CN114755912A - 车载系统以及无人驾驶车辆 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种车载系统以及无人驾驶车辆，以确保无人驾驶车辆工作的安全性。车载系统包括：整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统、线控子系统、主通信网络和冗余通信网络，其中，整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统之间通过主通信网络和冗余通信网络进行通信；整车电气子系统用于为感知子系统、决策计算子系统和线控子系统供电；感知子系统用于获取车载系统所在车辆的当前运行信息和车辆当前运行的环境信息；决策计算子系统用于确定车辆的当前位置信息，并根据当前位置信息和当前运行信息、环境信息，确定车辆下一时刻的目标运行信息；线控子系统用于根据决策计算子系统确定的目标运行信息执行相应动作。
Description
技术领域
本公开涉及车辆技术领域，具体地，涉及一种车载系统以及无人驾驶车辆。
背景技术
现有露天矿无人驾驶车辆的车载系统是在人工驾驶车辆的线控系统的基础上增加感知传感器、决策计算主机构成的。原车电气系统由发电机、低压蓄电池、保险丝盒组成，线控系统由发动机控制器、变速箱控制器、制动控制器、整车控制器、转向控制器、缓速器等组成。决策计算主机运行算法输出指令对车辆线控系统进行控制，电气系统需要人工操作后才能上电运行。现有车载系统建立在人工参与为背景的线控系统和驾驶员闭环控制理论基础上，未考虑全无人情况下系统的完整闭环，因此，在实际应用中当车载系统中的任何部分失效都将导致无人驾驶车辆处于不可控状态，不能满足露天矿山安全生产的需求。
发明内容
本公开的目的是提供一种车载系统以及无人驾驶车辆，以解决相关技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种车载系统，包括：整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统、线控子系统、主通信网络和冗余通信网络，其中，所述整车电气子系统、所述感知子系统、所述决策计算子系统和所述线控子系统之间通过所述主通信网络和所述冗余通信网络进行通信；
所述整车电气子系统用于为所述感知子系统、所述决策计算子系统和所述线控子系统供电；
所述感知子系统用于获取所述车载系统所在车辆的当前运行信息和所述车辆当前运行的环境信息；
所述决策计算子系统用于确定所述车辆的当前位置信息，并根据所述当前位置信息和所述当前运行信息、所述环境信息，确定所述车辆下一时刻的目标运行信息；
所述线控子系统用于根据所述决策计算子系统确定的所述目标运行信息执行相应动作，以使所述车辆以所述目标运行信息进行行驶。
可选地，所述决策计算子系统包括：定位终端主机、无人驾驶算法主机和主动安全控制主机；
所述定位终端主机用于确定所述车辆的当前位置信息；
所述无人驾驶算法主机存储有预设算法，并能够按照所述预设算法根据所述当前位置信息和所述当前运行信息、所述环境信息，确定所述车辆下一时刻的目标运行信息；
所述主动安全控制主机用于监测所述线控子系统是否根据所述目标运行信息执行相应动作。
可选地，所述定位终端主机具有主无线通道和冗余无线通道，且所述定位终端主机用于通过所述主无线通道和所述冗余无线通道与外部设备进行通信，以确定所述车辆的当前位置信息。
可选地，所述主无线通道和所述冗余无线通道采用不同的无线通信技术。
可选地，所述感知子系统包括多个传感器和感知处理主机；
其中，相同类型的传感器分别通过所述主通信网络和所述冗余通信网络与所述感知处理主机相连。
可选地，所述整车电气子系统、所述感知子系统、所述决策计算子系统和所述线控子系统均包括主电源、冗余电源、主配电网络和冗余配电网络。
可选地，所述整车电气子系统、所述感知子系统、所述决策计算子系统和所述线控子系统之间通信的内容包括主配电网络的电压范围和上电时间、冗余配电网络的电压范围和上电时间。
可选地，针对所述整车电气子系统、所述感知子系统、所述决策计算子系统和所述线控子系统中的每一子系统，均向其他子系统广播以下消息中的至少一者：为所述子系统供电的电源标识、所述子系统的自诊断状态、所述子系统的工作温度、所述子系统的工作循环计数、所述子系统的消息校验和、所述主电源的荷电状态、所述冗余电源的荷电状态、所述子系统的有效通信的标识、所述子系统接入所述通信网络和所述冗余通信网络的顺序编号，其中，所述有效通信的标识为所述主通信网络标识或为所述冗余通信网络标识。
可选地，所述感知子系统还包括用于接入车辆感知系统部件的主感知网络和冗余感知网络；
所述决策计算子系统还包括接入具有运算能力的决策计算部件的主决策计算通道和冗余决策计算通道；
所述线控子系统还包括用于对车辆线控部件进行控制的主控制网络和冗余控制网络。
本公开的第二方面提供一种无人驾驶车辆，所述无人驾驶车辆包括：如本公开第一方面中任一项所述的车载系统。
采用上述技术方案，整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统之间通过主通信网络和冗余通信网络进行通信。如此，对通信进行冗余备份，在出现通信单点故障后，各子系统还可以通过冗余通信网络进行通信，增强车载系统的健壮性和容错能力，从而确保了无人驾驶车辆工作的安全性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种车载系统的示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的另一种车载系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
需要说明的是，本公开中所有获取信号、信息或数据的动作都是在遵照所在地国家相应的数据保护法规政策的前提下，并获得由相应装置所有者给予授权的情况下进行的。
相关技术中，矿用自卸车辆、特别是宽体矿用自卸车内各系统间电气均采用单一配电网络，通过电池、保险丝到用电部件，通信网络采用单一CAN总线。如此，导致配电网络和通信网络的健壮性不足，在露天矿山恶劣运行场景下会因单点故障而导致整车配电、通信中断，针对这一情况有人条件下人工可介入应急处理，但是，对于无人驾驶车辆无法进行应急处理，影响无人驾驶车辆的安全工作。
有鉴于此，本公开提供一种车载系统以及无人驾驶车辆，以实现通信网络冗余，从而确保无人驾驶车辆工作的安全性。。
图1是根据一示例性实施例示出的一种车载系统的示意图。如图1所示，该车载系统可以包括：整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统、线控子系统、主通信网络和冗余通信网络，其中，整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统之间通过主通信网络和冗余通信网络进行通信。
在本公开中，整车电气子系统用于为感知子系统、决策计算子系统和线控子系统供电。感知子系统用于获取车载系统所在车辆的当前运行信息和车辆当前运行的环境信息。在本公开中，当前运行信息可以包括车辆的当前行驶方向、当前行驶速度等信息。车辆当前运行的环境信息可以包括车辆当前运行的环境中是否存在障碍物、在存在障碍物时车辆与该障碍物的距离、天气信息、环境亮度等。其中，障碍物可以为静态障碍物也可以为动态障碍物，本公开对此不作具体限定。
决策计算子系统用于确定车辆的当前位置信息，并根据当前位置信息和当前运行信息、环境信息，确定车辆下一时刻的目标运行信息。线控子系统用于根据决策计算子系统确定的目标运行信息执行相应动作，以使所述车辆以目标运行信息进行行驶。
示例地，线控子系统可以包括整车制动控制器、发动机控制器、整车控制器、转向控制器等。决策计算子系统若确定车辆下一时刻的目标运行信息为停车，则整车制动控制器在接收到该目标运行信息时生成制动指令，以使车辆停止行驶。或者，决策计算子系统若确定车辆下一时刻的目标运行信息为向左转向，则转向控制器在接收到该目标运行信息时生成向左转向指令，以使车辆向左转向。
在本公开中，各子系统可以通过主通信网络和冗余通信网络进行通信。在一种实施例中，可以同时通过主通信网络和冗余通信网络传输信息。例如，感知子系统可以通过主通信网络和冗余通信网络向决策计算子系统发送车辆的当前运行信息和车辆当前运行的环境信息。以及，决策计算子系统可以通过主通信网络和冗余通信网络向线控子系统发送车辆下一时刻的目标运行信息。在另一种实施例中，可以优先选择一种通信网络传输信息，当该通信网络出现故障时再选用另一种通信网络传输信息。例如，首先通过主通信网络传输信息，当主通信网络出现故障时再选用冗余通信网络传输信息。
采用上述技术方案，整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统之间通过主通信网络和冗余通信网络进行通信。如此，对通信进行冗余备份，在出现通信单点故障后，各子系统还可以通过冗余通信网络进行通信，增强车载系统的健壮性和容错能力从而确保了无人驾驶车辆工作的安全性。
为了便于本领域技术人员更好的理解本公开所提供的车载系统，下面以一个完整的实施例对本公开所提供的车载系统进行说明。
首先，决策计算子系统可以包括：定位终端主机、无人驾驶算法主机和主动安全控制主机。
定位终端主机用于确定车辆的当前位置信息。示例地，定位终端主机具有主无线通道和冗余无线通道，且定位终端主机用于通过主无线通道和冗余无线通道与外部设备进行通信，以确定车辆的当前位置信息。其中，主无线通道和冗余无线通道可以采用相同的无线通信技术也可以采用不同的无线通信技术。在本公开中，为了提高定位终端主机所确定的车辆的当前位置信息的准确性，主无线通道和冗余无线通道采用不同的无线通信技术。示例地，主无线通道可以采用5G(5th Generation Mobile Communication Technology，第五代移动通信技术)通信技术，冗余无线通道可以采用ZigBee通信技术等等，本公开对主无线通道和冗余无线通道采用的无线通信技术不作具体限定。
无人驾驶算法主机存储有预设算法，并能够按照预设算法根据当前位置信息和当前运行信息、环境信息，确定车辆下一时刻的目标运行信息。值的说明的是，在无人驾驶技术领域，确定车辆下一时刻的目标运行信息属于该领域较为成熟的技术，本公开对此不作具体限定。
主动安全控制主机用于监测线控子系统是否根据目标运行信息执行相应动作。为了避免线控子系统未按照无人驾驶算法主机确定的目标运行信息执行相应动作而导致安全事故的情况，在本公开中，设置主动安全控制主机监测线控子系统是否根据目标运行信息执行相应动作，如此，可以实现对线控子系统的工作状态进行监控的目的，进一步提高无人驾驶车辆的安全性。
感知子系统可以包括多个传感器和感知处理主机。为了确保感知子系统获取车辆的当前运行信息和车辆当前运行的环境信息的可靠性，在本公开中，可以将相同类型的传感器分别通过主通信网络和冗余通信网络与感知处理主机相连。
示例地，视觉类传感器中的传感器A通过主通信网络与感知处理主机相连，视觉类传感器中的传感器B通过冗余通信网络与感知处理主机相连。这样，在主通信网络出现故障后，感知处理主机还可以通过冗余通信网络获取到同类型中的另一传感器检测的信息。如此，提高了感知子系统获取信息的可靠性。
此外，整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统均可以包括主电源、冗余电源、主配电网络和冗余配电网络。其中，每一子系统包括的主配电网络相同、冗余配电网络相同。每一子系统包括的主电源不同、冗余电源不相同，因为，为了便于区分，下文将整车电气子系统包括的主电源和冗余电源称为第一主电源和第一冗余电源，将感知子系统包括的主电源和冗余电源称为第二主电源和第二冗余电源，将决策计算子系统包括的主电源和冗余电源称为第三主电源和第三冗余电源，将线控子系统包括的主电源和冗余电源称为第四主电源和第四冗余电源。
示例地，如图2所示，整车电气子系统包括第一主电源、第一冗余电源、主配电网络和冗余配电网络。当第一主电源和/或第一冗余电源有输入时，主配电网络和冗余配电网络均可正常输入经过稳压的电源，其中，该稳压的电源的电压可以为24V或12V等等。值的说明的是，第一主电源、第一冗余电源为蓄电池，该蓄电池由车辆的内的发动机供电。
感知子系统包括第二主电源、第二冗余电源、主配电网络和冗余配电网络、以及用于接入车辆感知系统部件的主感知网络和冗余感知网络。其中，感知系统部件可以包括用于检测车辆外部环境信息的车外传感器(例如，用于检测外部障碍物的传感器，用于检测气候的传感器，用于检测亮度的传感器等等)，和用于检测车辆内部信息的感知传感器(例如，用于检测车辆行驶速度的传感器，用于检测车辆发送机转速的传感器、用于剩余油量的传感器等等)。
决策计算子系统包括第三主电源、第三冗余电源、主配电网络和冗余配电网络、以及用于接入具有运算能力的决策计算部件的主决策计算通道和冗余决策计算通道。其中，具有运算能力的决策计算部件可以为无人驾驶算法主机。
线控子系统包括第四主电源、第四冗余电源、主配电网络和冗余配电网络、以及用于对车辆线控部件进行控制的主控制网络和冗余控制网络。其中，车辆线控部件可以包括控制部件和执行部件，控制部件可以包括但不限于整车制动控制器、发动机控制器、整车控制器、转向控制器等。相应地，执行部件可以包括但不限于刹车阀、发送机、转向待机等。
值的说明的是，感知子系统、决策计算子系统和线控子系统中包括的主电源和冗余电源的供电方为整车电气子系统。以及，感知子系统、决策计算子系统和线控子系统中包括的主电源和冗余电源均未在图2中示出。
采用上述技术方案，每一子系统同时采用主配电网络和冗余配电网络，主通信网络和冗余通信网络，对配电和通信同时进行了冗余备份，增强车载系统的健壮性和容错能力，以及，各子系统分别具有冗余的电源输入、线控子系统具有冗余的控制网络、感知子系统具有冗余的感知网络、决策计算子系统具有冗余的决策计算通道，如此，提升了无人驾驶车载系统的可靠性和鲁棒性。
下面对各个系统进行通信的通信内容进行说明。
可选地，整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统之间通信的内容包括主配电网络的电压范围和上电时间、冗余配电网络的电压范围和上电时间。
在本公开中，每一子系统均可以通过主通信网络和冗余通信网络以广播形式播报主配电网络的电压范围和上电时间、冗余配电网络的电压范围和上电时间。这样，便于接听到该广播的子系统根据其工作用电需求确定能够使用的配电网络，如此，可以避免子系统因使用不匹配的配电网络而导致部件损坏的问题。
示例地，各子系统通信的内容可以为以下系统信号组成的消息队列或报文：S011-1：011表征主配电网络电压范围；S011-2：011表征主配电网络上电时间；S012-1：012表征冗余配电网络电压范围；S012-2：012表征冗余配电网络上电时间。
可选地，针对整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统中的每一子系统，均向其他子系统广播以下消息中的至少一者：为子系统供电的电源标识、子系统的自诊断状态、子系统的工作温度、子系统的工作循环计数、子系统消息校验和、主电源的荷电状态、冗余电源的荷电状态、子系统的有效通信标识、子系统接入通信网络和冗余通信网络的顺序编号，其中，有效通信标识为主通信网络标识或为冗余通信网络标识。
示例地，在主通信网络中发送的消息队列或报文如下：
S13-1：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统工作供电的电源标识，其中，电源标识为第一主电源的标识或第一冗余电源的标识；
S13-2：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的自诊断状态；
S13-3：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的工作温度；
S13-4：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的工作循环计数；
S13-5：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的消息校验和；
S13-6：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的主电源的荷电状态SOC；
S13-7：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的冗余电源的荷电状态SOC；
S13-8：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统中主通信网络是否为有效通道；
S13-9：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统接入主通信网络的顺序编号。
类似地，在冗余通信网络中发送的消息队列或报文如下：
S14-1：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统工作供电的电源标识，其中，电源标识为第一主电源的标识或第一冗余电源的标识。
S14-2：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的自诊断状态；
S14-3：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的工作温度；
S14-4：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的工作循环计数；
S14-5：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的消息校验和；
S14-6：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的主电源的荷电状态SOC；
S14-7：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统的冗余电源的荷电状态SOC；
S14-8：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统中冗余通信网络是否为有效通道；
S14-9：01、02、03、04分别表征为整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统和线控子系统接入冗余通信网络的顺序编号。
值的说明的是，在主通信网络和冗余通信网络中，信号S13-8和S14-8为互斥信号。以及，在主通信网络和冗余通信网络中，信号S13-4和S14-4初始值可不同，计数周期也可不同，所在消息队列或报文每发送一次，计数加1，循环计数。如此，可以提高系统的可靠性。
在本公开中，每一子系统均可以广播子系统的自诊断状态，如此，便于其他子系统对该子系统的工作状态进行监控。
在主通信网络和冗余通信网络中，信号S13-5和S14-5信号为不同校验算法产生的值。在本公开中，子系统广播消息中包括消息校验和，使得接听到该广播的其他子系统可以根据该消息校验和确定所接听的报文是否准确。
在主通信网络和冗余通信网络中，信号S13-9和S14-9在各子系统中是相同顺序号。启动最早的系统发送系统默认顺序号，其他系统启动后收到较早启动系统顺序号后加1作为顺序号，顺序号冲突后除系统主动调整顺序号，直至完成排序。
示例地，假设整车电气子系统启动最早，默认顺序号为1，并将自身顺序号通过广播发送出去，最先接听到该广播的子系统为决策计算子系统，则决策计算子系统默认顺序号为2并将自身顺序号通过广播发出，之后，若感知子系统和线控子系统同时接听到决策计算子系统发出的广播，则感知子系统和线控子系统会默认自身顺序号均为3，并发出广播。当感知子系统和线控子系统通过接听到的广播获知到顺序号冲突后，可以主动调整顺序号。例如，感知子系统和线控子系统协商调整顺序号。
采用上述技术方案，各子系统通过主通信网络和/或冗余通信网络广播上述消息，使得每一子系统可动态掌握其他子系统的工作状态，进而便于子系统可以根据异常状态进行调整，形成动态、实时、相互监控的功能。
此外，配合上述通信机制，可实时发现子系统故障，通过调整配电网络和通信网络的使用，能绕开发生故障的子系统或故障点保障无人驾驶车载系统的正常工作。
基于同一发明构思，本公开还系统一种无人驾驶车辆，所述无人驾驶车辆包括本公开所提供的车载系统。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种车载系统，其特征在于，包括：整车电气子系统、感知子系统、决策计算子系统、线控子系统、主通信网络和冗余通信网络，其中，所述整车电气子系统、所述感知子系统、所述决策计算子系统和所述线控子系统之间通过所述主通信网络和所述冗余通信网络进行通信；
所述整车电气子系统用于为所述感知子系统、所述决策计算子系统和所述线控子系统供电；
所述感知子系统用于获取所述车载系统所在车辆的当前运行信息和所述车辆当前运行的环境信息；
所述决策计算子系统用于确定所述车辆的当前位置信息，并根据所述当前位置信息和所述当前运行信息、所述环境信息，确定所述车辆下一时刻的目标运行信息；
所述线控子系统用于根据所述决策计算子系统确定的所述目标运行信息执行相应动作，以使所述车辆以所述目标运行信息进行行驶。
2.根据权利要求1所述的车载系统，其特征在于，所述决策计算子系统包括：定位终端主机、无人驾驶算法主机和主动安全控制主机；
所述定位终端主机用于确定所述车辆的当前位置信息；
所述无人驾驶算法主机存储有预设算法，并能够按照所述预设算法根据所述当前位置信息和所述当前运行信息、所述环境信息，确定所述车辆下一时刻的目标运行信息；
所述主动安全控制主机用于监测所述线控子系统是否根据所述目标运行信息执行相应动作。
3.根据权利要求2所述的车载系统，其特征在于，所述定位终端主机具有主无线通道和冗余无线通道，且所述定位终端主机用于通过所述主无线通道和所述冗余无线通道与外部设备进行通信，以确定所述车辆的当前位置信息。
4.根据权利要求3所述的车载系统，其特征在于，所述主无线通道和所述冗余无线通道采用不同的无线通信技术。
5.根据权利要求1所述的车载系统，其特征在于，所述感知子系统包括多个传感器和感知处理主机；
其中，相同类型的传感器分别通过所述主通信网络和所述冗余通信网络与所述感知处理主机相连。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的车载系统，其特征在于，所述整车电气子系统、所述感知子系统、所述决策计算子系统和所述线控子系统均包括主电源、冗余电源、主配电网络和冗余配电网络。
7.根据权利要求6所述的车载系统，其特征在于，所述整车电气子系统、所述感知子系统、所述决策计算子系统和所述线控子系统之间通信的内容包括主配电网络的电压范围和上电时间、冗余配电网络的电压范围和上电时间。
8.根据权利要求6所述的车载系统，其特征在于，
针对所述整车电气子系统、所述感知子系统、所述决策计算子系统和所述线控子系统中的每一子系统，均向其他子系统广播以下消息中的至少一者：为所述子系统供电的电源标识、所述子系统的自诊断状态、所述子系统的工作温度、所述子系统的工作循环计数、所述子系统的消息校验和、所述主电源的荷电状态、所述冗余电源的荷电状态、所述子系统的有效通信的标识、所述子系统接入所述通信网络和所述冗余通信网络的顺序编号，其中，所述有效通信的标识为所述主通信网络标识或为所述冗余通信网络标识。
9.根据权利要求6所述的车载系统，其特征在于，
所述感知子系统还包括用于接入车辆感知系统部件的主感知网络和冗余感知网络；
所述决策计算子系统还包括接入具有运算能力的决策计算部件的主决策计算通道和冗余决策计算通道；
所述线控子系统还包括用于对车辆线控部件进行控制的主控制网络和冗余控制网络。
10.一种无人驾驶车辆，其特征在于，所述无人驾驶车辆包括：如权利要求1-9中任一项所述的车载系统。
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