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5G遠(yuǎn)控車(chē)輛系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2020-05-20 22:38:21·  來(lái)源：ICV聯(lián)創(chuàng)中心  
　
1、前言隨著5G技術(shù)的成熟與落地，上海淞泓智能汽車(chē)科技有限公司利用5G技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的探索與應(yīng)用方面邁出了重要的一步，實(shí)現(xiàn)了5G遠(yuǎn)程自動(dòng)駕駛。5G遠(yuǎn)程駕駛
1、前言
隨著5G技術(shù)的成熟與落地，上海淞泓智能汽車(chē)科技有限公司利用5G技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的探索與應(yīng)用方面邁出了重要的一步，實(shí)現(xiàn)了5G遠(yuǎn)程自動(dòng)駕駛。
5G遠(yuǎn)程駕駛與自動(dòng)駕駛是一套相互補(bǔ)充的系統(tǒng)。車(chē)輛可以同時(shí)接受遠(yuǎn)程駕駛控制、自動(dòng)駕駛控制以及人工駕駛控制三種模式，車(chē)載計(jì)算單元通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)以及駕駛員的主觀判斷進(jìn)行綜合分析與權(quán)衡選擇出最適合車(chē)輛的控制模式與方案。
 
2、功能設(shè)計(jì)
2.1 遠(yuǎn)程控制（Remote Control）
駕駛艙處理器從G29套件獲取方向盤(pán)、油門(mén)、剎車(chē)以及檔位的控制指令，并實(shí)時(shí)將實(shí)時(shí)發(fā)送控制指令給車(chē)載端的計(jì)算單元。車(chē)載端計(jì)算單元通過(guò)CAN協(xié)議控制車(chē)輛實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制動(dòng)作。遠(yuǎn)程控制可實(shí)現(xiàn)功能如下：
左轉(zhuǎn)：駕駛艙方向盤(pán)向左轉(zhuǎn)向，最大轉(zhuǎn)向角度為540°
右轉(zhuǎn)：駕駛艙方向盤(pán)向右轉(zhuǎn)向，最大轉(zhuǎn)向角度為540°
使能按鍵：在遠(yuǎn)控系統(tǒng)未激活狀態(tài)下按下方向盤(pán)上的X鍵將激活遠(yuǎn)程控制模式。在遠(yuǎn)控模式激活狀態(tài)下按下方向盤(pán)上的X鍵表示退出遠(yuǎn)控駕駛模式。
 
油門(mén)：駕駛艙油門(mén)踏板不受力時(shí)為0%開(kāi)度，踩到底是為100%開(kāi)度。開(kāi)度為線(xiàn)性插值
剎車(chē)：駕駛艙剎車(chē)踏板不受力時(shí)為0%開(kāi)度，踩到底是為100%開(kāi)度。開(kāi)度為線(xiàn)性插值
 
換擋：換擋桿可以執(zhí)行四個(gè)檔位的換擋動(dòng)作。向前掛擋表示D檔，中間檔位表示N檔，向后掛擋表示P檔，按下向右后掛擋表示R檔
 
表：遠(yuǎn)程控制指令參數(shù)說(shuō)明
 
2.2 視頻回傳系統(tǒng)（Video Monitor System）
視頻回傳系統(tǒng)的目的是為了遠(yuǎn)程駕駛艙的駕駛員可以獲得和車(chē)端駕駛艙一致的視角感受。駕駛員在遠(yuǎn)程駕駛艙端的顯示器上可以看到車(chē)端駕駛室的畫(huà)面以及方向盤(pán)的畫(huà)面，從而幫助駕駛員從這些畫(huà)面處獲得及時(shí)的控制效果反饋。通過(guò)這些反饋畫(huà)面，駕駛員可以及時(shí)修正轉(zhuǎn)向、加減速等控制指令。視頻回傳系統(tǒng)主要功能如下：
主視角視頻回傳：通過(guò)三聯(lián)屏顯示從車(chē)輛前擋風(fēng)玻璃處的一個(gè)大角度視覺(jué)畫(huà)面?？梢暯嵌燃s為135°
輔助畫(huà)面：在輔助畫(huà)面中，攝像頭將會(huì)監(jiān)控方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和中控臺(tái)。該畫(huà)面是用以輔助駕駛員清楚的了解到自己的控制效果和當(dāng)前車(chē)輛狀態(tài)
 
2.3 安全保護(hù)（Function Safety）
安全保護(hù)機(jī)制里面包含感知系統(tǒng)、緊急避障控制以及安全員保護(hù)開(kāi)關(guān)。其中，感知系統(tǒng)與緊急避障控制為主動(dòng)安全系統(tǒng)。車(chē)載計(jì)算單元通過(guò)對(duì)部署在車(chē)頂?shù)募す饫走_(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，可以感知到車(chē)輛周?chē)恼系K物信息。當(dāng)駕駛員未發(fā)現(xiàn)車(chē)輛周?chē)姓系K物或者網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，車(chē)載計(jì)算機(jī)的決策系統(tǒng)將會(huì)把車(chē)輛控制權(quán)限轉(zhuǎn)角給車(chē)輛主動(dòng)安全系統(tǒng)。同時(shí)，車(chē)輛主駕駛座上還部署了由安全員進(jìn)行控制的進(jìn)制制動(dòng)冗余系統(tǒng)。安全員可以通過(guò)該系統(tǒng)在車(chē)輛的遠(yuǎn)控系統(tǒng)與主動(dòng)安全系統(tǒng)均失效的情況下利用硬線(xiàn)開(kāi)關(guān)，將車(chē)輛線(xiàn)控執(zhí)行器斷電，并剎停。
2.4 人機(jī)交互（Human Machine Interface）
人機(jī)交互系統(tǒng)是整體系統(tǒng)與用戶(hù)進(jìn)行信息與控制交互的一個(gè)窗口。用戶(hù)可以在該窗口觀察到當(dāng)前駕駛艙及遠(yuǎn)程車(chē)端的關(guān)鍵參數(shù)信息。同時(shí)，用戶(hù)下發(fā)的一些關(guān)鍵控制指令與控制狀態(tài)也可以通過(guò)人機(jī)交互窗口及時(shí)得到反饋。本系統(tǒng)中，人機(jī)交互系統(tǒng)的功能主要如下：
車(chē)速反饋：人機(jī)交互界面將實(shí)時(shí)顯示車(chē)端的當(dāng)前時(shí)速，單位是km/h
控制模式顯示：人機(jī)交互界面會(huì)從車(chē)端工控機(jī)接受狀態(tài)信息，并將當(dāng)前控制狀態(tài)顯示在人機(jī)交互界面上。本系統(tǒng)共有三種控制模式（人工模式/遠(yuǎn)控模式/安全模式）
檔位狀態(tài)：人機(jī)交互界面會(huì)從車(chē)端工控機(jī)接受狀態(tài)信息，并將當(dāng)前車(chē)輛檔位狀態(tài)顯示在人機(jī)交互界面上。本系統(tǒng)共有四種控制模式（P檔駐車(chē)/R檔倒車(chē)/N檔空擋/D檔前進(jìn)）
油門(mén)狀態(tài)：人機(jī)交互界面上會(huì)顯示油門(mén)控制量，單位為百分比
剎車(chē)狀態(tài)：人機(jī)交互界面上會(huì)顯示剎車(chē)控制量，單位為百分比
 
3、 系統(tǒng)概述
3.1 硬件系統(tǒng)框架
硬件系統(tǒng)主要分為駕駛艙、網(wǎng)絡(luò)通道以及車(chē)載端三大部分。
 
硬件系統(tǒng)框圖
遠(yuǎn)程駕駛艙由方向盤(pán)、油門(mén)踏板、制動(dòng)踏板、換擋桿、人機(jī)交互顯示屏、第一人稱(chēng)視角顯示屏、駕駛座艙、終端服務(wù)器以及3面環(huán)視顯示器組成；其中方向盤(pán)、油門(mén)踏板和制動(dòng)踏板獲取駕駛員的操作指令傳送至控制終端服務(wù)器，中控大屏實(shí)時(shí)顯示遠(yuǎn)程車(chē)輛實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，3面環(huán)視顯示器實(shí)時(shí)顯示遠(yuǎn)程車(chē)輛前方行駛畫(huà)面。
 
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通道有兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、一臺(tái)5G網(wǎng)絡(luò)終端組成。駕駛艙端的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與寬帶專(zhuān)線(xiàn)的光電盒子相接，并把數(shù)據(jù)傳輸給駕駛艙端的各個(gè)處理器。5G網(wǎng)絡(luò)終端可以接受5G信號(hào)，同時(shí)5G終端與車(chē)端的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連接，從而實(shí)現(xiàn)駕駛艙端與車(chē)端的網(wǎng)絡(luò)之間的連通。
車(chē)載端的硬件功能分為四個(gè)部分，分別是視頻回傳系統(tǒng)、車(chē)載計(jì)算單元、感知系統(tǒng)以及底盤(pán)控制器。視頻回傳系統(tǒng)在車(chē)端總共部署了四只攝像頭，分別可以顯示車(chē)內(nèi)駕駛室視角。以及車(chē)外的第一人稱(chēng)視角。這四路攝像頭的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)與交換機(jī)相連，傳輸給駕駛艙端。感知系統(tǒng)中，在車(chē)頂部署了四臺(tái)激光雷達(dá)，用來(lái)實(shí)時(shí)感知車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境，用來(lái)彌補(bǔ)遠(yuǎn)程駕駛員的感知盲區(qū)以及，同時(shí)在遠(yuǎn)程控制出現(xiàn)問(wèn)題是及時(shí)接管車(chē)輛控制權(quán)限，進(jìn)入車(chē)輛的安全保護(hù)模式。線(xiàn)控底盤(pán)控制器是用來(lái)控制駕駛機(jī)器人的信號(hào)處理設(shè)備。該控制器會(huì)對(duì)控制指令進(jìn)行濾波、限制以及保護(hù)，使得執(zhí)行器可以接收到安全、穩(wěn)定的控制指令。車(chē)載計(jì)算單元有兩個(gè)功能，一個(gè)功能是用來(lái)搭建一個(gè)與駕駛艙服務(wù)器之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)透?jìng)魍ǖ?，該通道可以綁定駕駛艙端的固定IP地址，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透?jìng)髋c傳輸加速。其次，該計(jì)算單元會(huì)實(shí)時(shí)接受、處理以及分析判斷激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制指令、車(chē)身反饋信號(hào)以及駕駛機(jī)器人反饋信號(hào)，從而給車(chē)輛下發(fā)正確且安全的控制指令。      
 
3.2 軟件系統(tǒng)框圖
軟件系統(tǒng)框架圖如下所示。在該系統(tǒng)拓?fù)鋱D中，左側(cè)為駕駛艙端的軟件系統(tǒng)，右側(cè)為車(chē)輛端的軟件系統(tǒng)。通過(guò)中間的基于5G網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)透?jìng)鞣?wù)，實(shí)現(xiàn)了兩端的軟件數(shù)據(jù)互通。圖中，黑色線(xiàn)路為控制信號(hào)，表示由上而下的控制信號(hào)路線(xiàn)。綠色箭頭表視頻信號(hào)，主要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是駕駛艙視角與方向盤(pán)視角的圖像數(shù)據(jù)。橙色的人機(jī)交互信號(hào)，該信號(hào)里包含了車(chē)輛狀態(tài)信息、系統(tǒng)控制信息等人機(jī)交互信息。黃色箭頭為車(chē)輛信息反饋信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)CAN報(bào)文的形式發(fā)送給車(chē)載計(jì)算單元，車(chē)載計(jì)算單元接受車(chē)身信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的決策判斷。
 
軟件系統(tǒng)框圖
 
 
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