CN108076609A - 用于控制和操作自主车辆的设备 - Google Patents

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Abstract

一种设备包括底盘，该底盘容纳控制服务器隔室、计算服务器隔室以及输入输出(IO)子系统隔室。该设备还包括插入到IO子系统隔室中的IO子系统、插入到计算服务器隔室中的计算服务器，以及插入到控制服务器隔室中的控制服务器，该控制服务器经由以太网连接而联接到计算服务器。IO子系统包括一个或多个IO模块，其中IO模块中的至少一些可以联接到传感器。计算服务器经由一些PCIe链路从IO子系统接收传感器数据，并且基于传感器数据来生成规划和控制数据，以控制自主车辆。控制服务器基于从计算服务器接收的规划和控制数据通过将控制命令发送到自主车辆的硬件来控制和操作自主车辆。

Description

用于控制和操作自主车辆的设备
技术领域
本发明的实施方式总体涉及操作自主车辆。更具体地，本发明的实施方式涉及用于控制和操作自主车辆的设备。
背景技术
以自主模式运行(例如，无人驾驶)的车辆可以将乘员、尤其是驾驶员从一些或所有驾驶相关的职责中解放出来。当以自主模式运行时，车辆可以使用车载传感器导航到各种位置，从而允许车辆在最少人机交互的情况下或在一些没有任何乘客的情况下行驶。
随着用于自主驾驶设计的人工智能算法的引入，自主车辆的硬件平台需要大量的计算加速器，诸如，专用处理器、FPGA和GPU，以传送软件算法所需的计算能力，这在传统上通过以若干计算机进行托管并且经由以太网进行互连来完成。其还需要在对所有部件提供充分冷却的同时适应车辆后备箱内的气流，所述气流一般向下流动(随后流出)；针对市场上的小型汽车，包装成紧凑的形状因子以装配在小型汽车后备箱中；连接到许多不同类型的传感器；并且提供全系统的高精度时间同步。传统模型往往是不支持大量计算能力并且在没太多考虑汽车后备箱环境的热条件的情况下设计的小型配置。
发明内容
本公开的实施方式提供了一种用于控制和操作自主车辆的设备。
根据本公开的一个方面，用于控制和操作自主车辆的设备可包括：容纳多个隔室的底盘，该隔室可包括控制服务器隔室、计算服务器隔室以及输入输出(IO)子系统隔室；插入到IO子系统隔室中的IO子系统，IO子系统具有多个IO模块，其中IO模块中的一些可联接到一个或多个传感器；插入到计算服务器隔室中的计算服务器，其中计算服务器经由多个外围部件互连表达(PCIe)链路从IO子系统接收传感器数据，并且可基于传感器数据生成规划和控制数据，以控制自主车辆；以及，插入到控制服务器隔室中的控制服务器，控制服务器经由以太网连接而联接到计算服务器，其中控制服务器基于从计算服务器接收的规划和控制命令，通过将多个控制命令发送到自主车辆的硬件来控制和操作自主车辆。
附图说明
本发明的实施方式在附图的各图中以举例而非限制的方式示出，附图中的相同参考数字指示类似元件。
图1A和图1B示出根据本发明的一个实施方式的用于控制和操作自主车辆的硬件平台的立体图。
图2示出根据本发明的一个实施方式的用于操作自主车辆的平台的后视图。
图3示出根据本发明的一个实施方式的用于操作自主车辆的平台的俯视图。
图4示出根据本发明的一个实施方式的用于操作自主车辆的平台的仰视图。
图5示出根据一个实施方式的容纳用于操作自主车辆的平台的底盘的立体图。
图6示出根据本发明的一个实施方式的IO子系统的立体图。
图7示出根据本发明的一个实施方式的计算服务器的立体图。
图8示出根据本发明的一个实施方式的控制服务器的立体图。
图9示出根据本发明的一个实施方式的存储底盘的立体图。
图10示出根据本发明的一个实施方式的以太网交换机模块的立体图。
图11示出根据本发明的一个实施方式的电源单元的立体图。
图12示出根据本发明的一个实施方式的减振平台的立体图。
具体实施方式
以下将参考所讨论的细节来描述本发明的各种实施方式和方面，附图将示出所述各种实施方式。下列描述和附图是对本发明的说明，而不应当解释为限制本发明。描述了许多具体细节以提供对本发明的各种实施方式的全面理解。然而，在某些情况下，并未描述众所周知的或常规的细节以提供对本发明的实施方式的简洁讨论。
本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的提及意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在本说明书中各个地方的出现不必全部是指同一实施方式。
根据一些实施方式，自主驾驶硬件平台提供装配在车辆后备箱中的集成且紧凑的高性能计算环境。根据一个实施方式，硬件平台包括底盘以容纳一些隔室，包括控制服务器隔室、计算服务器隔室以及输入输出(IO)子系统隔室。所述平台还包括插入到IO子系统隔室中的IO子系统、插入到计算服务器隔室中的计算服务器以及插入到控制服务器隔室中的控制服务器。
IO子系统包括一些IO模块。至少一些IO模块可以联接到一个或多个传感器。传感器可以感测自主车辆的周围环境并且生成感知自主车辆的周围环境的传感器数据。与使用通过以太网连接的多个计算机相反，计算服务器是单个计算机，其经由一个或多个外围部件互连表达(PCIe)链路从IO子系统接收传感器数据，并且基于传感器数据来作出规划和控制决策以控制自主车辆。控制服务器随后基于从计算服务器接收的规划和控制决策通过将适当的控制命令发送到自主车辆来控制并驾驶自主车辆。
图1A和图1B示出根据本发明的一个实施方式的用于控制和操作自主车辆的硬件平台的立体图。参考图1A，该图示出平台的前视立体图，根据一个实施方式，平台100包括底盘，该底盘具有前端或前侧101、后端或后侧102、顶端或顶侧103以及底端或底侧(未示出)。前端101由前面板105覆盖，而顶端103由顶面板107覆盖。此外，两侧都由侧面板104A和104B覆盖(如图1B所示)。每个侧面板104A和104B包括把手，所述把手可以由用户用来携带平台100，作为便携式平台。
在一个实施方式中，底盘包括各种隔室，以存储或容纳各种子系统，例如，该前视立体图中的IO子系统111和存储模块112(也被称为存储单元)，如图1A所示。顶面板107可以移除，以允许IO子系统111和存储模块112分别插入到如图5所示的IO子系统隔室和存储隔室中或者从其中移除。顶面板还包括开口或窗口，以向上暴露IO子系统111和存储模块112的前端或接口，例如，以允许用户接近部件(例如，插入或移除单独的IO模块或存储卡)。前面板105包括暴露IO子系统111的某些连接器或接口的一个或多个开口(或者窗口或切口)。此外，顶面板107包括用于空气循环的滤网部分108(被称为进气滤网)，以用于冷却底盘内所容纳的部件。
现在参考图1B，该图是后视立体图，根据一个实施方式，后端102由后面板106覆盖，所述后面板具有各种开口，以允许某些部件插入到它们的相应隔室中或者从中移除。在此示例中，平台100包括插入到计算服务器隔室中的计算服务器113、插入到控制服务器隔室中的控制服务器114，以及插入到以太网交换机隔室中的以太网交换机模块115。在此特定实施方式中，计算服务器隔室和控制服务器隔室位于大体水平的定向，如图5所示。因此，计算服务器113从后端102水平地插入到计算服务器隔室中或者从中移除。类似地，控制服务器114从后端102水平地插入到控制服务器隔室中或者从中移除。在此特定实施方式中，控制服务器隔室位于计算服务器隔室上方。计算服务器113和控制服务器114的前端经由后面板106的对应开口而暴露。
在一个实施方式中，以太网交换机模块115从顶端103竖直地插入到以太网交换机隔室中或者从中移除。后面板106包括暴露以太网连接器(例如，以太网插口)的开口，以允许诸如计算服务器113和控制服务器114等其他部件通过以太网彼此通信。在此特定实施方式中，以太网交换机隔室位于控制服务器隔室上方。后面板106还包括暴露IO子系统111的另一侧的接口的一个或多个开口，以允许IO子系统111使用合适的缆线联接到其他部件，诸如，计算服务器113。后面板106还包括用于空气循环的一个或多个滤网109(被称为进气滤网)，以用于冷却底盘中所容纳的部件。
在一个实施方式中，冷空气从顶端103经过进气滤网108吸入到底盘中、向下行进穿过底盘中所容纳的部件(例如，以太网交换机模块115、存储模块112、控制服务器114和计算服务器113)之间的空间以交换从部件中生成的热量，并且通过设置在控制服务器114和计算服务器113的前端上的滤网125至126离开底盘。此外，冷空气的一部分行进穿过电源单元(未示出)以交换其中生成的热量，并且离开排气滤网109，以降低电源单元的温度。
图2示出根据本发明的一个实施方式的用于操作自主车辆的平台的后视图。参考图2，后面板106包括多个开口以允许各个部件或子系统插入到它们相应的隔室中或者从中移除。在此示例中，计算服务器113可以从后端水平地插入到计算服务器隔室中或者从中移除。控制服务器114可以从后端水平地插入到控制服务器隔室中或者从中移除。计算服务器113的前端包括待与其他部件连接的各种接口，包括例如一个或多个以太网连接器201、通用串行总线(USB)连接器202，以及PCIe连接器203A至203B。图7示出计算服务器113的示例。控制服务器114的前端还包括一个或多个以太网连接器204和USB连接器205。图8示出根据本发明的某些实施方式的控制服务器114的示例。
在一个实施方式中，后面板106还包括暴露以太网交换机模块115的以太网连接器206的开口，从而允许其他部件使用以太网协议与彼此通信。在此示例中，控制服务器114可以通过使用以太网缆线将任一以太网连接器204与任一以太网连接器206相连接来联接到以太网交换机模块115。类似地，计算服务器113可以通过使用以太网电缆将任一以太网连接器201与任一以太网连接器206相连接来联接到以太网交换机模块115。因此，计算服务器113和控制服务器114可以使用以太网协议与彼此通信。图10示出根据一个实施方式的以太网交换机模块的示例。
在一个实施方式中，后面板106还包括暴露IO子系统111的侧面板的开口，其中IO子系统111的侧面板包括用于接入IO子系统111的各种接口。在此示例中，现在参考图2和图6，IO子系统111包括两个IO子系统单元：IO子系统单元111A和IO子系统单元111B。IO子系统单元111A至111B中的每个包含多个IO模块。后面板106包括分别暴露IO子系统单元111A和IO子系统单元111B的侧面板的第一开口211A和第二开口211B。应注意，IO子系统111可以包括更多或更少的IO子系统单元。IO子系统单元111A和111B中的每个包括一个或多个槽，以容纳一个或多个IO模块。每个IO模块可以包括处理硬件，诸如，图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)或者现场可编程门阵列(FPGA)等，以执行具体操作，诸如，处理从传感器接收的传感器数据，或者执行特定算法等。
在此示例中，IO子系统单元111A的侧面板包括一个或多个PCIe连接器212A，并且IO子系统单元111B的侧面板包括一个或多个PCIe连接器212B。PCIe连接器212A至212B中的每个可以联接到包含在IO子系统单元111A至111B中的IO模块中的一个。IO子系统单元111A至111B的IO模块中的任一个可以联接到计算服务器113的PCIe连接器203A至203B，使得一个或多个对应的IO模块可以经由对应的PCIe链路与计算服务器113通信。
在一个实施方式中，IO子系统单元111A和IO子系统单元111B可以设计成相同或类似的配置。IO子系统单元111A至111B的前端包括多个槽，以接纳多个IO模块。IO子系统单元111A至111B的后端包括安装于其上的冷却风扇，以冷却插入其中的IO模块的温度。在一个实施方式中，为了具有相同的侧面板(例如，具有PCIe连接器212A或212B的侧面板待通过底盘的后面板106暴露)，IO子系统单元111A至111B中的一个面向上，并且IO子系统单元111A至111B中的另一个面向下。在此示例中，IO子系统单元211A面向下，而IO子系统单元211B面向上，如图1B所示，但它们的PCIe连接器212A至212B通过后面板106暴露。因此，IO子系统单元111A至111B的PCIe连接器212A和212B可以经由底盘的后端上的PCIe链路缆线而联接到计算服务器113的PCIe连接器203A至203B。每个IO子系统单元可以对称地设计，从而它们可以面向上或面向下安装，具体取决于后面板接入要求和IO模块的空气通风要求。
在一个实施方式中，IO子系统111的相对侧面板可以包括可经由传感器缆线而联接到一个或多个传感器的一个或多个传感器连接器，诸如，如图1A所示的传感器连接器131至132。传感器可以是下列任一个：摄像机、全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)、雷达单元、光探测和测距(LIDAR)单元、红外传感器、车轮编码器、转向传感器、油门传感器、制动传感器等。
图3示出根据本发明的一个实施方式的用于操作自主车辆的平台的俯视图。参考图3，顶面板107包括暴露存储隔室中所容纳的存储模块112的前端的开口。在此实施方式中，存储隔室被配置成竖直隔室。存储模块112可以从平台的顶部竖直地插入到存储隔室中或者从中移除。存储模块112的前端包括一个或多个槽，以接纳具有一个或多个存储装置(诸如固态装置等)的一个或多个存储卡(例如，插卡)。图9示出存储底盘的示例，所述存储底盘包括多个存储槽，以接纳其上具有一个或多个存储装置的一些存储卡。顶面板107还包括暴露IO子系统111的前端和/或后端的开口。
图4示出根据本发明的一个实施方式的用于操作自主车辆的平台的仰视图。参考图4，底面板包括暴露IO子系统模块111A的后端和IO子系统模块111B的前端的开口。
图5示出根据一个实施方式的容纳用于操作自主车辆的平台的底盘的立体图。参考图5，底盘500包括计算服务器隔室501、控制服务器隔室502、IO子系统隔室503、以太网交换机隔室504、存储隔室505，以及电源隔室506。在此实施方式中，计算服务器隔室501大体水平地放置，以允许计算服务器113从底盘500的后端滑到隔室501中。类似地，控制服务器隔室502大体水平地放置，以允许控制服务器114从底盘500的后端滑到隔室502中。控制服务器隔室502置于计算服务器隔室501上方。
在一个实施方式中，IO子系统隔室503放置在计算服务器隔室501和控制服务器隔室502的相对端上。IO子系统隔室503被配置成大体竖直的定向。在此实施方式中，IO子系统隔室503被配置成从底盘500的顶端到底端的竖直通道。IO子系统111可以从底盘500的顶端设置到IO子系统隔室503中。在一个实施方式中，顶面板107必须移除，以允许IO子系统111向下滑到IO子系统隔室503中。
在一个实施方式中，以太网交换机隔室504位于控制服务器隔室502上方。在此示例中，以太网交换机隔室504被配置成大体竖直的定向。如图10所示的以太网交换机模块115可以从底盘500的顶端设置到以太网交换机隔室504中。参考图10，以太网交换机模块115包括以太网端口或连接器的阵列，以允许来自其他部件的以太网缆线联接在所述阵列上。以太网交换机模块115还包括竖直空气通道，在此示例中，所述竖直控制通道采用管状形状，以允许通过进气滤网108接收的冷空气向下行进，以到达下方的控制服务器114。如图8所示，控制服务器114被配置成具有开口顶部配置，以使得冷空气可以从顶部到达控制服务器114的主板。控制服务器114和计算服务器113中的每个可以包括一个或多个冷却风扇，以向下抽吸冷空气。
类似地，存储隔室505置于控制服务器隔室502上方。图9示出存储底盘的立体图，所述存储底盘具有一个或多个槽，以接纳一个或多个存储装置(例如，固态存储装置)，以形成存储模块112。在此示例中，以太网交换机隔室504放置在底盘500的后端附近，而存储隔室505放置在底盘500的前端附近。
底盘500还包括电源隔室506，所述电源隔室被配置成大体竖直的定向。在此示例中，电源隔室放置在以太网交换机隔室504/存储隔室505与IO子系统隔室503之间。电源单元或模块(诸如，如图11所示的电源单元)可以从底盘500的顶部设置到电源隔室506中。电源单元可以利用自主车辆的车辆电池(例如，12伏直流电源)的电力，并且调节电力并将电力分配到平台的其他部件，诸如，IO子系统111、计算服务器113，以及控制服务器114。如果控制服务器114和/或计算服务器113是普通的现成计算机，那么电源单元可以包括DC/AC逆变器，以生成交流电，从而为控制服务器114和/或计算服务器113供电。
在一个实施方式中，平台100放置在车辆的后备箱中。随着车辆移动，旅程可能会颠簸。为了减少平台的振动，根据一个实施方式，平台100可以放置在减振平台上。图12示出根据本发明的一个实施方式的减振平台的示例。参考图12，减振平台包括由支座1201至1203支承的减振板1200。支座1201至1203将板1200向上抬高，以在板1200的下面留有空间。此外，板1200包括开口1211至1212，以允许与平台100的IO子系统111交换的空气循环。在一个实施方式中，冷空气通过滤网108从底盘的顶部吸入。冷空气向下行进穿过以太网交换机隔室504、存储隔室505、控制服务器隔室502、计算服务器隔室501，以交换由对应部件生成的热量。携带所交换的热量的暖空气或热空气通过设置在底盘的后面板和/或控制服务器114和计算服务器113的前端上的滤网而离开底盘。
本发明的实施方式并未参考任何特定的编程语言进行描述。应当理解，可以使用多种编程语言来实施如本文描述的本发明的实施方式的教导。
在以上的说明书中，已经参考本发明的具体示例性实施方式对本发明的实施方式进行了描述。将显而易见的是，在不脱离所附权利要求书中阐述的本发明的更宽泛精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修改。因此，应当以说明性意义而不是限制性意义上来理解本说明书和附图。

Claims (23)

1.一种用于控制和操作自主车辆的设备，所述设备包括：
底盘，容纳多个隔室，所述隔室包括控制服务器隔室、计算服务器隔室以及输入输出(IO)子系统隔室；
输入输出子系统，插入到所述输入输出子系统隔室中，所述输入输出子系统具有多个输入输出模块，其中所述输入输出模块中的至少一个或多个联接到一个或多个传感器；
计算服务器，插入到所述计算服务器隔室中，其中所述计算服务器经由多个外围部件互连表达(PCIe)链路从所述输入输出子系统接收所述传感器数据，并且基于所述传感器数据生成规划和控制数据，以控制所述自主车辆；以及
控制服务器，插入到所述控制服务器隔室中，经由以太网连接而联接到所述计算服务器，其中所述控制服务器基于从所述计算服务器接收的所述规划和控制命令，通过将多个控制命令发送到所述自主车辆的硬件来控制和操作所述自主车辆。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述计算服务器隔室配置成大体水平的定向，以及其中所述计算服务器从所述底盘的后端水平地插入到所述计算服务器隔室中。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述控制服务器隔室配置成大体水平的定向，以及其中所述控制服务器从所述底盘的后端水平地插入到所述控制服务器隔室中。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述控制服务器隔室位于所述计算服务器隔室上方。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述输入输出子系统隔室配置成大体竖直的定向，以及其中所述输入输出子系统从所述底盘的顶端竖直地插入到所述输入输出子系统隔室中。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述输入输出子系统隔室配置成从所述底盘的顶端延伸到所述底盘的底端的竖直通道，所述底盘的顶端和底端包括分别暴露所述输入输出子系统的前端和后端的顶部开口和底部开口。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述输入输出子系统的前端包括分别接纳所述多个输入输出模块的多个输入输出槽，以及其中所述输入输出子系统的后端包括一个或多个冷却风扇，以冷却所述输入输出模块的温度。
8.如权利要求6所述的设备，其中所述输入输出子系统包括第一输入输出子系统单元和第二输入输出子系统单元，其中所述第一输入输出子系统单元的第一前端经由所述竖直通道从所述底盘的顶端暴露，以及其中所述第二输入输出子系统单元的第二前端经由所述竖直通道从所述底盘的底端暴露。
9.如权利要求6所述的设备，其中形成为所述底盘的后端的一部分的、所述竖直通道的后侧还包括暴露所述输入输出子系统的第一侧面板的开口。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述输入输出子系统的所述第一侧面板包括PCIe连接器的第一集合，以允许所述输入输出子系统经由一个或多个PCIe链路缆线联接到所述计算服务器。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述计算服务器的前端还包括PCIe连接器的第二集合，以使用所述PCIe链路缆线联接到所述PCIe连接器的第一集合。
12.如权利要求6所述的设备，其中形成为所述底盘的前端的一部分的、所述竖直通道的前侧还包括暴露所述输入输出子系统的第二侧面板的开口。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述输入输出子系统的所述第二侧面板包括设置于所述第二侧面板上的传感器连接器的集合，以允许多个传感器经由传感器缆线联接到所述输入输出子系统。
14.如权利要求1所述的设备，还包括以太网交换机模块，所述以太网交换机模块具有由所述底盘内的以太网交换机隔室所容纳的以太网交换机。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述以太网隔室位于所述控制服务器隔室上方，以及其中所述以太网交换机模块包括通过所述底盘的后端暴露的一个或多个以太网连接器的第一集合。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述以太网交换机模块从所述底盘的顶端设置到所述以太网隔室中。
17.如权利要求14所述的设备，其中所述计算服务器的前端包括一个或多个以太网连接器的第二集合，以允许所述计算服务器经由以太网缆线联接到所述以太网交换机模块的所述以太网连接器的第一集合。
18.如权利要求14所述的设备，其中所述控制服务器的前端包括一个或多个以太网连接器的第三集合，以允许所述控制服务器经由以太网缆线联接到所述以太网交换机模块的所述以太网连接器的第一集合。
19.如权利要求1所述的设备，还包括容纳在所述底盘内的存储隔室中的存储模块，其中所述存储模块包括多个存储装置，以存储由所述控制服务器和所述计算服务器利用的传感器数据。
20.如权利要求19所述的设备，其中所述存储模块包括多个存储槽，每个存储槽接纳存储卡，所述存储卡上具有一个或多个存储装置。
21.如权利要求19所述的设备，其中所述存储模块从所述底盘的顶端设置到所述存储隔室中，所述底盘的顶端向上暴露所述存储模块的前端。
22.如权利要求1所述的设备，还包括由所述底盘内的电源隔室容纳的电源单元，其中所述电源单元将电力提供到所述控制服务器、所述计算服务器和所述输入输出子系统。
23.如权利要求22所述的设备，其中所述电源单元从所述底盘的顶端设置到所述电源隔室中。
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