CN114488907A - 一种工程机械域控制器、工程机械控制系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种工程机械域控制器、工程机械控制系统及工程机械，其中工程机械域控制器包括控制模块、第一类传感器接口、驾驶控制接口、作业控制接口、第二类传感器接口、通信天线接口、定位天线接口和总线通信接口；第一类传感器接口与控制处理单元连接，适于连接第一类传感器，第一类传感器生成模拟数据；驾驶控制接口和作业控制接口均与控制处理单元连接；第二类传感器接口与计算单元连接，适于连接第二类传感器，第二类传感器生成图像数据和点云数据；通信天线接口与通信单元连接；定位天线接口与组合定位单元连接；总线通信接口与控制处理单元连接。由此可以解决目前的域控制器无法赋能工程机械设备实现无人作业功能的问题。

Description

一种工程机械域控制器、工程机械控制系统及工程机械

技术领域

本发明涉及机械控制技术领域，具体涉及一种工程机械域控制器、工程机械控制系统及工程机械。

背景技术

工程机械的智能网联化发展趋势正在使无人作业变得可能。对于集卡、叉车、装载机、挖掘机、压路机、摊铺机等工程机械设备来说，广义的无人作业涵盖了无人驾驶与狭义的无人作业两个概念，工程机械设备要实现广义的无人作业功能需要无人驾驶和狭义的无人作业间相互配合才行。

在乘用车领域，对无人驾驶技术的研究比较多，主要由域控制器系统实现车辆的无人驾驶功能。专利申请CN111398988A公开了一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器系统，该系统包括主控制器、POE网络交换机、无线通信、组合导航和电源模块。主控制器模块用于数据传输和智能网联汽车功能服务程序计算，支持USB、Ethernet、HDMI、PCIE、GPIO、UART、CAN等接口，其中多路CAN接口分别用于雷达数据采集，以及与线控底盘系统进行交互；POE网络交换机模块用于Ethernet接口传感器的数据交换和电源供应；无线通信模块用于与其他车辆、服务器及路侧设备通信；组合导航模块用于获取主车位置及姿态；电源模块用于低功耗传感器电源供应。专利申请CN112407104A公开了一种底盘域控制器系统及汽车，其包括底盘域控制器，分别通过网络总线或硬线连接所述底盘域控制器的至少一个执行装置、至少一个传感器和至少一个开关，所述底盘域控制器用于根据接收的所述传感器采集的信号、开关信号及协同域控制器发送的请求指令，结合车辆的底盘及车身零件特性固有参数，进行车辆动力学运算、子零件功能仲裁和智能驾驶辅助协调，生成执行控制指令，控制所述执行装置执行相应的操作，并将车辆运动状态反馈到网络总线。

在工程机械领域，对于如何利用域控制器实现上述广义的无人作业还没有统一清晰的认识，主要还是借用乘用车领域中的相关概念。但是，工程机械因为行业特殊对域控制器的要求与乘用车并不一致，因此乘用车领域的域控制器无法赋能工程机械设备实现上述广义的无人作业功能。

发明内容

因此，本发明实施例提供了一种工程机械域控制器、工程机械控制系统及工程机械，以解决目前乘用车领域的域控制器无法赋能工程机械设备实现上述广义的无人作业功能的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种工程机械域控制器，包括控制模块、第一类传感器接口、驾驶控制接口、作业控制接口、第二类传感器接口、通信天线接口、定位天线接口和总线通信接口；所述第一类传感器接口与所述控制处理单元连接，适于连接第一类传感器，所述第一类传感器生成模拟数据；所述驾驶控制接口与所述控制处理单元连接；所述作业控制接口与所述控制处理单元连接；所述第二类传感器接口与所述计算单元连接，适于连接第二类传感器，所述第二类传感器生成图像数据和点云数据；所述通信天线接口与所述通信单元连接；所述定位天线接口与所述组合定位单元连接；所述总线通信接口与所述控制处理单元连接。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述第一类传感器接口为模/数转换器。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述第二类传感器接口为以太网物理层PHY和FPD-LINK。

结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，所述总线通信接口包括以下中的一种或多种：CAN、CANFD、LIN。

结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，所述第一类传感器包括以下中的一种或多种：关节力传感器、倾角传感器、压力传感器、陀螺仪；和/或，所述第二类传感器包括以下中的一种或多种：摄像装置、激光雷达、红外传感器。

结合第一方面至第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述计算单元包括交换机、规划决策处理子单元和感知融合处理子单元；所述交换机的第一端与所述控制处理单元连接，第二端与所述规划决策处理子单元连接，第三端与所述感知融合处理子单元连接；所述规划决策处理子单元还与所述通信单元连接；所述感知融合处理子单元还与所述组合定位单元连接。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述第二类传感器接口包括图像数据接口和点云数据接口；所述图像数据接口与所述感知融合处理子单元连接；所述点云数据接口与所述交换机连接。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第七实施方式中，工程机械域控制器还包括第一控制驱动电路和第二控制驱动电路；所述第一控制驱动电路的第一端与所述控制处理单元连接，第二端与所述驾驶控制接口连接；所述第二控制驱动电路的第一端与所述控制处理单元连接，第二端与所述驾驶控制接口连接。

根据第二方面，本发明实施例还提供了一种工程机械控制系统，包括整车控制器、液压驱动器、第一类传感器、第二类传感器、通信天线、定位天线及第一方面或第一方面任一实施方式所述工程机械域控制器；所述整车控制器与所述总线通信接口和驾驶控制接口连接，或所述整车控制器与所述工程机械域控制器的总线通信接口、驾驶控制接口和作业控制接口连接；所述液压驱动器与所述作业控制接口连接；所述第一类传感器与所述工程机械域控制器的第一类传感器接口连接；所述第二类传感器与所述工程机械域控制器的第二类传感器接口连接；所述通信天线与所述工程机械域控制器的通信天线接口连接；所述定位天线与所述工程机械域控制器的定位天线接口连接。

根据第三方面，本发明实施例还提供了一种工程机械，包括上述的工程机械控制系统。

本发明的技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的工程机械域控制器，将控制模块分为计算单元、控制处理单元、通信单元和组合定位单元，其中所述通信单元、所述组合定位单元和所述控制处理单元均与所述计算单元连接；所述第一类传感器接口与所述控制处理单元连接，适于连接第一类传感器，所述第一类传感器生成输出模拟信号数据(如关节力传感器、倾角传感器和压力传感器生成的均为模拟信号数据)；第二类传感器接口与所述计算单元连接，适于连接第二类传感器，所述第二类传感器生成输出数字信号数据(如摄像装置输出的图像数据、激光雷达输出的点云数据、红外传感器输出的数据均为庞大的数字信号数据)；同时通过总线通信接口可以获取整机设备状态信息(例如速度、加速度、电量、负载等)，通过通信天线接口可以获取补偿信息，通过定位天线接口可以获取定位天线数据；由此使得工程机械域控制器不仅可以接收无人驾驶或无人作业需要的数字信号数据、设备状态信息、补偿信息和定位天线数据，而且还可以接收无人作业需要的模拟信号数据；在工程机械域控制器中可以根据获取的上述数据进行感知融合、决策规划、控制执行按照既定逻辑进行所需要的计算处理，以实现工程机械设备广义上的无人作业功能。

在感知环节，基于计算单元和控制处理单元不同的计算能力，可以将不同的信息获取接口(包括第一类传感器接口、第二类传感器接口、通信天线接口、定位天线接口和总线通信接口)与控制模块中不同的单元(包括计算单元和控制处理单元)连接，由此使得域控制器的设计不需要考虑冗余，可以降低域控制器的成本。

在执行环节，因为自动驾驶和自动作业执行机构的执行方式并不相同，所以将自动驾驶信息和自动作业信息分别发送至自动驾驶接口和自动作业接口，使得域控制器可以满足液压控制的要求。

进一步的，本发明实施例将通信、计算、定位、控制等功能集成在一个域控制器里面，可以通过内部高速总线有效控制不同模块之间的信号传输延迟(延迟可控、可预测)，还可以对不同模块进行状态监测，提升整个系统的安全性。同时，多个功能模块集成在一个控制器内部，有大量的外围电路和计算单元可以进行复用以及集成(例如电源转换的芯片、外围存储的芯片、进行处理和通信的芯片等)，这样可以大大减低整个控制器以及系统的成本。

更进一步的，本发明实施例提供的工程机械域控制器既拥有本地计算能力，即可以离线完成无人驾驶以及无人作业功能，又可以通过通信单元与云服务器进行数据通信，根据场景扩展计算能力。

多种类传感器接口(例如摄像装置、超声波、激光雷达)兼容，支持摄像装置原始图像数据通过GMSL/FPD-LINK接入，支持超声波雷达数据通过LIN总线接入，支持激光雷达点云的数据通过以太网接入、支持毫米波雷达数据通过CAN/CAN-FD接入等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为工程机械域控制器一具体实施方式的结构示意图；

图2为工程机械域控制器另一具体实施方式的结构示意图；

图3为工程机械控制系统的硬件框图；

附图标记说明：

010、总线通信接口；020、驾驶控制接口；030、作业控制接口；040、第一类传感器接口；050、通信天线接口；060、第一控制驱动电路；070、第二控制驱动电路；080、控制处理单元；090、交换机；100、计算单元；101、规划决策处理子单元；102、感知融合处理子单元；110、通信单元；120、组合定位单元；130、激光雷达接口、140、摄像装置接口；150、定位天线接口；160、第二类传感器接口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，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发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

目前工程机械设备还没有专用的无人作业域控制器(如果没有特别说明，下文提到的工程机械设备域控制器皆指无人作业域控制器)，经过研究发现，如果沿用乘用车领域的自动驾驶域控制器(如果没有特别说明，下文提到的乘用车域控制器皆指自动驾驶域控制器)实现工程机械广义上的无人作业，主要存在以下几个方面的缺陷：

1、在感知环节工程机械需要用到一些无人作业特有的传感器，例如倾角传感器、压力传感器、红外传感器等，而这类传感器在乘用车中一般是不需要的，自然在乘用车的自动驾驶域控制器中不会预留此类传感器的接口。

2、在执行环节，乘用车的执行机构一般是线控电动装置，而工程机械无人作业的执行机构现在还有采用液压装置的，这就要求域控制器能够输出供这些液压装置接收使用的信号。

3、乘用车对功能安全最为关注，要求自动驾驶域控制器具备冗余，采用造价昂贵的高性能芯片作为主控制芯片，不需要考虑计算能力是否满足数据处理需求的问题。而工程机械设备对价格较为敏感，一般不采用造价昂贵的高性能芯片，所以如何来分配计算处理任务是设计工程机械域控制器时需要考虑的。

基于上述分析，本发明实施例提供了一种工程机械域控制器，如图1所示的工程机械域控制器包括控制模块、第一类传感器接口040、驾驶控制接口020、作业控制接口030、第二类传感器接口160、通信天线接口050、定位天线接口150和总线通信接口010；其中，所述第一类传感器接口040与所述控制处理单元080连接，适于连接第一类传感器，所述第一类传感器输出模拟信号数据；所述驾驶控制接口020与所述控制处理单元080连接；所述作业控制接口030与所述控制处理单元080连接；所述第二类传感器接口160与所述计算单元100连接，适于连接第二类传感器，所述第二类传感器输出数字信号数据；所述通信天线接口050与所述通信单元110连接；所述定位天线接口150与所述组合定位单元120连接；所述总线通信接口010与所述控制处理单元080连接。

所述工程机械域控制器可以应用在集卡、自卸车、重卡、叉车、装载机、挖掘机、压路机、摊铺机等工程机械设备上，与工程机械设备上的其他部件协同配合用来实现包括行驶、泊车、避障、挖掘、填埋、装货、卸载、摊压等广义的无人作业功能。具体的，所述第一类传感器的输入输出信号为模拟信号，该第一类传感器可以包括以下中的一种或多种：关节力传感器、倾角传感器、压力传感器、陀螺仪等。其中关节力传感器、倾角传感器、压力传感器等一般完成自动驾驶功能无需用到。所述第二类传感器的输入输出信号为数字信号，该第二类传感器可以包括以下中的一种或多种：摄像装置、激光雷达、红外传感器等。

其中，计算单元100的主要作用为：对数据进行感知融合处理；对周边环境、作业场景、设备状态等信息融合之后，制定驾驶或作业策略，最终发出控制命令。计算单元100的计算处理任务相对来说较为复杂繁重，对其算力有一定要求，芯片的价格随着算力提升而增长，工程机械行业当前发展现状决定域控制器成本不能太高，故计算单元100的算力一般在2000TOPS以下。该计算单元100可以是美国德州仪器TI芯片TDA4VM的CPU、以色列Mobileye公司EyeQ系列芯片的CPU、日本瑞萨R-CAR芯片R-CAR H3的CPU、中国地平线公司征程系列芯片的CPU等。

控制处理单元080的主要作用为：通信协议转换(CAN、以太网、LIN等)、AD转换(传感器输入)、DA转换(控制驱动)等的不同类型信号之间的转换。控制处理单元080可以是美国德州仪器TI芯片TDA4VM的MCU、以色列Mobileye公司EyeQ系列芯片的MCU、日本瑞萨R-CAR芯片R-CAR H3的MCU、中国地平线公司征程系列芯片的MCU等。

计算单元100与控制处理单元080在硬件上通常作为独立单元分布在同一个板卡上，在一些示例中也可以分布在不同电路板上，通信连接。

组合定位单元120的主要作用为：接收定位天线数据，组合定位单元120可以为由至少包括RTK和IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)两部分组合在一起的集成定位模块。

优选的，集成定位模块的RTK和IMU可以分别直接与计算单元100连接，与计算单元100进行数据交互，由计算单元100提供计算处理完成定位模块在数据层面的融合。在一些示例中，作为替代，集成定位模块可以是内部封装好后再与计算单元100连接，数据层面的融合由定位模块自己完成，集成定位模块作为一个整体向计算单元100传输数据，比如中国易成自动驾驶有限公司的EC-MU101组合定位单元120、中国北云科技有限公司的X2车规级组合导航定位单元、中国华大北斗公司的TAU1312AD定位单元。

通信单元110的主要作用为：进行无线通信，通信方式包括但不限于5G/4G网络通信、Wi-Fi通信、卫星通信，与云端服务器进行通信，可以将设备相关状态以及信息上传到云端服务，请求云端服务器协助计算处理，也可以通过云端服务器下载数据，对控制器进行OTA软件升级；与附近的设备通信，可以接收其他设备的状态，协同完成作业任务。控制模块的通信单元110可以为5G模组、Wi-Fi模组、蓝牙模组等。

通信单元110需要承担RTK(Real-time kinematic，实时动态)定位差分信息(主要是补偿信息)及域控制器与云服务平台实时信息交互。需要说明的是，工程机械工作场景复杂，无人作业对定位精度要求很高，仅仅采用组合定位单元120很难满足需求。因为定位天线接收到的是卫星发出来的位置信息，相对误差比较大，误差单位是米级别；因此还需要通过通信单元110接收补偿信息，利用补偿信息进行进一步计算之后可以定位精度使到达厘米级别。

另外，通信单元110对通信时延及传输速率有要求，同时工程机械设备域控制器应用场景时常变换，不适合建设自有网络，因此选择当前最先进的5G网络模组，同时向下兼容4G/3G。具体的，通信单元110可以是中国广和通公司的FG-150型号通信模组、中国中兴通讯公司ZM9200型号通讯模组、中国高新兴公司GM860型号模组。

通信单元110与控制处理单元080在硬件上通常分布在不同板卡上，通信连接。

驾驶控制接口020的主要作用为：连接控制模块的控制处理单元080与线控电动执行装置，在控制处理单元080与线控电动执行装置之间传输数字信号，控制工程机械设备的线控电动执行装置，以达到无人驾驶的目的。该驾驶控制接口020是数字信号输入输出接口，可以是CAN收发器。具体的，该CAN收发器可以是中国致远电子公司的CTM1051系列收发器、美国德州仪器公司的TCAN1043A-Q1收发器、恩智浦公司的TJA146x收发器。

作业控制接口030的主要作用为：连接控制模块的控制处理单元080与液压执行装置，在控制处理单元080与液压执行装置之间传输模拟信号，这些信号的电压值可调，通过这些电压可以直接控制液压执行装置，以达到狭义无人作业的目的。该作业控制接口030是模拟信号输入输出接口，可以是DAC转换器。具体的，该DAC转换器可以是美国德州仪器的TLV5636ID、深圳市硅宇电子有限公司的DAC0832。

通信天线接口050的主要作用为：通信模块的外置天线，通过天线与服务器、基站及其他设备进行无线通信。具体的，该通信天线接口050为5G模组天线连接器，可以是TEConnectivity公司生产的2291392-1(CODE-Z，万能型)连接器。

定位天线接口150的主要作用为：通过天线与定位基站无线通信，获取定位信息。具体的，该通信天线接口050为5G模组天线连接器。具体的，该定位天线接口150为天线连接器，可以是TE Connectivity公司生产的2291392-1(CODE-Z，万能型)连接器。

总线通信接口010的作用主要为：域控制器与工程机械设备整机总线网络通信的接口，其中包括但不限于CAN、CANFD、LIN等通用接口，可以通过总线接口与整机的其他控制器进行通信，例如动力域控制器、娱乐信息域控制器、整机状态控制器。通过总线可以接收数据，也可以发送控制指令。总线通信接口010与整机其他相关ECU进行数据交互，可以通过发送控制指令的方式控制设备，也接收这些ECU(此处的ECU与汽车电子领域的ECU含义相同，指工程机械设备内的电子控制单元)反馈的信息，对整机状态进行监控。在一些示例中，总线通信接口010也可与超声波雷达或者毫米波雷达等具有总线通信的传感器相连。具体的，LIN收发器连接超声波雷达与域控制器的控制处理单元080，可以是美国德州仪器的TLIN2021A-Q1；CANFD收发器连接毫米波雷达与控制处理单元080，可以是恩智浦公司的TJA146x收发器；CAN收发器连接控制处理单元080与整机的其他控制器，可以是美国德州仪器公司的TCAN1043A-Q1收发器。

在本发明实施例1中，本发明实施例提供的工程机械域控制器，将控制模块分为计算单元100、控制处理单元080、通信单元110和组合定位单元120，其中所述通信单元110、所述组合定位单元120和所述控制处理单元080均与所述计算单元100连接；所述第一类传感器接口040与所述控制处理单元080连接，适于连接第一类传感器，所述第一类传感器生成输出模拟信号数据(如关节力传感器、倾角传感器和压力传感器生成的即为模拟信号数据)；第二类传感器接口160与所述计算单元100连接，适于连接第二类传感器，所述第二类传感器生成输出数字信号数据(如摄像装置输出的图像数据、激光雷达输出的点云数据、红外传感器输出的数据都为庞大的数字信号数据)；同时通过总线通信接口010可以获取整机设备状态信息(例如速度、加速度、电量、负载等)，通过通信天线接口050可以获取外界提供的全局信息数据，通过定位天线接口150可以获取定位天线数据；由此使得工程机械域控制器不仅可以接收无人驾驶需要的数字信号数据、设备状态信息、全局信息数据和定位天线数据，而且还可以接收无人作业需要的模拟信号数据；在工程机械域控制器中可以根据获取的上述数据进行感知融合、决策规划、控制执行按照既定逻辑进行所需要的计算处理，以实现工程机械设备广义上的无人作业功能。

需要说明的是，从场景出发，工程机械的使用环境为半封闭区域，相对乘用车的使用环境来说，外部环境较为单一；乘用车需要更多的考虑对第三方行人的影响，而工程机械可以通过对工地工人的严格管理来控制运行环境，因此工程机械暂时不需要冗余设计。而且在感知融合与决策规划环节，基于计算单元100和控制处理单元080不同的计算能力，可以将不同的信息获取接口(包括第一类传感器接口040、第二类传感器接口160、通信天线接口050、定位天线接口150和总线通信接口010)与控制模块中不同单元(包括计算单元100和控制处理单元080)连接，合理分配计算处理任务，使资源利用率最大化，可以降低域控制器的成本。

在控制执行环节，驾驶控制接口020在控制处理单元080与电动线控执行装置之间传输数字信号，作业控制接口030在控制处理单元080与液压执行装置之间传输信号，使得域控制器可以满足即控制电动线控执行装置又控制液压执行装置的要求。

具体的，本发明实施例1中无人驾驶方法包括以下步骤：

S101：激光雷达数据和摄像数据经过第二传感器接口160进入计算单元100；也就是说，通过摄像头以及激光雷达采集车辆周边的环境信息，将环境信息转换成数据传输给到域控制内部的计算单元100；

S102：车辆状态信息经过总线通信接口010进入控制处理单元080，在控制处理单元080对车辆状态信息进行协议转换，协议转换后的车辆状态信息进入计算单元100；

S103：定位天线数据经过定位天线接口150进入组合定位单元120，在组合定位单元120对所述定位天线数据进行解析，解析后的定位天线数据进入计算单元100；也就是说，组合定位单元120输出车辆定位的信息到计算单元100；

S104：补偿信息经过通信天线接口050进入通信单元110，通信单元110将所述补偿信息转发至计算单元100；也就是说，补偿信息需要通过通信单元110接收；

S105：利用计算单元100对激光雷达数据、摄像数据、车辆状态信息、定位天线数据和补偿信息进行处理得到所述工程机械所处环境的环境信息，根据所述环境信息得到所述工程车辆的行驶路线并发送至控制处理单元080；也就是说，计算单元100将这些数据进行处理，对不同的物体进行识别、分类，从而完成整个环境的重构；然后计算出可行驶的空间以及车辆的行驶路线，然后将这个行驶路线发送给控制处理单元080；

S106：所述控制处理单元080根据所述行驶路线得到所述工程机械的驾驶控制指令，并将所述驾驶控制指令发送至驾驶控制接口020。也就是说，控制处理单元080将这些行驶路线转换为车辆行驶所必须的各种控制指令(横向控制、纵向控制等)，然后发送这些命令给到整车控制器，最终实现了车辆的无人驾驶。

需要说明的是，上述仅仅是无人驾驶方法的一种具体实施方式。无人作业方法不属于本申请的改进点，可以采用现有技术中的任意技术方案，例如采用CN113323068A和CN112466108A中公开的技术方案。

具体的，本发明实施例1中的无人作业方法包括以下步骤：

S201：由上述无人驾驶功能将车辆行驶到指定的作业位置；

S202：激光雷达数据和摄像数据经过第二传感器接口160进入计算单元100；也就是说，通过摄像头以及激光雷达采集车辆周边的环境信息，将环境信息转换成数据传输给到域控制内部的计算单元100；也就是说，通过安装在车辆(例如挖掘机)上的摄像头以及激光雷达采集车辆需要作业区域的信息，例如挖掘区域、障碍物等，将这些信息转换成数据传输给到域控制内部的计算单元100；

S203：计算单元100对所述激光雷达数据、所述摄像数据进行处理得到所述工程机械所处环境的环境信息，并将所述环境信息发送至控制处理单元080；也就是说，计算单元100将这些数据进行处理，对不同的物体进行识别、分类，从而完成对作业区域的重构；

S204：倾角传感器数据和压力传感器数据经过第一传感器接口进入控制处理单元080，所述控制处理单元080根据所述环境信息、所述倾角传感器数据和所述压力传感器数据得到作业指令，并将所述作业指令发送至作业控制接口030；也就是说，控制处理单元080跟据计算单元100提供的作业区域的信息来计算该如何进行作业(例如将铲斗控制到指定的区域，避让障碍物等)；控制处理单元080需要实时采集倾角传感器和压力传感器的信息，来接收当前作业机构(挖掘机臂、铲斗)当前的状态，以便进行实时调整；同时需要根据实际作业区域调整铲斗的角度、力度等。

需要说明的是，上述仅仅是无人作业方法的一种具体实施方式。无人作业方法不属于本申请的改进点，可以采用现有技术中的任意技术方案，例如采用CN113071518A和CN113848877A中公开的技术方案。

作为具体的实施方式，如图2所示，计算单元100包括交换机090、规划决策处理子单元101和感知融合处理子单元102；所述交换机090的第一端与所述控制处理单元080连接，第二端与所述规划决策处理子单元101连接，第三端与所述感知融合处理子单元102连接；所述规划决策处理子单元101还与所述通信单元110连接；所述感知融合处理子单元102还与所述组合定位单元120连接。

其中，感知融合处理子单元102的作用为：对所有感知传感器数据进行感知融合处理。

规划决策处理子单元101的作用为：结合周边环境、作业场景、车辆状态等信息融合之后，制定驾驶或作业策略，最终发出控制命令。

交换机090的作用为：连通多端口，采用全双工的方式，使相互通信的端口都可以进行无冲突地传输数据。

作为具体的实施方式，如图2所示，所述第二类传感器接口160包括图像数据接口和点云数据接口；所述图像数据接口与所述感知融合处理子单元102连接；所述点云数据接口与所述交换机090连接。这是因为点云数据是以太网的，以太网协议是点对点，想要多个节点，就要使用交换机090。而摄像头数据是视频格式，计算单元100本身就支持多路视频数据输入。采用这种连接方式可以提升数据带宽、降低传输延时，提升计算的准确性和实时性。

作为具体的实施方式，如图2所示，工程机械域控制器，还包括第一控制驱动电路060和第二控制驱动电路070；所述第一控制驱动电路060的第一端与所述控制处理单元080连接，第二端与所述驾驶控制接口020连接；所述第二控制驱动电路070的第一端与所述控制处理单元080连接，第二端与所述驾驶控制接口020连接。

其中，第一控制驱动电路060和第二控制驱动电路070的主要作用均为：将数字信号转换成模拟信号，用于驱动控制。例如：第一驱动控制电路用于横向控制，第二驱动控制电路用于纵向控制；再比如：在作业控制(叉车)中，第一控制电路用于控制前叉的升降，第二控制电路用于控制前叉的左右移动。

由此可见，本发明实施例1提供的工程机械域控制器将通信、计算、定位、控制等功能集成在一个域控制器里面，可以通过内部高速总线有效控制不同模块之间的信号传输延迟(延迟可控、可预测)，还可以对不同模块进行状态监测，提升整个系统的安全性。同时，多个功能模块集成在一个控制器内部，有大量的外围电路和计算单元100可以进行复用以及集成(例如电源转换的芯片、外围存储的芯片、进行处理和通信的芯片等)，这样可以大大减低整个控制器以及系统的成本。

进一步的，本发明实施例提供的工程机械域控制器既拥有本地计算能力，即可以离线完成无人驾驶以及无人作业功能，又可以通过通信模组与云服务器进行数据通信，根据场景扩展计算能力。

具体的，上述无人驾驶和无人作业过程完全是在本地域控制器内进行的功能流程，但是本发明的域控制器不仅可以实现本地计算，也可以借助云端的资源来进行计算，也可以进行远程控制及调度。以下是流程简述：

(1)借助云端资源进行计算的时候，首先要保证信号的通畅，感知过程基本相似，都是将所有的数据都传输到规划决策处理单元中；不同的是，在规划决策处理单元进行计算的同时，也将全部数据经过通信单元110通过通信天线接口050无线传输到云端，进行比规划决策处理子单元101更复杂的计算，然后再将计算的结果通过通信天线接口050和通信单元110传送回到规划决策处理子单元101中，规划决策处理子单元101可以借助这些计算结果来进行快速的判断，从而使计算结果更快速、更准确；

(2)在远程控制的时候，规划决策处理子单元101基本不做任何计算而只是做一些命令转换，全部的控制指令都是来自云端服务器的发送(指令由人发起)；全部的感知数据以及车辆数据都会传送到云端服务，然后在云端服务器重建场景，而操作者仅需根据重建的场景发出控制指令即可。

进一步的，本发明的域控制器同样可以通过OTA进行软件升级，也可以给其他总线上的控制器进行软件升级，具体的流程如下：

1)当有软件需要进行升级的时候，云端服务器发送升级提示，经过通信单元110将提示或者请求信息发送给规划决策处理子单元101；

2)规划决策处理子单元101根据当前域控制器以及车辆的状态来进行判断是否进行升级操作，经过驾驶员的确认之后，规划决策处理子单元101会反馈给到云端服务器，然后将软件先下载到本地控制器的存储设备中；

3)当软件全部下载完毕后，规划决策处理子单元101会判断当前状态，如果满足软件升级条件，那么控制器会有限升级自身的软件；

4)当控制器自身的软件升级完毕之后才会升级总线上其他控制器的软件；

5)数据通过交换机090传送到控制处理单元080进行协议的转换；

6)控制处理单元080通过总线通信接口010将数据传送到不同的控制器进行软件升级。

综上所述，本发明所述一种集成通信与计算的工程机械域控制器，其最大的优势在于：将通信定位与计算单元100高度集成在一个控制器内部，在功能层面，即可在本地控制器内部进行全部的计算，也可以通过通信模块利用云端服务器的资源；另外在保证功能实现的同时，极大的降低了整个系统的成本；因此本发明可以加速产品落地进程。

实施例2

本发明实施例2提供了一种工程机械控制系统，图3为工程机械控制系统的硬件框图，如图3所示，工程机械控制系统包括整车控制器、液压驱动器、第一类传感器、第二类传感器、通信天线、定位天线及实施例1所述工程机械域控制器。

其中，所述整车控制器与所述总线通信接口010和驾驶控制接口020连接，或所述整车控制器与所述工程机械域控制器的总线通信接口010、驾驶控制接口020和作业控制接口030连接；所述液压驱动器与所述作业控制接口030连接；所述第一类传感器与所述工程机械域控制器的第一类传感器接口040连接；所述第二类传感器与所述工程机械域控制器的第二类传感器接口160连接；所述通信天线与所述工程机械域控制器的通信天线接口050连接；所述定位天线与所述工程机械域控制器的定位天线接口150连接。

本发明实施例还提供了一种工程机械，包括上述的工程机械控制器系统。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种工程机械域控制器，其特征在于，包括：

控制模块，所述控制模块包括计算单元(100)、控制处理单元(080)、通信单元(110)和组合定位单元(120)，所述通信单元(110)、所述组合定位单元(120)和所述控制处理单元(080)均与所述计算单元(100)连接；

第一类传感器接口(040)，所述第一类传感器接口(040)与所述控制处理单元(080)连接，适于连接第一类传感器，所述第一类传感器输出模拟信号数据；

驾驶控制接口(020)，所述驾驶控制接口(020)与所述控制处理单元(080)连接；

作业控制接口(030)，所述作业控制接口(030)与所述控制处理单元(080)连接；

第二类传感器接口(160)，所述第二类传感器接口(160)与所述计算单元(100)连接，适于连接第二类传感器，所述第二类传感器输出数字信号数据；

通信天线接口(050)，所述通信天线接口(050)与所述通信单元(110)连接；

定位天线接口(150)，所述定位天线接口(150)与所述组合定位单元(120)连接；

总线通信接口(010)，所述总线通信接口(010)与所述控制处理单元(080)连接。

2.根据权利要求1所述的工程机械域控制器，其特征在于，所述第一类传感器接口(040)为模/数转换器。

3.根据权利要求1所述的工程机械域控制器，其特征在于，所述第二类传感器接口(160)为以太网物理层PHY和FPD-LINK。

4.根据权利要求1所述的工程机械域控制器，其特征在于，所述总线通信接口(010)包括以下中的一种或多种：CAN接口、CANFD接口、LIN接口。

5.根据权利要求1所述的工程机械域控制器，其特征在于，所述第一类传感器包括以下中的一种或多种：关节力传感器、倾角传感器、压力传感器、陀螺仪；

和/或，所述第二类传感器包括以下中的一种或多种：摄像装置、激光雷达、红外传感器。

6.根据权利要求1～5任一项所述的工程机械域控制器，其特征在于，所述计算单元(100)包括交换机(090)、规划决策处理子单元(101)和感知融合处理子单元(102)；

所述交换机(090)的第一端与所述控制处理单元(080)连接，第二端与所述规划决策处理子单元(101)连接，第三端与所述感知融合处理子单元(102)连接；

所述规划决策处理子单元(101)还与所述通信单元(110)连接；

所述感知融合处理子单元(102)还与所述组合定位单元(120)连接。

7.根据权利要求6所述的工程机械域控制器，其特征在于，所述第二类传感器接口(160)包括图像数据接口和点云数据接口；

所述图像数据接口与所述感知融合处理子单元(102)连接；

所述点云数据接口与所述交换机(090)连接。

8.根据权利要求6所述的工程机械域控制器，其特征在于，还包括第一控制驱动电路(060)和第二控制驱动电路(070)；

所述第一控制驱动电路(060)的第一端与所述控制处理单元(080)连接，第二端与所述驾驶控制接口(020)连接；

所述第二控制驱动电路(070)的第一端与所述控制处理单元(080)连接，第二端与所述驾驶控制接口(020)连接。

9.一种工程机械控制系统，其特征在于，包括整车控制器、液压驱动器、第一类传感器、第二类传感器、通信天线、定位天线及权利要求1～8任一项所述工程机械域控制器；

所述整车控制器与所述总线通信接口(010)和驾驶控制接口(020)连接，或所述整车控制器与所述工程机械域控制器的总线通信接口(010)、驾驶控制接口(020)和作业控制接口(030)连接；

所述液压驱动器与所述作业控制接口(030)连接；

所述第一类传感器与所述工程机械域控制器的第一类传感器接口(040)连接；

所述第二类传感器与所述工程机械域控制器的第二类传感器接口(160)连接；

所述通信天线与所述工程机械域控制器的通信天线接口(050)连接；

所述定位天线与所述工程机械域控制器的定位天线接口(150)连接。

10.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求9所述的工程机械控制器系统。

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