一种实现车辆列队跟驰功能的网联通信系统及方法
技术领域
本发明涉及车辆列队跟驰领域，具体涉及一种实现车辆列队跟驰功能的网联通信系统及方法。
背景技术
车辆列队跟驰作为自动驾驶率最可能率先应用的领域，可有效控制车辆之间的距离和车队的行驶状态，减小车队行驶中的风阻，降低车辆的燃油消耗，同时也将大大降低驾驶员的工作强度，提升驾驶安全性。C-V2X网联通信技术作为列队跟驰车辆之间沟通的媒介，主要包括车车通信技术(V2V)、车路通信技术(V2I)等，车辆通过C-V2X网联通信共享数据资源，可有效降低单车自动驾驶传感器复杂度。
目前用于列队跟驰的网联通信系统仅仅依托于车载V2X终端进行通信，只能够简单的透传油门、转向、地图、行驶轨迹等数据，没有形成统一的、商业化的专用于列队跟驰的完整的网联通信系统，只适合技术员测试使用，因此无法交付给客户使用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种实现车辆列队跟驰功能的网联通信系统及方法，实现高效、可行、低成本网联通信，以支持商业化应用。
本发明的技术方案是：一种实现车辆列队跟驰功能的网联通信系统，包括，
人机服务模块：获取车辆信息，并根据车辆信息判断期望服务调度模式，发送期望服务调度模式指令至调度模块；
调度模块：根据期望服务调度模式指令控制报文服务模块以相应服务调度模式运行；所述服务调度模式包括车车透传服务调度模式和车路透传服务调度模式；
车辆信息服务模块：获取自车列队跟驰信息，并通过报文服务模块将自车列队跟驰信息广播给车队中其他车辆；通过报文服务模块接收车队中其他车辆的列队跟驰信息，并将接收的车队中其他车辆的列队跟驰信息发送至自车整车网络；
报文服务模块：基于相应服务调度模式，完成车队中车辆间列队跟驰信息的透传。
进一步地，人机服务模块包括，
自车实时信息获取子模块：获取自车实时信息；
路侧单元通信范围获取子模块：获取路侧单元通信范围；
自车期望信息获取子模块：获取自车期望信息；
通信时间间隔计算子模块：计算通信时间间隔；
路侧单元通信范围判断子模块：根据所获取路侧单元通信范围和计算通信时间间隔，判断路侧单元通信范围是否满足预期行驶轨迹全覆盖；
服务调度模式指令输出子模块：根据路侧单元通信范围判断子模块的判断结果，输出期望的服务调度模式指令至调度模块。
进一步地，
自车实时信息获取子模块所获取自车实时信息包括：碰撞时间TTC，跟驰速度差值Vdiff；
自车期望信息获取子模块所获取自车期望信息包括：期望行驶速度Vh，期望车头时距th，间距补偿d0；
通信时间间隔计算子模块通过以下公式计算通信时间间隔：
Ds＝TTC*Vdiff
Dh＝thVh+d0
其中，Ds为安全距离，Dh为期望跟车距离，Dc为路侧单元通信半径，T为通信时间间隔；当Dh小于Ds时，令Dh直接等于Ds。
进一步地，自车实时信息获取子模块所获取自车实时信息还包括：预期行驶轨迹；
路侧单元通信范围判断子模块判断路侧单元通信范围是否满足预期行驶轨迹全覆盖的规则为：
将预期行驶轨迹按照通信时间间隔平分成n段的轨迹周期，其中n为自然数，若在n段的轨迹周期中，路侧单元的通信范围均能覆盖所有轨迹周期，则认为车队预期行驶轨迹中的路侧单元能够实现通信全覆盖；
若路侧单元通信范围满足预期行驶轨迹全覆盖，服务调度模式指令输出子模块输出期望的服务调度模式指令为运行车路透传服务调度模式；
若路侧单元通信范围不满足预期行驶轨迹全覆盖，服务调度模式指令输出子模块输出期望的服务调度模式指令为运行车车透传服务调度模式。
进一步地，车辆信息服务模块包括，
自车列队跟驰信息获取子模块：获取自车列队跟驰信息；
自车列队跟驰信息发送子模块：发送自车列队跟驰信息给报文服务模块；
其他车辆列队跟驰信息接收子模块：接收报文服务模块发送来的车队中其它车辆的列队跟驰信息；
其他车辆列队跟驰信息发送子模块：将接收的车队中其它车辆的列队跟驰信息发送给自车整车网络。
进一步地，报文服务模块包括编解码子模块、加解密子模块、无线传输子模块；
编解码子模块包括，
编码传输单元：接收自车列队跟驰信息并编码后，传输给加密传输单元；
解码传输单元：接收解密后的车队中其它车辆的列队跟驰信息并解码后，传输给车辆信息服务模块的其他车辆列队跟驰信息接收送子模块；
加解密子模块包括，
加密传输单元：接收编码后的自车列队跟驰信息并加密后，传输给第一无线服务单元；
解密传输单元：将车队中其它车辆的列队跟驰信息解密后，传输给解码传输单元；
无线传输子模块包括，
第一无线服务单元：接收加密后的自车列队跟驰信息；
第二无线服务单元：将加密后的自车列队跟驰信息通过无线方式广播给车队中其它车辆；
第三无线服务单元：通过无线方式接收车队中其它车辆广播的其它车辆的列队跟驰信息；
第四无线服务单元：将接收的车队中其它车辆的列队跟驰信息传输给解密传输单元；
第五无线服务单元：将加密后的自车列队跟驰信息通过无线方式广播给路侧单元；
第六无线服务单元：通过无线方式接收路侧单元广播的车队中其它车辆的列队跟驰信息；
其中，车车透传服务调度模式下，第一无线服务单元、第二无线服务单元、第三无线服务单元、第四无线服务单元运行，第五无线服务单元、第六无线服务单元关闭；车路透传服务调度模式下，第一无线服务单元、第五无线服务单元、第六无线服务单元、第四无线服务单元运行，第二无线服务单元、第三无线服务单元关闭。
进一步地，人机服务模块还包括，
通信时间间隔输出子模块：输出通信时间间隔给调度模块；
调度模块控制第二无线服务单元、第三无线服务单元、第五无线服务单元、第六无线服务单元以通信时间间隔为周期广播或接收相应信息。
进一步地，人机服务模块还包括，
列队稳定判断子模块：判断车辆列队是否稳定；
通信时间间隔修改子模块：供管理员修改通信时间间隔；
自车实时信息获取子模块所获取自车实时信息还包括：实时车速变化率的VE，实时跟车距离变化率DE；
其中，列队稳定判断子模块根据以下两个公式判断车辆列队是否稳定：
其中，VQ为车速稳定系数，DQ为距离稳定系数；
若VQ>第一预设车速稳定系数值，且DQ>第一预设距离稳定系数值，则认为列队不稳定，服务调度模式指令输出子模块输出运行车车透传服务调度模式指令；
若VQ>第二预设车速稳定系数值，且DQ>第二预设距离稳定系数值，则管理员通过通信时间间隔修改子模块修改通信时间间隔；其中第二预设车速稳定系数值>第一预设车速稳定系数值，第二预设距离稳定系数值>第一预设距离稳定系数值。
本发明的技术方案还包括一种实现车辆列队跟驰功能的网联通信方法，包括以下步骤：
获取自车实时信息；
获取路侧单元通信范围；
获取自车期望信息；
根据自车实时信息、路侧单元通信范围和自车期望信息，计算通信时间间隔；
根据所获取路侧单元通信范围和计算通信时间间隔，判断路侧单元通信范围是否满足预期行驶轨迹全覆盖；
根据判断结果，输出期望的服务调度模式指令；具体为，若路侧单元通信阀内满足预期行驶轨迹全覆盖，则输出期望的服务调度模式指令为运行车路透传服务调度模式；若路侧单元通信阀内不满足预期行驶轨迹全覆盖，则输出期望的服务调度模式指令为运行车车透传服务调度模式。
进一步地，
车路透传服务调度模式下，车辆通信过程为：
获取自车列队跟驰信息；
对自车列队跟驰信息进编码；
对编码后的自车列队跟驰信息进行加密；
将加密后的自车列队跟驰信息通过无线方式广播给路侧单元；
通过无线方式接收路侧单元广播的车队中其它车辆的列队跟驰信息；
将接收的车队中其它车辆的列队跟驰信息进行解密；
将解密后的车队中其它车辆的列队跟驰信息进行解码；
将解码后的车队中其它车辆的列队跟驰信息发送给自车整车网络；
车车透传服务调度模式下，车辆通信过程为：
获取自车列队跟驰信息；
对自车列队跟驰信息进编码；
对编码后的自车列队跟驰信息进行加密；
将加密后的自车列队跟驰信息通过无线方式广播给车队中其它车辆；
通过无线方式接收车队中其他车辆广播的其它车辆的列队跟驰信息；
将接收的车队中其它车辆的列队跟驰信息进行解密；
将解密后的车队中其它车辆的列队跟驰信息进行解码；
将解码后的车队中其它车辆的列队跟驰信息发送给自车整车网络。
本发明提供一种实现车辆列队跟驰功能的网联通信系统及方法，具有人机服务、调度、车辆服务、报文服务等多个服务模块，服务分工细化，能够满足车辆列队跟驰功能运行的通信需求，适合商业化，规模化管理和配套；可切换的服务调度模式，有效利用行驶轨迹上的路侧单元，帮助降低通信计算开销，使得通信更加灵活；系统使用难度低，高效可行，且成本低，适合车队管理员操作，且可根据稳定性判断调整调度模式等，提高网联通信的稳定性。
附图说明
图1是本发明具体实施例一结构示意框图；
图2是本发明具体实施例一人机服务模块结构示意框图；
图3是本发明具体实施例一车辆信息服务模块结构示意框图；
图4是本发明具体实施例一报文服务模块结构示意框图；
图5是本发明具体实施例二方法流程示意图；
图6是本发明具体实施例二车路服务调度模式下车路通信方法流程示意图；
图7是本发明具体实施例二车车服务调度模式下车路通信方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种实现车辆列队跟驰功能的网联通信系统，包括以下功能模块。
人机服务模块1：获取车辆信息，并根据车辆信息判断期望服务调度模式，发送期望服务调度模式指令至调度模块2；
调度模块2：根据期望服务调度模式指令控制报文服务模块4以相应服务调度模式运行；
车辆信息服务模块3：获取自车列队跟驰信息，并通过报文服务模块4将自车列队跟驰信息广播给车队中其他车辆；通过报文服务模块4接收车队中其他车辆的列队跟驰信息，并将接收的车队中其他车辆的列队跟驰信息发送至自车整车网络；
报文服务模块4：基于相应服务调度模式，完成车队中车辆间列队跟驰信息的透传。
本实施例中，系统启动后，人机服务模块1即判断期望运行的服务调度模式，并通知调度模块2，调度模块2控制报文服务模块4以相应服务调度模式运行。
车辆跟驰行驶时，车队中的每台车辆获取所有车辆的列队跟驰信息，以控制各自的运行状态。报文服务模块4即实现列队跟驰信息在车辆间的广播。本实施例的服务调度模式即报文服务模块4实现广播的具体方式，其中服务调度模式包括车车透传服务调度模式和车路透传服务调度模式，车车透传服务调度模式是指车车之间直接广播列队跟驰信息，车路透传服务调度模式是指由路侧单元参与实现车辆间的列队跟驰信息广播。
以下对各功能模块进行具体说明。
(一)人机服务模块1
人机服务模块1用于获取车辆信息，并根据车辆信息判断期望服务调度模式，发送期望服务调度模式指令至调度模块2。如图2所示，人机服务模块1具体包括以下功能子模块。
自车实时信息获取子模块101：获取自车实时信息；
路侧单元通信范围获取子模块102：获取路侧单元通信范围；
自车期望信息获取子模块103：获取自车期望信息；
通信时间间隔计算子模块104：计算通信时间间隔；
路侧单元通信范围判断子模块105：根据所获取路侧单元通信范围和计算通信时间间隔，判断路侧单元通信范围是否满足预期行驶轨迹全覆盖；
服务调度模式指令输出子模块106：根据路侧单元通信范围判断子模块的判断结果，输出期望的服务调度模式指令至调度模块。
其中，自车实时信息获取子模块101所获取自车实时信息包括：碰撞时间TTC，跟驰速度差值Vdiff。
自车期望信息获取子模块103所获取自车期望信息包括：期望行驶速度Vh，期望车头时距th，间距补偿d0。其中间距补偿d0是指车辆装配挂车后增加的长度以及管理员因自身风险偏好而增加的安全补偿。需要说明的是，自车期望信息由管理员输入。
通信时间间隔计算子模块104通过以下公式计算通信时间间隔：
Ds＝TTC*Vdiff(1)
Dh＝thVh+d0(2)
其中，Ds为安全距离，Dh为期望跟车距离，Dc为路侧单元通信半径(由路侧单元通信范围获取子模块102获取)，T为通信时间间隔；当Dh小于Ds时，令Dh直接等于Ds。
本实施例为判断期望服务调度模式，自车实时信息获取子模块101所获取自车实时信息还包括：预期行驶轨迹。
路侧单元通信范围判断子模块105判断路侧单元通信范围是否满足预期行驶轨迹全覆盖的规则为：
将预期行驶轨迹按照通信时间间隔平分成n段的轨迹周期，其中n为自然数(根据具体情况设定)，若在n段的轨迹周期中，路侧单元的通信范围均能覆盖所有轨迹周期，则认为车队预期行驶轨迹中的路侧单元能够实现通信全覆盖，即路侧单元通信范围满足预期行驶轨迹全覆盖。
若路侧单元通信范围满足预期行驶轨迹全覆盖，服务调度模式指令输出子模块106输出期望的服务调度模式指令为运行车路透传服务调度模式.
若路侧单元通信范围不满足预期行驶轨迹全覆盖，服务调度模式指令输出子模块106输出期望的服务调度模式指令为运行车车透传服务调度模式。
另外，人机服务模块1还输出通信时间间隔至调度模块2，调度模块2控制报文服务模块4以通信时间间隔为周期广播和接收相关列队跟驰信息。具体的，人机服务模块1还包括，
通信时间间隔输出子模块107：输出通信时间间隔给调度模块2。
优选地，本实施例还实时监测车辆运行的稳定性，以及时调整服务调度模式或更改通信时间间隔。
具体地，人机服务模块1还包括，
列队稳定判断子模块108：判断车辆列队是否稳定；
通信时间间隔修改子模块109：供管理员修改通信时间间隔。
为实现车辆队列稳定性判断，自车实时信息获取子模块101所获取自车实时信息还包括：实时车速变化率的VE，实时跟车距离变化率DE。
列队稳定判断子模块108根据以下两个公式判断车辆列队是否稳定。
其中，VQ为车速稳定系数，DQ为距离稳定系数。|VE|表示取绝对值，上述两个公式以一段时间内的车速和距离变化计算，|VE|min表示该段时间内的最小车速变化率绝对值，|VE|max表示该段时间内的最大车速变化率绝对值，|DE|min和|DE|max同理。
若VQ>第一预设车速稳定系数值，且DQ>第一预设距离稳定系数值，则认为列队不稳定，服务调度模式指令输出子模块输出运行车车透传服务调度模式指令。需要说明的是，当时若服务调度模式已经是车车透传服务调度模式，则无需再重新发送相关指令。若是车路透传服务调度模式，则需要转换为车车透传服务调度模式，以提高列队的稳定性。
若VQ>第二预设车速稳定系数值，且DQ>第二预设距离稳定系数值，则管理员通过通信时间间隔修改子模块修改通信时间间隔。其中第二预设车速稳定系数值>第一预设车速稳定系数值，第二预设距离稳定系数值>第一预设距离稳定系数值。即当VQ和DQ过大时，除了要调整为车车透传服务调度模式，还需要调整通信时间间隔，使报文服务模块4以修改后的通信时间间隔广播和接收信息。具体将通信时间间隔调小，使车辆间尽快广播列队跟驰信息，以调整车辆状态。需要说明的是，修改通信时间间隔可由管理员手动调整，输入需要的通信时间间隔。修改后的通信时间间隔由通信时间间隔输出子模块107输出给调度模块2。
其中，第一预设车速稳定系数值、第二预设车速稳定系数值、第一预设距离稳定系数值、第二预设距离稳定系数值可根据具体设置。例如第一预设车速稳定系数值为0.2，第二预设车速稳定系数值为0.3，第一预设距离稳定系数值为0.1，第二预设距离稳定系数值为0.2。
(二)调度模块2
调度模块2根据人机服务模块1发送的期望服务调度模式指令控制报文服务模块4以相应服务调度模式运行。
调度模块2还接收人机服务模块1发送的通信时间间隔，控制报文服务模块4以通信时间间隔为周期广播和接收相应列队跟驰信息。
(三)车辆信息服务模块3
车辆信息服务模块3将自车列队跟驰信息通过报文服务模块4广播给车队中的其他车辆，并通过报文服务模块4接收车队中其他车辆的列队跟驰信息，且将其他车辆的列队跟驰信息发送至自车的整车网络，自车整车网络即接收到车队中所有车辆的列队跟驰信息，根据所有列队跟驰信息即可调整和控制自车的行驶状态，以支持列队跟驰功能。
如图3所示，车辆信息服务模块3包括以下功能子模块。
自车列队跟驰信息获取子模块301：获取自车列队跟驰信息；
自车列队跟驰信息发送子模块302：发送自车列队跟驰信息给报文服务模块4；
其他车辆列队跟驰信息接收子模块303：接收报文服务模块4发送来的车队中其它车辆的列队跟驰信息；
其他车辆列队跟驰信息发送子模块304：将接收的车队中其它车辆的列队跟驰信息发送给自车整车网络。
需要说明的是，本实施例中，列队跟驰信息传输过程中需进行编解码和加解密，其他车辆列队跟驰信息接收送子模块303接收到的是解码解密后的列队跟驰信息。
列队跟驰信息可以是油门、转向、地图、行驶轨迹等数据，也可以是其他任何车辆数据。列队跟驰信息用于车辆调整自身状态，完成跟驰功能。
(四)报文服务模块4
报文服务模块4基于相应服务调度模式，完成车队中车辆间列队跟驰信息的透传。
本实施例中，报文服务模块4还对列队跟驰信息进行编解码和加解密，使列队跟驰信息加密后传输。
如图4所示，报文服务模块4包括编解码子模块401、加解密子模块402、无线传输子模块403。
(1)编解码子模块401包括以下功能单元。
编码传输单元401-1：接收自车列队跟驰信息并编码后，传输给加密传输单元402-1；
解码传输单元401-2：接收解密后的车队中其它车辆的列队跟驰信息并解码后，传输给车辆信息服务模块3的其他车辆列队跟驰信息接收送子模块303。
其中，编码传输单元401-1接收的是自车列队跟驰信息发送子模块302所发送的自车列队跟驰信息。
(2)加解密子模块402包括以下功能单元。
加密传输单元402-1：接收编码后的自车列队跟驰信息并加密后，传输给第一无线服务单元403-1；
解密传输单元402-2：将车队中其它车辆的列队跟驰信息解密后，传输给解码传输单元401-2。
其中，解密传输单元402-2
(3)无线传输子模块403包括以下功能单元。
第一无线服务单元403-1：接收加密后的自车列队跟驰信息；
第二无线服务单元403-2：将加密后的自车列队跟驰信息通过无线方式广播给车队中其它车辆；
第三无线服务单元403-3：通过无线方式接收车队中其它车辆广播的其它车辆的列队跟驰信息；
第四无线服务单元403-4：将接收的车队中其它车辆的列队跟驰信息传输给解密传输单元402-2；
第五无线服务单元403-5：将加密后的自车列队跟驰信息通过无线方式广播给路侧单元；
第六无线服务单元403-6：通过无线方式接收路侧单元广播的车队中其它车辆的列队跟驰信息。
其中，车车透传服务调度模式下，第一无线服务单元403-1、第二无线服务单元403-2、第三无线服务单元403-3、第四无线服务单元运行403-4，第五无线服务单元403-5、第六无线服务单元403-6关闭，即列队跟驰信息直接在车辆与车辆间传输。车路透传服务调度模式下，第一无线服务单元403-1、第五无线服务单元403-5、第六无线服务单元403-6、第四无线服务单元403-4运行，第二无线服务单元403-2、第三无线服务单元403-3关闭，即列队跟驰信息通过路侧单元在车辆间传输。
具体地，车车透传服务调度模式下各功能模块和单元运行顺序为：自车列队跟驰信息获取子模块301，自车列队跟驰信息发送子模块302，编码传输单元401-1，加密传输单元402-1，第一无线服务单元403-1，第二无线服务单元403-2，第三无线服务单元403-3、第四无线服务单元运行403-4，解密传输单元402-2，解码传输单元401-2，其他车辆列队跟驰信息接收子模块303，其他车辆列队跟驰信息发送子模块304。
车路透传服务调度模式下各功能模块和单元运行顺序为：自车列队跟驰信息获取子模块301，自车列队跟驰信息发送子模块302，编码传输单元401-1，加密传输单元402-1，第一无线服务单元403-1，第五无线服务单元403-5，第六无线服务单元403-6、第四无线服务单元运行403-4，解密传输单元402-2，解码传输单元401-2，其他车辆列队跟驰信息接收子模块303，其他车辆列队跟驰信息发送子模块304。
本实施例中，调度模块4控制第二无线服务单元403-2、第三无线服务单元403-3、第五无线服务单元403-5、第六无线服务单元403-6以通信时间间隔为周期广播或接收相应信息。以第二无线服务单元403-2为例，第二无线服务单元403-2每个通信时间间隔时间段广播一次自车列队跟驰信息。
实施例二
如图5所示，在实施例一基础上，本实施例提供一种实现车辆列队跟驰功能的网联通信方法，包括以下步骤。
S1，获取自车实时信息；
S2，获取路侧单元通信范围；
S3，获取自车期望信息；
S4，根据自车实时信息、路侧单元通信范围和自车期望信息，计算通信时间间隔；
S5，根据所获取路侧单元通信范围和计算通信时间间隔，判断路侧单元通信范围是否满足预期行驶轨迹全覆盖；
S6，根据判断结果，输出期望的服务调度模式指令；具体为，若路侧单元通信阀内满足预期行驶轨迹全覆盖，则输出期望的服务调度模式指令为运行车路透传服务调度模式；若路侧单元通信阀内不满足预期行驶轨迹全覆盖，则输出期望的服务调度模式指令为运行车车透传服务调度模式。
如图6所示，车路透传服务调度模式下，车辆通信过程为：
S101，获取自车列队跟驰信息；
S102，对自车列队跟驰信息进编码；
S103，对编码后的自车列队跟驰信息进行加密；
S104，将加密后的自车列队跟驰信息通过无线方式广播给路侧单元；
S105，通过无线方式接收路侧单元广播的车队中其它车辆的列队跟驰信息；
S106，将接收的车队中其它车辆的列队跟驰信息进行解密；
S107，将解密后的车队中其它车辆的列队跟驰信息进行解码；
S108，将解码后的车队中其它车辆的列队跟驰信息发送给自车整车网络。
如图7所示，车车透传服务调度模式下，车辆通信过程为：
S201，获取自车列队跟驰信息；
S202，对自车列队跟驰信息进编码；
S203，对编码后的自车列队跟驰信息进行加密；
S204，将加密后的自车列队跟驰信息通过无线方式广播给车队中其它车辆；
S205，通过无线方式接收车队中其他车辆广播的其它车辆的列队跟驰信息；
S206，将接收的车队中其它车辆的列队跟驰信息进行解密；
S207，将解密后的车队中其它车辆的列队跟驰信息进行解码；
S208，将解码后的车队中其它车辆的列队跟驰信息发送给自车整车网络。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。
