CN113359572A - 一种双模热备份无人驾驶控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种双模热备份无人驾驶控制系统，包括中心控制器，还包括与中心控制器进行心跳通讯的嵌入式整车控制器，所述嵌入式整车控制器与中心控制器均通过总线接口与环境感知装置、定位装置和车辆执行机构控制器连接。本发明控制系统采用双模热备份结构，既发挥了原控制系统强大的数据运算能力，同时又利用嵌入式整车控制器的高可靠性和稳定性的特点，实现了无人驾驶控制系统的双模热备份。极大的提高了无人驾驶车辆在运行过程中的安全性，为无人驾驶车辆在公共交通、场区摆渡等对安全性要求极高的应用领域的进一步推广，奠定了技术基础。
Description
技术领域
本发明涉及无人驾驶控制系统领域，具体涉及一种双模热备份无人驾驶控制系统和方法。
背景技术
目前无人驾驶领域发展迅速，无人驾驶公交车、出租车以及特种作业车辆，被应用在越来越多的场景中。无人驾驶车辆通常使用摄像头及激光雷达共同为无人系统提供感知数据。由于无人驾驶系统过于复杂且对运算效率要求极高，大多数无人驾驶系统都采用单个控制系统作为其核心控制单元（目前现有技术大多采用X86/64架构的运算处理平台）。但是，当核心控制单元在过温、震动、碰撞等异常条件下，极易发生系统紊乱，甚至死机的现象。从而使无人驾驶车辆处于失控状态，造成了极大的安全隐患。
发明内容
为解决上述问题，提供一种双模热备份无人驾驶控制系统和方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种双模热备份无人驾驶控制系统，包括中心控制器，还包括与中心控制器进行心跳通讯的嵌入式整车控制器，所述嵌入式整车控制器与中心控制器均通过总线接口与环境感知装置、定位装置和车辆执行机构控制器连接。
所述的环境感知装置包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达和超声波雷达。
所述总线接口包括以太网接口、高速CAN总线通讯接口和低速CAN总线通讯接口。
所述嵌入式整车控制器还与模拟量输入模块、开关量输入模块、4G/5G通讯模块、仪表驱动模块、继电器驱动输出模块、电源模块、存储器、看门狗和时钟模块连接。
所述嵌入式整车控制器采用ARM Cortex微控制器。
在默认状态下，所述中心控制器进行无人驾驶控制。
一种双模热备份无人驾驶控制方法，其特征在于：所述控制方法包括：
中心控制器与嵌入式整车控制器通过以太网、高速CAN总线和低速CAN总线分别与无人驾驶控制系统的环境感知装置、定位装置和车辆执行机构控制器连接；
中心控制器向嵌入式整车控制器发送“心跳通讯”报文，嵌入式整车控制器根据“心跳检测”判断中心控制控制器状态，若中心控制“离线”则认为出现故障；若中心控制器“在线”则认为未出现故障；
若监测到中心控制器出现故障，则嵌入式整车控制器接管车辆的控制权，控制车辆完成紧急安全操作；
同时嵌入式整车控制器通过4G/5G无线通讯网络，向管理调度系统上报当前状态，完成既定任务后停车等候修理。
所述中心控制器出现故障包括系统紊乱或死机。
所述心跳通讯是一种CAN通讯报文，通讯报文规定ID为000+设备号，数据为单字节十六进制心跳数据0X80，发送频率为10HZ；所述为若嵌入式整车控制器持续0.15s未收到“设备号”对应设备的“心跳通讯”报文，则认为该设备“离线”；反之为“在线”。
所述紧急安全操作包括紧急制动或缓慢制动、车辆停稳后抱紧制动装置、闪烁警示灯。本发明的有益效果：相对于现有技术，本发明控制系统采用双模热备份结构，既发挥了原控制系统（X86运算平台）强大的数据运算能力，同时又利用嵌入式整车控制器的高可靠性和稳定性的特点，实现了无人驾驶控制系统的双模热备份。极大的提高了无人驾驶车辆在运行过程中的安全性，为无人驾驶车辆在公共交通、场区摆渡等对安全性要求极高的应用领域的进一步推广，奠定了技术基础。
附图说明
图1是本发明的双模热备份无人驾驶系统的结构示意框图。
图2是本发明的嵌入式整车控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
应该指出，以下详细说明都是例式性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的技术含义相同。
本发明中，术语“设备号”为人为规定的设备唯一编号，设备号是十进制数据，最小为1，最大为127。
本发明中，术语“心跳通讯”是一种CAN通讯报文。该通讯报文规定ID为000+设备号，数据为单字节十六进制心跳数据0X80，发送频率为10HZ。
本发明中，术语“在线状态”指设备当前所处状态，分为“在线”、离线。
本发明中，术语“心跳检测”是一种在线状态监测办法。若持续0.15s未收到“设备号”对应设备的“心跳通讯”报文，则认为该设备“离线”；反之为“在线”
一种双模热备份无人驾驶控制系统，包括中心控制器，还包括与中心控制器进行心跳通讯的嵌入式整车控制器，所述嵌入式整车控制器与中心控制器均通过总线接口与环境感知装置、定位装置和车辆执行机构控制器连接。
所述的环境感知装置包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达和超声波雷达；用于获取车辆自身环境以及车辆行驶的周围环境信息。
所述定位装置采用GPS/北斗定位装置。
所述总线接口包括以太网接口、高速CAN总线通讯接口和低速CAN总线通讯接口。
上述环境感知装置中摄像头采用低速CAN总线分别与中心控制器和嵌入式整车控制器进行通讯；激光雷达采用以太网分别与中心控制器和嵌入式整车控制器进行通讯；毫米波雷达采用高速CAN总线分别与中心控制器和嵌入式整车控制器进行通讯；超声波雷达采用低速CAN总线分别与中心控制器和嵌入式整车控制器进行通讯。
所述嵌入式整车控制器还与模拟量输入模块、开关量输入模块、4G/5G通讯模块、仪表驱动模块、继电器驱动输出模块、电源模块、存储器、看门狗和时钟模块连接。
所述嵌入式整车控制器采用ARM Cortex微控制器。
在默认状态下，以所述中心控制器进行无人驾驶控制。
一种双模热备份无人驾驶控制方法，所述控制方法包括：
中心控制器与嵌入式整车控制器通过以太网、高速CAN总线和低速CAN总线分别与无人驾驶控制系统的环境感知装置、定位装置和车辆执行机构控制器连接；
中心控制器向嵌入式整车控制器发送“心跳通讯”报文，嵌入式整车控制器根据“心跳检测”判断中心控制控制器状态，若中心控制“离线”则认为出现故障；若中心控制器“在线”则认为未出现故障；
若监测到中心控制器出现故障，则嵌入式整车控制器接管车辆的控制权，控制车辆完成紧急安全操作；
同时嵌入式整车控制器通过4G/5G无线通讯网络，向管理调度系统上报当前状态，完成既定任务后停车等候修理。
所述中心控制器出现故障包括系统紊乱或死机，导致无法正确进行“心跳通讯”。
所述紧急安全操作包括：根据周围环境情况进行紧急制动或缓慢制动、车辆停稳后抱紧制动装置防止溜车、闪烁警示灯警示周围车辆。
本发明控制系统采用双模热备份结构，既发挥了原控制系统（X86运算平台）强大的数据运算能力，同时又利用嵌入式整车控制器的高可靠性和稳定性的特点，实现了无人驾驶控制系统的双模热备份。极大的提高了无人驾驶车辆在运行过程中的安全性，为无人驾驶车辆在公共交通、场区摆渡等对安全性要求极高的应用领域的进一步推广，奠定了技术基础。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种双模热备份无人驾驶控制系统，包括中心控制器，其特征在于：还包括与中心控制器进行心跳通讯的嵌入式整车控制器，所述嵌入式整车控制器与中心控制器均通过总线接口与环境感知装置、定位装置和车辆执行机构控制器连接。
2.如权利要求1所述的双模热备份无人驾驶控制系统，其特征在于：所述的环境感知装置包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达和超声波雷达。
3.如权利要求1所述的双模热备份无人驾驶控制系统，其特征在于：所述总线接口包括以太网接口、高速CAN总线通讯接口和低速CAN总线通讯接口。
4.如权利要求1所述的双模热备份无人驾驶控制系统，其特征在于：所述嵌入式整车控制器还与模拟量输入模块、开关量输入模块、4G/5G通讯模块、仪表驱动模块、继电器驱动输出模块、电源模块、存储器、看门狗和时钟模块连接。
5.如权利要求1所述的双模热备份无人驾驶控制系统，其特征在于：所述嵌入式整车控制器采用ARM Cortex微控制器。
6.如权利要求1所述的双模热备份无人驾驶控制系统，其特征在于：在默认状态下，所述中心控制器进行无人驾驶控制。
7.一种应用如权利要求1至6任一项所述的双模热备份无人驾驶控制系统的双模热备份无人驾驶控制方法，其特征在于：所述控制方法包括：
中心控制器与嵌入式整车控制器通过以太网、高速CAN总线和低速CAN总线分别与无人驾驶控制系统的环境感知装置、定位装置和车辆执行机构控制器连接；
中心控制器向嵌入式整车控制器发送“心跳通讯”报文，嵌入式整车控制器根据“心跳检测”判断中心控制控制器状态，若中心控制“离线”则认为出现故障；若中心控制器“在线”则认为未出现故障；
若监测到中心控制器出现故障，则嵌入式整车控制器接管车辆的控制权，控制车辆完成紧急安全操作；
同时嵌入式整车控制器通过4G/5G无线通讯网络，向管理调度系统上报当前状态，完成既定任务后停车等候修理。
8.如权利要求7所述的双模热备份无人驾驶控制方法，其特征在于：所述中心控制器出现故障包括系统紊乱或死机。
9.如权利要求7所述的双模热备份无人驾驶控制方法，其特征在于：所述心跳通讯是一种CAN通讯报文，通讯报文规定ID为000+设备号，数据为单字节十六进制心跳数据0X80，发送频率为10HZ；所述为若嵌入式整车控制器持续0.15s未收到“设备号”对应设备的“心跳通讯”报文，则认为该设备“离线”；反之为“在线”。
10.如权利要求7所述的双模热备份无人驾驶控制方法，其特征在于：所述紧急安全操作包括紧急制动或缓慢制动、车辆停稳后抱紧制动装置、闪烁警示灯。
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