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5G遠(yuǎn)控車輛系統(tǒng)簡介

2020-05-20 22:38:21·  來源：ICV聯(lián)創(chuàng)中心  
　
1、前言隨著5G技術(shù)的成熟與落地，上海淞泓智能汽車科技有限公司利用5G技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的探索與應(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，上海淞泓智能汽車科技有限公司利用5G技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的探索與應(yīng)用方面邁出了重要的一步，實(shí)現(xiàn)了5G遠(yuǎn)程自動駕駛。
5G遠(yuǎn)程駕駛與自動駕駛是一套相互補(bǔ)充的系統(tǒng)。車輛可以同時接受遠(yuǎn)程駕駛控制、自動駕駛控制以及人工駕駛控制三種模式，車載計(jì)算單元通過對網(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、油門、剎車以及檔位的控制指令，并實(shí)時將實(shí)時發(fā)送控制指令給車載端的計(jì)算單元。車載端計(jì)算單元通過CAN協(xié)議控制車輛實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制動作。遠(yuǎn)程控制可實(shí)現(xiàn)功能如下：
左轉(zhuǎn)：駕駛艙方向盤向左轉(zhuǎn)向，最大轉(zhuǎn)向角度為540°
右轉(zhuǎn)：駕駛艙方向盤向右轉(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)下按下方向盤上的X鍵表示退出遠(yuǎn)控駕駛模式。
 
油門：駕駛艙油門踏板不受力時為0%開度，踩到底是為100%開度。開度為線性插值
剎車：駕駛艙剎車踏板不受力時為0%開度，踩到底是為100%開度。開度為線性插值
 
換擋：換擋桿可以執(zhí)行四個檔位的換擋動作。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端駕駛室的畫面以及方向盤的畫面，從而幫助駕駛員從這些畫面處獲得及時的控制效果反饋。通過這些反饋畫面，駕駛員可以及時修正轉(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：通過三聯(lián)屏顯示從車輛前擋風(fēng)玻璃處的一個大角度視覺畫面?？梢暯嵌燃s為135°
輔助畫面：在輔助畫面中，攝像頭將會監(jiān)控方向盤轉(zhuǎn)角和中控臺。該畫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)開關(guān)。其中，感知系統(tǒng)與緊急避障控制為主動安全系統(tǒng)。車載計(jì)算單元通過對部署在車頂?shù)募す饫走_(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，可以感知到車輛周圍的障礙物信息。當(dāng)駕駛員未發(fā)現(xiàn)車輛周圍有障礙物或者網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)波動時，車載計(jì)算機(jī)的決策系統(tǒng)將會把車輛控制權(quán)限轉(zhuǎn)角給車輛主動安全系統(tǒng)。同時，車輛主駕駛座上還部署了由安全員進(jìn)行控制的進(jìn)制制動冗余系統(tǒng)。安全員可以通過該系統(tǒng)在車輛的遠(yuǎn)控系統(tǒng)與主動安全系統(tǒng)均失效的情況下利用硬線開關(guān)，將車輛線控執(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)與用戶進(jìn)行信息與控制交互的一個窗口。用戶可以在該窗口觀察到當(dāng)前駕駛艙及遠(yuǎn)程車端的關(guān)鍵參數(shù)信息。同時，用戶下發(fā)的一些關(guān)鍵控制指令與控制狀態(tài)也可以通過人機(jī)交互窗口及時得到反饋。本系統(tǒng)中，人機(jī)交互系統(tǒng)的功能主要如下：
車速反饋：人機(jī)交互界面將實(shí)時顯示車端的當(dāng)前時速，單位是km/h
控制模式顯示：人機(jī)交互界面會從車端工控機(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)交互界面會從車端工控機(jī)接受狀態(tài)信息，并將當(dāng)前車輛檔位狀態(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/R檔倒車/N檔空擋/D檔前進(jìn)）
油門狀態(tài)：人機(jī)交互界面上會顯示油門控制量，單位為百分比
剎車狀態(tài)：人機(jī)交互界面上會顯示剎車控制量，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)通道以及車載端三大部分。
 
硬件系統(tǒng)框圖
遠(yuǎn)程駕駛艙由方向盤、油門踏板、制動踏板、換擋桿、人機(jī)交互顯示屏、第一人稱視角顯示屏、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、油門踏板和制動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)時顯示遠(yuǎn)程車輛實(shí)時狀態(tài)信息，3面環(huán)視顯示器實(shí)時顯示遠(yuǎn)程車輛前方行駛畫面。
 
整個網(wǎng)絡(luò)通道有兩臺網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、一臺5G網(wǎng)絡(luò)終端組成。駕駛艙端的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與寬帶專線的光電盒子相接，并把數(shù)據(jù)傳輸給駕駛艙端的各個處理器。5G網(wǎng)絡(luò)終端可以接受5G信號，同時5G終端與車端的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連接，從而實(shí)現(xiàn)駕駛艙端與車端的網(wǎng)絡(luò)之間的連通。
車載端的硬件功能分為四個部分，分別是視頻回傳系統(tǒng)、車載計(jì)算單元、感知系統(tǒng)以及底盤控制器。視頻回傳系統(tǒng)在車端總共部署了四只攝像頭，分別可以顯示車內(nèi)駕駛室視角。以及車外的第一人稱視角。這四路攝像頭的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線與交換機(jī)相連，傳輸給駕駛艙端。感知系統(tǒng)中，在車頂部署了四臺激光雷達(dá)，用來實(shí)時感知車輛周圍的環(huán)境，用來彌補(bǔ)遠(yuǎn)程駕駛員的感知盲區(qū)以及，同時在遠(yuǎn)程控制出現(xiàn)問題是及時接管車輛控制權(quán)限，進(jìn)入車輛的安全保護(hù)模式。線控底盤控制器是用來控制駕駛機(jī)器人的信號處理設(shè)備。該控制器會對控制指令進(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。車載計(jì)算單元有兩個功能，一個功能是用來搭建一個與駕駛艙服務(wù)器之間的點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)透傳通道，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)透傳與傳輸加速。其次，該計(jì)算單元會實(shí)時接受、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、車身反饋信號以及駕駛機(jī)器人反饋信號，從而給車輛下發(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)為車輛端的軟件系統(tǒng)。通過中間的基于5G網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)透傳服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了兩端的軟件數(shù)據(jù)互通。圖中，黑色線路為控制信號，表示由上而下的控制信號路線。綠色箭頭表視頻信號，主要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是駕駛艙視角與方向盤視角的圖像數(shù)據(jù)。橙色的人機(jī)交互信號，該信號里包含了車輛狀態(tài)信息、系統(tǒng)控制信息等人機(jī)交互信息。黃色箭頭為車輛信息反饋信號，該信號通過CAN報文的形式發(fā)送給車載計(jì)算單元，車載計(jì)算單元接受車身信號，進(jìn)行相應(yīng)的決策判斷。
 
軟件系統(tǒng)框圖
 
 
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