自动驾驶汽车的远程电源控制系统设计

冷旭宁 朱作鑫 黄祖朋

摘 要：自动驾驶是汽车行业未来的发展趋势，而对车辆进行远程启动则是实现自动驾驶的关键。为此，本文设计了一种基于用户APP、云平台、车载终端和PEPS控制器等对车辆进行远程电源控制的解决方案，有效地解决了L4及以上自动驾驶车辆远程召唤等场景中的电源控制的问题。

关键词：自动驾驶 远程启动 电源 控制

Abstract：Autonomous driving is the development trend of the automobile industry in the future， and remote starting of the vehicle is the key to realize autonomous driving. Therefore， this paper designs a solution for remote power control of vehicles based on user APP， cloud platform， on-board terminal and PEPS controller， which effectively solves the problem of power control in scenarios such as remote call of L4 or above autonomous driving vehicles.

Key words：automatic driving， remote start， power， control

1 引言

近年来，随着计算机技术、控制技术和通信技术的不断发展，自动驾驶汽车成为了热门方向[1-3]。在SAE自动驾驶车辆分级中，L4及以上等级的自动驾驶车辆将不再依赖于驾驶员的操作，汽车用户只需要采用远程的方式即可对车辆进行控制。远程启动是自动驾驶的一个非常重要的环节，在自动泊车和远程召车场景中尤其重要，因为如果车辆无法启动，后续就无法提供任的何服务。为此，本文提出了一种基于用户APP、云平台、车载终端和PEPS（Passive Entry Passive Start，无钥匙进入及启动）控制器等对车辆进行远程电源控制的方案，期待能够解决了自动驾驶车辆远程召唤等场景中的电源控制的问题。

2 整体架构

本文设计的远程电源控制系统主要包含2部分：远程传输系统部分和车载系统部分。其中，远程传输系统包含用户APP和云平台，车载系统则包含车辆上用于接收远程指令的车载终端和响应远程指令的PEPS控制器以及控制电源的继电器（图1）。

远程电源控制系统中，每个模块各司其职，又密不可分，其功能职责划分如下：

（1）用户APP：APP是接收用户操作指令的重要媒介。以停车场的自主泊车和远程召车为例，APP上包含了用户当前想要下发给车辆的指令（如泊车和召车）及用户想要车辆到达的目的地，车辆或者车端系统会根据收到的指令进行操作。总而言之，车端系统是执行用户指令部分，但是最初始的指令是由用户发出，而用户APP则是整个自动驾驶系统接收用户指令的输入端。（2）云平台：云平台主要用于接收、存储和传递APP发来的指令，并根据车辆上传的数据做相应的逻辑。用户在APP上的操作指令通过无线网络传输到平台，平台接收到指令后存储在内存中，并根据车辆上传的数据判断车辆的状态，如果状态满足则将用户的指令传递到车端，且实时监控车辆的状态，形成完整的服务闭环。（3）车载终端：车端系统的一部分，是车辆与外界的网络接口。在本系统中车载终端主要用于接收云平台的指令，并根据车辆的实际状况将指令发送到车内CAN总线上。（4）PEPS控制器：PEPS控制器属于车端系统的一部分，在本系统中主要用于控制车辆电源继电器的通断，同时，PEPS控制器还兼具身份校验的功能。（5）电源开关继电器：电源开关继电器也车端系统的一部分，是電源控制的执行器，主要接受PEPS控制器的电压信号控制整车电源的通断。

3 总体设计

远程电源控制系统是自动驾驶车辆的配套服务部分，目的是通过远程指令将车辆启动，因此系统采用的是用户端-云端-车端的设计思路（图2）。由于目前手机已经非常普遍，因此本文用户端APP采用Android移动设备作为开发平台;云平台是用户端与车端连接的媒介，将用户的需求转发至车端;车端则接收并执行指令[4，5]，在本系统中主要包含VT（车载终端，Vehicle Terminal）、PEPS控制器和电源继电器。VT接收云端的指令，是车端的网联接口;PEPS是远程电源控制系统的控制器，接收VT的指令后进行安全校验及执行相应的指令;电源继电器是本系统的执行器，接收PEPS的硬线信号，控制整车电源的通断。

在指令下发的同时，系统建立了信息回传机制，一次指令下发出去后需要知道执行的结果，即车端-云端-用户端的反馈通路。PEPS将电源控制器的状态通过CAN线传输给VT，通过VT的4G模块将数据发送至云平台，云平台接收到指令后发送合适的提示语给用户APP。

4 系统开发

本文以自主泊车和远程召车两个场景为例，研究远程电源控制系统的具体实现过程。

4.1 用户端的实现

用户端包含2个指令：召车和泊车。指令从用户端发出后，云端和车端根据各自当前的状态进行操作。

4.2 云端的实现

云端系统基于Ubuntu 16.04开发，负责车辆状态的监控，在合适的时间下发指令和反馈用户车端操作结果，运行逻辑见图3所示。

4.3 车端的实现

车端包含VT、PEPS控制器和电源继电器，其中VT和PEPS控制器之间通过高速CAN进行通讯，PEPS控制器与电源继电器之间通过硬线连接。

VT的硬件架构见图4，主要包含主控单元、电源模块、4G通讯模块、汽车接口模块等。其中，主控单元是VT的核心，其将终端内不同的功能单元进行集成连接，协同各模块合理、有序地工作;电源模块是终端稳定工作的基础，终端的外部电源输入来自车内12 V 铅酸蓄电池;VT的通信单元包含4G LTE通信和GPS通信，4G LTE通信模块可以将采集到的电池信息定时上传至后台并接收后台下发的信息，GPS 模块用以对车辆进行定位和为用户导航。汽车接口模块主要包含CAN总线通讯模块，可采集电池的工作状态信息和工作环境信息等。

PEPS控制器的功能是对电源继电器进行控制，其在接收到指令后根据车辆当前的状态进行操作，如果满足逻辑则执行操作，不满足则将失败状态和失败的原因反馈给VT。

电源继电器是对电源进行操作的执行器，由于结果简单，本文不做具体的展开。

5 结果与结论

通过本文设计的自动驾驶车辆远程电源控制系统，可实现自动驾驶车辆在停车场景中的全功能覆盖，可以将车辆从休眠状态启动车辆具备行驶的能力，也能将车辆从启动状态置为熄火状态，并且在整个环节中考虑安全性，很好地满足了自动驾驶车辆的需求。

参考文献：

[1]徐祥运，赵燕楠.无人驾驶汽车技术的社会影响及其应对策略[J].学术交流，2021（03）：134-148+192.

[2]陈君毅，李如冰，邢星宇，蒙昊蓝，余卓平.自动驾驶车辆智能性评价研究综述[J].同济大学学报（自然科学版），2019，47（12）：1785-1790+1824.

[3]唐立，卿三东，徐志刚，周厚庆.自动驾驶公众接受度研究综述[J].交通运输工程学报，2020，20（02）：131-146.

[4]冯树民，黄秋菊，张宇，赵琥.驾驶人“感知-决策-操控”行为模型[J].交通运输系统工程与信息，2021，21（01）：41-47.

作者简介

冷旭宁：（1987.11—），男，山东海阳人，博士研究生，中级工程师，山东黄海科技创新研究院新能源新材料专家。研究方向：新能源汽车动力电池及系统、锂离子电池系统的设计开发及工艺集成。

通信作者：

朱作鑫：（1985.12—），男，山东日照人，博士研究生，高级工程师，山东黄海科技创新研究院新能源新材料专家。研究方向：新能源汽车动力系统、智能制造及人工智能等。

黄祖朋：（1989.06—），男，广西桂林人，博士研究生，高级工程师，上汽通用五菱汽车股份有限公司新能源技术专家。研究方向：动力电池、储能系统、高压充配电系统、电动车换电设备、无线充电、线控底盘以及氢燃料电池汽车等。