权利要求9所述的无人机，其中所述处理器被配置为确定与另一个车辆的网络连接并且将所述紧急消息传输到所述另一个车辆，所述另一个车辆被配置为将所述紧急消息中继到一个或多个另外的车辆或所述服务提供商。
13.根据权利要求9所述的无人机，其中所述处理器被配置为：
在车辆的通信模块和所述网络的基站之间建立网桥；以及
选择性地调整天线的方向性以最大化所述连接的信号强度或利用多个天线。
14.根据权利要求9所述的无人机，其中所述处理器被配置为：
获取所述车辆的图像和车辆信息；以及
将所述图像和所述车辆信息连同所述紧急消息一起传输到所述服务提供商。
15.一种方法，其包括：
确定车辆的通信模块已经失去网络连接并且所述车辆失效；
发射无人机以建立与网络的连接，所述无人机导航到连接可用的位置；以及
将紧急消息传输到服务提供商。
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