CN117707140A - 一种无人车辆远程驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人车辆远程驾驶系统。所述系统包括无人车单元和指控车单元；无人车单元包括第一控制器、视频采集模块和第一通信模块；指控车单元包括第二控制器、第二通信模块、显示器模块、控制面板、分别与制动踏板、油门踏板、方向盘联动的制动传感器、油门传感器、转向传感器；第一控制器向第二控制器发送车辆状态信息和视频图像数据，第二控制器将指控车上的操纵员对制动踏板、油门踏板、方向盘和控制面板的操作转换成控制指令发送给第一控制器，第一控制器根据接收到的控制指令通过CAN总线输出各种控制信号对无人车进行控制。本发明所述系统具有行驶制动性能好、无驾驶盲区等特点，适合超重型无人车辆的远程驾驶控制。

Description

一种无人车辆远程驾驶系统

技术领域

本发明属于无人驾驶技术领域，具体涉及一种无人车辆远程驾驶系统。

背景技术

随着无人化、智能化、自主化战场的需求，无人驾驶技术在军事国防领域的应用越来越广泛。军用地面无人车辆具有较好的隐蔽性、机动性和适应性，可实现武装侦察、定点排爆、后勤运输甚至火力支援等作战任务，能够有效替代或者辅助士兵完成复杂多变环境下的军事行动，避免作战任务中的人员损伤，保存军事作战能力。当前无人地面车辆在实现完全自主作战的道路上仍有不少技术难点需要攻克。环境感知方面，由于野外作战环境没有沿线明显的道路特征，无人车辆独立识别障碍物和路径节点变得困难，处理大量感知数据的实时性也无法得到保障；规划控制方面，战争态势瞬息万变，无人车辆处理各类突发状况的智能性有待提高。因此在无人车辆实际应用过程中，仍需人员参与决策；无人地面车辆具备自主行驶功能的同时，远程驾驶功能不可或缺，远程驾驶功能使得无人驾驶作战更容易落地。远程驾驶系统能够同时远程监控多辆无人车底盘数据，并根据摄像头拍摄回传的视频画面，远程操控车辆行驶，实现加速、减速、转弯、换挡和上装控制等操作，使驾驶员脱离无人地面车辆恶劣的作战环境，解放人与设备的距离，保证人员作战安全的同时提升任务完成效率。目前军事应用的远程驾驶系统在有效控制距离、驾驶体验和系统集成度方面尚未达到作战要求，被控对象多为微型机器人或者中小型无人车辆，而车体较长的超重型车辆，因驾驶盲区大，且高速行驶时对于制动性能要求高，操纵延时影响大，其远程驾驶系统的实现较为困难。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种无人车辆远程驾驶系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种无人车辆远程驾驶系统，包括无人车单元和指控车单元；无人车单元包括第一控制器、视频采集模块和第一通信模块；指控车单元包括第二控制器、第二通信模块以及与第二控制器相连的显示器模块、控制面板、分别与制动踏板、油门踏板、方向盘联动的制动传感器、油门传感器、转向传感器；第一控制器通过第一通信模块和第二通信模块，向第二控制器发送从无人车CAN总线获取的车辆状态信息和视频采集模块采集的视频图像数据，第二控制器将指控车上的操纵员对制动踏板、油门踏板、方向盘和控制面板的操作转换成控制指令，通过第二通信模块和第一通信模块发送给第一控制器，第一控制器根据接收到的控制指令通过CAN总线输出各种控制信号对无人车进行控制。

进一步地，所述视频采集模块包括前视摄像头、后视摄像头、左视摄像头、右视摄像头和内视摄像头，用于实现无人车360°全视角覆盖；所有摄像头均具备红外夜视功能，能够采集白天和夜间的视频信息。

进一步地，所述车辆状态信息包括：转向灯状态，近光灯状态，远光灯状态，刹车灯状态，雾灯状态，双闪灯状态，档位状态，雨刷状态，车辆急停状态，故障码，车速，位置坐标，车辆驱动系统状态，底盘控制模式，车辆油门踏板开度，车辆制动踏板开度，方向盘转角，电池SOC。

进一步地，所述无人车单元还包括第一供电模块、风扇和与第一控制器相连的车载录像机，风扇用于第一控制器的散热降温，车载录像机用于保存视频采集模块采集的视频图像数据。

进一步地，所述显示器模块包括与第二控制器通过HDMI线相连的显示器1、显示器2和显示器3，显示器1用于显示无人车的车辆状态息和通信参数，显示器2用于显示前视摄像头、左视摄像头、右视摄像头采集的视频图像，显示器3用于显示后视摄像头采集的视频图像。

进一步地，所述指控车单元还包括第二供电模块和与第二通信模块、第二控制器相连的服务器，服务器用于对从第二通信模块接收的视频图像数据进行存储管理，并转发到第二控制器。

进一步地，所述指控车单元还包括安装在控制面板上的远程驾驶使能开关，当远程驾驶使能开关闭合时，所述系统进入远程驾驶模式，指控车的操纵员通过控制油门踏板、制动踏板、方向盘和控制面板，远程遥控无人车行驶；当远程驾驶使能开关断开时，所述系统进入人工驾驶模式或自主驾驶模式或编队驾驶模式。

更进一步地，在人工驾驶模式下，无人车由车上的驾驶员人工控制；在自主驾驶模式下，无人车由自动驾驶程序控制；在编队驾驶模式下，无人车跟随前面一个无人车自动行驶；在所述三种驾驶模式下，指控车单元用于远程监控。

进一步地，当所述系统处于远程驾驶模式或编队驾驶模式时，若无人车的车速不为零时出现通信中断故障，则发送报警信号，提示转入人工驾驶模式。

进一步地，所述指控车单元还包括安装在控制面板上的紧急停车按钮，按下紧急停车按钮使无人车紧急制动；停车后，进入人工驾驶模式。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

本发明通过设置包括第一控制器、视频采集模块和第一通信模块无人车单元，以及包括第二控制器、第二通信模块、显示器模块、控制面板、制动传感器、油门传感器、转向传感器的指控车单元，第一控制器通过第一通信模块和第二通信模块向第二控制器发送无人车的车辆状态信息和视频采集模块采集的视频图像数据，第二控制器将指控车上的操纵员对制动踏板、油门踏板、方向盘和控制面板的操作转换成控制指令，通过第二通信模块和第一通信模块发送给第一控制器，第一控制器根据接收到的控制指令通过CAN总线输出各种控制信号对无人车进行控制，能够实现无人车辆的远程驾驶控制。本发明所述系统具有行驶制动性能好、无驾驶盲区等特点，适合超重型无人车辆的远程驾驶控制。

附图说明

图1为本发明实施例一种无人车辆远程驾驶系统的组成框图。

图中，1-无人车单元，11-第一控制器，12-第一通信模块，13-视频采集模块，2-指控车单元，21-第二控制器，22-第二通信模块，23-制动传感器，24-油门传感器，25-转向传感器，26-控制面板。

图2为本发明应用于超重型无人车辆远程驾驶的示意图。

图3为本发明实施例摄像头视场分布示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅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做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。

图1为本发明实施例一种无人车辆远程驾驶系统的组成框图，包括无人车单元1和指控车单元2；无人车单元1包括第一控制器11、视频采集模块13和第一通信模块12；指控车单元2包括第二控制器21、第二通信模块22以及与第二控制器21相连的显示器模块、控制面板26、分别与制动踏板、油门踏板、方向盘联动的制动传感器23、油门传感器24、转向传感器25；第一控制器11通过第一通信模块12和第二通信模块22，向第二控制器21发送从无人车CAN总线获取的车辆状态信息和视频采集模块13采集的视频图像数据，第二控制器21将指控车上的操纵员对制动踏板、油门踏板、方向盘和控制面板26的操作转换成控制指令，通过第二通信模块22和第一通信模块12发送给第一控制器11，第一控制器11根据接收到的控制指令通过CAN总线输出各种控制信号对无人车进行控制。

本实施例中，所述系统包括无人车单元1和指控车单元2两部分。顾名思义，无人车单元1安装在无人车上，指控车单元2安装在指控车上。指控车与无人车最大工作距离一般不超过5km；指控车一般静止不同，也可以低速运动，车速不超过20km/h；无人车在远程驾驶模式下最大行驶速度为70km/h。两个单元的内部结构如图1所示，图2还给出了将本发明应用于超重型无人车辆的一种具体的构架图。下面对每个单元分别进行介绍。

无人车单元1包括第一控制器11、视频采集模块13和第一通信模块12，各部分的连接关系如图1所示。视频采集模块13用于实时拍摄无人车周围的视频图像。第一通信模块12通过与指控车单元2的第二通信模块22交互，实现无人车单元1的第一控制器11与指控车单元2的第二控制器21之间的数据通信。比如，第一控制器11通过第一通信模块12和第二通信模块22，向第二控制器21发送视频采集模块13拍摄的视频图像数据和无人车的车辆状态信息；并接收第二控制器21通过第二通信模块22和第一通信模块12发送的控制指令。第一控制器11是无人车单元1的控制与数据处理中心，用于协调其它模块的工作和完成必要的数据处理任务。比如，通过CAN总线获取无人车的车辆状态信息，以及发送各种控制指令实现对无人车的控制；控制第一通信模块12进行数据发送与接收等。

指控车单元2包括第二控制器21、第二通信模块22、显示器模块、控制面板26、制动传感器23、油门传感器24、转向传感器25，各部分的连接关系如图1所示。第二通信模块22通过与第一通信模块12交互实现指控车单元2与无人车单元1的数据通信。两个通信模块均采用包括全向天线、WIFI+GPS天线和手咪等的无线自组网通信模式。无线自组网是一种临时性网络，由一组移动节点组成，节点之间直接通信，无中心控制，没有固定基础设施，节点既是终端设备又是路由器，相互之间通过多跳传输实现数据传输。第二控制器21是指控车单元2的控制与数据处理中心，用于协调其它模块的工作和完成必要的数据处理任务。显示器模块用于显示经第二控制器21解码的视频图像和各种信息。控制面板26相当于交互设备，设有各种开关、按键等部件，指控车上的操纵员通过操作控制面板26生成相应的控制指令，实现对无人车的控制。制动传感器23、油门传感器24和转向传感器25分别与制动踏板、油门踏板和方向盘交连，将操纵员操作制动踏板、油门踏板和方向盘时的动作转换成电信号后传送至第二控制器21，第二控制器21基于所述电信号生成控制指令并发送至第一控制器11，从而实现对无人车的控制。值得说明的是，本实施例的制动踏板等与通常车辆的并不相同，比如，指控车的制动踏板为液压杆和线性霍尔电压传感器组成制动踏板模拟器，液压杆的作用为踏板感觉模拟，通过采集踏板电压信号，实现制动意图采集；油门制动踏板为液压杆和线性霍尔电压传感器组成油门踏板模拟器。

作为一可选实施例，所述视频采集模块13包括前视摄像头、后视摄像头、左视摄像头、右视摄像头和内视摄像头，用于实现无人车360°全视角覆盖；所有摄像头均具备红外夜视功能，能够采集白天和夜间的视频信息。

本实施例给出了视频采集模块13的一种技术方案。本实施例的视频采集模块13主要由5个摄像头组成，分别是前视摄像头、后视摄像头、左视摄像头、右视摄像头和内视摄像头。摄像头的视场分布图如图2所示，前视摄像头、后视摄像头均采用170°广角摄像头，左视摄像头、右视摄像头的视场角均为120°，能够实现无人车360°全视角覆盖。本实施例的摄像头均具备红外夜视功能，能够采集白天和夜间的视频信息。

作为一可选实施例，所述车辆状态信息包括：转向灯状态，近光灯状态，远光灯状态，刹车灯状态，雾灯状态，双闪灯状态，档位状态，雨刷状态，车辆急停状态，故障码，车速，位置坐标，车辆驱动系统状态，底盘控制模式，车辆油门踏板开度，车辆制动踏板开度，方向盘转角，电池SOC。

本实施例给出了车辆状态信息包括的内容。车辆状态信息由第一控制器11通过CAN总线获得。值得说明的是，不同车辆的状态信息也不尽相同，上面只是示例性地给出了几种常见的状态信息，并不排斥和否定其它不同的状态信息。

作为一可选实施例，所述无人车单元1还包括第一供电模块、风扇和与第一控制器11相连的车载录像机，风扇用于第一控制器11的散热降温，车载录像机用于保存视频采集模块13采集的视频图像数据。

本实施例中，无人车单元1还设置了第一供电模块、风扇和车载录像机。第一供电模块为无人车单元1提供直流工作电源(24V)；风扇用作第一控制器11的降温散热设备；车载录像机相当于存储器，用于保存和管理视频采集模块13采集的视频图像数据。图1中未画出第一供电模块、风扇和车载录像机，它们在无人车单元1的连接关系可参考图2，图2中的车载控制器对应第一控制器11。

作为一可选实施例，所述显示器模块包括与第二控制器21通过HDMI线相连的显示器1、显示器2和显示器3，如图2所示。显示器1用于显示无人车的车辆状态息和通信参数，显示器2用于显示前视摄像头、左视摄像头、右视摄像头采集的视频图像，显示器3用于显示后视摄像头采集的视频图像。

本实施例给出了无人车单元1的显示器模块的一种技术方案。本实施例的显示器模块包括三个显示器，分别是显示器1、显示器2和显示器3，通过HDMI线与第二控制器21相连。三个显示器分别显示不同的内容，其中，显示器1用于数据显示，具体显示无人车的车辆状态息和通信参数；显示器2、3用于视频图像显示，显示器2用于显示前视摄像头、左视摄像头、右视摄像头采集的视频图像，显示器3用于显示后视摄像头采集的视频图像。

作为一可选实施例，所述指控车单元2还包括第二供电模块和与第二通信模块22、第二控制器21相连的服务器，服务器用于对从第二通信模块22接收的视频图像数据进行存储管理，并转发到第二控制器21。

本实施例中，指控车单元2还设置了第二供电模块和服务器。第二供电模块用于为指控车单元2供电。服务器与第二通信模块22和第二控制器21相连，负责接收和转发建立管理多个IP地址中的视频信息。图1中未画出第二供电模块和服务器，它们在指控车单元2的连接关系可参考图2。图2中的工控机对应第二控制器21，舱端自组网电台对应第二通信模块22，服务器与舱端自组网电台和工控机相连。第二供电模块对应图2中的舱端供电模块和电控箱。

作为一可选实施例，所述指控车单元2还包括安装在控制面板26上的远程驾驶使能开关，当远程驾驶使能开关闭合时，所述系统进入远程驾驶模式，指控车的操纵员通过控制油门踏板、制动踏板、方向盘和控制面板26，远程遥控无人车行驶；当远程驾驶使能开关断开时，所述系统进入人工驾驶模式或自主驾驶模式或编队驾驶模式。

本实施例给出了所述系统的驾驶模式及切换方法。所述系统的驾驶模式包括远程驾驶模式、人工驾驶模式、自主驾驶模式和编队驾驶模式。控制面板26上设置了一个远程驾驶使能开关，当其闭合时，所述系统进入远程驾驶模式。当系统工作在远程驾驶模式时，指控车上的操纵员通过控制油门踏板、制动踏板、方向盘和控制面板26，远程遥控无人车行驶。当远程驾驶使能开关断开时，所述系统根据指令进入人工驾驶模式、自主驾驶模式和编队驾驶模式中的一个驾驶模式。值得说明的是，所述系统可实现单车远程控制，也可以实现多车远程控制。

作为一可选实施例，在人工驾驶模式下，无人车由车上的驾驶员人工控制；在自主驾驶模式下，无人车由自动驾驶程序控制；在编队驾驶模式下，无人车跟随前面一个无人车自动行驶；在所述三种驾驶模式下，指控车单元2用于远程监控。

本实施例给出了人工驾驶模式、自主驾驶模式和编队驾驶模式的特点。这有一种模式与远程驾驶模式有明显区别，它们的一个共同点是，指控车单元2不再对人工车进行控制，而是只用于远程监控。人工驾驶模式，顾名思义，无人车由车上的驾驶员进行人工控制，通过手动操作制动踏板、油门踏板和方向盘等实现车辆驾驶。自主驾驶模式下，无人车由自动驾驶程序控制，即平常意义的无人智能驾驶。在编队驾驶模式下，多个无人车排成一列行驶，即后面的无人车跟随其前面的一个无人车自动行驶。

作为一可选实施例，当所述系统处于远程驾驶模式或编队驾驶模式时，若无人车的车速不为零时出现通信中断故障，则发送报警信号，提示转入人工驾驶模式。

本实施例给出了一种通信中断故障处理方案。本实施例通信故障处理方案适用于远程驾驶模式和编队驾驶模式。在这两种模式下，如果出现通信中断(收不到数据)，且无人车的车速不为零，则发送报警信号(语音提示或声光警示等)，提示转入人工驾驶模式。

作为一可选实施例，所述指控车单元2还包括安装在控制面板26上的紧急停车按钮，按下紧急停车按钮使无人车紧急制动；停车后，进入人工驾驶模式。

本实施例给出了一种突发情况的应急处理方案。本实施例在指控车单元2的控制面板26上设置一个紧急停车按钮，当出现突发情况时(如在无人车前方突然出现障碍物)，操纵员可通过按压紧急停车按钮，使无人车紧急制动。停车后，进入人工驾驶模式。当系统失效或故障时，操纵员也可通过踩刹车实现主动接管，进入人工驾驶模。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无人车辆远程驾驶系统，其特征在于，包括无人车单元和指控车单元；无人车单元包括第一控制器、视频采集模块和第一通信模块；指控车单元包括第二控制器、第二通信模块以及与第二控制器相连的显示器模块、控制面板、分别与制动踏板、油门踏板、方向盘联动的制动传感器、油门传感器、转向传感器；第一控制器通过第一通信模块和第二通信模块，向第二控制器发送从无人车CAN总线获取的车辆状态信息和视频采集模块采集的视频图像数据，第二控制器将指控车上的操纵员对制动踏板、油门踏板、方向盘和控制面板的操作转换成控制指令，通过第二通信模块和第一通信模块发送给第一控制器，第一控制器根据接收到的控制指令通过CAN总线输出各种控制信号对无人车进行控制。

2.根据权利要求1所述的无人车辆远程驾驶系统，其特征在于，所述视频采集模块包括前视摄像头、后视摄像头、左视摄像头、右视摄像头和内视摄像头，用于实现无人车360°全视角覆盖；所有摄像头均具备红外夜视功能，能够采集白天和夜间的视频信息。

3.根据权利要求1所述的无人车辆远程驾驶系统，其特征在于，所述车辆状态信息包括：转向灯状态，近光灯状态，远光灯状态，刹车灯状态，雾灯状态，双闪灯状态，档位状态，雨刷状态，车辆急停状态，故障码，车速，位置坐标，车辆驱动系统状态，底盘控制模式，车辆油门踏板开度，车辆制动踏板开度，方向盘转角，电池SOC。

4.根据权利要求1所述的无人车辆远程驾驶系统，其特征在于，所述无人车单元还包括第一供电模块、风扇和与第一控制器相连的车载录像机，风扇用于第一控制器的散热降温，车载录像机用于保存视频采集模块采集的视频图像数据。

5.根据权利要求2所述的无人车辆远程驾驶系统，其特征在于，所述显示器模块包括与第二控制器通过HDMI线相连的显示器1、显示器2和显示器3，显示器1用于显示无人车的车辆状态息和通信参数，显示器2用于显示前视摄像头、左视摄像头、右视摄像头采集的视频图像，显示器3用于显示后视摄像头采集的视频图像。

6.根据权利要求1所述的无人车辆远程驾驶系统，其特征在于，所述指控车单元还包括第二供电模块和与第二通信模块、第二控制器相连的服务器，服务器用于对从第二通信模块接收的视频图像数据进行存储管理，并转发到第二控制器。

7.根据权利要求1所述的无人车辆远程驾驶系统，其特征在于，所述指控车单元还包括安装在控制面板上的远程驾驶使能开关，当远程驾驶使能开关闭合时，所述系统进入远程驾驶模式，指控车的操纵员通过控制油门踏板、制动踏板、方向盘和控制面板，远程遥控无人车行驶；当远程驾驶使能开关断开时，所述系统进入人工驾驶模式或自主驾驶模式或编队驾驶模式。

8.根据权利要求1所述的无人车辆远程驾驶系统，其特征在于，在人工驾驶模式下，无人车由车上的驾驶员人工控制；在自主驾驶模式下，无人车由自动驾驶程序控制；在编队驾驶模式下，无人车跟随前面一个无人车自动行驶；在所述三种驾驶模式下，指控车单元用于远程监控。

9.根据权利要求1所述的无人车辆远程驾驶系统，其特征在于，当所述系统处于远程驾驶模式或编队驾驶模式时，若无人车的车速不为零时出现通信中断故障，则发送报警信号，提示转入人工驾驶模式。

10.根据权利要求1所述的无人车辆远程驾驶系统，其特征在于，所述指控车单元还包括安装在控制面板上的紧急停车按钮，按下紧急停车按钮使无人车紧急制动；停车后，进入人工驾驶模式。