面向公共客运车辆的远程智能一键迫停控制系统

本发明涉及一种面向公共客运车辆的远程智能一键迫停控制系统，属于远程智能控制
技术领域：
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背景技术：
：目前，车辆运行过程中速度限制主要通过设置发动机转速上限达到限速目的，大多数采用人工制动或基于车辆本身。远程限速应用较少，远程迫停技术还未在车辆上应用。但是，面向车辆内突发事件的防控需求，根据不同的道路条件与环境、车辆行驶状态等信息，需要设计车辆远程限速与迫停控制方法，保障乘员的安全性、减小伤亡事件的影响范围。技术实现要素：本发明所要解决的问题是提供一种面向公共客运车辆的远程智能一键迫停控制系统，能够在特殊紧急状况下对车辆采取紧急制动和迫停，可以有效通过远程指挥平台控制车辆。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种面向公共客运车辆的远程智能一键迫停控制系统，其包括远程指挥平台、交互服务器、智能网关模块、车载终端、控制器以及执行器，远程指挥平台，用于监测由车载终端上传来的视频数据，若确认发生紧急情况，下发一键迫停指令，对车辆速度进行远程控制；交互服务器，其连接车载终端和远程指挥平台，用于在车载终端和远程指挥平台之间传递数据信息和指令；车载终端，用于接收远程指挥平台的数据信息和指令，并根据所述数据信息和指令与后台数据处理中心进行通信，输出视频监控信号、紧急迫停信号。控制器，其与远程指挥平台、交互服务器、车载终端、执行器分别连接，控制器输出信号给执行器，实现远程速度控制以及迫停控制。优选地，所述车载终端包括：数据接入与标准化模块，用于车载易燃挥发物及爆炸物、导航定位等检测数据的实时接入；视频处理与分析模块，用于支持车载视频图像的智能化分析与异常行为预警；大容量存储模块，用于支持图片、易燃挥发物及爆炸物、导航定位等检测数据的本地存储；无线通信模块，用于支持视频图像的实时传输与调阅，以及异常行为、易燃挥发物及爆炸物、导航定位及异常轨迹等预警信息及车辆远程控制指令的实时传输；应急通信模块，用于支持无线通信异常或中断等情况下，异常行为、易燃挥发物及爆炸物、导航定位及异常轨迹等预警信息的实时传输；车辆远程限速与迫停模块，其基于无线接入车辆限速或迫停指令，通过车辆can总线将控制指令传输给车速控制单元，实现车辆速度限制或迫停；应急供电模块，用于支持在车载供电系统受损情况下的应急供电，确保车载终端装备正常运行，有效获取事发时段的关键数据；安全防护模块，装备的外部防护，确保装备的耐震动、耐冲撞、耐高温等。优选地，控制器采用的远程迫停的控制方法为：a、定义远程迫停sis0离散时间非线性系统：y(k+1)＝f(y(k)，...，y(k-ny)，u(k)，...，u(k-nu)其中，y(k)和u(k)分别代表远程迫停siso离散时间非线性系统在k时刻的输出和输入；f(...)代表系统的非线性函数；输出y为客运车此时行驶的速度；b、定义车速为60km/h，紧急情况加速度为-8m/s2，u代表制动装置活门开度，p(k)将其代表为非紧急情况；q(k)将其代表为一般紧急情况；z(k)将其代表为紧急情况；c、定义客运车辆以速度v匀速行驶，此时输出y为vm/s，制动装置活门开度为0，设期望输入的速度为yd：d、当需要采取制动措施时，实际输出的y值与期望值产生误差e，再通过积分器，由速度偏差值变成加速度偏差值，通过控制器作用于控制对象，最终通过调节制动装置的开度来进行加速度的调节，实现远程智能一键迫停。优选地，车辆行驶过程中受到外界环境的扰动时，若是瞬时信号，用脉冲信号代替，若是存在一定时间的信号，则用阶跃信号来代替。优选地，所述执行器接收到迫停指令后，进行一键迫停，然后将结果反馈到车载终端，车载终端与车内和执行器确认后，将结果反馈到交互服务器，交互服务器与车内和车载终端确认后，将结果反馈到远程指挥平台。有益效果本发明采用上述技术方案以后，能够在特殊紧急状况下对车辆采取紧急制动和迫停，可以有效通过远程指挥平台控制车辆。附图说明图1是本发明的一键迫停系统的联调图；图2是本发明的一键迫停系统的控制图；图3是本发明远程一键迫停系统的车载终端组成示意图；图4是本发明的一键迫停系统的流程图；图5是本发明的一键迫停方法的算法系统框图；图6是本发明的一键迫停方法的加干扰系统框图。具体实施方式下面结合附图来详细说明本发明的实施方式，以此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。本
技术领域：
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。参见图1至6，本发明一种面向公共客运车辆的远程智能一键迫停控制装置，主要包括远程指挥平台、交互服务器、智能网关模块、车载终端、以及执行器，前述远程指挥平台、交互服务器、智能网关模块、车载终端、以及执行器之间指令优先级顺序为:远程指挥平台>交互服务器>车载终端>执行器，该装置通过对车辆的控制实际通过网关下发的报文，并转化成为相对应的加速度值对车辆进行制动。本实施例中，远程指挥平台，又称平台，后台数据处理中心，在此类远程智能一键迫停方法中拥有最高优先级，具有决定性作用。它是下发指令的最高级别，负责一切车辆操作。当远程指挥平台监测到由车载终端上传来的视频数据发生紧急情况，和车内进行沟通，确认有情况发生，下发一键迫停指令，可对车辆速度进行远程控制，极端情况实施车辆远程迫停。平台下发的指令与交互服务器之间存在某种数据传输协议。交互服务器，作用是数据转化，转化成远程指挥平台需要的数据。交互服务器是连接车载终端和远程指挥平台的桥梁，接受下行指令并转发给车载终端，接受上行业务数据并转发给远程指挥平台。它的执行流程是：1、交互服务器启动并监听指定服务端口，通过socket提供服务。2、车载终端上电启动通过socket连接到交互服务器，交互服务器根据传入设备端id,识别设备，并将通道信息存储在交互服务器，设备端通过定时心跳机制维持服务器和设备的长连接。3、远程指挥平台发起下行指令，包含带操作设备id等，交互服务器根据远程指挥平台下发的设备标识找到待操作设备的连接通道，通过此通道将数据发送到待操作设备。车载终端，是整个远程控制系统的枢纽，作用是上传数据和下达指令。包括高清视频输入接口，车载电子信息输入接口，其用于连接车辆总线，获取车载电子信息。指挥指令输入接口，用于接收指挥指令。同时车载终端拥有一个中央处理器，其接收所述指挥指令输入接口所输入的指挥指令，所述中央处理器还根据所述易燃易爆检测数据、车载电子信息、指挥指令、定位数据、导航数据相应的与后台数据处理中心进行通信，输出视频监控信号、紧急迫停信号。智能网关模块，网关(gateway)又称网间连接器、协议转换器，网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。本实施例中，将车载终端发来的指令通过智能网关模块转化为报文的形式，在通信局域网里播报，并将指令以报文的形式传递给整车控制器，即执行器，实现远程控制功能。执行器，在远程一键迫停智能系统中是刹车的ebs的控刹装置，以此来执行迫停任务。假设公交车(旅游车)的直线行驶车速≤40km/h，加速度为-0.5m/s2当遇到恐怖分子劫持等紧急情况后：车载终端接收平台无线限速或迫停指令，并通过车辆can通讯网络转发给车辆控制单元，实现车辆速度的远程控制。其中迫停是通过请求制动报文xbr3进行制动。在电子制动系统上，xbr消息校验和用于验证从要求装置到制动控制器的信号路径。如果不正确，制动系统不接受外部请求。纯电动车辆的动力驱动控制——整车控制器与电机控制器共同实现车速控制；混合动力车辆动力驱动控制——整车控制器与电机控制器共同实现车速控制；传统能源车辆——can仪表和发动机ecu共同实现车速控制；同时本发明提出了一种远程迫停的控制算法，可以有效实现远程一键迫停，且响应后稳态误差较小，可以很好地跟踪误差期望值。通过此控制控制算法产生的超调较小，当给整个控制系统一个随机干扰信号时，系统能够迅速恢复到平衡稳定状态，证明设计的控制器具有较强的鲁棒性和抗干扰性。控制器与远程指挥平台、交互服务器、车载终端分别连接。经控制器输出的信号给执行器，实现远程速度控制以及迫停控制。控制算法如下：现定义远程迫停siso离散时间非线性系统：y(k+1)＝f(y(k)，...，y(k-ny)，u(k)，...，u(k-nu)其中，y(k)和u(k)分别代表远程迫停系统在k时刻的输出和输入。f(...)代表系统的非线性函数。输出y为客运车此时行驶的速度。在此系统中，暂不考虑摩擦系数，天气等对客运车的影响。定义车速为60km/h，紧急情况加速度为-8m/s2，u代表制动装置活门开度，用百分比来表示，数值越大，代表刹车活门开度越大，即刹车踩的越急迫。对于u的定义如下所示：如上公式所示，p(k)将其代表为非紧急情况；q(k)将其代表为一般紧急情况；z(k)将其代表为紧急情况。期望输入信号为需要制动的加速度值。客运车辆以速度v匀速行驶，此时输出y为vm/s，制动装置活门开度为0。设期望输入的速度为yd，对yd有如下表示：当客运车遇到紧急情况后，需要采取制动措施。而速度由v到0又有几种不同的方式。由上式所示，要采取紧急制动，需要在很快的时间内速度减为0。如图5所示，当遇到情况时，需要采取制动措施，这时，系统实际输出的y值与期望值产生误差e，再通过积分器，由速度偏差值变成加速度偏差值，通过控制器，即远程指挥平台下发指令，交互服务器数据转化，再将指令传递给车载终端，车载终端通过网关将指令转化为报文，并作用于控制对象，最终通过调节制动装置的开度来进行加速度的调节，使其在最快，最优程度上达到理想状态，实现远程智能一键迫停。在车辆行驶过程中，很容易受到外界环境的扰动，如环境因素，摩擦系数的变化以及特殊情况的发生。将此干扰信号定义为d(k)，干扰信号作用于控制器的输出端。根据不同的情况对外界干扰可做如下处理：若是外力作用，则往往是瞬时信号，作用的时间比较短，可以用一定宽度的脉冲信号代替；若是存在一定时间的信号，则可采用一个阶跃信号来代替，如图6所示。经验证，在受到外界干扰后，控制系统可以很快恢复到稳定状态，证明设计的控制器的抗干扰，鲁棒性强。图1是本发明的联调图，其中包括此系统的主要组成部分，即远程控制平台，交互服务器，车载终端，网关以及执行器部分。箭头方向代表指令传递的方向。信息的传递可以是双向的。后台数据处理中心一直监测车载终端上传来的视频数据。若发生歹徒劫持等危险情况，可以下发指令传递给交互服务器，交互服务器将数据进行转化并向车载终端传递。车载终端将指令转化为报文，控制器收到指令信息后，执行迫停任务。其中网关和车载终端之间的通信协议有如下三部分：1、通信方式：通信接口：车载can接口通信波特率：250kbps数据帧类型：扩展帧数据上传周期：车载收到平台迫停指令时发送2、通信协议解析：can接口id＝0x0c040b2c八个字节数据：00000000000000003、相关说明：车载设备收到平台下发的迫停指令后，会向网关设备发送一次迫停的can数据，网关在收到迫停can数据之后开始给破停设备发送迫停报文。关于交互服务器与车载终端之间的数据传输协议如下:数据交互服务器和车载终端之间通过4g网络来传输一键迫停、一键破窗等执行指令，车载终端通过tcpsocket连接到远程指挥平台(tcp服务器65004端口)后,首先发送一个标识指令，用于维护终端设备和数据交互服务器的长连接映射关系，车载终端通过tcpsocket连接到交互服务器(tcp服务器65004端口)后，平台通过tcp服务器端的客户端socket向车载终端发送执行指令。远程指挥平台通过tcpsocket连接到数据交互服务器(tcp服务器8090端口)发送数据。参见图2，对远程控制时机进行判别时：在车联网状态下，当发生车辆劫持、冲撞及其它紧急情况，可对车辆速度进行远程控制，极端情况实施车辆远程迫停。车辆远程速度控制主要包括两个阶段：①远程控制时机判别：综合分析车辆传感数据确定车辆运行状态，并考虑车辆行驶道路条件、环境及突发事件类型等，确定实施车辆远程控制的条件与时机；②远程控制具体实施：远程控制指令可由中心平台或车辆运营企业进行决策，课题研发的车载终端接收远程控制指令，通过车辆总线对车辆发动机转速进行控制，进而达到对车辆速度控制的目的。具体的控制操作如下：1)指挥员通过远程指挥平台下达无线指令；2)由车载终端接收无线指令，并将此指令转换成can报文，在通讯局域网络cana里播报；3)网关模块在cana中接收指令信息，并将其转发至通讯局域网络canb中；4)车辆控制单元在canb中获取指令信息，发布指令，实现远程控制功能。最终实现一键迫停。参考图3，车载终端包括：(1)数据接入与标准化模块：主要实现车载易燃挥发物及爆炸物、导航定位等检测数据的实时接入；(2)视频处理与分析模块：主要支持车载视频图像的智能化分析与异常行为预警；(3)大容量存储模块：支持图片、易燃挥发物及爆炸物、导航定位等检测数据的本地存储；(4)无线通信模块：支持视频图像的实时传输与调阅，以及异常行为、易燃挥发物及爆炸物、导航定位及异常轨迹等预警信息及车辆远程控制指令的实时传输；(5)应急通信模块：支持无线通信异常或中断等情况下，异常行为、易燃挥发物及爆炸物、导航定位及异常轨迹等预警信息的实时传输；(6)车辆远程限速与迫停模块：基于无线接入车辆限速或迫停指令，通过车辆can总线将控制指令传输给车速控制单元，实现车辆速度限制或迫停；(7)应急供电模块：支持在纵火、爆炸等典型突发事件或其它类型事件导致车载供电系统受损情况下的应急供电，确保车载终端装备正常运行，有效获取事发时段的关键数据；(8)安全防护模块：通过科学的硬件设计、结构优化与选材，通过装备的外部防护，确保装备的耐震动、耐冲撞、耐高温等性能。在发生爆炸、纵火、冲撞等突发情况下，保证数据存储的稳定性与可靠性。其中，与车载终端有关联的是数据接入与标准化模块和车辆远程限速与迫停模块。在系统中，车载终端还可与后台数据中心相结合，将产生的视频数据实时上传给远程指挥平台，遇到紧急情况再由远程指挥平台下发指令到车载终端完成迫停任务。参见图4，其中关于远程控车系统具体操作明细如下所示：第一步，车载终端，交互服务器自动传数据给远程指挥平台，当检测到车辆发生异常行为、异常轨迹，或者检测到易燃，易爆物品等，远程指挥平台与车内司机联络。若沟通无问题，则静止；若沟通有问题，则远程指挥平台下发指令给交互服务器。第二步，交互服务器首先与远程指挥台确认，若确认无指令，则静止；若确认下发指令，则再与车内确认，若车内无情况，则静止；若车内有情况，则指令下发到车载终端。第三步，车载终端首先与交互服务器确认，再与车内确认，二者皆确认有情况，则将指令下发到执行器。若二者有一无情况发生，则静止。第四步，执行器接收到指令后，进行相应操作：一键迫停。第五步，执行器执行完相应任务后，将结果反馈到车载终端。第六步，车载终端与车内和执行器确认后，将结果反馈到交互服务器。第七步，交互服务器与车内和车载终端确认后，将结果反馈到远程指挥平台。第八步，指挥平台与车内和交互服务器确认后，平台收到执行成功后，任务完成，远程控车成功。请求制动报文的校验和计算方法及调试，包括：控制模式信号xbr_ctrl_mode，耐久制动集成信号xbr_ebi_mode,外部加速度需求信号xbr_externalaccelerationdemand，优先级信号xbr_priority，紧急信号xbr_urgency。信息计数器信号xbr_message_counter，以及校验和信号xbr_checksum。xbr为外部制动请求。通过几种信号之间报文的下发，来实现远程一键迫停的方法，下面对几种信号进行详细的阐述。(1)外部加速度需求信号xbr_externalaccelerationdemand，它的说明标准为：参数从外部来源提供给制动系统。这是制动系统预期实现的加速度。它被指定为参考r的绝对加速度。正值导致车速提高，负值导致车速下降。数值范围为：-15.687...+15.687m/s2，可操作范围为:-10.0到+10.0m/s2。接下来描述一下功能：外部制动请求：制动系统期望实现的加速度。通过exvgx算法在bm中使用。绝对必要去激活xbr外部制动的请求操作范围：-10....0m/s^2。请求退出这个范围将被输入。如果错误或者不可用则xbr请求未执行。字节和位为1.1，数据长度为16。(2)耐久制动集成信号xbr_ebi_mode，使用耐久制动集成模式作为制动系统的输入，以规定使用耐久制动器，如缓速器或发动机制动器。00-无耐久制动集成所要求的加速度必须由制动系统只使用基础制动器来实现。在激活xbr请求期间，制动系统不得主动要求其他制动装置如缓速器或发动机制动器的制动扭矩。01-只有耐久制动允许要求的加速度必须由制动系统实现，要求制动扭矩从其他制动装置如缓速器或发动机制动器。不得使用基础制动器本身。10-耐久制动集成允许所需的加速可以通过实现制动系统通过使用基础制动器或要求其他制动装置如缓速器或发动机制动器的制动扭矩。11-未界定。简单来说，00-允许非耐久制动集成；01-只允许耐久制动；10-允许耐久制动集成；11-未定义。它的功能描述为：外部制动请求：耐久制动集成模式。通过exvgx算法在bm中使用。绝对有必要激活xbr外部制动请求，如果未定义，则外部制动请求将被无视。字节和位为3.1，数据长度为2。(3)优先级信号xbr_priority，其说明标准为：使用xbr优先级作为制动系统的输入，以管理重叠的外部和内部请求的优先级。00-最高优先次序-用于紧急情况，例如。为未来避免碰撞系统。此模式覆盖制动系统的任何制动保护措施。01-高优先级-未定义，10-中等优先级-用于acc系统。此模式不覆盖制动系统的制动保护措施。低优先级-用于“覆盖禁用”xbr控制模式。对于它的功能描述：xbr：管理外部和内部请求重叠的优先级的请求的优先级。通过exvgx算法在bm中使用。绝对必要的激活xbr外部制动请求高优先级(01b)，不支持低优先级请求。在这种情况下，ebs不接受任何外部请求。字节和位为3.3，数据长度为2。(4)控制模式信号xbr_ctrl_mode，对此说明标准为：使用xbr控制模式作为制动系统的输入，并定义如何实现外部加速需求。00-禁止重写-禁止通过此指令源的任何外部控制需求。01-附加模式的加速度控制-将xbr加速需求添加到司机的加速需求中。10-最大模式加速度控制-如果外部制动请求加速度需求比司机的加速度需求要大，则执行xbr加速度需求。11-未界定。对于它的功能描述：xbr控制模式，它定义了如何实现外部加速需求。通过exvgx算法在bm中使用。绝对有必要激活xbr外部制动请求。如果没有定义，则没有外部请求被ebs接受。它的字节和位为3.5，数据长度为2。(5)紧急信号xbr_urgency，其说明标准为：紧急值的思想是根据交通情况调整ebs系统中的耐久制动集成行为。在低紧急值(0％，例如，下坡巡航控制或前车远远领先)制动系统应主要使用耐久制动器以减少衬里磨损。关于高紧急值(100％，例如，车辆停止或车辆切入交通线在主车之前)，制动系统预计将尽快获得所需的减速度(加速度)。数值：0％-情况不危急；允许低缓速器动力学。如果缓速器性能不足，则在一段时间后启动基础制动器。y％-更快地激活基础制动器，以补偿缓速器的性能，线性插值在0到100％之间。100％-低缓速器动力学应由基础制动器充分补偿。注意：-此参数只有当xbrebi开关设置为\“10：耐久制动集成才会被允许。只有当xbr请求在一个设备(如ebs控制器)中处理时，xbr的紧迫性才有意义，(ebs控制器还将tsc1发送给缓速器)。它的字节和位为4.1，数据长度为8。(6)信息计数器信号xbr_message_counter，其说明标准为：xbr信息计数器用于验证电子制动系统上的信号通路从需求装置到制动控制器。此参数的支持是强制性的。注：驱动周期中第一条消息的4位信息计数器的初始值是任意的。在每个下面的消息中，计数器增加1(0到15)。它的功能描述为xbr：用于验证从要求的设备到制动控制器的信号路径。如果发生非连续计数，则制动系统不接受外部请求。字节和位为8.1，数据长度为4。(7)重点阐述一下校验和信号xbr_checksum，它的说明标准为：使用xbr消息校验和来验证电子制动系统上从需求装置到制动控制器的信号路径。它的计算方法为：checksum＝(byte1+byte2+byte3+byte4+byte5+byte6+byte7+messagecounter&0x0f+messageidlowbyte+messageidmidlowbyte+messageidmidhighbyte+messageidhighbyte)checksum＝((checksum>>4)+checksum)&0x0f，即校验和等于字节1到7的和再加上信息计数器和0x0f按位进行与运算，再加上信息id的低字节，信息id中低字节，信息id中高字节，信息id高字节。得到的校验和右移4位并且与原校验和相加的值和0x0f按位与，最终得到新的校验和的值。它的字节和位数为8.5，数据长度为4。它的功能描述为：校验和用于验证从需求设备到制动控制器的信号路径。如果不正确，制动系统不接受外部请求。下面通过一个例子具体说明。按照上述算法，网关这编写了报文，报文为7e7d0eff0000000d,id号为0c040b2b，字节1-7为7e7d0eff000000，其中counter值为报文最后一个值为d，都换成十六进制。经计算，1-7字节相加的值为208,，id的四个字节的和为46，相加为208+d+46＝25b，25b右移四位为25，25+25b＝280，280&0x0f＝o。经计算，校验和的值为0，与报文倒数第二位的值相同，则证明计算正确，制动系统接受外部请求，执行远程一键迫停。假如现有输入信号及其值为：signalstandbyrequestctrl_mode[bit]02ebi_mode[bit]00externalaccelerationdemand[m/s2]16.312...-5.9902..xbr_priority[bit]30xbr_urgency[％]102102第一步，整车上电发standby数据。第二步，请求时发request数据(注：externalaccelerationdemand根据实际减速度要求值发送)。第三步counter(第8字节1～4bit)按0～15循环发送。第四步checksum(第8字节5～8bit)发送按照上述算法执行。最终根据指令转化成的报文给执行器执行远程一键迫停程序。以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。当前第1页12