CN116853145A - 一种港口集装箱拖挂车自动驾驶的域控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种港口集装箱拖挂车自动驾驶的域控制系统，属于自动驾驶车辆控制技术领域。域控制系统包括自动驾驶域控制器、车控域控制器、外部信息交互域控制器和车载以太网，每个控制器具备单独计算控制单元及协议转换网关功能，各控制器经由车载以太网进行通信。本发明可实现集装箱拖挂车无人化改造与运行，为港口集装箱拖挂车自动驾驶提供了电子电气结构方面的技术支撑，推动了无人化港口集装箱拖挂车的落地应用。
Description
技术领域
本发明属于自动驾驶车辆控制技术领域，具体涉及一种港口集装箱拖挂车自动驾驶的域控制系统。
背景技术
随着全球集装箱港口的蓬勃发展，作为港口水平运输系统主力的集装箱拖挂车的数量也呈现了爆发式的增长，现阶段大多数港口均为驾驶员操作集装箱拖挂车进行作业，由于港区工作环境恶劣，任务繁重，驾驶员容易疲劳，进而产生事故；同时，随着人口老龄化的发展，集装箱拖挂车驾驶员的招聘变得更加困难，因此，为了提高集装箱拖挂车运输效率和安全性，推进港口的自动化、智能化，推广无人集装箱拖挂车成为一项迫切的需求。
为了实现集装箱拖挂车的无人化自动驾驶，需要对集装箱拖挂车的电子控制系统进行升级和改造，以提升其软硬件等级，适应自动驾驶的需求。港口目前普遍采用的集装箱拖挂车电子控制系统主要包括：发动机和动力传动控制系统，变速控制系统，制动防抱死和牵引力控制系统，转向控制系统等，这些系统一般是基于传统的基于电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)的分布式电子电气架构。这种结构中，各系统以各自ECU的CPU为核心，采集外围传感器信号，并通过运算和控制功能，分布式地实现各系统功能，各系统间缺乏高效的配合，不能很好地适应自动驾驶的功能要求。自动驾驶所涉及的感知、控制及决策系统复杂性更高，要求自动驾驶功能系统与车身控制系统的信息交互和控制也更多。这就要求车身电子控制系统能成为一个按照功能域划分，模块化的、可移植的、便于管理的子系统，以满足自动驾驶系统的软硬件需求。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种港口集装箱拖挂车自动驾驶的域控制系统，通过该控制系统实现集装箱拖挂车无人化改造与运行。
本发明是采用以下具体方案实现的：一种港口集装箱拖挂车自动驾驶的域控制系统包括自动驾驶域控制器、车控域控制器、外部信息交互域控制器，每个控制器具备单独计算控制单元及协议转换网关功能，各控制器经由车载以太网进行通信；自动驾驶域控制器包括环境感知系统、定位系统和决策控制系统，环境感知系统包括超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达和车载摄像头，定位系统包括高精度差分系统和惯性导航传感器；自动驾驶域控制器采集超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、车载摄像头、高精度差分系统、惯性导航传感器的各类信号，并结合高精地图，经决策控制系统运算和处理后形成对车控域控制器的控制指令，并经由车载以太网发送至车控域控制器；车控域控制器包括发动机及动力传动控制系统、变速控制系统，制动防抱死及牵引力控制系统和转向控制系统，在接收到自动驾驶域控制器的控制指令后，对控制指令进行处理后，形成对集装箱拖挂车驱动、制动、转向的控制指令，控制发动机及动力传动控制系统、变速控制系统，制动防抱死及牵引力控制系统和转向控制系统的运行；外部信息交互域控制器包括专属无线网络和码头生产操作系统接口，用于集装箱拖挂车与港口中控信息平台以及与港口机械机载信息平台之间的信息交互，将港口集装箱拖挂车的状态、轨迹和姿态等信息传递给港口中控信息平台，使港口中控平台实现对港口集装箱拖挂车实时监控；外部信息交互域控制器通过专属无线网络获取港口机械工作状态和环境感知、定位的信息数据，完成与装卸机械对位、集装箱装卸作业以及实现复杂作业环境中的规避碰撞。
本发明的有益效果为：
为港口集装箱拖挂车进行无人驾驶提供了电子电气结构方面的技术支撑，推动了港口集装箱拖挂车无人化的落地应用。
以自动驾驶技术取代了人工驾驶，降低了人身事故风险，降低了港口的用人成本。
优化了集装箱拖挂车的调度控制，从而提高了港口水平运输系统的效率。
自动驾驶技术对于车辆的使用更加合理精确，降低了车辆的维护成本，提高了车辆使用寿命。
将多个分散的ECU按照功能域划分，集成到一个运算能力更强大的域控制器中，从而实现能够兼容中央驱动和分布式驱动构型汽车的域集中式汽车电子电气系统。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图中，1-自动驾驶域控制器；2-车控域控制器；2.1-发动机及动力传动控制系统；2.2-变速控制系统；2.3-制动防抱死及牵引力控制系统；2.4-转向控制系统；3-外部信息交互域控制器；3.1-专属无线网络；3.2-码头生产操作系统接口；4-车载以太网；5-环境感知系统；5.1-超声波雷达；5.2-毫米波雷达；5.3-激光雷达；5.4-车载摄像头；6-定位系统；6.1-高精度差分系统；6.2-惯性导航传感器；7-决策控制系统。
具体实施方式
如图1所示，本发明包含的自动驾驶域控制器(1)、车控域控制器(2)、外部信息交互域控制器(3)，每个控制器都包含单独的运算和控制单元，具备协议转换网关功能，各域控制器之间通过通信总线方式，经由中央网关采用车载以太网(4)进行通信；
自动驾驶域控制器(1)包括环境感知系统(5)、定位系统(6)和决策控制系统(7)，自动驾驶域控制器(1)与车载摄像头(5.4)、激光雷达(5.3)和毫米波雷达(5.2)以及超声波雷达(5.1)通过车载以太网相连，与全球定位高精度差分系统(6.1)+惯性导航传感器IMU(6.2)通过串口相连，获取图像和点云数据后，通过传感器融合检测网络，目标跟踪和对应算法可以完成障碍物感知，通过场景分割网络可以完成驾驶场景建模；通过采用全球定位系统高精度差分系统(6.1)+惯性导航传感器IMU(6.2)、激光定位、视觉定位中一种或几种传感器组合，获取高精度定位信号；结合高精度地图，生成全局态势感知模型；路径规划和决策模块给出横向决策、纵向决策，并由二次路径规划模块设计最优路径；形成针对车控域的控制指令，通过车载以太网(4)经由中央网关传递给车控域控制器(2)。
车控域控制器(2)集成了发动机和动力传动控制系统(2.1)，变速控制系统(2.2)，制动防抱死和牵引力控制系统(2.3)，转向控制系统(2.4)的各项功能，采用CAN总线通讯的线控方式，在接收到自动驾驶域控制器(1)的控制指令后，对控制指令进行安全等级评估、限幅处理后，形成对驱动、制动、转向控制系统的控制指令，控制各机构的运行；还包括紧急停止功能，，，，在异常状态下由人工实现车辆的急停控制。
外部信息交互域控制器(3)通过专属无线网络(3.1)与港口作业系统(TOS)(3.2)连接，接收作业任务信息，并将车辆的状态、轨迹和姿态等信息传递给中控信息平台，从而使得中控平台可以实现对集装箱卡车的实时监控，通讯采用专属网络、加密协议通信，保证通讯安全，防止外部干扰和入侵；信息交互域控制器(3)还可以通过无线通信网络直接与港口集装箱装卸机械的机载信息平台进行信息交换，获取机械工作状态，完成与装卸机械对位、集装箱装卸作业以及实现复杂作业环境中的规避碰撞；还可以为自动驾驶功能提供辅助的环境感知、定位的信息数据。
本实施实例不仅适用于现有港口集装箱拖挂车的无人化自动驾驶改造应用，也同样适用于新制造的集装箱拖挂车进行电子电气结构规划工作，具有很强的适用性。
本发明实施例为基于当下自动驾驶的发展方向，提出的一种全新的基于功能域集中式的车辆电子电气系统框架，在自动驾驶技术上充分考虑了港口集装箱拖挂车运行的功能特点，重新划分港口集装箱拖挂车各个功能域，设计了各功能域的硬件结构，为港口集装箱拖挂车无人驾驶的落地实施提供了一种实施方案。
以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明原理的前提下，还可以对发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种港口集装箱拖挂车自动驾驶的域控制系统，其特征在于：包括自动驾驶域控制器(1)、车控域控制器(2)、外部信息交互域控制器(3)，每个控制器具备单独计算控制单元及协议转换网关功能，各控制器经由车载以太网(4)进行通信；自动驾驶域控制器(1)包括环境感知系统(5)、定位系统(6)和决策控制系统(7)，环境感知系统(5)包括超声波雷达(5.1)、毫米波雷达(5.2)、激光雷达(5.3)和车载摄像头(5.4)，定位系统(6)包括高精度差分系统(6.1)和惯性导航传感器(6.2)；自动驾驶域控制器(1)采集超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、车载摄像头、高精度差分系统、惯性导航传感器的各类信号，并结合高精地图，经决策控制系统(7)运算和处理后形成对车控域控制器的控制指令，并经由车载以太网(4)发送至车控域控制器(2)；车控域控制器(2)包括发动机及动力传动控制系统(2.1)、变速控制系统(2.2)，制动防抱死及牵引力控制系统(2.3)和转向控制系统(2.4)，在接收到自动驾驶域控制器的控制指令后，对控制指令进行处理后，形成对集装箱拖挂车驱动、制动、转向的控制指令，控制发动机及动力传动控制系统(2.1)、变速控制系统(2.2)，制动防抱死及牵引力控制系统(2.3)和转向控制系统(2.4)的运行；外部信息交互域控制器(3)包括专属无线网络(3.1)和码头生产操作系统接口(3.2)，用于集装箱拖挂车与港口中控信息平台以及与港口机械机载信息平台之间的信息交互，将港口集装箱拖挂车的状态、轨迹和姿态等信息传递给港口中控信息平台，使港口中控平台实现对港口集装箱拖挂车实时监控；外部信息交互域控制器(3)通过专属无线网络(3.1)获取港口机械工作状态和环境感知、定位的信息数据，完成与装卸机械对位、集装箱装卸作业以及实现复杂作业环境中的规避碰撞。
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