CN113401148B - 无人驾驶汽车的控制系统及无人驾驶汽车 - Google Patents

Abstract

本公开提供了无人驾驶汽车的控制系统及无人驾驶汽车，涉及人工智能领域，尤其涉及自动驾驶、智能交通等领域。具体实现方案为：无人驾驶汽车的控制系统集成了自动驾驶系统、通信系统和人机交互系统，能实现L4等级的自动驾驶，通过使用中央安全网关，将自动驾驶系统和人机交互系统设置在不同的域中，通过中央安全网关实现控制系统内部的自动驾驶系统与人机交互系统之间的安全网络通信和数据隔离；并且通过中央安全网关可以实现控制系统与外部设备之间的安全数据传输，实现对内外网通信、不同安全等级的系统之间的通信进行信息加密保护和数据隔离，提高了无人驾驶汽车的安全性和可靠性。

Description

无人驾驶汽车的控制系统及无人驾驶汽车

技术领域

本公开涉及人工智能中的自动驾驶、智能交通等领域，尤其涉及一种无人驾驶汽车的控制系统及无人驾驶汽车。

背景技术

无人驾驶汽车在投入运营时，除了要有自动驾驶系统来替代人类驾驶员驾驶汽车，还需要实现无人驾驶汽车能够与外界的人、物进行交互，以及与外部其他设备的通信和交互，只有集成这些功能，才能实现真正的运营无人驾驶汽车。

目前与无人驾驶汽车相关的技术方案，基本上都是侧重实现车辆的自动驾驶控制，缺乏能够实现无人驾驶汽车运营的系统架构。

发明内容

本公开提供了一种无人驾驶汽车的控制系统及无人驾驶汽车。

根据本公开的第一方面，提供了一种无人驾驶汽车的控制系统，包括：中央安全网关、自动驾驶系统和人机交互系统；

所述自动驾驶系统和所述人机交互系统位于两个不同的域中，所述自动驾驶系统和所述人机交互系统之间通过所述中央安全网关进行通信。

根据本公开的第二方面，提供了一种无人驾驶汽车，包括：车辆主体和第一方面所述的无人驾驶汽车的控制系统。

根据本公开的技术提供了能够投入运营的无人驾驶汽车的控制系统的总体架构。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：

图1是本公开第一实施例提供的无人驾驶汽车的控制系统的结构图；

图2是本公开第二实施例提供的自动驾驶系统的结构示意图；

图3是本公开第二实施例提供的人机交互系统的结构示意图；

图4是本公开第二实施例提供的无人驾驶汽车的控制系统的结构示意图；

图5是本公开第二实施例提供的无人驾驶汽车的控制系统总体结构的示例图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

无人驾驶汽车在投入运营时，除了要有自动驾驶系统来替代人类驾驶员驾驶汽车，还需要实现无人驾驶汽车能够与外界的人、物进行交互，以及与外部其他设备的通信和交互，只有集成这些功能，才能实现真正的运营无人驾驶汽车。

目前与无人驾驶汽车相关的技术方案，基本上都是侧重实现车辆的自动驾驶系统本身，仅实现了最基本的调试和自动驾驶线路导航等简单的自动驾驶功能，缺乏能够实现无人驾驶汽车运营的系统架构。

本公开提供一种无人驾驶汽车的控制系统及无人驾驶汽车，应用于人工智能领域中的自动驾驶、智能交通等领域，该系统架构集成了自动驾驶系统、通信系统和人机交互系统，能实现L4等级的自动驾驶，不仅能够实现自动驾驶系统和人机交互系统之间的数据共享，还可以实现和自动驾驶系统和人机交互系统之间的安全隔离。

图1是本公开第一实施例提供的无人驾驶汽车的控制系统的结构图。如图1所示，本实施例提供的无人驾驶汽车的控制系统10，包括：中央安全网关11、自动驾驶系统21和人机交互系统31。

其中，在实际应用中，各系统的功能不同、安全要求等级不同，将总体控制系统划分为两个域(简称为“域”)，自动驾驶系统21和人机交互系统31位于两个不同的域中。通常自动驾驶系统21的安全要求等级高于人机交互系统31的安全要求等级。

本实施例中，将自动驾驶系统21所在的域为自动驾驶域(或称为AD域)，将人机交互系统31所在的域为智能座舱域、或称为人机交互域(简称为HMI域)。两个不同的域之间互不影响又可以数据共享。这样，安全要求等级较低的人机交互系统31如果出现异常，不会对安全要求等级较高的自动驾驶系统21的正常工作产生影响，提高了控制系统的稳定性和可靠性，从而提高了无人驾驶汽车的安全性和可靠性。其中，自动驾驶系统所在的AD域的安全等级高于人机交互系统所在的HMI域。

另外，根据汽车电子部件功能，可以将整车划分为动力总成，智能座舱和自动驾驶等几个域，利用处理能力更强的多核CPU/GPU芯片相对集中的控制每个域，以取代目前分布式电子电气架构。

无人驾驶汽车的控制系统中，自动驾驶系统21和人机交互系统31之间通过中央安全网关11进行通信。

中央安全网关11用于实现自动驾驶系统21与人机交互系统31之间的安全通信，能够将控制系统10内部位于不同域内的自动驾驶系统21与人机交互系统31之间进行数据隔离，提高数据安全性。

中央安全网关11还用于将向控制系统10外部传输的数据进行加密保护。

中央安全网关31提供了以太网公关的标准功能，同时支持信息安全，对内外网通信链路进行管理保护，同时对不同域、不同系统设备之间的通信进行安全隔离。

可选地，自动驾驶系统21和人机交互系统31之间可以通过高速以太网或无线网络的方式进行网络通信。

另外，自动驾驶系统21和人机交互系统31还可以通过中央安全网关11与外网的设备进行安全通信。

本实施例中，针对信息安全问题，通过使用中央安全网关11，将自动驾驶系统21和人机交互系统31设置在不同的域中，通过中央安全网关11实现控制系统10内部的自动驾驶系统21与人机交互系统31之间的安全网络通信和数据隔离；并且通过中央安全网关11可以实现控制系统10与外部设备之间的安全数据传输，实现对内外网通信、不同安全等级的系统之间的通信进行信息加密保护和数据隔离，提高了无人驾驶汽车的安全性和可靠性。

图2是本公开第二实施例提供的自动驾驶系统的结构示意图；图3是本公开第二实施例提供的人机交互系统的结构示意图。在上述第一实施例的基础上，本实施例中对控制系统的架构进行详细地说明。

通常，自动驾驶系统包括用于执行自动驾驶系统中相关计算的计算单元。本实施例中，通过设置冗余计算单元，来提高自动驾驶系统的可靠性。

如图2所示，自动驾驶系统21包括：主计算单元211和冗余计算单元212。主计算单元211和冗余计算单元212均与中央安全网关11之间具有网络通信连接，主计算单元211和冗余计算单元212通过中央安全网关11与人机交互系统31进行网络通信。

其中，主计算单元211用于接收传感器数据，并根据传感器数据控制无人驾驶汽车(以下简称“车辆”)的行驶，以实现车辆自动驾驶。示例性地，主计算单元211至少可以实现L4级别的自动驾驶能力。

冗余计算单元212用于检测主计算单元211是否异常，并在确定主计算单元211存在异常时，控制无人驾驶汽车的行驶。

可选地，主计算单元211和冗余计算单元212与中央安全网关11之间可以通过高速以太网进行网络通信，以提高计算单元与中央安全网关之间数据传输的效率，提高无人驾驶汽车的自动驾驶系统的及时性、安全性和可靠性。

通过设置主计算单元211的主计算单元212，可以在主计算单元211异常时，由主计算单元212接管车辆，控制无人驾驶汽车的行驶，保证无人驾驶汽车不失控，保证无人驾驶汽车的安全性和可靠性。

可选地，主计算单元212的功能可以和主计算单元211一致，在确定主计算单元211发生异常时，主计算单元212接管车辆后，仍然可以保持车辆的正常行驶，提高无人驾驶汽车的安全性和可靠性。

可选地，主计算单元212的功能可以和主计算单元211不一致，主计算单元212仅用于在主计算单元211发生异常时保证车辆能够安全停车，避免发生交通事故等危险情况。

示例性地，主计算单元212用于：在确定主计算单元211存在异常时，根据无人驾驶汽车的行驶状态，控制车辆的靠边停车或紧急制动，从而能够在主计算单元211发生异常时保证车辆能够安全停车，避免发生交通事故等危险情况，同时考虑到主计算单元211大多数时间是正常行驶的，设置主计算单元212接管车辆后控制车辆安全停车等紧急应对异常的功能，能够在保证车辆安全性和可靠性的同时，能够节省成本。

可选地，主计算单元212根据无人驾驶汽车的行驶状态控制车辆的靠边停车，可以是控制车辆立即靠边停车，或者可以控制车辆在行驶一段路程后靠边停车。对于车辆的不同行驶状态，具体靠边停车的控制逻辑可以不同。

其中，无人驾驶汽车的行驶状态包括：直行、转弯、行驶速度、发生异常的类型、车辆周围的环境状态等，无人驾驶汽车的行驶状态可以根据实际应用场景的需要进行设置和调整，本实施例此处不做具体限定。

可选地，主计算单元211和主计算单元212可以采用分体式实现，也即主计算单元211和主计算单元212分别使用不同的硬件实现。

可选地，主计算单元211和主计算单元212可以采用高度集成的一体式双计算单元实现，例如，可以使用双CPU的处理器，一个CPU作为主计算单元211，另一CPU作为主计算单元212，能够满足运营车辆的成本、性能和集成度的需求。

可选地，为了节省成本，可以设置主计算单元212的性能相对于主计算单元211的性能差一点，能够满足紧急应对异常的功能的需要即可。

示例性地，主计算单元211和主计算单元212可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。主计算单元211和主计算单元212的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元执行自动驾驶相关各个方法和处理。

进一步地，如图2所示，自动驾驶系统21还包括：多种类型的传感器213，用于采集实现自动驾驶功能和人机交互功能的各类数据。通过多种类型的传感器实现多传感器融合感知，提高数据的可靠性，从而提高自动驾驶系统21的可靠性。

其中，至少一种类型的传感器包括主传感器和冗余传感器，每一传感器与主计算单元211和主计算单元212连接。

相较于现有的自动驾驶系统21为了降低成本，每种传感器类型使用单一的传感器，一旦传感器失效，自动驾驶系统21就会无法使用或者进入非预期状态，本实施例中，通过设置各类型传感器的冗余传感器，可以在主传感器失效时，通过冗余传感器采集相关数据，能够保持自动驾驶系统21的正常使用，提高自动驾驶系统21的安全性和可靠性。

示例性地，如图2所示，自动驾驶系统21中的多种类型的传感器213至少包括：感知模块2131和定位模块2132。其中，感知模块2131包括感知传感器和冗余感知传感器，定位模块2132包括定位传感器和冗余定位传感器。

通过设置感知传感器的冗余感知传感器，可以在主感知传感器失效时，通过冗余感知传感器获取感知数据，为自动驾驶系统21提供必不可少的感知数据，以保持自动驾驶系统21的正常使用，提高自动驾驶系统21的安全性和可靠性。

通过设置定位传感器的冗余定位传感器，可以在主定位传感器失效时，通过冗余定位传感器获取定位数据，为自动驾驶系统21提供必不可少的定位数据，以保持自动驾驶系统21的正常使用，提高自动驾驶系统21的安全性和可靠性。

至少一种感知传感器和冗余感知传感器，通过高速以太网与主计算单元211和主计算单元212连接，能够提高感知传感器与计算单元之间的数据传输的效率，从而提高自动驾驶系统21的及时性、有效性和安全性。

定位传感器和冗余定位传感器，通过高速以太网与主计算单元211和主计算单元212连接，能够提高定位传感器与计算单元之间的数据传输的效率，从而提高自动驾驶系统21的及时性、有效性和安全性。

示例性地，自动驾驶系统21中的感知传感器可以包括激光雷达(lidar)，冗余感知传感器包括冗余激光雷达。

进一步地，自动驾驶系统21还包括第一交换机。自动驾驶系统21中的多种类型的传感器(包括感知传感器和冗余感知传感器，以及定位传感器和冗余定位传感器)通过第一交换机实现与主计算单元211和主计算单元212之间的以太网通信连接，能够提高传感器与计算单元之间的数据传输的效率，从而提高自动驾驶系统21的及时性、有效性和安全性。

可选地，自动驾驶系统21中的感知传感器还可以包括：感知相机(camera)和毫米波雷达(radar)，其中，感知相机通常包括设置在车辆周围的多个感知相机，毫米波雷达可以包括设置在车辆周围的多个毫米波雷达，能够采集车辆周围的环境数据并向自动驾驶系统21提供车辆周围的环境数据，为自动驾驶系统21提供数据基础。

其中，感知相机通过射频连接器(FAKRA)与主计算单元211和主计算单元212连接。毫米波雷达通过以太网或CAN总线与主计算单元211和主计算单元212连接。

本实施例中，通过lidar、radar、camera等多种类型的感知传感器实现多传感器融合感知，提高数据的可靠性，从而提高自动驾驶系统21的可靠性。

可选地，如图2所示，自动驾驶系统21还可以包括：车载单元214(On board Unit，简称OBU)214。车载单元214用于获取路侧交通信息。车载单元214通过第一交换机实现与主计算单元211和主计算单元212之间的以太网通信连接。

通过引入车载单元214，通过车载单元214可以与路边架设的路侧单元(Road SideUnit，简称RSU)进行相互通信，获取并向计算单元提供路侧交通信息，为实现车路云协同智慧交通提供基础，提高了自动驾驶能力。

本实施例提供的自动驾驶系统21包括计算单元、传感器和车载单元214，系统结构灵活，支持增加或减少传感器，可维护性好，并且通过设置主计算单元212、冗余传感器，可以极大地提高自动驾驶系统21的可靠性。

一种可选地实施方式中，如图3所示，人机交互系统31包括：中心控制单元311，至少一个控制器312，和交互设备313。

其中，中心控制单元311与中央安全网关11之间具有网络通信连接，自动驾驶系统21通过中央安全网关11与中心控制单元311进行网络通信。至少一个控制器312与中心控制单元311之间具有网络通信连接。通过中央安全网关11实现自动驾驶系统21和人机交互系统31之间的高速网络通信，可以满足高速互联和信息安全的要求。

中心控制单元311为不同控制器之间进行通信的中转站，不同的控制器之间经由中心控制单元311进行通信。各个控制器各负其责，又可以通过中心控制单元311实现控制器间的信息共享，支持增加或减少控制器及交互设备313，提高控制系统10中人机交互系统31的可维护性。

可选地，如图3所示，人机交互系统31中的控制器312可以包括显示控制器3121，人机交互系统31中的交互设备313包括安装在车辆内的第一显示装置3131。

显示控制器3121与第一显示装置3131电连接，显示控制器3121用于控制第一显示装置3131进行信息展示。

可选地，第一显示装置3131通过高清多媒体接口(High Definition MultimediaInterface，简称HDMI)方式与显示控制器3121连接。

其中，第一显示装置3131可以是车内用于显示导航信息或其他信息的显示屏幕，第一显示装置3131可以设置多个，不同的第一显示装置3131用于显示相同或不同的显示信息，第一显示装置3131的数量、类型和大小，可以根据实际应用场景中所需显示的信息内容进行设置和调整，本实施例此处不做具体限定。

可选地，不同的第一显示装置3131可以用于显示相同的信息，以供乘车人员可以选择角度合适的一个第一显示装置3131进行观看。

可选地，不同的第一显示装置3131可以用于显示不同的信息，以通过多个第一显示装置3131向车内乘车人员同时展示多种不同的信息，增加所展示信息的维度。

显示控制器3121用于在中心控制单元311的控制下，显示自动驾驶系统21要求显示的信息。显示控制器3121用于显示自动驾驶系统21发送的经由中心控制单元311转发的信息。

通过在无人驾驶汽车的控制系统10中集成包含显示控制器3121和车辆内部设置的第一显示装置的人机交互系统31，能够实现向乘车人员展示无人驾驶汽车的导航信息、警示/提示信息等信息，实现无人驾驶汽车与车内乘车人员之间基于显示装置的人机交互功能，提高无人驾驶汽车控制系统10的集成度和可维护性。

可选地，如图3所示，人机交互系统31中的交互设备313还可以包括：至少一个安装在车辆外部的第二显示装置3132。中心控制单元311与第二显示装置3132之间具有网络通信连接，中心控制单元311还用于控制第二显示装置3132进行信息展示。

其中，第二显示装置3132用于向车辆外面的人进行信息展示，所展示的信息可以是与车辆相关的信息，也可以是广告信息等，本实施例此处不做具体限定。

可选地，车辆外部的第二显示装置3132可以通过高速以太网与中心控制单元311进行网络通信，以提高信息展示的及时性和效率。

其中，第二显示装置3132可以设置多个，不同的第二显示装置3132用于显示相同或不同的信息，第二显示装置3132的数量、类型和大小，可以根据实际应用场景中所需向车外显示的信息内容进行设置和调整，本实施例此处不做具体限定。

可选地，不同的第二显示装置3132可以用于显示相同的信息，以供车外人员可以从何时的角度观看其中一个第二显示装置3132所展示的内容。例如，可以车辆两侧设置两个用于同步显示相同信息的第二显示装置3132，供了两侧的人观看所显示的信息。

可选地，不同的第二显示装置3132可以用于显示不同的信息，以通过多个第二显示装置3132向车外人员同时展示多种不同的信息，增加所展示信息的维度。

通过在无人驾驶汽车的控制系统10中集成包含车辆外部设置的第二显示装置3132的人机交互系统31，能够实现车辆向车外的人员展示无人驾驶汽车相关信息或广告信息等，实现无人驾驶汽车与车外人员之间基于显示装置的人机交互功能，提高无人驾驶汽车控制系统10的集成度和可维护性。

可选地，如图3所示，人机交互系统31的至少一个控制器312包括语音控制器3122，交互设备313包括：音频输入装置3133和音频输出装置3134。音频输入装置3133和音频输出装置3134均与语音控制器3122电连接。

语音控制器3122用于在中心控制单元311的控制下，控制音频输入装置3133采集自动驾驶系统21要求获取的音频数据，并控制音频输出装置3134输出自动驾驶系统21要求输出的音频数据。语音控制器3122根据自动驾驶系统21发送并经由中心控制单元311处理或转发的控制信息，控制音频输入装置3133采集音频数据和/或控制音频输出装置3134输出音频数据。语音控制器3122能够控制车内外扬声器、麦克风，实现车内和车外语音独立控制。

具体地，音频输出装置3134可以包括功放单元、安装于车辆内的第一扬声器、安装于车辆外的第二扬声器。功放单元与语音控制器3122电连接，第一扬声器和第二扬声器分别与功放单元电连接。

可选地，功放单元可以通过音频线与语音控制器3122电连接，车辆内的第一扬声器可以通过双绞线与功放单元电连接，车辆外的第二扬声器可以通过双绞线与功放单元电连接。

可选地，音频输入装置3133可以是拾音器(如麦克风等)，音频输入装置3133可以通过双绞线与语音控制器3122电连接。

另外，音频输入装置3133可以设置多个，不同的音频输入装置3133设置在车辆上的不同位置，用于拾取不同方位的音频数据。音频输入装置3133的数量和所设置的位置，可以根据实际应用场景的需要进行设置和调整，本实施例此处不做具体限定。

车辆内的第一扬声器可以设置多个，不同第一扬声器设置在车辆内部不同的位置，便于车辆内的乘车人员能够更好地接收播放的音频数据。车辆内的第一扬声器的数量和所设置的位置，可以根据实际应用场景的需要进行设置和调整，本实施例此处不做具体限定。

车辆外的第二扬声器也都可以设置多个，不同第二扬声器设置在车辆外部不同的位置，使得即使在开阔或嘈杂的环境中，车辆外的人员也能够很好地接收播放的音频数据。车辆外的第二扬声器的数量和所设置的位置，可以根据实际应用场景的需要进行设置和调整，本实施例此处不做具体限定。

通过在无人驾驶汽车的控制系统10中集成包含音频输入装置3133和音频输入装置3133的人机交互系统31，能够采集车内乘车人员的语音指令等音频数据，并能够向车内或车外的人员播放音频数据，实现无人驾驶汽车与车内和车外人员之间基于语音的人机交互功能，提高无人驾驶汽车控制系统10的集成度和可维护性。

可选地，如图3所示，人机交互系统31的至少一个控制器312包括灯光控制器3123，交互设备313包括：灯光设备3135。灯光设备3135通过CAN总线与灯光控制器3123连接。

其中，灯光设备3135包括以下至少一种：

车内照明灯、呼吸灯、消毒灯、车内灯带。

另外，灯光设备3135还可以包括车身上的其他灯光设备3135，具体包括的灯光设备3135的类型和数量，可以根据实际应用场景的需要进行设置和调整，本实施例此处不做具体限定。

可选地，灯光控制器3123可以通过异步收发传输器(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，简称UART)，与中心控制单元311连接。

本实施方式中，灯光控制器3123通过CAN总线与车辆上所有灯光设备3135连接，通过CAN总线统一控制车身全部灯光设备3135，保证车身全部灯光设备3135的频率和时序同步，解决车身灯光设备3135的频率和时序不同步的问题。

可选地，如图3所示，人机交互系统31的交互设备313还可以包括：第一测温装置3136和/或第二测温装置3137，第一测温装置3136与中心控制单元311之间具有网络通信连接，第二测温装置3137与中心控制单元311之间具有网络通信连接。

其中，第一测温装置3136用于检测车内人体的体温。第一测温装置3136可以是固定安装在车辆上的测温装置，也可以是与车身分离的独立的测温装置，第一测温装置3136可以通过高速以太网与中心控制单元311进行网络通信，以通过中心控制单元311实时地上报车辆内部的乘车人员的体温，实现车辆内部乘车人员的体温监测。

第二测温装置3137用于检测车内温度和/或车外温度。第二测温装置3137可以设置多个，其中有的设置在车辆内部，用于检测车内温度，有的设置在车外，用于检测车外温度。通过在人机交互系统31中集成第二测温装置3137，能够实时地检测车内温度和/或车外温度。

可选地，如图3所示，人机交互系统31的交互设备313还可以包括：打卡收费装置3138，打卡收费装置3138与中心控制单元311之间具有网络通信连接。打卡收费装置3138用于实现车辆过路费用的自动收费功能。

其中，打卡收费装置3138可以通过高速以太网与中心控制单元311进行网络通信，能够实现车辆过路费用的自动收费功能，并通过中心控制单元311实时地上报打卡收费相关的信息。

例如，打卡收费装置3138实现自动打卡收费之后，将收费信息和打卡位置信息通过中心控制单元311和中央安全网关11上报给自动驾驶系统21。自动驾驶系统21可以记录收费信息、或者使用打卡位置信息进行自动驾驶控制，并且可以通过中央安全网关11、中心控制单元311、显示控制器控制显示装置显示打卡收费信息。自动驾驶系统21还可以通过中央安全网关11、中心控制单元311、语音控制器控制语音输出装置语音播报打卡收费信息。

另外，打卡收费装置3138实现自动打卡收费之后，将收费信息和打卡位置信息通过中心控制单元311和中央安全网关11上报给自动驾驶系统21之后，中心控制单元311可以直接通过显示控制器控制显示装置显示打卡收费信息，或者语音控制器控制语音输出装置语音播报打卡收费信息。

通过在人机交互系统31中集成打卡收费装置3138，不仅可以实现无人驾车辆的自动打卡收费，还可以通过其他交互设备313实现打卡收费信息的展示，更加丰富无人驾驶汽车的人机交互功能，提高无人驾驶系统的可运营性。

可选地，人机交互系统31还可以包括：第二交换机(也可以称为HMI交换机)，至少一个控制器和交互设备313通过第二交换机实现与中心控制单元311的网络通信连接，能够提高控制器与中心控制单元311之间的数据传输的效率，从而提高自动驾驶系统21的及时性、有效性和安全性。

进一步地，如图4所示，无人驾驶汽车的控制系统10还可以包括：车联网系统(Telematics Box，简称TBox)41。车联网系统41与中央安全网关11之间具有网络通信连接；自动驾驶系统21和人机交互系统31通过中央安全网关11实现与车联网系统41的网络通信连接。

车联网系统41用于实现自动驾驶系统21和人机交互系统31与控制系统10外部的设备之间的网络通信。

可选地，车联网系统41与中央安全网关11之间通过高速以太网进行网络。示例性地，车联网系统41与中央安全网关11之间通过高带宽、低延迟的5G网络进行网络通信。

其中，车联网系统41可以是5G TBox，中央安全网关11与5G TBox连接，实现自动驾驶系统21和人机交互系统31与外网的设备的5G网络通信，为自动驾驶系统21和人机交互系统31提供与外部网络通信的能力，能够在此基础上进一步扩展无人驾驶汽车的控制系统10的功能，提高无人驾驶汽车的无人驾驶能力和可运营性。进一步地，中央安全网关11能够对与外网通信的数据进行数据加密，保护无人驾驶汽车的数据不被泄漏，提高无人驾驶汽车的安全性和可靠性。

进一步地，自动驾驶系统21的可以包括：云代驾相机。云代驾相机用于采集车辆内部和/或周围的图像数据，并向主计算单元211或主计算单元212发送图像数据。

云代驾相机与自动驾驶系统21的主计算单元211和主计算单元212电连接。自动驾驶系统21的主计算单元211或主计算单元212通过中央安全网关11和车联网系统与云端服务器进行网络通信，向云端服务器发送图像数据，并根据云端服务器发送的驾驶操作信息，对车辆进行控制。

其中，云代驾相机所采集的图像数据，包含无人驾驶汽车的行驶状态的监控数据，根据无人驾驶汽车的行驶状态可以对无人驾驶汽车进行远程控制。

云代驾相机采集的图像数据可以传输至自动驾驶系统21的计算单元(主计算单元211或主计算单元212)，计算单元可以将云代驾相机采集的图像数据进行数据压缩，将压缩后的数据发送给云端服务器，在保证低延迟的同时，降低了网络带宽需求，提高数据传输效率，从而提高远程云代驾的及时性。云端的驾驶员可以通过云端服务器进行远程驾驶操作，并向计算单元发送驾驶操作信息，使得计算单元根据驾驶操作信息对车辆进行控制，实现无人驾驶汽车的远程云代驾的功能，从而能够实现无人驾驶汽车的真正无人化。

另外，远程的驾驶员可以在无人驾驶汽车遇到无法应用的极端情况时，及时地接管车辆，对车辆进行远程控制，实现远程云代驾功能，提高无人驾驶汽车的安全性。

需要说明的是，本公开中实现的网络通信可以是5G、4G或其他传输协议实现的高速网络通信，本实施例此处不做具体限定。

图5是本公开第二实施例提供的无人驾驶汽车的控制系统总体结构的示例图。如图5所示，无人驾驶汽车的控制系统包括中央安全网关、自动驾驶系统，人机交互系统和无人驾驶汽车的控制系统还可以包括：车联网系统(TBox)。

其中，自动驾驶系统包括：主计算单元和冗余计算单元，传感器，车载单元，第一交换机。

进一步地，传感器具体包括：感知模块和定位模块。感知模块2131包括：激光雷达、感知相机、毫米波雷达等感知传感器，以及冗余激光雷达等冗余感知传感器。

定位模块包括定位传感器和冗余定位传感器。

其中，主计算单元和冗余计算单元之间通过以太网连接。

激光雷达和冗余激光雷达，定位传感器和冗余定位传感器，均通过第一交换机实现与主计算单元和冗余计算单元的以太网连接。

感知相机通过射频连接器(FAKRA)与主计算单元和冗余计算单元连接。

毫米波雷达通过以太网或CAN总线与主计算单元和冗余计算单元连接。

车载单元通过第一交换机实现与主计算单元和冗余计算单元的以太网连接。

如图5中所示，人机交互系统包括：中心控制单元，至少一个控制器，交互设备，和第二交换机。中心控制单元与中央安全网关之间通过以太网连接，控制器通过第二交换机实现与中心控制单元的以太网连接。

其中，人机交互系统中的控制器可以包括显示控制器，交互设备包括安装在车辆内的第一显示装置，和至少一个安装在车辆外部的第二显示装置。第一显示装置通过高清多媒体接口(HDMI)方式与显示控制器连接，第二显示装置通过第二交换机实现与中心控制单元的以太网连接。

人机交互系统的控制器还包括：语音控制器，交互设备包括：音频输入装置和音频输出装置。音频输入装置与语音控制器通过双绞线连接。

音频输出装置可以包括功放单元、安装于车辆内的第一扬声器、安装于车辆外的第二扬声器。功放单元可以通过音频线与语音控制器电连接，车辆内的第一扬声器可以通过双绞线与功放单元电连接，车辆外的第二扬声器可以通过双绞线与功放单元电连接。

人机交互系统的控制器还包括：灯光控制器，交互设备还包括：灯光设备。灯光控制器可以通过异步收发传输器(UART)与中心控制单元连接，灯光设备通过CAN总线与灯光控制器连接。其中，灯光设备可以包括：车内照明灯、呼吸灯、消毒灯、车内灯带等。

人机交互系统还可以包括：人机交互系统的交互设备还可以包括：第一测温装置和/或第二测温装置，第一测温装置与中心控制单元之间具有网络通信连接，第二测温装置与中心控制单元之间具有网络通信连接。其中，第一测温装置用于检测车内人体的体温。第二测温装置用于检测车内温度和/或车外温度。

人机交互系统的交互设备还可以包括：打卡收费装置，打卡收费装置与中心控制单元之间具有网络通信连接。打卡收费装置用于实现车辆过路费用的自动收费功能。

如图5所示，车联网系统与中央安全网关之间通过高速以太网连接。自动驾驶系统和人机交互系统通过中央安全网关实现与车联网系统的网络通信。

自动驾驶系统的感知传感器还可以包括：云代驾相机。云代驾相机通过射频连接器(FAKRA)与主计算单元和冗余计算单元连接。云代驾相机用于采集车辆内部和/或周围的图像数据，并向主计算单元或冗余计算单元发送图像数据。

自动驾驶系统的主计算单元或冗余计算单元通过中央安全网关和车联网系统与云端服务器进行网络通信，向云端服务器发送图像数据，并根据云端服务器发送的驾驶操作信息，对车辆进行控制。

本公开的方案，通过使用高速以太网连接不同域(不同域实现不同的系统功能)，相比于传统的车上通信链路(如CAN总线、lin、flexray)等，可以快速传输大量数据，支持更高等级的通信需求。通过使用中央安全网关实现无人驾驶汽车控制系统内部不同系统(或模块)，以及控制系统与外部网络直接的数据传输，可以对数据进行加密保护，并且实现无关模块之间的数据隔离，满足无人驾驶汽车的信息安全要求。通过使用冗余计算单元和冗余的传感器，提高了无人驾驶汽车的自动驾驶系统的可靠性和安全性。通过使用OBU设备获取路侧智能交通数据，获取更详尽的路面信息，提高自动驾驶系统的感知能力。通过使用TBox实现与外部云端服务器的网络通信，实现云代驾功能，远程操控无人驾驶汽车，替代车上的安全员，确保无人驾驶汽车处于非自动驾驶状态时车内乘客和车外行人的绝对安全，并且云端驾驶员一个人可以为很多辆车服务，也降低了安全员成本。

本公开还提供一种无人驾驶汽车，包括：车辆主体和上述任一实施例提供的无人驾驶汽车的控制系统。

本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取，存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务("Virtual Private Server"，或简称"VPS")中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。服务器也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (15)

1.一种无人驾驶汽车的控制系统，包括：中央安全网关、自动驾驶系统和人机交互系统；所述自动驾驶系统和所述人机交互系统为按照所述控制系统中各系统的功能以及安全要求等级划分的；所述中央安全网关用于实现所述自动驾驶系统与所述人机交互系统之间的安全网络通信和数据隔离；

所述自动驾驶系统和所述人机交互系统位于两个不同的域中，所述自动驾驶系统所在的域的安全等级高于所述人机交互系统所在的域；

所述人机交互系统包括中心控制单元、交互设备和至少一个控制器，所述中心控制单元与中央安全网关之间具有网络通信连接；所述交互设备包括：第一测温装置和/或第二测温装置，所述第一测温装置与所述中心控制单元之间具有网络通信连接，所述第二测温装置与所述中心控制单元之间具有网络通信连接；

所述第一测温装置用于检测车内人体的体温；

所述第二测温装置用于检测车内温度和/或车外温度；

其中，所述至少一个控制器与所述中心控制单元之间具有网络通信连接；

所述中心控制单元为不同控制器之间进行通信的中转站，不同的控制器之间经由所述中心控制单元进行通信；

所述至少一个控制器包括：显示控制器，所述交互设备包括安装在所述无人驾驶汽车内的第一显示装置和至少一个安装在所述无人驾驶汽车外部的第二显示装置，不同的第二显示装置用于显示不同的信息；

所述显示控制器与所述第一显示装置电连接，所述显示控制器用于控制所述第一显示装置进行信息展示；

所述中心控制单元与所述第二显示装置之间具有网络通信连接，所述中心控制单元还用于控制所述第二显示装置进行信息展示。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述自动驾驶系统包括：

主计算单元和冗余计算单元，所述主计算单元和冗余计算单元均与所述中央安全网关之间具有网络通信连接，所述主计算单元和冗余计算单元通过中央安全网关与所述人机交互系统进行网络通信；

所述主计算单元用于控制所述无人驾驶汽车的行驶；

所述冗余计算单元用于检测所述主计算单元是否异常，并在确定所述主计算单元存在异常时，控制所述无人驾驶汽车的行驶。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述冗余计算单元还用于：

在确定所述主计算单元存在异常时，根据所述无人驾驶汽车的行驶状态，控制所述无人驾驶汽车的靠边停车或紧急制动。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述自动驾驶系统还包括：多种类型的传感器；

其中，至少一种类型的传感器包括主传感器和冗余传感器，每一所述传感器与所述主计算单元和冗余计算单元连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述多种类型的传感器，包括：

感知传感器和冗余感知传感器，定位传感器和冗余定位传感器；

所述感知传感器和冗余感知传感器，以及所述定位传感器和冗余定位传感器，均通过以太网与所述主计算单元和冗余计算单元连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述自动驾驶系统还包括第一交换机；

所述多种类型的传感器通过所述第一交换机实现与所述主计算单元和冗余计算单元之间的以太网通信连接。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述感知传感器，还包括：

感知相机和毫米波雷达；

其中，所述感知相机通过射频连接器与所述主计算单元和冗余计算单元连接，所述毫米波雷达通过以太网或CAN总线与所述主计算单元和冗余计算单元连接。

8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述自动驾驶系统还包括：

车载单元，所述车载单元通过以太网与所述主计算单元和冗余计算单元连接；

所述车载单元用于获取路侧交通信息。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个控制器包括：语音控制器，所述交互设备还包括：音频输入装置和音频输出装置；

所述音频输入装置和所述音频输出装置均与所述语音控制器电连接；

其中，所述音频输出装置包括功放单元、安装于所述无人驾驶汽车内的第一扬声器、安装于所述无人驾驶汽车外的第二扬声器；

所述功放单元与所述语音控制器电连接，所述第一扬声器和第二扬声器分别与所述功放单元电连接。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个控制器包括：灯光控制器，所述交互设备还包括：灯光设备；

所述灯光设备通过CAN总线与所述灯光控制器连接；

所述灯光设备包括以下至少一种：

车内照明灯、呼吸灯、消毒灯、车内灯带。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述交互设备还包括：打卡收费装置，所述打卡收费装置与所述中心控制单元之间具有网络通信连接；

所述打卡收费装置用于实现无人驾驶汽车过路费用的自动收费功能。

12.根据权利要求1-10中任一项所述的系统，其中，所述人机交互系统还包括：第二交换机，

所述至少一个控制器和交互设备通过所述第二交换机实现与所述中心控制单元的网络通信连接。

13.根据权利要求1-10中任一项所述的系统，还包括：车联网系统，

所述车联网系统与所述中央安全网关之间具有网络通信连接；

所述自动驾驶系统和所述人机交互系统通过所述中央安全网关实现与所述车联网系统的网络通信连接；

所述车联网系统用于实现所述自动驾驶系统和所述人机交互系统与所述控制系统外部的设备之间的网络通信。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述自动驾驶系统还包括：

云代驾相机，所述云代驾相机与所述自动驾驶系统的主计算单元和冗余计算单元电连接，所述云代驾相机用于采集无人驾驶汽车内部和/或周围的图像数据，并向所述主计算单元或冗余计算单元发送所述图像数据；

所述自动驾驶系统的主计算单元或冗余计算单元通过所述中央安全网关和所述车联网系统与云端服务器进行网络通信，向所述云端服务器发送所述图像数据，并根据所述云端服务器发送的驾驶操作信息，对所述无人驾驶汽车进行控制。

15.一种无人驾驶汽车，包括：车辆主体和权利要求1-14任一项所述的无人驾驶汽车的控制系统。

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