CN116300961A - 传感器数据采集平台、自动驾驶系统及无人车 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种传感器数据采集平台、自动驾驶系统及无人车，涉及计算机技术领域，具体为自动驾驶技术领域，可应用于自动驾驶场景下。具体实现方案为：传感器数据采集平台包括输入单元、输出单元、存储单元和控制单元；控制单元分别与输入单元、输出单元和存储单元通信连接，用于通过输出单元，将输入单元接收到的传感器数据输出，并通过存储单元存储传感器数据；输入单元和输出单元中均设置有适配于多种传感器对应的传感器数据的接口芯片；存储单元中设置有多种采用不同存储方式的存储器。本公开满足了数据采集、落盘需求，解决了当前自动驾驶系统无法采集多种类传感器数据、无法存储大规模传感器数据的短板。

Description

传感器数据采集平台、自动驾驶系统及无人车

技术领域

本公开涉及计算机技术领域，具体为自动驾驶技术领域，尤其涉及传感器数据采集平台、自动驾驶系统及无人车，可应用于自动驾驶场景下。

背景技术

目前，自动驾驶硬件平台正在大规模的研发中，各汽车电子供应商都参与其中，且每家都采用了不同的方案。在开发过程中，传感器采集的数据对自动驾驶算法的开发起到至关重要的作用，且绝大多数平台受制于硬件资源的限制，开发过程中没办法收集所有的传感器数据，只得采集硬件平台所能够处理的数据用于算法的开发，同时很多软件开发公司的算法开发强依赖于硬件资源的限制。

发明内容

本公开提供了一种传感器数据采集平台、自动驾驶系统及无人车。

根据第一方面，提供了一种传感器数据采集平台，包括输入单元、输出单元、存储单元和控制单元；控制单元分别与输入单元、输出单元和存储单元通信连接，用于通过输出单元，将输入单元接收到的传感器数据输出，并通过存储单元存储传感器数据；输入单元和输出单元中均设置有适配于多种传感器对应的传感器数据的接口芯片；存储单元中设置有多种采用不同存储方式的存储器。

根据第二方面，提供了一种自动驾驶系统，包括多种传感器、第一方面任一实现方式描述的传感器数据采集平台、自动驾驶域控制器和执行器；多种传感器、传感器数据采集平台、自动驾驶域控制器和执行器依次通信连接。

根据第三方面，提供了一种无人车，包括如第二方面描述的自动驾驶系统。

根据本公开的技术，提供了一种传感器数据采集平台，控制单元分别与输入单元、输出单元和存储单元通信连接，用于通过输出单元，将输入单元接收到的传感器数据输出，并通过存储单元存储传感器数据，传感器数据采集平台独立于自动驾驶处理平台，既能使得传感器数据采集平台专注于数据采集，自动驾驶处理平台专注于环境建模和路径规划，又可将传感器数据采集平台直接提供给软件算法公司以读取传感器数据进行开发，提高了传感器数据采集平台的实用性；输入单元和输出单元中均设置有适配于多种传感器对应的传感器数据的接口芯片，存储单元中设置有多种采用不同存储方式的存储器，满足了数据采集、落盘需求，解决了当前自动驾驶系统无法采集多种类传感器数据、无法存储大规模传感器数据的短板。

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是根据本公开的传感器数据采集平台的结构示意图；

图2是根据本公开的传感器数据采集平台的又一结构示意图；

图3是根据本公开的自动驾驶系统的结构示意图。

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。

本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

图1示出了本公开的传感器数据采集平台的结构示意图。

如图1所示，传感器数据采集平台100包括输入单元101、输出单元102、存储单元103和控制单元104；控制单元104分别与输入单元101、输出单元102和存储单元103通信连接，用于通过输出单元102，将输入单元101接收到的传感器数据输出，并通过存储单元103存储传感器数据；输入单元101和输出单元102中均设置有适配于多种传感器对应的传感器数据的接口芯片；存储单元103中设置有多种采用不同存储方式的存储器。

本实施例中，控制单元104与输入单元101、输出单元102和存储单元103之间的通信连接方式包括但不限于光纤等有线连接方式，蓝牙、WiFi等无线连接方式。控制单元为具有信息计算、处理能力的控制器，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微控制器等。

输入单元101和输出单元102中可以包括自动驾驶系统所涉及的各种传感器对应的接口芯片。接口芯片是具有内部接口电路的芯片，内部接口电路一般具有如下功能：

(1)设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应控制单元和外置设备之间的速度差异，接口通常由一些寄存器或RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)芯片组成，可以进行批量数据传输；

(2)信息格式的转换，如串行和并行转换；

(3)协调控制单元和外置设备两者的信息中的类型和水平差异，例如，水平转换驱动器、数/模或模/数转换器等；

(4)协调时序上的差异；

(5)地址译码和选型功能；

(6)设置中断和DMA(Direct Memory Access，直接内存访问)控制逻辑，以保证中断和DMA请求信号是在DMA允许的情况下产生，并且在中断和DMA应答被接受后完成中断处理和DMA传输。

作为示例，对于雷达、摄像头等自动驾驶系统所涉及的各种传感器，控制单元通过输入单元中该传感器对应的接口芯片接收该传感器采集的传感器数据，并通过输出单元中该传感器对应的接口芯片输出该传感器采集的传感器数据。

存储单元中的多种存储器例如可以是采用顺序存储、直接存储、随机存储、相联存储等不同存储方式的存储器，以适应不同情形下的传感器数据的存储。

作为示例，对于自动驾驶系统所涉及的各种传感器，可以预先设置传感器与存储方式之间的对应关系，从而根据对应关系确定各传感器采集的传感器数据对应的存储器。

作为又一示例，上述执行主体可以预先设置存储判定条件，存储判定条件用于根据传感器种类、信息采集场景和传感器数据的数据量确定对应的存储方式；从而，根据存储判定条件可以确定各种传感器在各场景下对应的存储器。

本实施例中，对于输入单元接入的每种传感器，通过存储单元中对应的存储器存储该传感器采集的传感器数据。

本实施例中，提供了一种传感器数据采集平台，控制单元分别与输入单元、输出单元和存储单元通信连接，用于通过输出单元，将输入单元接收到的传感器数据输出，并通过存储单元存储传感器数据，传感器数据采集平台独立于自动驾驶处理平台，既能使得传感器数据采集平台专注于数据采集，自动驾驶处理平台专注于环境建模和路径规划，又可将传感器数据采集平台直接提供给软件算法公司以读取传感器数据进行开发，提高了传感器数据采集平台的实用性；输入单元和输出单元中均设置有适配于多种传感器对应的传感器数据的接口芯片，存储单元中设置有多种采用不同存储方式的存储器，满足了数据采集、落盘需求，解决了当前自动驾驶系统无法采集多种类传感器数据、无法存储大规模传感器数据的短板。

继续参考图2，示出了本公开的传感器数据采集平台的又一结构示意图。

在本实施例的一些可选的实现方式中，传感器数据采集平台100中的输入单元101和输出单元102中均设置有适配于超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、摄像头和定位系统各自对应的传感器数据的接口芯片。

超声波雷达通过超声波发射装置向外发出超声波，再利用接收器接收反射回来的超声波时间差来测算距离。毫米波雷达，是工作在毫米波波段探测的雷达，其工作原理是把无线电波(雷达波/电磁波)发射出去，根据接收回波与发送之间的时间差测得目标位置距离数据。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达，也称为光学雷达，其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标对象的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

在实际的应用场景中，往往结合三种雷达中的多种雷达，采集自动驾驶系统所需的各种信息。

摄像头为用于采集自动驾驶车辆周围的图像数据的图像采集装置。在一些常用的结构中，自动驾驶车辆上一般采用“5R1V”的结构。“5R1V”的结构中包括1个前雷达、4个角雷达共5个雷达，以及1个摄像头。

定位系统用于确定自动驾驶车辆的实时位置，例如GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)、北斗系统等定位系统。

本实现方式中，传感器数据采集平台中的输入单元和输出单元均支持自动驾驶系统所涉及的各种传感器，包括超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、摄像头和定位系统，可以充分满足传感器数据采集平台的数据采集、测试需求，提高了传感器数据采集平台的适用范围。

在本实施例的一些可选的实现方式中，对于超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达和摄像头中的每种传感器，输入单元101设置有多路采集线路。

继续参考图2，为了支持当前L2到L4不同级别的自动驾驶系统对于传感器的需求，传感器数据采集平台100最大可以支持到12路超声波雷达、5路毫米波雷达、12路摄像头(8M像素)、2路激光雷达。

本实现方式中，对于雷达、摄像头，输入单元101设置有多路采集线路，使得传感器数据采集平台更加满足传感器数据采集平台的数据采集、测试需求，进一步提高了传感器数据采集平台的适用范围。

在本实施例的一些可选的实现方式中，超声波雷达和毫米波雷达通过控制器局域网通信接口与输入单元101通信连接；激光雷达通过以太网控制自动化技术通信接口与输入单元101通信连接；摄像头通过低电压差分信号通信接口与输入单元101通信连接；定位系统通过控制器局域网通信接口和/或以太网控制自动化技术通信接口与输入单元101通信连接。

其中，控制器局域网通信接口具体为CAN(Controller Area Network，控制器局域网)接口，以太网控制自动化技术通信接口具体为EtherCAT(EtherNet ControlAutomation Technology，以太网控制自动化技术)接口，低电压差分信号通信接口具体为LVDS(Low Voltage Differential Signaling，低电压差分信号)接口。

本实施例中，对于超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、摄像头和定位系统等各种传感器，提供了与输入单元连接的具体接口类型，不同接口类型对应不同的接口芯片，各传感器基于各自适用的接口与输入单元101连接，提高了信息采集的高效性。

在本实施例的一些可选的实现方式中，对于超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、摄像头和定位系统中的每种传感器，输出单元102设置有至少一路输出线路。

继续参考图2，作为示例，传感器数据采集平台可以支持到1路超声波雷达、3路毫米波雷达、12路摄像头(8M像素)、2路激光雷达和1路定位系统对应的传感器数据的输出。

传感器数据采集平台作为传感器和自动驾驶平台的中介，需要输出单元支持输入单元中包括的各种传感器数据的输出。对于各种传感器，输出单元中设置有至少一路输出线路，满足了传感器数据采集平台的信息处理需求。

在本实施例的一些可选的实现方式中，控制单元104用于对于输入单元101接收到的多种传感器各自对应的传感器数据，通过输入单元101中该传感器数据对应的接口芯片接收该传感器数据，并保持该传感器数据的数据形式，通过输出单元102中该传感器数据对应的接口芯片输出该传感器数据。

作为示例，控制单元104负责将采集到的传感器数据以输入接口同类型的接口转发出去。在传感器数据采集平台中，传感器数据的数据类型及结构与采集到的传感器数据保持完全一致。时间同步功能是以同一时间戳对各传感器进行采集操作，并以一个延时后的时间戳进行对外转发，以保持各传感器数据的时间一致性。

本实现方式中，传感器数据采集平台作为传输中介的数据传输过程中，保持传感器数据的数据形式不变，并在输出单元中采用与传感器数据接入时的接口芯片同类型的接口芯片输出传感器数据，保证了传感器数据在采集前后的一致性，有助于提高后续的自动驾驶处理平台的处理结果的准确度。

在本实施例的一些可选的实现方式中，存储单元103包括通用闪存存储器1031、硬盘1032和基于金手指接插件的存储器1033。

通用闪存存储器1031具体为UFS(Universal Flash Storage，通用闪存存储)存储器，硬盘1032具体为SSD(Solid State Disk，固态硬盘)硬盘，基于金手指接插件的存储器1033为通过金手指接插件连接控制单元104的存储器。在一些示例中，通用闪存存储器1031还可以是EMMC(embedded Multi Media Card，嵌入式多媒体卡)存储器。

本实现方式中，提供了具体的不同存储方式的存储器，基于通用闪存存储器、硬盘和基于金手指接插件的存储器，充分满足了传感器数据采集平台对于大量数据的数据存储需求。

在本实施例的一些可选的实现方式中，硬盘1032通过通用串行总线通信接口与控制单元104通信连接；基于金手指接插件的存储器1033通过符合高速串行计算机扩展总线标准的金手指接插件与控制单元104通信连接。

其中，通用串行总线通信接口具体为USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口，符合高速串行计算机扩展总线标准的金手指接插件为PCIe(peripheral componentinterconnect express，高速串行计算机扩展总线标准)金手指接插件。

本实现方式中，各种存储器基于各自适用的接口与控制单元通信连接，有助于提高传感器数据的存储效率。

在本实施例的一些可选的实现方式中，控制单元用于响应于确定传感器数据的数据量大于预设数据量阈值，通过硬盘和/或基于金手指接插件的存储器存储传感器数据；响应于确定传感器数据的数据量不大于预设数据量阈值，通过通用闪存存储器存储传感器数据。

本实现方式中，通过预设数据量阈值来区分传感器数据的数据量的大小，板载UFS存储器针对数据量不大且要求实时存储的应用场景，而外挂硬盘或基于PCIe金手指接插件的存储器则适用于数据量较大的情况。两种接口形式为即插即拔。

本实现方式中，不同数据量下的传感器数据通过不同的存储器存储，在满足数据存储需求的基础上，进一步提高了数据存储的适用性。

在本实施例的一些可选的实现方式中，控制单元104包括：基于现场可编程门阵列和多处理器片上系统的中央处理器1041、非易失闪存存储器1042和双倍速率同步动态随机存储器1043。中央处理器1041分别与非易失闪存存储器1042和双倍速率同步动态随机存储器1043通信连接。

其中，现场可编程门阵列具体为FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，多处理器片上系统具体为MPSOC(Multi-Processor System on Chip，多处理器片上系统)，非易失闪存存储器具体为FLASH存储器，双倍速率同步动态随机存储器具体为DDR(Double Data Rate，双倍速率)存储器。

控制单元负责平台中相关信息的处理和主要功能的实现，具体包括FPGA MPSOC芯片及其外部负责启动的FLASH芯片和DDR芯片。FLASH作用是存储启动镜像文件，用于FPGA芯片上电或复位后的启动加载，DDR芯片用于系统程序的运行。

FPGA SOC是可编程逻辑阵列器件+ARM处理器的集成，不仅可以实现数字逻辑可编程的功能，还能同时运行片上系统，弥补了单FPGA功能的短缺，并且接口丰富，可以实现多种传感器的接入，非常适合用于数据采集任务。

本实现方式中，提供了一种基于现场可编程门阵列和多处理器片上系统的中央处理器实现控制单元的方式，提高了控制单元的数据处理能力。

在本实施例的一些可选的实现方式中，传感器数据采集平台100还包括调试接口105，调试接口105与控制单元104通信连接。

调试接口105是为外部传感器接入传感器数据采集平台100起到调试作用的接口，技术、研发等相关人员可以通过调试接口调试接入传感器数据采集平台100的传感器，以使得传感器与传感器数据采集平台100相适配，有助于提高传感器数据采集平台100的数据收集过程的可行性和所搜集的传感器数据的准确度。

在本实施例的一些可选的实现方式中，传感器数据采集平台100还包括为传感器数据采集平台供电的电源模块106。

电源模块106为传感器数据采集平台100整板提供电源输入，且产生多种供电电压用于传感器数据采集平台100连接的传感器的使用。电源模块106电源总功率满足最大传感器组合接入时的功耗。

本实现方式中，传感器数据采集平台100设置有为其供电的电源模块，保证了传感器数据采集平台的正常运行。

本公开的传感器数据采集平台会串联到传感器和自动驾驶域控制器之间，各种传感器首先接入到传感器数据采集平台，再由传感器数据采集平台输出单元中的接口芯片传输给自动驾驶域控制器或其他相关控制器。传感器数据采集平台部署的系统上电启动后，FPGA MPSOC会从Flash读取启动镜像并运行，直至操作系统启动完成；相关传感器采集应用软件启动，开始进行外部传感器的配置及数据接收。可根据用户需求选择需要存储的采集数据及存储器，相关应用软件根据用户配置进行落盘存储。传感器转发应用软件负责将采集到的传感器数据以与输入接口同一类型的输出接口转发出去，数据类型及结构与采集到的传感器数据完全保持一致。时间同步应用软件功能是以同一时间戳对各传感器进行采集操作，并以一个延时后的时间戳进行对外转发，保持各传感器数据的时间一致性。

继续参考图3，示出了自动驾驶系统的结构示意图。

本实施例中，自动驾驶系统300包括多种传感器301、如上述实施例所示的传感器数据采集平台302、自动驾驶域控制器303和执行器304；多种传感器301、传感器数据采集平台302、自动驾驶域控制器303和执行器304依次通信连接。

多种传感器301包括超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、摄像头和定位系统，多种传感器之间的组合方式可以根据实际需求设置，在此不做限定。

自动驾驶域控制器303可以是自动驾驶系统中用于数据处理的各种域控制器，以动力域、底盘域、车身域、座舱域、自动驾驶域组成的5域划分方式中，自动驾驶域控制器303可以是动力域、底盘域、车身域、座舱域、自动驾驶域各自的域控制器；以车控域、智能驾驶域、智能座舱域组成的3域划分方式中，自动驾驶域控制器303可以是车控域、智能驾驶域、智能座舱域各自的域控制器。

执行器304是自动驾驶域控制器303所控制的执行机构，包括但不限于是制动机构、加速踏板、灯光控制机构。

自动驾驶系统300可以是设置于自动驾驶车辆上以实现自动驾驶功能的系统，也可以是在自动驾驶算法研发过程中提供研发支持的系统。在自动驾驶系统300中，传感器数据采集平台302通过输入单元将多种传感器301采集的数据转发至自动驾驶域控制器303，并保存所转发的传感器数据；自动驾驶域控制器303对传感器数据进行处理，得到控制各种执行器304的指令。

本实施例中，传感器数据采集平台独立于自动驾驶处理平台(自动驾驶域控制器)，传感器数据采集平台专注于数据采集，自动驾驶处理平台专注于环境建模和路径规划，提高了自动驾驶系统中数据采集过程和数据处理过程之间的独立性，有助于提高各过程的数据处理结果的高效性和准确度。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种无人车。本实施例中，无人车包括车辆本体和设置于车辆本体上的、如上述实施例所示的自动驾驶系统。

本实施例中，无人车的自动驾驶系统，基于传感器数据采集平台专注于数据采集，基于自动驾驶处理平台专注于环境建模和路径规划，提高了数据处理过程的专注性，有助于提高无人车运行的安全性。

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 (14)

1.一种传感器数据采集平台，其特征在于，包括输入单元、输出单元、存储单元和控制单元；

所述控制单元分别与所述输入单元、所述输出单元和所述存储单元通信连接，用于通过所述输出单元，将所述输入单元接收到的传感器数据输出，并通过所述存储单元存储所述传感器数据；

所述输入单元和所述输出单元中均设置有适配于多种传感器对应的传感器数据的接口芯片；

所述存储单元中设置有多种采用不同存储方式的存储器。

2.根据权利要求1所述的传感器数据采集平台，其特征在于：

所述输入单元和所述输出单元中均设置有适配于超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、摄像头和定位系统各自对应的传感器数据的接口芯片。

3.根据权利要求2所述的传感器数据采集平台，其特征在于：

对于所述超声波雷达、所述毫米波雷达、所述激光雷达和所述摄像头中的每种传感器，所述输入单元设置有多路采集线路。

4.根据权利要求2或3所述的传感器数据采集平台，其特征在于：

所述超声波雷达和所述毫米波雷达通过控制器局域网通信接口与所述输入单元通信连接；

所述激光雷达通过以太网控制自动化技术通信接口与所述输入单元通信连接；

所述摄像头通过低电压差分信号通信接口与所述输入单元通信连接；

所述定位系统通过控制器局域网通信接口和/或以太网控制自动化技术通信接口与所述输入单元通信连接。

5.根据权利要求2所述的传感器数据采集平台，其特征在于：

对于所述超声波雷达、所述毫米波雷达、所述激光雷达、所述摄像头和所述定位系统中的每种传感器，所述输出单元设置有至少一路输出线路。

6.根据权利要求5所述的传感器数据采集平台，其特征在于：

所述控制单元用于对于所述输入单元接收到的多种传感器各自对应的传感器数据，通过所述输入单元中该传感器数据对应的接口芯片接收该传感器数据，并保持该传感器数据的数据形式，通过所述输出单元中该传感器数据对应的接口芯片输出该传感器数据。

7.根据权利要求1所述的传感器数据采集平台，其特征在于：

所述存储单元包括通用闪存存储器、硬盘和基于金手指接插件的存储器。

8.根据权利要求7所述的传感器数据采集平台，其特征在于：

所述硬盘通过通用串行总线通信接口与所述控制单元通信连接；

所述基于金手指接插件的存储器通过符合高速串行计算机扩展总线标准的金手指接插件与所述控制单元通信连接。

9.根据权利要求1或7所述的传感器数据采集平台，其特征在于：

所述控制单元用于响应于确定所述传感器数据的数据量大于预设数据量阈值，通过所述硬盘和/或所述基于金手指接插件的存储器存储所述传感器数据；响应于确定所述传感器数据的数据量不大于所述预设数据量阈值，通过所述通用闪存存储器存储所述传感器数据。

10.根据权利要求1所述的传感器数据采集平台，其特征在于：

所述控制单元包括：基于现场可编程门阵列和多处理器片上系统的中央处理器、非易失闪存存储器和双倍速率同步动态随机存储器；

所述中央处理器分别与所述非易失闪存存储器和所述双倍速率同步动态随机存储器通信连接。

11.根据权利要求1所述的传感器数据采集平台，其特征在于：

所述传感器数据采集平台还包括调试接口，所述调试接口与所述控制单元通信连接。

12.根据权利要求1所述的传感器数据采集平台，其特征在于：

所述传感器数据采集平台还包括为所述传感器数据采集平台供电的电源模块。

13.一种自动驾驶系统，其特征在于，包括多种传感器、如权利要求1-12中任一项所述的传感器数据采集平台、自动驾驶域控制器和执行器；

所述多种传感器、所述传感器数据采集平台、所述自动驾驶域控制器和所述执行器依次通信连接。

14.一种无人车，其特征在于，包括如权利要求13所述的自动驾驶系统。

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