CN111674345A - 一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，涉及车辆自动驾驶领域，包括传感器及导航系统、中央网关和自动驾驶域控制器，所述传感器及导航系统包括声波雷达、组合惯导系统，以及分布于车身的激光雷达和摄像头；所述中央网关与激光雷达和摄像头均相连，用于接收激光雷达测得的雷达信号以及摄像头拍摄的图像信号，并传输给自动驾驶域控制器；所述自动驾驶域控制器与中央网关、声波雷达和组合惯导系统均相连，并基于激光雷达的雷达信号、摄像头的图像信号、声波雷达的雷达信号和组合惯导系统的导航信号，实现对底盘线控网段的控制，以及车身网段的控制。本发明能够降低自动驾驶系统成本，并提升自动驾驶技术的安全可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及车辆自动驾驶领域，具体涉及一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构。
背景技术
近年来，自动驾驶技术正在为汽车产业带来一场革命，将彻底改变未来交通出行方式。自动驾驶又称无人驾驶，是一种通过电脑系统实现汽车无人驾驶的方式。自动驾驶依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人为主动操作下，自动安全地操作机动车辆。
但是，感知能力不足是当前智能汽车产业化发展的重要瓶颈，不同传感器都有其固有的特性缺点，在高度自动驾驶技术方案中，通常采用激光雷达、摄像头、毫米波雷达等多种传感器融合使用来解决汽车的感知力问题，但融合使用的多种传感器会导致网络电气架构的复杂性，增加了大量的电器部件和线束，进而提高了自动驾驶的成本且降低了自动驾驶的安全可靠性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，能够降低自动驾驶系统成本，并提升自动驾驶技术的安全可靠性。
为达到以上目的，本发明提供的一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，包括：
传感器及导航系统，所述传感器及导航系统包括声波雷达、组合惯导系统，以及分布于车身的激光雷达和摄像头；
中央网关，所述中央网关与激光雷达和摄像头均相连，用于接收激光雷达测得的雷达信号以及摄像头拍摄的图像信号，并传输给自动驾驶域控制器；
自动驾驶域控制器，所述自动驾驶域控制器与中央网关、声波雷达和组合惯导系统均相连，并基于激光雷达的雷达信号、摄像头的图像信号、声波雷达的雷达信号和组合惯导系统的导航信号，实现对底盘线控网段的控制，以及车身网段的控制。
在上述技术方案的基础上，
所述底盘线控网段包括电子助力转向、汽车电子稳定控制系统、电子驻车制动系统和汽车整车控制器。
所述车身网段包括汽车车身控制器、人机接口、车载空调制冷开关和数据库管理系统。
在上述技术方案的基础上，所述中央网关与激光雷达间通过以太网进行连接，并基于UDP协议进行雷达信号的传输。
在上述技术方案的基础上，所述中央网关与摄像头间通过LVDS接口进行连接，并基于GSML或FPD-LINK进行图像信号的传输。
在上述技术方案的基础上，
所述中央网关包括交换机、解串器、协议转换芯片和VA608x芯片；
所述交换机用于与激光雷达相连；
所述解串器用于对摄像头GSML/FPD-LINK数据形式的图像信号进行解串，然后转换为CSI-2数据格式的图像信号；
所述协议转换芯片用于将多路CSI-2数据格式的图像信号封包组合成PCI-E数据格式的图像信号；
所述中央网关中的VA608x芯片用于对激光雷达的雷达信号和PCI-E数据格式的图像信号进行封装，然后传输给自动驾驶域控制器。
在上述技术方案的基础上，
所述自动驾驶域控制器包括VA608x芯片和感知识别处理芯片；
所述自动驾驶域控制器中的VA608x芯片用于接收声波雷达的雷达信号、组合惯导系统的导航信号以及封装后的激光雷达的雷达信号和PCI-E数据格式的图像信号，然后进行封装并传输给感知识别处理芯片；
所述感知识别处理芯片用于基于激光雷达的雷达信号、摄像头的图像信号、声波雷达的雷达信号和组合惯导系统的导航信号，实现对底盘线控网段的控制，以及车身网段的控制。
在上述技术方案的基础上，
所述声波雷达包括超声波雷达和毫米波雷达；
所述激光雷达包括前窄角激光雷达、前广角激光雷达、左广角激光雷达、右广角激光雷达、后广角激光雷达；
所述摄像头包括前摄像头、左侧摄像头、右侧摄像头和后摄像头。
在上述技术方案的基础上，所述摄像头的像素为720P，数据传输速率为30fps，每一帧图像的数据量为12Mbit。
在上述技术方案的基础上，所述激光雷达的数据传输周期为10Hz，每周期的数据传输量为3Mbit。
在上述技术方案的基础上，所述中央网关和自动驾驶域控制器间通过PCI-E接口相连。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过中央网关和自动驾驶域控制器的布置，中央网关与激光雷达和摄像头相连，自动驾驶域控制器与中央网关、声波雷达和组合惯导系统相连，简化高度自动驾驶的网络电气架构，来有效降低线束网络架构的复杂度，降低线束的数量和长度，从而降低自动驾驶系统成本，并提升自动驾驶技术的安全可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构的结构示意图；
图2为本发明实施例中数据传输时序示意图；
图3为本发明实施例中数据传输流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，通过简化高度自动驾驶的网络电气架构，来有效降低线束网络架构的复杂度，降低线束的数量和长度，从而降低自动驾驶系统成本，并提升自动驾驶技术的安全可靠性。为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1所示，本发明实施例的提供本发明实施例提供一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，包括传感器及导航系统、中央网关和自动驾驶域控制器。
传感器及导航系统包括声波雷达、组合惯导系统，以及分布于车身的激光雷达和摄像头。具体的，声波雷达包括超声波雷达和毫米波雷达，激光雷达包括前窄角激光雷达、前广角激光雷达、左广角激光雷达、右广角激光雷达、后广角激光雷达，摄像头包括前摄像头、左侧摄像头、右侧摄像头和后摄像头。
中央网关与激光雷达间通过以太网进行连接，并基于UDP(UserDatagramProtocol，用户数据协议)协议进行雷达信号的传输，中央网关可支持5路以上32线激光雷达的连接。中央网关与摄像头间通过LVDS(Low-Voltage Differential Signaling，低电压差分信号)接口进行连接，并基于GSML(Grid Service Markup Language，网格服务标记语言)或FPD-LINK(高速数字视频接口)进行图像信号的传输，中央网关可支持8路以上的摄像头LVDS接口，并可支持至少30fps的720P图像信号数据传输。
本发明实施例中，摄像头的像素为720P，数据传输速率为30fps，每一帧图像的数据量为12Mbit。激光雷达的数据传输周期为10Hz，每周期的数据传输量为3Mbit。
中央网关与激光雷达和摄像头均相连，用于接收激光雷达测得的雷达信号以及摄像头拍摄的图像信号，并传输给自动驾驶域控制器。具体的，中央网关和自动驾驶域控制器间通过PCI-E接口相连，PCI—E是一种通用的总线规格，中央网关和自动驾驶域控制器间的线缆为双绞线，其最大可支持速率为8Gbps的数据传输。
自动驾驶域控制器与中央网关、声波雷达和组合惯导系统均相连，并基于激光雷达的雷达信号、摄像头的图像信号、声波雷达的雷达信号和组合惯导系统的导航信号，实现对底盘线控网段的控制，以及车身网段的控制。同时，自动驾驶域控制器还与整车传统CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线进行连接。自动驾驶域控制器可支持5路以上的CAN数据接口，可支持500kps或1Mbps的数据传输。
本发明实施例中，底盘线控网段包括但不限于电子助力转向(Electronic PowerSteering，简称EPS)、汽车电子稳定控制系统(Electronic Stability Controller，简称ESC)、电子驻车制动系统(Electrical Parking Brake，简称EPB)和汽车整车控制器(Vehicle Control Unit，简称VCU)。本发明实施例中，车身网段包括但不限于汽车车身控制器(Body Control Module简称BCM)、人机接口(Human Machine Interface，简称HMI)、车载空调制冷开关(Air condition，简称AC)和数据库管理系统(Database ManagementSystem，简称DMS)。
对于本发明实施例中中央网关的构造，具体的，中央网关包括交换机、解串器、协议转换芯片和VA608x芯片；交换机用于与激光雷达相连；解串器用于对摄像头GSML/FPD-LINK数据形式的图像信号进行解串，然后转换为CSI-2数据格式的图像信号；协议转换芯片用于将多路CSI-2数据格式的图像信号封包组合成PCI-E数据格式的图像信号；中央网关中的VA608x芯片用于对激光雷达的雷达信号和PCI-E数据格式的图像信号进行封装，然后传输给自动驾驶域控制器。CSI(Camera Serial Interface，摄像机串行接口)是由MIPI(Mobile Industry Processor Interface，移动产业处理器接口)联盟下Camera(摄像机)工作组指定的接口标准，CSI-2是MIPI CSI第二版，主要由应用层、协议层、物理层组成，最大支持4通道数据传输、单线传输速度高达1Gb/s。VA608x芯片是Valens出品的第二代产品，能够通过非屏蔽双绞线传输4～8Gbps的数据，支持PCI-E的稳定远程传输，在高性能计算、5G、智能天线、远程共享存储等方面简化车辆架构，VA608x芯片所传输的信号能够融合1Gb/2.5Gb的以太网、音频和PCI-E数据。
对于本发明实施例中，自动驾驶域控制器包括VA608x芯片和感知识别处理芯片，VA608x芯片和感知识别处理芯片间通过PCI-E接口相连；自动驾驶域控制器中的VA608x芯片用于接收声波雷达的雷达信号、组合惯导系统的导航信号以及封装后的激光雷达的雷达信号和PCI-E数据格式的图像信号，然后进行封装并传输给感知识别处理芯片；感知识别处理芯片用于基于激光雷达的雷达信号、摄像头的图像信号、声波雷达的雷达信号和组合惯导系统的导航信号，实现对底盘线控网段的控制，以及车身网段的控制。
本发明实施例中，摄像头的图像信号数据传输速率快，每帧数据传输约需12Mbit/Gbit*1000ms＝12ms，激光雷达的雷达信号传输时间约需3Mbit/100Mbit*1000ms＝30ms。如图2所示，摄像头和激光雷达同步进行数据传输(本发明实施例中的多个摄像头和激光雷达在图2中采用数字进行区分)，摄像头传输周期33ms，激光雷达100ms，每33ms周期内，同步一帧的摄像头和激光雷达数据传输完成，数据传输量最大的情况发生在激光雷达和摄像头同步传输过程中，数据总量约为12Mbit/个*8个+3Mbit/个*5个＝110Mbit，通过PCIE传输的时间约为110Mbit/8Gbit*1000ms＝13ms(如果采用千兆传输速率，约需时间110Mbit/1Gbit*1000ms＝110ms>33ms，无法完成数据在指定时间内的数据传输)。图2中，T表示周期。
参见图3所示，为本发明实施例中中央网关接收并传输雷达信号和数据信号的过程，具体过程为：
S1：中央网关接收摄像头和激光雷达传输的信号数据，并开启数据接收中断，转到S2；
S2：中央网关对接收的信号数据进行授时，同时并对所接收的信号数据的完整性进行校验，转到S3；
S3：判断信号数据是否传输完成，若是，转到S4，若否，转到S5；
S4；关闭数据接收中断，VA608x芯片对激光雷达的雷达信号和PCI-E数据格式的图像信号进行封装，转到S8；
S5：进行信号数据缓冲，转到S6；
S6：判断信号数据等待接收时间是否超过设定阈值，若是，转到S4，若否，转到S7；
S7：继续等待信号数据的接收；
S8：判断信号数据是否传输完成，若是，则结束，若否，则转到S9；
S9：将信号数据发送至自动驾驶域控制器，然后转到S1。
本发明实施例的适用于高度自动驾驶的网络电气结构，通过中央网关和自动驾驶域控制器的布置，中央网关与激光雷达和摄像头相连，自动驾驶域控制器与中央网关、声波雷达和组合惯导系统相连，简化高度自动驾驶的网络电气架构，来有效降低线束网络架构的复杂度，降低线束的数量和长度，从而降低自动驾驶系统成本，并提升自动驾驶技术的安全可靠性。本发明实施例的适用于高度自动驾驶的网络电气结构在实际的应用过程中，可支持5路百兆以太网和8路摄像头，经过本发明的架构处理，可将线束数量由20根左右减少为2根主要线束，减少线束长度约100米左右，降低整车线束重量约1.2kg，节约线束成本1000元以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，其特征在于，包括：
传感器及导航系统，所述传感器及导航系统包括声波雷达、组合惯导系统，以及分布于车身的激光雷达和摄像头；
中央网关，所述中央网关与激光雷达和摄像头均相连，用于接收激光雷达测得的雷达信号以及摄像头拍摄的图像信号，并传输给自动驾驶域控制器；
自动驾驶域控制器，所述自动驾驶域控制器与中央网关、声波雷达和组合惯导系统均相连，并基于激光雷达的雷达信号、摄像头的图像信号、声波雷达的雷达信号和组合惯导系统的导航信号，实现对底盘线控网段的控制，以及车身网段的控制。
2.如权利要求1所述的一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，其特征在于：
所述底盘线控网段包括电子助力转向、汽车电子稳定控制系统、电子驻车制动系统和汽车整车控制器。
所述车身网段包括汽车车身控制器、人机接口、车载空调制冷开关和数据库管理系统。
3.如权利要求1所述的一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，其特征在于：所述中央网关与激光雷达间通过以太网进行连接，并基于UDP协议进行雷达信号的传输。
4.如权利要求1所述的一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，其特征在于：所述中央网关与摄像头间通过LVDS接口进行连接，并基于GSML或FPD-LINK进行图像信号的传输。
5.如权利要求1所述的一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，其特征在于：
所述中央网关包括交换机、解串器、协议转换芯片和VA608x芯片；
所述交换机用于与激光雷达相连；
所述解串器用于对摄像头GSML/FPD-LINK数据形式的图像信号进行解串，然后转换为CSI-2数据格式的图像信号；
所述协议转换芯片用于将多路CSI-2数据格式的图像信号封包组合成PCI-E数据格式的图像信号；
所述中央网关中的VA608x芯片用于对激光雷达的雷达信号和PCI-E数据格式的图像信号进行封装，然后传输给自动驾驶域控制器。
6.如权利要求5所述的一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，其特征在于：
所述自动驾驶域控制器包括VA608x芯片和感知识别处理芯片；
所述自动驾驶域控制器中的VA608x芯片用于接收声波雷达的雷达信号、组合惯导系统的导航信号以及封装后的激光雷达的雷达信号和PCI-E数据格式的图像信号，然后进行封装并传输给感知识别处理芯片；
所述感知识别处理芯片用于基于激光雷达的雷达信号、摄像头的图像信号、声波雷达的雷达信号和组合惯导系统的导航信号，实现对底盘线控网段的控制，以及车身网段的控制。
7.如权利要求1所述的一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，其特征在于：
所述声波雷达包括超声波雷达和毫米波雷达；
所述激光雷达包括前窄角激光雷达、前广角激光雷达、左广角激光雷达、右广角激光雷达、后广角激光雷达；
所述摄像头包括前摄像头、左侧摄像头、右侧摄像头和后摄像头。
8.如权利要求7所述的一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，其特征在于：所述摄像头的像素为720P，数据传输速率为30fps，每一帧图像的数据量为12Mbit。
9.如权利要求7所述的一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，其特征在于：所述激光雷达的数据传输周期为10Hz，每周期的数据传输量为3Mbit。
10.如权利要求1所述的一种适用于高度自动驾驶的网络电气结构，其特征在于：所述中央网关和自动驾驶域控制器间通过PCI-E接口相连。
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