TWI789852B

TWI789852B - 車用複合式通訊系統與方法

Info

Publication number: TWI789852B
Application number: TW110127860A
Authority: TW
Inventors: 張偉鉉
Original assignee: 財團法人車輛研究測試中心
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2023-01-11
Also published as: TW202306399A

Abstract

一種車用複合式通訊系統，包含一車上通訊裝置與一場域通訊裝置，該車上通訊裝置包含一車上控制器與複數車上通訊介面，該場域通訊裝置包含一場域控制器與複數場域通訊介面，該車上通訊裝置與該場域通訊裝置之間透過其無線通訊介面建立複數通訊通道；該車上控制器根據各該通訊通道的一即時頻寬與一即時速度分別定義一頻寬等級值與一速度等級值，並根據各該通訊通道的該頻寬等級值與該速度等級值產生一評等值，以及將具有最佳評等值的通訊通道作為一主要通訊通道，該車上控制器透過該主要通訊通道與該場域通訊裝置進行資料傳輸。

Description

車用複合式通訊系統與方法

本發明是有關一通訊系統與方法，特別是指車用複合式通訊系統與方法。

一般而言，一自駕車能連線到遠端的一後台資訊站，以與該後台資訊站進行雙向資料傳輸，該自駕車可將一即時行車資料(例如GPS座標、油門開度、煞車信號、行車影像、路況及/或車速)傳送到該後台資訊站，以供該後台資訊站根據該即時行車資料有效掌握該自駕車的行車狀況；該後台資訊站亦能傳送資料與控制指令給該自駕車，該自駕車即可根據從該後台資訊站接收到的資料與控制指令實施自動駕駛。

由此可見，該自駕車與該後台資訊站之間所傳輸的資料相當多元，且所述資料涉及行車安全而具一定的重要性，因此，如何確保該自駕車與該後台資訊站之間的通訊的品質是一重要課題。當該自駕車與該後台資訊站之間的通訊品質下降或是斷線的狀況下，該自駕車可能無法從該後台資訊站即時收到必要的資料與控制指令，該後台資訊站也不易掌握該自駕車的行車狀況，在此狀態下，恐提高該自駕車發生事故的機會。

有鑒於此，本發明的主要目的是提供一種車用複合式通訊系統與方法，能確保自駕車對外連線的通訊品質，以期克服先前技術所述通訊品質不良的問題。

本發明車用複合式通訊系統包含：一車上通訊裝置，供設置在車輛，且包含一車上控制器與電性連接該車上控制器的複數車上通訊介面；一場域通訊裝置，供設置在路側，且包含一場域控制器與電性連接該場域控制器的複數場域通訊介面，該複數場域通訊介面中的至少兩場域通訊介面與該複數車上通訊介面中的至少兩車上通訊介面建立複數通訊通道，使該車上控制器與該場域控制器之間能透過該複數通訊通道彼此交換封包；其中，該車上控制器根據各該通訊通道的一即時頻寬與一即時速度分別定義一頻寬等級值與一速度等級值，並根據各該通訊通道的該頻寬等級值與該速度等級值產生一評等值，以及將具有最佳評等值的通訊通道作為一主要通訊通道，該車上控制器透過該主要通訊通道與該場域通訊裝置進行資料傳輸。

本發明車用複合式通訊方法於一車上控制器執行，包含：與一場域控制器之間建立複數通訊通道；根據各該通訊通道的一即時頻寬與一即時速度分別定義一頻寬等級值與一速度等級值；根據各該通訊通道的該頻寬等級值與該速度等級值產生一評等值；以及將具有最佳評等值的通訊通道作為一主要通訊通道，該車上控制器透過該主要通訊通道與該場域通訊裝置進行資料傳輸。

根據本發明車用複合式通訊系統與方法，該場域通訊裝置可供連線至一後台資訊站，該車上通訊裝置與該後台資訊裝置之間可透過該場域通訊裝置進行雙向資料傳輸。該車上控制器與該場域控制器之間是建立複數通訊通道，並以其中之一具有最佳評等值的通訊通道作為該主要通訊通道，縱使在某一時間，作為該主要通訊通道的通訊通道發生斷線或通訊品值不良，本發明中仍有另一通訊通道能被判斷為具有最佳評等值，進而由該另一通訊通道作為該主要通訊通道，以確保該車上通訊裝置和該場域通訊裝置之間的連線在當下是最佳的，藉此克服先前技術所述通訊品質不良的問題。

100:車輛

10:車上通訊裝置

11:車上控制器

12:車上通訊介面

20:場域通訊裝置

21:場域控制器

22:場域通訊介面

30:後台資訊站

40,41:訊息框

401,411:開始符號

402,412:序號

403,413:時間

404:車輛資訊

414:場域資訊

405,415:結束符號

50:頻寬等級對照表

51:速度等級對照表

CH:通訊通道

CH1:5G通訊通道

CH2:C-V2X通訊通道

CH3:Wi-Fi通訊通道

P:較早序號

Q:最新序號

R:累進值

D:差值

T:容許值

圖1：本發明車用複合式通訊系統的實施例的方塊示意圖。

圖2：本發明車用複合式通訊系統連線至後台資訊站的示意圖。

圖3：本發明車用複合式通訊系統的實施例的方塊示意圖。

圖4：本發明中，車上控制器發出的封包訊息框示意圖。

圖5：本發明中，場域控制器發出的封包訊息框示意圖。

圖6：本發明車用複合式通訊方法的實施例的流程示意圖。

圖7：本發明中，判斷主要通訊通道是否封包傳輸異常的流程示意圖。

圖8：本發明中，判斷主要通訊通道是否斷線的流程示意圖。

請配合參考圖1，本發明車用複合式通訊系統的實施例包含一車上通訊裝置10與一場域通訊裝置20，該車上通訊裝置10供設置在一車輛100，該車輛100可為自動駕駛車輛或自動駕駛車隊中的車輛，該場域通訊裝置20供設置在路側，亦即該車輛所行經道路的路側，不限於室內或室外，圖2是以沿路上設有複數個該場域通訊裝置20為例。藉此，只要該車輛100的該車上通訊裝置10與其中之一該場域通訊裝置20進入彼此的通訊範圍，雙方即可建立連線以進行資料雙向傳輸，圖1僅是以該車上通訊裝置10與其中之一該場域通訊裝置20連線的狀態為例進行說明。

舉例來說，該場域通訊裝置20可連線至一後台資訊站30，該車上通訊裝置10例如可透過診斷系統(OBD-II)與控制器區域網路匯流排(CAN Bus)接收一即時行車資訊，並將該即時行車資訊傳送至該場域通訊裝置20，其中該即時行車資訊例如可包含即時時間(例如該車輛100的控制系統的系統時間)、車輛座標(例如GPS座標)、油門開度、煞車信號、行車影像、路況及/或車速。該後台資訊站30可透過該場域通訊裝置20接收該即時行車資訊。此外，該後台資訊站30亦可透過該場域通訊裝置20傳送資料與控制指令給該車上通訊裝置10，當該車輛100為自動駕駛車輛，即可根據接收到的資料與控制指令實施自動駕駛，所述自動駕駛可為車速控制(如：定速、加速、減速、煞車)、路線控制(如：直行、轉彎、超車、路邊停靠)及變換車隊隊形...等，但不以此為限。

由此可見，確保該車上通訊裝置10與該場域通訊裝置20之間的通訊品質是一重要課題，在其通訊品質相對較佳的狀態下，該車輛100的即時行車資訊可確實提供給該後台資訊站30，以供該後台資訊站30能有效掌握該車輛100的車況，該車輛100也能確實收到該後台資訊站30所發出的資料與控制指令，並據以實施對應的行車操控。

本發明的實施例中，該車上通訊裝置10包含一車上控制器11與電性連接該車上控制器11的複數車上通訊介面12，該複數車上通訊介面12的類型(例如所使用的通訊協定)彼此不同，其中，該車上控制器11可為控制器晶片，該複數車上通訊介面12為無線通訊介面且可包含行動通訊介面與短距離無線通訊介面，請參考圖3，舉例而言，該複數車上通訊介面12可包含5G(5^th Generation，第五代)行動通訊介面、4G(4^th Generation，***)行動通訊介面、C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything，蜂巢式車聯網)通訊介面、Wi-Fi通訊介面與BLE(藍牙低耗功)通訊介面。該場域通訊裝置20包含一場域控制器21與電性連接該場域控制器21的複數場域通訊介面22，其中，該場域控制器21可為控制器晶片，該複數場域通訊介面22為無線通訊介面，該複數場域通訊介面22中的至少兩者的類型對應於該複數車上通訊介面12中的至少兩者的類型，如圖3所示的範例，該複數場域通訊介面22可包含5G行動通訊介面、C-V2X通訊介面和 Wi-Fi通訊介面；於其他實施例中，該複數車上通訊介面12與該複數場域通訊介面22亦可完全對應。

透過相對應的車上通訊介面12與場域通訊介面22，該車上控制器11可傳送連線指令給該場域控制器21，藉此，請參考圖1，該複數場域通訊介面22中的至少兩場域通訊介面22與該複數車上通訊介面12中的至少兩車上通訊介面12建立複數通訊通道CH，使該車上控制器11與該場域控制器21之間能透過該複數通訊通道CH彼此交換封包，再以圖3為例，該車上通訊裝置10與該場域通訊裝置20之間所建立的複數通訊通道即可包含5G通訊通道CH1、C-V2X通訊通道CH2與Wi-Fi通訊通道CH3。是以，該車上控制器11與該場域控制器21之間，可同時透過該5G通訊通道CH1、該C-V2X通訊通道CH2與該Wi-Fi通訊通道CH3交換封包。另一方面，該車上控制器11可偵測每個通訊通道CH的一即時頻寬與一即時速度，該即時頻寬與該即時速度的偵測為網路通訊技術領域的通常知識，在此容不詳述。

請參考圖4，該車上控制器11發送到該場域控制器21之封包的訊息框40可包含開始符號401、序號402、時間403、車輛資訊404與結束符號405，該車上控制器11根據該開始符號401和該結束符號405判斷出所接收到的該封包是完整封包，該序號402與該時間403能提供該封包發送的時序資訊，該車輛資訊404可包含車輛辨識碼(ID)以及如前所述的該即時行車資訊。另請參考圖5，該場域控制器21發送到該車上控制器11之封包的訊息框41可包含開始符號411、序號412、時間413、場域資訊414與結束符號415，該場域控制器21根據該開始符號411和該結束符號415判斷出所接收到的該封包是完整封包，該序號412與該時間413能提供該封包發送的時序資訊，該場域資訊414可包含場域辨識碼(ID)。

在已建立連線的各該通訊通道CH中，該車上控制器11根據各該通訊通道CH的該即時頻寬與該即時速度分別定義一頻寬等級值與一速度等級值，該頻寬等級值與該速度等級值的資料格式例如可為數值，但不以此為限，且當各該通訊通道CH的頻寬等級值越小，代表其頻寬表現越好，同樣的，當各該通訊通道CH的速度等級值越小，代表其速度表現越好。該車上控制器11還能根據各該通訊通道CH的該頻寬等級值與該速度等級值產生一評等值，該評等值作為評估通訊品質的指標，該評等值的資料格式例如可為數值，但不以此為限，當各該通訊通道CH的評等值越小，代表其通訊品值越好。

是以，該車上控制器11將具有最佳評等值的通訊通道(即：已建立連線的該複數通訊通道中具有最小評等值者)作為一主要通訊通道，該車上控制器11透過該主要通訊通道與該場域通訊裝置20進行雙向資料傳輸，而能在通訊品質相對較佳的狀態下，該車輛100的該即時行車資訊可有效地提供給該後台資訊站30，該車輛100也能有效地接收到該後台資訊站30所發出的資料與控制指令。

以下說明本發明如何從已建立連線的複數通訊通道CH中選出該主要通訊通道，其中，該場域控制器21能在已建立連線的複數通訊通道CH傳送測試封包給該車上控制器11。

在本發明的實施例中，請參考圖1，該車上控制器11儲存對應於各該通訊通道CH的一頻寬等級對照表50，該頻寬等級對照表50包含複數頻寬範圍與相對應的複數頻寬等級序號。針對已建立連線的各該通訊通道CH，該車上控制器11可判斷出其即時頻寬落在該複數頻寬範圍當中的其中之一者，並將其對應的頻寬等級序號定義為該頻寬等級值。舉例而言，每一個通訊通道的該頻寬等級對照表50的資料如下表所示，一筆頻寬範圍對應於一筆頻寬等級序號，該頻寬等級序號的資料格式例如可為數值，數值越小的頻寬等級序號代表越佳的頻寬表現。

上表中，BW₀是對應於各該通訊通道CH的一參考頻寬，在該場域控制器21透過各該通訊通道CH傳送到該車上控制器11的測試封包中，該場域控制器21已將BW₀的數值寫入該測試封包，使該車上控制器11於收到該測試封包時能從該測試封包擷取BW₀的數值，且不同的通訊通道CH有對應不同的BW₀的數值。N是該頻寬等級對照表50中，該些頻寬等級序號的一最大值，其為大於或等於2的正整數，n是該頻寬等級序號。上表中，BW_n表示如下。

BW _n=BW ₀-(BW ₀/N)×n

舉例而言，當N=10且BW₀=1000時，BW₁為900，故頻寬等級序號為1所對應的頻寬範圍是1000~900，頻寬等級序號為2所對應的頻寬範圍是899~800，依此類推，當頻寬等級序號為N，N=n，其所對應頻寬範圍的下限值是0。由此可見，頻寬等級序號為1所對應的頻寬範圍是最佳範圍。

在本發明的實施例中，請參考圖1，該車上控制器11儲存對應於各該通訊通道CH的一速度等級對照表51，該速度等級對照表51包含複數速度範圍與相對應的複數速度等級序號。針對已建立連線的各該通訊通道CH，該車上控制器11可判斷出其即時速度落在該複數速度範圍當中的其中之一者，並將其對應的速度等級序號定義為該速度等級值。舉例而言，每一個通訊通道CH的該速度等級對照表51的資料如下表所示，一筆速度範圍對應於一筆速度等級序號，該速度等級序號的資料格式例如可為數值，越小的速度等級序號代表越佳的速度表現。

上表中，SPD₀是對應於各該通訊通道CH的一參考速度，在該場域控制器21透過各該通訊通道CH傳送到該車上控制器11的該測試封包中，該場域控制器21已將SPD₀的數值寫入該測試封包，使該車上控制器11於收到該測試封包時能從該測試封包擷取SPD₀的數值。M是該速度等級對照表51中，該些速度等級序號的一最大值，其為大於或等於2的正整數，且M可(但不限於)等於N，m是該速度等級序號。上表中，SPD_m表示如下。

SPD _m=SPD ₀-(SPD ₀/M)×m

舉例而言，當M=10且SPD₀=2000時，SPD₁為1800，故速度等級序號為1所對應的速度範圍是2000~1800bps，速度等級序號為2所對應的速度範圍是1799~1600，依此類推，當速度等級序號為M，M=m，其所對應速度範圍的下限值是0。由此可見，速度等級序號為1所對應的速度範圍是最佳範圍。

關於各該通訊通道CH的評等值的計算，本發明的實施例中，該車上控制器11儲存有不同的複數加權值，且不同的該加權值分別對應於不同的該通訊通道CH，其中，該加權值的資料格式例如可為數值，但不以此為限，且數值越小的加權值的通訊通道代表越傾向採用的通訊通道。該車上控制器11根據各該通訊通道CH的該頻寬等級值、該速度等級值與該加權值產生對應於各該通訊通道的該評等值，可表示如下：評等值=(頻寬等級值+速度等級值)×加權值

舉例而言，各種通訊通道CH的加權值可如下表所示：

以下透過兩種情境說明該車上控制器11如何從已建立連線的複數通訊通道中決定出該主要通訊通道。

情境1：

該車上通訊裝置10與該場域通訊裝置20所建立的通訊通道CH包含5G通訊通道、4G通訊通道、C-V2X通訊通道、Wi-Fi通訊通道以及BLE通訊通道。該車上控制器11判斷各該通訊通道的頻寬等級值、速度等級值與評等值，舉例如下表：

是以，在情境1中，該車上控制器11判斷出5G通訊通道的評等值最小，代表當下5G通訊通道的通訊品值最好，該車上通訊裝置10將該5G通訊通道作為該主要通訊通道，以與該場域通訊裝置20透過該5G通訊通道進行雙向資料傳輸。

情境2：

該車上通訊裝置10與該場域通訊裝置20所建立的通訊通道CH包含4G通訊通道、C-V2X通訊通道以及Wi-Fi通訊通道。該車上控制器11判斷各該通訊通道的頻寬等級值、速度等級值與評等值，舉例如下表：

在情境2中，該車上控制器11判斷出4G通訊通道和C-V2X通訊通道的評等值最小，代表當下4G通訊通道和C-V2X通訊通道的通訊品值最好，因為4G通訊通道的加權值小於C-V2X通訊通道的加權值，故該車上控制器11採用4G通訊通道作為該主要通訊通道，以與該場域通訊裝置20透過該4G通訊通道進行雙向資料傳輸。是以，當該車上控制器11判斷出至少兩所述通訊通道具有最佳評等值，該車上控制器11將其中對應於最佳(數值最小)的加權值的通訊通道作為該主要通訊通道。

如前所述，該車上控制器11能從複數通訊通道CH中判斷出一主要通訊通道，並透過該主要通訊通道與該場域通訊裝置20進行資料傳輸。然而，由於該主要通訊通道的連線有封包傳輸異常或斷線的可能，例如對應於該主要通訊通道的場域通訊介面22發生故障。當該車上控制器11判斷出作為該主要通訊通道的通訊通道有斷線或封包傳輸異常的狀況時，該車上控制器11能從該複數通訊通道中尚建立連線的另一通訊通道作為該主要通訊通道(即當下具有最佳評等值者)，此技術提供一備援機制，使該車上控制器11仍可與該場域通訊裝置20進行資料傳輸，而能與該後台資訊站30持續保持連線。以前述情境1為例，當原本作為該主要通訊通道的5G通訊通道斷線或封包傳輸異常，該車上控制器11可將4G通訊通道作為該主要通訊通道，且隨著車輛行進，5G通訊通道有恢復連線的可能，該車上控制器11可傳送連線指令給該場域控制器21而再次建立連線，且當5G通訊通道恢復連線且其評等值被判斷為最佳，該車上控制器11可再次將5G通訊通道作為該主要通訊通道；前述情境2的備援機制可依此類推，在情境2中，當原本作為該主要通訊通道的4G通訊通道斷線或封包傳輸異常，改由C-V2X通訊通道作為該主要通訊通道。

歸納以上，請配合參考圖6，本發明車用複合式通訊方法，於該車上控制器11執行，包含：與該場域控制器21之間建立複數通訊通道CH(步驟 S01)；根據各該通訊通道CH的該即時頻寬與該即時速度分別定義該頻寬等級值與該速度等級值(步驟S02)；根據各該通訊通道CH的該頻寬等級值與該速度等級值產生該評等值(步驟S03)；以及，將具有最佳評等值的通訊通道作為該主要通訊通道，該車上控制器透過該主要通訊通道與該場域通訊裝置進行資料傳輸(步驟S04)。

該車上控制器11判斷該主要通訊通道是否封包傳輸異常的可行實施例說明如後。請參考圖7，該車上控制器11將從該主要通訊通道中先後收到兩封包中分別擷取出其序號，並分別定義為一較早序號P與一最新序號Q(步驟S11)，該車上控制器11可根據該最新序號Q與該較早序號P判斷該主要通訊通道是否斷線或封包傳輸異常。其中，該車上控制器11判斷該較早序號P加上一累進值R是否等於該最新序號Q(步驟S12)，以判斷該最新序號Q與該較早序號P是否連續，當該車上控制器11判斷出該較早序號P加上該累進值R等於該最新序號Q，代表該最新序號Q與該較早序號P為連續，封包正常傳輸；當在步驟S12判斷為否，該車上控制器11判斷該最新序號Q與該較早序號P的一差值D(即：Q-P=D)是否大於或等於一容許值T(步驟S13)，若否，該車上控制器11可判斷該主要通訊通道為正常連線狀態，當在步驟S13判斷為是，代表先後收到的該兩封包之間恐遺漏過多封包，而為封包傳輸異常。前述中，該累進值R與該容許值T為可調整預設值，該累進值例如可為1，該容許值例如可為5。

該車上控制器11判斷該主要通訊通道是否斷線的可行實施例說明如後。請參考圖8，當該車上控制器11從該場域控制器21收到一筆封包，可擷取該封包的訊息框41的該時間413，該時間413為該場域控制器21發出該封包的時間(步驟S21)。該車上控制器11計算該時間413與一即時時間的一時間差(步驟S22)，其中，該車上控制器11可從該車輛100的診斷系統(OBD-II)、控制器區域網路匯流排(CAN Bus)或即時行車資訊得到該即時時間。該車上控制器11判斷該時間差在一門檻時間內(即：時間差≦門檻時間)是否從該主要通訊通道收到另一筆新的封包(步驟S23)，若否，代表有連線逾時(timeout)的狀況，故該車上控制器11可判斷作為該主要通訊通道的通訊通道為斷線。當在步驟S23判斷為是，代表該主要通訊通道連線正常、未斷線。前述中，該門檻時間為可調整預設值，例如為100毫秒(ms)。

綜上所述，該車上控制器11與該場域控制器21之間建立複數通訊通道CH，該車上控制器11能即時判斷每個通訊通道CH的通訊品值，在該複數通訊通道CH中，具有最佳通訊品值的通訊通道是對應一最佳評等值，而本發明能以具有該最佳評等值的通訊通道作為該主要通訊通道。另一方面，本發明還提供備援機制，當作為該主要通訊通道的通訊通道發生通訊品值不良(例如封包傳輸異常、斷線...等)的狀況，本發明仍有另一通訊通道作為該主要通訊通道，以確保該車上通訊裝置和該場域通訊裝置之間的連線在當下是最佳的。