CN113721503A - 一种车载计算平台、无人驾驶系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种车载计算平台、无人驾驶系统及车辆，属于无人驾驶技术领域，具体包括接口模块、处理模块、交换模块和控制模块。接口模块，用于与外部的传感器模块通信连接以获取车辆所在的环境信息；处理模块，至少包括两个，其中一个为主处理模块，其余为备份处理模块，用于接收车辆所在的环境信息，并对车辆进行定位、预测和规划的决策；交换模块，用于在处理模块与控制模块之间进行数据交换；控制模块，用于通过交换模块接收处理模块的决策并生成控制命令，控制命令用于对车辆进行控制。通过本申请的处理方案，提高了车载计算平台的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及无人驾驶技术领域，尤其涉及一种车载计算平台、无人驾驶系统及车辆。
背景技术
随着科学技术的发展以及自动化程度的提高,无人驾驶车辆得到了快速的发展。无人驾驶车辆是通过车载传感系统感知道路环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而实现自动规划行车路线并控制车辆安全、可靠的到达预定目标的智能汽车。
目前的车载计算平台多数是X86架构的工控机加一块PCIE接入板卡搭建，这种工控机方案或其他单芯片方案缺少硬件冗余设计，容易出现单芯片故障导致系统失效，不能保证系统的安全性能。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种车载计算平台、无人驾驶系统及车辆，至少部分解决现有技术中存在的问题。
本申请实施例提供一种车载计算平台，包括接口模块、处理模块、交换模块和控制模块，
所述接口模块，用于与外部的传感器模块通信连接以获取车辆所在的环境信息；
所述处理模块，至少包括两个，其中一个为主处理模块，其余为备份处理模块，用于接收所述车辆所在的环境信息，并对车辆进行定位、预测和规划的决策；
所述交换模块，用于在所述处理模块与所述控制模块之间进行数据交换；
所述控制模块，用于通过所述交换模块接收所述处理模块的所述决策并生成控制命令，所述控制命令用于对车辆进行控制。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述控制模块还通过监控通道监控所述处理模块的运行状态。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述处理模块包括系统级芯片，所述系统级芯片内包括CPU和GPU。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述主处理模块中的系统级芯片和所述备份处理模块中的系统级芯片互为备份，分别运行不同的算法。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述控制模块采用车规级MCU。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述处理模块和所述交换模块、所述交换模块和所述控制模块之间均采用以太网标准协议进行通讯。
第二方面，本申请实施例还提供一种无人驾驶系统，所述系统包括如上述第一方面任一实施例所述的车载计算平台，以及传感器模块和执行模块，
所述传感器模块通过所述接口模块与所述车载计算平台通讯连接，用于采集车辆所在的环境信息；
所述执行模块通过CAN总线与所述车载计算平台进行通讯连接，用于根据所述车载计算平台控制命令执行相应的动作。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述传感器模块中的传感器包括相机、激光雷达、毫米波雷达和GPS传感器中的一种或几种，所述接口模块中的接口包括GMSL接口、以太网接口、CAN接口、RS232接口和RS422接口中的一种或几种。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述相机通过所述接口模块将相关数据信息分别传送至所述主处理模块和备份处理模块，所述激光雷达通过所述接口模块经过所述交换模块将相关数据信息分别传送至所述主处理模块和备份处理模块，所述毫米波雷达通过所述接口模块依次经过所述控制模块和所述交换模块将相关数据信息分别传送至所述主处理模块和备份处理模块，所述GPS传感器通过所述接口模块依次经过所述控制模块和所述交换模块将相关数据信息分别传送至所述主处理模块和备份处理模块。
第三方面，本申请实施例还提供一种无人驾驶车辆，所述无人驾驶车辆包括上述第二方面任一实施例所述的无人驾驶系统。
有益效果
本申请实施例中的车载计算平台、无人驾驶系统及车辆，本申请通过设置冗余备份的处理模块,并运行不同的算法给出相同的控制策略，可以有效避免单芯片故障引起系统失效。并且采用高可靠MCU芯片做系统监控，并承担控制算法，可以实时监控系统状态，即使整个算力系统异常，MCU上的控制算法也会执行基本的安全策略，提高了系统的安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
图1为现有技术的车载计算平台的结构图；
图2为根据本发明一实施例的车载计算平台的结构图；
图3为根据本发明一实施例的无人驾驶系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
现有技术的车载计算平台多数是X86架构的工控机加一块PCIE接入板卡搭建，具体的原理图参照图1所示，一块由FPGA芯片设计的接入单板将各种传感器数据统一接入，并做数据预处理，通过PCIE通道注入GPU做各种算法处理，CPU直接控制车辆，通过CAN总线将控制命令注入车辆线控。但是，此种车载计算平台由于缺少硬件冗余设计，当某个芯片出现故障时，可能导致整个系统失效而无法正常运行，安全性能无法保证。
本申请实施例提供了一种车载计算平台，其结构图参照图2，包括接口模块、处理模块、交换模块和控制模块。
接口模块的一端与外部的传感器模块通信连接，另一端分别与处理模块、交换模块和控制模块通信连接，用于与外部的传感器模块通信连接以获取车辆所在的环境信息，并传输给处理模块、交换模块和控制模块。处理模块，至少包括两个，其中一个为主处理模块，其余为备份处理模块，用于接收车辆所在的环境信息，并对车辆进行定位、预测和规划的决策。主处理模块和备份处理模块的一端分别与接口模块通信连接，另一端分别与交换模块通信连接，对接收到的数据信息包括车辆所在的环境信息，进行处理，处理的流程包括对车辆的感知、定位、预测和规划，并最终得到对车辆反应动作的决策，并将得到的决策传输至交换模块。交换模块，一端与处理模块通信连接，另一端与控制模块通信连接，用于在处理模块与控制模块之间进行数据交换。控制模块，用于通过交换模块接收处理模块的决策并生成控制命令，控制命令用于对车辆进行控制。
其中，主处理模块和备份处理模块均包括系统级芯片，系统级芯片内包括CPU和GPU，主处理模块中的系统级芯片和备份处理模块中的系统级芯片互为备份，分别运行不同的算法，得到相同的决策。备份处理模块还可以根据需要设置为多个，用作备份，当其中一个故障后用作替换。
进一步的，控制模块还可通过监控通道对处理模块进行监控，当其中一个处理模块出现异常时，可立即切换到另一个处理模块，提高了车载计算平台的可靠性。
更为具体的，系统级芯片可采用Xavier芯片，交换模块可以采用Switch芯片，控制模块采用车规级MCU，高可靠的MCU芯片用做平台的监控，以及承担生成控制命令的算法，可以实时监控系统状态，即使整个算力系统异常，MCU上的控制算法也会执行基本的安全策略，如整个处理模块异常时，MCU(安全岛)要控制安全停车，具有可靠的安全性。
进一步的，处理模块和交换模块、交换模块和控制模块之间均采用以太网标准协议进行通讯，例如，交换模块可以通过以太网协议将处理模块的决策结果转发至控制模块，控制模块可以通过以太网协议将接收到的接口模块的数据信息转发至处理模块。
第二方面，本申请实施例还提供一种无人驾驶系统，系统包括如上述第一方面任一实施例的车载计算平台，以及传感器模块和执行模块，具体结构参照图3。
传感器模块通过接口模块与车载计算平台通讯连接，用于采集车辆所在的环境信息；执行模块通过CAN总线与车载计算平台进行通讯连接，用于根据车载计算平台控制命令执行相应的动作。
其中，传感器模块中的传感器包括相机、激光雷达、毫米波雷达和GPS传感器中的一种或几种，接口模块中的接口包括GMSL接口、以太网接口、CAN接口、RS232接口和RS422中的一种或几种，执行模块为车辆线控，用于接收车载计算平台的控制命令，并根据控制命令控制车辆做出相应的动作。
进一步的，传感器数据可以通过不同的通道分别输入到主处理模块的系统级芯片(图3中的Xavier-A)和备份处理模块的系统级芯片(图3中的Xavier-B)，相机(Cam)通过GMSL接口将相关数据信息分别传送至主处理模块和备份处理模块，激光雷达(Lidar)通过以太网接口经过交换模块将相关数据信息分别传送至主处理模块和备份处理模块，毫米波雷达(Radar)通过CAN接口依次经过控制模块和交换模块将相关数据信息分别传送至主处理模块和备份处理模块，GPS传感器(GPS)通过RS232接口依次经过控制模块和交换模块将相关数据信息分别传送至主处理模块和备份处理模块。需要解释的是，与各传感器连接的接口可根据实际情况具体选择，并不局限于本实施例所列举的，例如，GPS传感器还可通过以太网接口或CAN接口等进行数据传输。
具体的，传感器数据流的传输可参照图3中与各个传感器连接的实线和虚线，激光雷达、毫米波雷达和GPS传感器的相关数据信息均在交换模块(Switch)进行分流，分别传送至主处理模块(Xavier-A)和备份处理模块(Xavier-B)进行处理，具体的，各传感器数据分别传送至Xavier-A和Xavier-B内的GPU进行数据处理，并分别由Xavier-A和Xavier-B内的CPU生成控制命令，分别给出对车辆的决策，经过交换模块传输至控制模块(MCU)，并由控制模块监测主处理模块和备份处理模块是否异常。若监测到主处理模块(Xavier-A)和备份处理模块(Xavier-B均为正常工作，则控制模块根据主处理模块和备份处理模块中的一个输出的决策做出相应的控制命令，控制命令通过CAN总线传输给执行模块，具体的，可传输给车辆线控，执行模块根据控制命令做出相应的动作；若控制模块监测到其中一个处理模块出现异常，则立即控制处理模块并切换至另外一个处理模块进行数据处理；若监测到两个处理模块均出现异常，则控制模块发出控制命令进行安全停车。也即，控制模块即承担控制算法也承担系统监控的工作。
在上述实施例中，处理模块、控制模块和交换模块之间通过以太网协议进行通讯。
需要解释的是，传感器模块中的传感器并不局限于本实施例中所列举的，还可以包括其他类别的传感器，可根据实际需要进行调整，以及与传感器相连的接口也可根据传感器类型的不同进行适应性调整，以及由于接口不同可选择性的与控制模块、交换模块或处理模块进行直接通讯，最终将相应的数据信息分别传输至处理模块进行处理。
本实施例的无人驾驶系统从数据处理角度上两片系统级芯片(Xavier)互为同质备份，从功能安全的角度上两片系统级芯片(Xavier)和MCU设计成异质备份，提高了产品的可靠性。
第三方面，本申请实施例还提供一种无人驾驶车辆，无人驾驶车辆包括上述第二方面任一实施例的无人驾驶系统，无人驾驶系统输出控制命令控制车辆进行相应的动作，其基于由至少两个处理模块和一个车规级MCU构成的控制模块，通过交换模块(Switch芯片)搭建的车载计算平台，当一个系统级芯片异常时，另一个立即切换，大大提高了系统的安全性和可靠性。
本申请提供的实施例，针对现有车载计算平台缺少硬件冗余设计，安全性低的问题，发明了一种车载计算平台、无人驾驶系统和车辆，通过设置冗余备份的处理模块以及控制模块，通过交换模块搭建了异构车载平台，可以有效避免因单芯故障引起的系统失效；并且高可靠的MCU芯片做控制模块，既可以承担控制算法也可以实时监控系统是否异常，即使整个算力系统异常，MCU上的控制算法也会执行基本的安全策略，提高了整个系统的安全性和可靠性。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种车载计算平台，其特征在于，包括接口模块、处理模块、交换模块和控制模块，
所述接口模块，用于与外部的传感器模块通信连接以获取车辆所在的环境信息；
所述处理模块，至少包括两个，其中一个为主处理模块，其余为备份处理模块，用于接收所述车辆所在的环境信息，并对车辆进行定位、预测和规划的决策；
所述交换模块，用于在所述处理模块与所述控制模块之间进行数据交换；
所述控制模块，用于通过所述交换模块接收所述处理模块的所述决策并生成控制命令，所述控制命令用于对车辆进行控制。
2.根据权利要求1所述的车载计算平台，其特征在于，所述控制模块还通过监控通道监控所述处理模块的运行状态。
3.根据权利要求1所述的车载计算平台，其特征在于，所述处理模块包括系统级芯片，所述系统级芯片内包括CPU和GPU。
4.根据权利要求4所述的车载计算平台，其特征在于，所述主处理模块中的系统级芯片和所述备份处理模块中的系统级芯片互为备份，分别运行不同的算法。
5.根据权利要求1-4任一项所述的车载计算平台，其特征在于，所述控制模块采用车规级MCU。
6.根据权利要求1-4任一项所述的车载计算平台，其特征在于，所述处理模块和所述交换模块、所述交换模块和所述控制模块之间均采用以太网标准协议进行通讯。
7.一种无人驾驶系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1-6任一项所述的车载计算平台，以及传感器模块和执行模块，
所述传感器模块通过所述接口模块与所述车载计算平台通讯连接，用于采集车辆所在的环境信息；
所述执行模块通过CAN总线与所述车载计算平台进行通讯连接，用于根据所述车载计算平台控制命令执行相应的动作。
8.根据权利要求7所述的无人驾驶系统，其特征在于，所述传感器模块中的传感器包括相机、激光雷达、毫米波雷达和GPS传感器中的一种或几种，所述接口模块中的接口包括GMSL接口、以太网接口、CAN接口、RS232接口和RS422接口中的一种或几种。
9.根据权利要求8所述的无人驾驶系统，其特征在于，所述相机通过所述接口模块将相关数据信息分别传送至所述主处理模块和备份处理模块，所述激光雷达通过所述接口模块经过所述交换模块将相关数据信息分别传送至所述主处理模块和备份处理模块，所述毫米波雷达通过所述接口模块依次经过所述控制模块和所述交换模块将相关数据信息分别传送至所述主处理模块和备份处理模块，所述GPS传感器通过所述接口模块依次经过所述控制模块和所述交换模块将相关数据信息分别传送至所述主处理模块和备份处理模块。
10.一种无人驾驶车辆，其特征在于，所述无人驾驶车辆包括权利要求7-9任一项所述的无人驾驶系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211130 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |