CN213413763U - 一种基于冗余通信的队列行驶系统和汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于冗余通信的队列行驶系统和汽车，其中，该系统包括：通信模块、信息采集模块和决策模块，其中，通信模块包括主通信单元和至少一个辅通信单元，用于获取目标车辆的行驶信息；所述信息采集模块，用于获取当前车辆的状态信息，其中，所述状态信息包括车辆属性信息和周围环境信息；所述决策模块，用于根据所述行驶信息、所述当前位置和所述目的地位确定当前车辆的行驶控制参数。本实用新型实施例通过主通信单元和辅通信单元之间互为冗余备份，实现对目标车辆信息的确认，可提高车辆队列行驶的安全性和可靠性。

Description

一种基于冗余通信的队列行驶系统和汽车

技术领域

本发明实施例涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种基于冗余通信的队列行驶系统和汽车。

背景技术

自动驾驶汽车作为新型汽车产品逐渐成为社会中重要的出行手段，并且随着城市智能交通和绿色汽车的发展，自动驾驶汽车也得到了长足发展。自动驾驶汽车的商业落地主要包括“一高两低”三大核心场景，“一高”指的是高速运动的干线物流场景，“两低”指的是低速行驶的最后一公里配送和封闭场景。在三大核心场景中干线物流场景总体运力最大、涉及产值最高，而在高速干线物流场景下，自动驾驶汽车中的队列行驶功能具有举足轻重的作用。

目前高速干线物流场景下均由驾驶员人工操作车辆，而自动驾驶系统的高队列行驶功能将释放驾驶员的时间和精力，极大降低人力成本，减少驾驶员由于疲劳驾驶导致的安全事故。然而，自动驾驶汽车中的队列行驶系统具有低时延和高可靠性的要求，收到自动驾驶汽车之间通信方式、车速和通信距离等因素的影响，现有队列行驶系统通信存在安全隐患，例如，通信过程中发生丢包以及受直线遮挡物影响大等问题，亟需一种降低通信干扰的队列行驶系统。

发明内容

本实用新型提供了一种基于冗余通信的队列行驶系统和汽车，以实现队列行驶系统数据的可靠通信，降低汽车之间通信的干扰，提高队列行驶系统数据的实时性。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种基于冗余通信的队列行驶系统，该系统包括：通信模块、信息采集模块和决策模块，其中，通信模块包括主通信单元和至少一个辅通信单元，用于获取目标车辆的行驶信息；所述信息采集模块，用于获取当前车辆的行驶信息，其中，所述行驶信息包括车辆属性和周围环境信息；所述决策模块，用于根据所述行驶信息、所述当前位置和所述目的地位确定当前车辆的行驶控制参数。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种汽车，该汽车包括：加速装置、减速装置、转向装置和基于冗余通信的队列行驶系统；

所述加速装置、所述减速装置和所述转向装置分别连接到所述基于冗余通信的队列行驶系统，所述加速装置、所述减速装置和所述转向装置分别获取所述基于冗余通信的队列行驶系统的行驶控制参数，并根据所述行驶控制参数实现目标动作。

本实用新型实施例包括通信模块、信息采集模块和决策模块，其中，通信模块包括主通信单元和至少一个辅通信单元，主通信单元和辅通信单元之间互为冗余备份，实现对目标车辆信息的确认，提高车辆队列行驶的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的一种基于冗余通信的队列行驶系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的一种基于冗余通信的队列行驶系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例二提供的一种决策模块的工作流程图；

图4是本实用新型实施例二提供的一种决策模块的结构示意图；

图5是本实用新型实施例二提供的一种基于冗余通信的队列行驶系统的实例图；

图6是本实用新型实施例三提供的一种车辆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构，此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

图1是本实用新型实施例一提供的一种基于冗余通信的队列行驶系统的结构示意图，本实施例可适用于自动驾驶汽车实现队列行驶的情况，该系统可以采用硬件和/或软件的方式实现，参见图1，基于冗余通信的队列行驶系统可以包括通信模块101、信息采集模块102和决策模块103，其中，通信模块101包括主通信单元1011和至少一个辅通信单元1012，用于获取目标车辆的行驶信息；所述信息采集模块102，用于获取当前车辆的行驶信息，其中，所述行驶信息包括车辆属性和周围环境信息；所述决策模块103，用于根据所述行驶信息、所述当前位置和所述目的地位确定当前车辆的行驶控制参数。

具体的，通信模块101由一个或多个通信单元组成，其中，可以包括主通信单元1011和辅通信单元1012，主通信单元1011与辅通信单元1012可以为相同的通信装置，也可以为不同的通信装置，例如，主通信单元1011可以为 5G通信装置，辅通信单元1012可以为LET通信装置，主通信单元1011和辅通信单元1012也可以同时为5G通信装置。通信模块101可以与组成队列行驶的车辆中的其他车辆交互信息，主通信单元1011与辅通信单元1012可以与相同的车辆交互相同的数据，实现信息的冗余传输，提高通信模块101的可靠性。可以理解的是，通信模块101进行数据交互的目标车辆可以是队列行驶中任意一个其他车辆，可以是队列行驶中的头车或者尾车。行驶信息可以是目标车辆行驶状态的信息，可以包括目标车辆的加速信息、减速信息、转向信息等。

在本实用新型实施例中，信息采集模块102可以对当前车辆的状态信息进行监测，状态信息按照数据来源的位置可以包括车辆属性信息和周围环境信息，车辆属性信息可以包括车辆的速度信息、换挡信息和转向信息等，周围环境信息可以包括车辆所处环境的信息，例如当前车辆与目标车辆的相对速度信息和相对距离信息，以及当前车辆的位置信息和目的地信息等。决策模块103可以通过通信模块101和信息采集模块102的目标车辆的行驶信息和当前车辆的状态信息确定控制当前车辆行驶的行驶控制参数，例如，通信模块101获取的行驶信息是目标车辆的转弯信息，可以通过当前位置信息以及前述的转弯信息确定出当前车辆在目标车辆对应位置的转弯信息，可以将该转弯信息作为行驶控制参数。

本实用新型实施例包括通信模块、信息采集模块和决策模块，其中，通信模块包括主通信单元和至少一个辅通信单元，主通信单元和辅通信单元之间互为冗余备份，实现对目标车辆信息的确认，提高车辆队列行驶的安全性和可靠性。

进一步的，在上述实用新型实施例的基础上，所述主通信单元1011和所述辅通信单元1012使用的通信装置种类不同。

具体的，通信模块101中主通信单元1011与辅通信单元1012为互为冗余备份，为了提高系统获取信息的可靠性，通信模块101中的主通信单元1011和辅通信单元1012可以设置为不同的通信装载，例如，主通信单元1011设置为 LTE-V通信装载，辅通信单元设置为5G通信装置。

进一步的，在上述实用新型实施例的基础上，所述主通信单元1011包括 LTE-V通信装置，所述辅通信单元1012包括5G通信装置。

进一步的，在上述实用新型实施例的基础上，所述通信模块采集目标车辆的挡位信息、车速信息、加速信息、减速信息和转向信息中至少一种作为行驶信息。

具体的，通信模块101由主通信单元1011和辅通信单元1012组成，通信模块101用于获取目标车辆的行驶信息，行驶信息可以包括目标车辆的挡位信息、车速信息、加速信息、减速信息和转向信息中的一种或者多种，主通信单元1011和辅通信单元1012获取目标车辆的行驶信息可以一致，例如，主通信单元1011获取目标车辆的车速信息、减速信息和转向信息作为行驶信息，相应的辅通信单元1012也可以获取目标车辆的车速信息、减速信息和转向信息作为行驶信息。

实施例二

图2是本实用新型实施例二提供的一种基于冗余通信的队列行驶系统的结构示意图，本实用新型实施例是以上述实施例为基础，参见图2，本申请实施例提供的基于冗余通信的队列行驶系统还包括：环境感知模块104、自身信息采集模块105、车辆线控模块106和定位模块107。

其中，环境感知模块104，用于获取所述目标车辆的相对距离和相对速度作为感知信息，并将所述感知信息发送到所述决策模块103。

在本实用新型实施例中，环境感知模块104中可以设置由雷达传感器或者视觉传感器，通过设置的传感器目标车辆所处环境中的数据进行采集，例如，可以采集车道线信息、指示牌信息和交通信号灯信息等感知信息，为了提高队列行驶的准确度，可以通过环境感知模块104中的传感器对目标车辆进行监测，获取当前车辆与目标车辆之间的相对距离和相对速度等感知信息。环境感知模块104可以是与决策模块103通过有线或者无线的方式进行连接，环境感知模块104采集到的数据可以传输到决策模块103以使产生控制当前车辆的行驶控制参数。

自身信息采集模块105，用于采集的当前车辆的挡位信息、车速信息、加速信息、减速信息和转向信息中至少一种作为自身信息，还将所述自身信息发送到所述决策模块。

具体的，自身信息采集模块105可以采集当前车辆的自身信息，自身信息可以反应出当前车辆的车辆状态和行驶状态等，例如，自身信息采集模块105 采集的自身信息可以包括挡位信息、车速信息、加速信息、减速信息和转向信息中一种或者多种。相应的，自身信息采集模块105也可以通过有线或者无线的方式连接到决策模块103，使得决策模块103获取到当前车辆的自身信息。

决策模块103分别与所述通信模块101、所述环境感知模块104和所述自身信息采集模块105连接，用于通过所述通信模块101获取的行驶信息、所述环境感知模块104的感知信息和所述自身信息采集模块105的自身信息确定驱动信号、制动信号和转向信号中至少一种作为行驶控制参数。

示例性的，图3是本实用新型实施例二提供的一种决策模块的工作流程图，参见图3，决策模块103可以判断基于5G通信获取到的领头车信息和LTE-V 通信获取的领头车信息是否存在丢包，若均不存在，则通过预设权重值和两种通信方式的领头车信息确定一个加权后的领头车信息；若其中一个或两个领头车信息存在丢包，则使用领雷达和视觉传感器采集到的前车信息对丢包的领头车信息进行预测，使用预测后的领头车信息和/或未发生丢包的领头车信息按照预设权重值确定一个加权后的领头车信息。最后可以加权后的领头车信息进行筛选确定出有效的领头车控制信息。

车辆线控模块106与所述决策模块103连接，用于获取所述决策模块103 的行驶控制参数并根据所述行驶控制参数控制当前车辆实现目标动作。

在一个示例性的实施方式中，车辆线控模块106可以与当前车辆的刹车、油门、节气门、制动主缸等装置连接，车辆线控模块106从决策模块103中获取行驶控制参数，通过行驶控制参数对当前车辆的刹车、油门、节气门、制动主缸等装置进行控制，实现当前车辆的加速、减速、转向等操作，其中，行驶控制参数可以包括控制当前车辆的节气门开度参数和制动主缸压力参数等。

定位模块107，用于获取当前位置和目的地位置，所述定位模块107与所述决策模块连接103，将所述当前位置和目的地位置发送到所述决策模块103。

在本实用新型实施例中，定位模块102获取到的当前位置可以是装载有基于冗余通信的队列行驶系统的车辆当前所处的位置，目的地位置可以是该车辆目的地的位置，定位模块102可以为卫星导航、基站导航和惯性导航中的至少一种。定位模块102可以将当前车辆的当前位置和目的地位置发送到决策模块 103。

进一步的，在上述实施例的基础上，所述决策模块103包括反馈控制器、前馈控制器和控制算法单元，反馈控制器和前馈控制器分别连接到控制算法单元，其中，反馈控制器用于将接收到的包括相对速度和相对距离的感知信息传输到控制算法单元，前馈控制器用于将车辆的当前节气门开度和当前制动主缸压力作为前馈信息传输到控制算法单元，控制算法单元用于按照预设规则通过所述相对距离、相对速度、当前节气门开度和当前制动主缸压力确定目标节气门开度以及目标制动主缸压力。

其中，反馈控制器可以采集环境感知模块104的感知信息，前馈控制器1032 可以是采集当前车辆的节气门开度和制动主缸压力，节气门开度表示当前车辆的加速行驶状况，节气门开度越大，当前车辆的加速度越大，制动主缸压力可以反应当前车辆的减速行驶状况，例如，当制动主缸压力下降时当前车辆处于减速行驶状态。

图4是本实用新型实施例二提供的一种决策模块的结构示意图，参见图4，本实用新型的实施例，通过将当前车辆与目标车辆之间的相对速度和相对距离作为反馈量输入到反馈控制器，相对速度和相对距离可以是环境感知模块104 采集到的感知信息，可以通过设置在当前车辆内雷达传感器和激光传感器获取。前馈控制器采集当前车辆的当前的节气门开度和制动主缸压力作为前馈信息，控制算法单元中可以存储由预设规则，其中，预设规则可以对前馈信息和感知信息进行处理确定出目标节气门开度和目标制动主缸压力，例如，当感知信息中相对速度大于阈值速度且相对距离小于阈值距离时，可以将节气门开度降低阈值数值，以及，将制动主缸压力增减阈值数值，可以将降低数值和增加数值后的节气门开度和制动主缸压力分别作为目标节气门开度和目标制动主缸压力。

图5是本实用新型实施例二提供的一种基于冗余通信的队列行驶系统的实例图，参见图5，一个示例性的实施方式中，队列行驶系统包括定位模块、通信模块、环境感知模块、自身信息采集模块、决策模块和车辆线控模块。其中，通信模块包含LTE-V和5G两种车载无线通信方式。定位模块通过地图和定位装置实时获取当前车辆的位置和目的地位置；通信模块，获取车队中领头车的驱动信息、制动信息和转向信息。环境感知模块，通过雷达和视觉传感器获取车辆周围的环境信息；自身信息采集模块，获取当前车辆的挡位、车速、驱动、制动和转向等信息；决策模块，基于获取的定位信息、周围环境信息、领头车的控制信息、自车状态反馈信息进行队列行驶决策输出目标控制信号；车辆线控模块，基于队列行驶决策模块输出的目标信号，控制车辆实现目标动作。

实施例三

图6是本实用新型实施例三提供的一种车辆的结构示意图，参见图6，加速装置10、减速装置20、转向装置30和基于冗余通信的队列行驶系统40；所述加速装置10、所述减速装置20和所述转向装置30分别连接到所述基于冗余通信的队列行驶系统40，所述加速装置10、所述减速装置20和所述转向装置 30分别获取所述基于冗余通信的队列行驶系统40的行驶控制参数，并根据所述行驶控制参数实现目标动作。

具体的，加速装置10可以是对车辆进行加速的装置，可以包括发动机和电动机等；减速装置20可以是控制车辆进行减速的装置，可以包括制动踏板、手刹、真空助力泵和制动主缸等；转向装置30可以包括控制车辆转向的装置，可以包括液压动力转向系统和机械转向系统等，基于冗余通信的队列行驶系统40 确定出加速装置10、减速装置20、转向装置30的行驶控制参数，使得当前车辆能够与其他车辆组成队列行驶。

在一个示例性的实施方式中，以基于线控底盘的智能驾驶汽车为例，其线控系统的目标控制信号为目标油门开度、目标制动压力和目标方向盘转角。基于冗余通信的队列行驶系统40包括定位模块、通信模块、环境感知模块、自身信息采集模块、决策模块和车辆线控模块。定位模块可以采用自行绘制的OSM 数据格式的地图，选用组合导航系统实现定位。通信模块可以选用的LTE-V设备，其通信频率可调，如10Hz、20Hz和50Hz等，但随着频率的增加，通信丢包率会逐渐变大。在通信频率为10Hz时，两车距离为100m内，丢包率大约为1％；在通信频率为20Hz时，两车距离为100m内，通讯延时在50ms左右，丢包率在2％以内。通信模块还可以采用基于边缘计算的5G通信技术，延时控制在 20ms以内，丢包率在0.5％以内。系统将通过LTE-V和5G两种通信方式获取头车的挡位、目标油门开度、目标制动压力和目标方向盘转角信号，并根据获取信息的可靠性进行加权，得到加权的领头车的目标信息。环境感知模块采用毫米波和视觉融合的感知模块，通过此模块获取到前车的横纵向相对速度和横纵向相对距离，以及采集自车车道上的相关信息。自身信息采集模块获取自车的挡位、车速、加速度、横向加速度等信息；决策模块可以获取的前车信息，并对前车运动状态进行预测，并对通信模块获取的加权的领头车的目标信息进行筛选，得到有效的头车目标控制信息。基于定位模块获取的定位信息，结合环境感知模块获取的自车在车道内的位置、前车的运动轨迹、经过处理的有效的头车目标控制信息，以及通过自身信息采集模块获取的自车车速、加速度、横向加速度等信息决策出自车的目标油门开度、目标制动压力和目标方向盘转角信号。本实施例中选用的领航车的底盘线控参数节气门开度和制动主缸压力作为前馈量，在此基础上，用两车相对距离和相对速度作为反馈量综合计算出本车的目标速度，然后转化为目标节气门开度和制动主缸压力输入给线控底层，实现车辆队列行驶。控制车辆按照队列行驶决策模块的目标控制信号行驶。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器 (Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

在本实施例中，线控系统的目标控制信号选用了目标油门开度、目标制动压力和目标方向盘转角。但事实上，不同的线控系统在驱动、制动和转向的控制信号可以略有不同。比如，驱动信号还可以是节气门开度，也可是扭矩或加速度等信号中的一种或者多种，制动信号可以是制动主缸压力，也可以是制动减速度等。这些接口的变化，均属于本发明的保护范畴。

值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于冗余通信的队列行驶系统，其特征在于，该系统包括：通信模块、信息采集模块和决策模块，其中，通信模块包括主通信单元和至少一个辅通信单元，用于获取目标车辆的行驶信息；

所述信息采集模块，用于获取当前车辆的状态信息，其中，所述状态信息包括车辆属性信息和周围环境信息；

所述决策模块，用于根据所述行驶信息、当前位置和目的地位置确定当前车辆的行驶控制参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主通信单元和所述辅通信单元使用的通信装置种类不同。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信息采集模块包括：定位模块，用于获取当前位置和目的地位置，所述定位模块与所述决策模块连接，将所述当前位置和目的地位置发送到所述决策模块。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述通信模块采集目标车辆的挡位信息、车速信息、加速信息、减速信息和转向信息中至少一种作为行驶信息。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信息采集模块包括环境感知模块，用于获取所述目标车辆的相对距离和相对速度作为感知信息，并将所述感知信息发送到所述决策模块。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信息采集模块包括自身信息采集模块，用于采集的当前车辆的挡位信息、车速信息、加速信息、减速信息和转向信息中至少一种作为自身信息，还将所述自身信息发送到所述决策模块。

7.根据权利要求5或6中任一所述的系统，其特征在于，决策模块分别与所述通信模块、环境感知模块和自身信息采集模块连接，用于通过所述通信模块获取的行驶信息、所述环境感知模块的感知信息和所述自身信息采集模块的自身信息确定驱动信号、制动信号和转向信号中至少一种作为行驶控制参数。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括车辆线控模块，与所述决策模块连接，用于获取所述决策模块的行驶控制参数并根据所述行驶控制参数控制当前车辆实现目标动作。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述决策模块包括反馈控制器、前馈控制器和控制算法单元，反馈控制器和前馈控制器分别连接到控制算法单元，其中，反馈控制器用于将接收到的包括相对速度和相对距离的感知信息传输到控制算法单元，前馈控制器用于将车辆的当前节气门开度和当前制动主缸压力作为前馈信息传输到控制算法单元，控制算法单元用于按照预设规则通过所述相对距离、相对速度、当前节气门开度和当前制动主缸压力确定目标节气门开度以及目标制动主缸压力。

10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括：

加速装置、减速装置、转向装置和基于冗余通信的队列行驶系统；

所述加速装置、所述减速装置和所述转向装置分别连接到所述基于冗余通信的队列行驶系统，所述加速装置、所述减速装置和所述转向装置分别获取所述基于冗余通信的队列行驶系统的行驶控制参数，并根据所述行驶控制参数实现目标动作。

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