CN117111058A - 一种用于矿用卡车的无人驾驶感知系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于矿用卡车的无人驾驶感知系统及方法，属于无人驾驶车辆运行环境感知领域。该系统包括：授时同步服务器，其用于按照特定的时间间隔，向数据处理装置发送同步信号；数据处理装置，其用于根据同步信号，生成用于控制环境感知装置执行时钟对齐动作的同步控制指令，并将自身时钟与授时同步服务器的时钟进行对齐，其中，在完成时钟对齐后，对探测信号进行分析整合，进而根据分析结果生成实时路况信息；环境感知装置，其用于按照同步控制指令，将自身时钟与授时同步服务器的时钟进行对齐，其中，在完成时钟对齐后，对车辆周围的环境进行实时探测并生成探测信号。本发明提高了无驾驶室无人矿用卡车对环境感知的有效性与可靠性。

Description

一种用于矿用卡车的无人驾驶感知系统及方法

技术领域

本发明属于无人驾驶车辆运行环境感知领域，尤其是涉及一种用于矿用卡车的无人驾驶感知系统及方法。

背景技术

无人驾驶车辆是一种可以依靠自身软硬件系统进行自主行驶的新型智能车辆，其通过车载传感器设备获取外界环境数据，并由软件系统对所获取的外界环境数据进行数据处理生成控制命令，而后，车辆控制系统按照控制命令的指示进行行驶，从而移动至目标地点。

无人驾驶车辆在国防军事、民用交通和工业运输等领域有着非常广阔的应用前景。无驾驶室无人矿用卡车作为一种新型矿用运输车辆，取消了驾驶室，无法通过安全员保障车辆的运行安全。因此，对整个无人驾驶系统的安全性、可靠性提出了更高的要求。由此可见，通过合理的车载传感器布局来为车辆提供充分有效的运行环境数据，并通过有效的系统设计使各个车载传感器进行协同工作尤为重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种用于矿用卡车的无人驾驶感知系统，包括：授时同步服务器，其用于按照特定的时间间隔，向数据处理装置发送同步信号；所述数据处理装置，其用于根据所述同步信号，生成用于控制环境感知装置执行时钟对齐动作的同步控制指令，并将自身时钟与所述授时同步服务器的时钟进行对齐，其中，在完成时钟对齐后，对探测信号进行分析整合，进而根据分析结果生成实时路况信息；所述环境感知装置，其用于按照所述同步控制指令，将自身时钟与所述授时同步服务器的时钟进行对齐，其中，在完成时钟对齐后，对车辆周围的环境进行实时探测并生成所述探测信号。

优选地，所述环境感知装置具备：多个激光雷达，所述多个激光雷达包括分别设置在车辆前端轴线上和轴线两侧的激光雷达、以及设置在车辆后端的激光雷达，其中，设置在车辆前端轴线上的激光雷达以探测面朝向前方的方式安装，设置在轴线两侧的激光雷达以探测面朝向下方的方式安装，设置在车辆后端的激光雷达以探测面朝向后方的方式靠近轴线安装；多个毫米波雷达，所述多个毫米波雷达包括分别设置在车辆前端轴线两侧的毫米波雷达、以及设置在车辆后端的毫米波雷达，其中，设置在车辆前端轴线两侧的毫米波雷达并排安装形成毫米波雷达阵列，且所述毫米波雷达阵列关于轴线对称，设置在车辆后端的毫米波雷达与设置在车辆后端的激光雷达分别位于轴线两侧；多个遥控相机，所述多个遥控相机包括分别设置在车辆前端轴线上和轴线两侧的遥控相机、以及设置在车辆后端轴线上的遥控相机，其中，设置在车辆前端轴线上的遥控相机以镜头朝向前方的方式安装，设置在轴线两侧的遥控相机以镜头朝向后方的方式安装，设置在车辆后端的遥控相机以镜头朝向后方的方式安装；多个感知相机，所述多个感知相机包括设置在车辆前端轴线两侧的感知相机，其中，设置在车辆前端轴线两侧的感知相机并排安装形成感知相机阵列。

优选地，车辆前端轴线上的激光雷达为前向探测激光雷达，车辆前端轴线两侧和车辆后端的激光雷达为补盲激光雷达，所述补盲激光雷达用于对所述前向探测激光雷达的探测盲区进行补充，车辆前端的毫米波雷达为长距毫米波雷达，车辆后端的毫米波雷达为短距毫米波雷达，所述多个遥控相机为可见光相机，所述感知相机阵列包括若干个热红外相机和若干个可见光相机，其中，所述若干个热红外相机与所述若干个可见光相机分别位于轴线两侧。

优选地，所述数据处理装置包括：预处理单元，其用于同时连接所述环境感知装置和所述授时同步服务器，用于收集所述探测信号，并对所收集的探测信号进行预处理，其中，采用编码方式对遥控相机探测信号进行预处理，采用视频格式标准化方式对感知相机探测信号进行预处理，以及生成所述同步控制指令，并将所述同步控制指令下发至所述环境感知装置；主处理单元，其通过PCIe总线与所述预处理单元连接，用于对预处理后的探测信号进行分析整合，并生成所述实时路况信息。

优选地，所述预处理单元通过以太网总线与所述多个激光雷达连接，以及通过同轴线缆分别与所述多个遥控相机和所述多个感知相机连接。

优选地，所述无人驾驶感知系统还包括：车载网关，其用于将毫米波雷达探测信号同时转发至所述预处理单元和云端服务器，从而在所述预处理单元中完成所述毫米波雷达探测信号的预处理，以及在所述云端服务器中生成仅与所述毫米波雷达探测信号有关的备份路况信息，进而为所述实时路况信息提供冗余备份保障，其中，所述车载网关通过CAN总线与所述多个毫米波雷达连接，以及通过以太网总线与所述预处理单元连接。

优选地，所述同步信号为NTP同步信号、PTP 授时同步信号和PPS同步信号中的一种或几种。

优选地，所述无人驾驶感知系统还包括：惯导装置，其通过CAN总线与所述数据处理装置连接，用于在所述环境感知装置异常而无法进行探测时，生成当前车辆的速度和位置信息，并将所生成的信息传输至所述数据处理装置，以使得所述数据处理装置在所述环境感知装置异常时仍生成所述实时路况信息。

优选地，所述无人驾驶感知系统还包括：安装于车辆顶部的天线阵列，其中，所述天线阵列包括但不限于所述惯导装置的差分天线、所述授时同步服务器的卫星同步信号接收天线、近程遥控信号接收天线、5G接收天线、差分定位电台接收天线和4G接收天线。

另外，本发明还提出了一种用于矿用卡车的无人驾驶感知方法，所述无人驾驶感知方法利用无人驾驶感知系统来实现，其中，所述无人驾驶感知方法包括：通过授时同步服务器按照特定的时间间隔，向数据处理装置发送同步信号；利用所述数据处理装置根据所述同步信号，生成用于控制环境感知装置执行时钟对齐动作的同步控制指令；所述环境感知装置按照所述同步控制指令，将自身时钟与所述授时同步服务器的时钟进行对齐，并在完成时钟对齐后，对车辆周围的环境进行实时探测并生成所述探测信号；所述数据处理装置根据所述同步信号，将自身时钟与所述授时同步服务器的时钟进行对齐，并在完成时钟对齐后，对探测信号进行分析整合，进而根据分析结果生成实时路况信息。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明提出了一种用于矿用卡车的无人驾驶感知系统及方法。该无人驾驶感知系统先针对无驾驶室无人矿用卡车进行车载传感器布局，利用所布置的传感器对车辆周围的运行环境进行实时探测并生成相应的探测信号；而后，将探测信号进行分析整合，来生成实时路况信息，其中，在探测信号的获取过程中，以及对探测信号进行分析整合的过程中，授时同步服务器按照特定的时间间隔针对前述两个过程进行时钟对齐，从而实现整个无人驾驶感知系统的授时同步。本发明满足了无驾驶室无人矿用卡车对环境感知的需求，实现了整个无人驾驶感知系统的协同工作，有效提高了环境感知结果的有效性与可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本申请实施例的用于矿用卡车的无人驾驶感知系统的整体结构示意图；

图2是本申请实施例的用于矿用卡车的无人驾驶感知系统的具体结构示意图；

图3是本申请实施例的用于矿用卡车的无人驾驶感知系统的车辆前端传感器布局的示意图；

图4是本申请实施例的用于矿用卡车的无人驾驶感知系统的车辆后端传感器布局的示意图；

图5是本申请实施例的用于矿用卡车的无人驾驶感知方法的步骤图。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

其中，附图标记列表如下：

101：补盲激光雷达A；

103：补盲激光雷达B；

104：补盲激光雷达C；

102：前向探测激光雷达；

201：可见光相机A；

202：可见光相机B；

203：可见光相机C；

204：可见光相机D；

402：可见光相机E；

301：长距毫米波雷达A；

302：长距毫米波雷达B；

303：短距毫米波雷达；

401：热红外相机；

501：差分天线；

502：卫星同步信号接收天线；

503：近程遥控信号接收天线；

504：5G接收天线；

505：差分定位电台接收天线；

506：4G接收天线。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

无人驾驶车辆是一种可以依靠自身软硬件系统进行自主行驶的新型智能车辆，其通过车载传感器设备获取外界环境数据，并由软件系统对所获取的外界环境数据进行数据处理生成控制命令，而后，车辆控制系统按照控制命令的指示进行行驶，从而移动至目标地点。

无人驾驶车辆在国防军事、民用交通和工业运输等领域有着非常广阔的应用前景。无驾驶室无人矿用卡车作为一种新型矿用运输车辆，取消了驾驶室，无法通过安全员保障车辆的运行安全。因此，对整个无人驾驶系统的安全性、可靠性提出了更高的要求。由此可见，通过合理的车载传感器布局来为车辆提供充分有效的运行环境数据，并通过有效的系统设计使各个车载传感器进行协同工作尤为重要。

因此，为了解决上述问题，本发明提出了一种用于矿用卡车的无人驾驶感知系统及方法。该无人驾驶感知系统先针对无驾驶室无人矿用卡车进行车载传感器布局，利用所布置的传感器对车辆周围的运行环境进行实时探测并生成相应的探测信号；而后，将探测信号进行分析整合，来生成实时路况信息，其中，在探测信号的获取过程中，以及对探测信号进行分析整合的过程中，授时同步服务器按照特定的时间间隔针对前述两个过程进行时钟对齐，从而实现整个无人驾驶感知系统的授时同步。本发明满足了无驾驶室无人矿用卡车对环境感知的需求，实现了整个无人驾驶感知系统的协同工作，有效提高了环境感知结果的有效性与可靠性。

实施例一

本实施例中用于矿用卡车的无人驾驶感知系统至少包括：授时同步服务器10、数据处理装置20和环境感知装置30。授时同步服务器10用于按照特定的时间间隔，向数据处理装置20发送同步信号。数据处理装置20用于根据授时同步服务器10所发送的同步信号，生成用于控制环境感知装置30执行时钟对齐动作的同步控制指令，并将自身时钟与授时同步服务器10的时钟进行对齐，其中，在完成时钟对齐后，对环境感知装置30所生成的探测信号进行分析整合，进而根据分析结果生成实时路况信息。环境感知装置30用于按照数据处理装置20所生成的同步控制指令，将自身时钟与授时同步服务器10的时钟进行对齐，其中，在完成时钟对齐后，对车辆周围的环境进行实时探测并生成探测信号。

图1是本申请实施例的用于矿用卡车的无人驾驶感知系统的整体结构示意图。图2是本申请实施例的用于矿用卡车的无人驾驶感知系统的具体结构示意图。下面结合图1 和图2对本发明所述的用于矿用卡车的无人驾驶感知系统的结构进行详细说明。

实际应用中常用的文件服务器、邮件服务器、互联网网关以及其它无数网络设备的背后，所存在的一个基本的信任就是：网络里的计算机都有精确的时间。然而，每隔一段时间，计算机时钟都会有几秒钟的漂移，复杂的基于UNIX的工作站也是如此。因此，任意两台计算机的时间差都可能达到几分钟甚至几个小时。计算机只是机械的信任它处理的信息，就好像其它计算机知道准确的时间一样。它们假设这是正确的，但是当假设错误时就会导致操作失败。而网络授时可以使网络内的计算机具有统一准确的时间，通过对同一系统内的计算机分别进行授时操作，可大大降低由于各个计算机之间内部时钟不同步所导致的操作失败的发生概率。

授时同步服务器10用于按照特定的时间间隔，向数据处理装置20发送同步信号。在本申请实施例中，采用独立的授时同步服务器10为构成无人驾驶感知系统的各个硬件单元提供高精度的授时服务。在授时同步服务器10启动之前，本实施例针对当前无人驾驶感知系统预设时间间隔，并将该预设时间间隔作为特定的时间间隔。授时同步服务器10按照当前特定的时间间隔，向数据处理装置20发送同步信号（即：用于进行时钟对齐和系统授时的脉冲信号），从而使得数据处理装置20具有与授时同步服务器10所对应的时间源相匹配的同步时间。其中，授时同步服务器10所对应的时间源（例如： GPS北斗时钟系统、北斗卫星授时、ntp校时服务器等）用于提供标准时间。需要说明的是，本发明对预设时间间隔的时长不作具体限定，本领域技术人员可以根据实际所需的时间同步精度进行设置。

数据处理装置20用于根据同步信号，生成用于控制环境感知装置30执行时钟对齐动作的同步控制指令，并将自身时钟与授时同步服务器10的时钟进行对齐，其中，在完成时钟对齐后，对探测信号进行分析整合，进而根据分析结果生成实时路况信息。具体地，数据处理装置20接收授时同步服务器10所发送的同步信号，一方面，根据当前同步信号进行校时，从而完成自身时钟与授时同步服务器10的时钟对齐；另一方面，根据当前同步信号生成用于控制环境感知装置30执行时钟对齐动作的同步控制指令，从而使得环境感知装置30和数据处理装置20均具有与授时同步服务器10所对应的时间源相匹配的同步时间，以此实现整个无人驾驶感知系统的协同工作，从而保障了感知结果的有效性与可靠性。也就是说，根据同步信号直接完成时钟对齐的数据处理装置20与根据同步控制指令间接完成时钟对齐的环境感知装置30的时钟保持对齐，此时数据处理装置20与环境感知装置30具有相同的标准时间。

接下来，完成时钟对齐的数据处理装置20接收环境感知装置30所生成的探测信号，并将所接收的探测信号进行分析整合，进而根据分析结果对探测信号所携带的车辆周围的运行环境信息进行还原，从而生成实时路况信息。

环境感知装置30用于按照同步控制指令，将自身时钟与授时同步服务器10的时钟进行对齐，其中，在完成时钟对齐后，对车辆周围的环境进行实时探测并生成探测信号。具体地，环境感知装置30接收数据处理装置20所生成的同步控制指令，并按照同步控制指令所指示的时钟对齐方式进行校时，从而完成自身时钟与授时同步服务器10的时钟对齐。完成时钟对齐的环境感知装置30，基于构成整个环境感知装置30且分布于车辆不同位置的传感器对车辆周围的环境进行实时探测，并根据实时探测结果生成携带有车辆周围的运行环境信息的探测信号。

在本申请的一个具体实施例中，环境感知装置30也用于满足远程应急接管系统的视频监测需求。

在实际应用中，保障无人驾驶感知系统的感知可靠性的必要条件之一便是车载传感器的安装布局方式，故本发明通过设计一种车载传感器的安装布局方式，来满足无驾驶室无人矿用卡车的对环境感知的需求。

环境感知装置30具备：多个激光雷达、多个毫米波雷达、多个遥控相机和多个感知相机。图3是本申请实施例的用于矿用卡车的无人驾驶感知系统的车辆前端传感器布局的示意图。图4是本申请实施例的用于矿用卡车的无人驾驶感知系统的车辆后端传感器布局的示意图。接下来，参照图3和图4对本实施例的构成环境感知装置30的不同类型的传感器及其分布进行详细说明。

在本申请实施例中，多个激光雷达包括分别设置在车辆前端轴线上和轴线两侧的激光雷达、以及设置在车辆后端的激光雷达，其中，设置在车辆前端轴线上的激光雷达以探测面朝向前方的方式安装，设置在轴线两侧的激光雷达以探测面朝向下方的方式安装，设置在车辆后端的激光雷达以探测面朝向后方的方式靠近轴线安装。

具体地，多个激光雷达分别设置在车辆前端和车辆后端。在车辆前端，激光雷达分别设置在车辆轴线上和轴线两侧，其中，设置在车辆轴线上的激光雷达以探测面朝向前方的方式安装，主要用于对车辆前方的车辆周围的运行环境进行探测；设置在轴线两侧的激光雷达分别以探测面朝向下方的方式安装，主要用于对车辆轴线上的激光雷达无法探测到的车辆下方及侧方部分区域的车辆周围的运行环境进行探测，设置在轴线两侧的激光雷达的具体安装位置为位于车头两侧的两个支架上。在车辆后端，激光雷达设置在车辆轴线附近，以探测面朝向后方的方式安装，主要用于对车辆后方的车辆周围的运行环境进行探测。

在本申请的一个具体实施例中，位于车辆前端轴线上的激光雷达为前向探测激光雷达102，位于车辆前端轴线两侧和车辆后端的激光雷达为补盲激光雷达A101、补盲激光雷达B103和补盲激光雷达C104，补盲激光雷达A101、补盲激光雷达B103和补盲激光雷达C104用于对前向探测激光雷达102的探测盲区进行补充，即：补盲激光雷达A101、补盲激光雷达B103和补盲激光雷达C104用于对车辆轴线上的激光雷达（前向探测激光雷达102）无法探测到的车辆下方、侧方部分区域、以及后方的车辆周围的运行环境进行探测。

在本申请实施例中，多个毫米波雷达包括分别设置在车辆前端轴线两侧的毫米波雷达、以及设置在车辆后端的毫米波雷达，其中，设置在车辆前端轴线两侧的毫米波雷达并排安装形成毫米波雷达阵列，且毫米波雷达阵列关于轴线对称，设置在车辆后端的毫米波雷达与设置在车辆后端的激光雷达分别位于轴线两侧。

具体地，多个毫米波雷达分别设置在车辆前端和车辆后端。在车辆前端，毫米波雷达设置在车辆轴线的两侧，其中，设置在轴线两侧的毫米波雷达并排安装形成毫米波雷达阵列，并且，毫米波雷达阵列关于轴线对称。在车辆后端，毫米波雷达设置在车辆轴线附近，并与同样设置在车辆后端的车辆轴线附近的激光雷达关于轴线对称。

在本申请的一个具体实施例中，车辆前端的毫米波雷达为长距毫米波雷达A301、长距毫米波雷达B302，车辆后端的毫米波雷达为短距毫米波雷达303。

在本申请实施例中，多个遥控相机包括分别设置在车辆前端轴线上和轴线两侧的遥控相机、以及设置在车辆后端轴线上的遥控相机，其中，设置在车辆前端轴线上的遥控相机以镜头朝向前方的方式安装，设置在轴线两侧的遥控相机以镜头朝向后方的方式安装，设置在车辆后端的遥控相机以镜头朝向后方的方式安装。

具体地，多个遥控相机分别设置在车辆前端和车辆后端。在车辆前端，遥控相机分别设置在车辆轴线上和轴线两侧，其中，设置在车辆轴线上的遥控相机以镜头朝向前方的方式安装，主要用于对车辆前方的环境进行探测；设置在轴线两侧的遥控相机以镜头朝向后方的方式安装，主要用于对车辆轴线上的遥控相机无法探测到的车辆下方及侧方部分区域的车辆周围的运行环境进行探测，设置在轴线两侧的遥控相机的具体安装位置为位于车头两侧的两个支架上，并且，靠近对应支架上的激光雷达。其中，每个遥控相机的镜头角度可根据实际路况需求随意调整。在车辆后端，遥控相机设置在车辆轴线上，以镜头朝向后方的方式安装，主要用于对车辆后方的车辆周围的运行环境进行探测。

在本申请的一个具体实施例中，多个遥控相机为可见光相机A201、可见光相机B202、可见光相机C203、可见光相机D204。

在本申请实施例中，多个感知相机包括设置在车辆前端轴线两侧的感知相机，其中，设置在车辆前端轴线两侧的感知相机并排安装形成感知相机阵列。

具体地，多个感知相机仅设置在车辆前端。其中，设置在轴线两侧的感知相机并排安装形成感知相机阵列。

在本申请的一个具体实施例中，感知相机阵列包括若干个热红外相机401和若干个可见光相机E402，其中，若干个热红外相机401与若干个可见光相机E402分别位于轴线两侧。

进一步，数据处理装置20包括：预处理单元和主处理单元。预处理单元用于同时连接环境感知装置30和授时同步服务器10，用于收集探测信号，并对所收集的探测信号进行预处理，其中，采用编码方式对遥控相机探测信号进行预处理，采用视频格式标准化方式对感知相机探测信号进行预处理，以及生成同步控制指令，并将同步控制指令下发至环境感知装置30。主处理单元通过PCIe总线与预处理单元连接，用于对预处理后的探测信号进行分析整合，并生成实时路况信息。

具体地，如图2所示，预处理单元同时连接环境感知装置30和授时同步服务器10。预处理单元在收集到环境感知装置30所生成的探测信号后，先采用不同的预处理方式，对相应传感器所对应的探测信号进行预处理，以达到适应不同使用场景的目的。在本申请的一个具体实施例中，采用编码方式对遥控相机探测信号进行预处理，实现对遥控相机探测信号的高性能编码，有效减小了传输带宽占用并降低了时延；采用视频格式标准化方式对感知相机探测信号进行预处理，获得感知相机探测信号的标准的视频格式数据，为后续算法处理提供了便捷。同时，预处理单元还接收授时同步服务器10所发送的同步信号，并生成同步控制指令，而后，将同步控制指令下发至环境感知装置30，从而指示环境感知装置30完成时间同步。其中，预处理单元分别基于端口Sync0、Sync1、Sync2和Sync3与对应的多个激光雷达连接，达到将同步控制指令下发至环境感知装置30的目的。

在本申请实施例中，主处理单元基于PCIe高性能数据端口通过PCIe总线与预处理单元连接。主处理单元在预处理单元完成对相应传感器所对应的探测信号的预处理之后，将预处理后的探测信号进行分析整合，从而快速生成符合实际的实时路况信息。最后，预处理单元将所生成的实时路况信息发送至车载网关以实现向外界的传输。其中，实时路况信息向车载网关的发送基于车载网关的网口3与主处理单元的网口1所形成的数据传输通道，或者，基于车载网关的网口4与主处理单元的网口2所形成的数据传输通道而实现。

预处理单元通过为来自不同传感器的探测信号设计专有数据通道，保证了数据传输的有效性。在本申请的一个具体实施例中，预处理单元分别基于端口ETH0、ETH1、ETH2和ETH3，通过以太网总线中的ETH总线与对应的多个激光雷达连接，以及基于FAKRA端口，通过同轴线缆（FAKRA连接器）分别与多个遥控相机和多个感知相机连接，满足了传输时延的要求。

进一步，本实施例所述的无人驾驶感知系统还包括：车载网关。车载网关用于将毫米波雷达探测信号同时转发至预处理单元和云端服务器，从而在预处理单元中完成毫米波雷达探测信号的预处理，以及在云端服务器中生成仅与毫米波雷达探测信号有关的备份路况信息，进而为实时路况信息提供冗余备份保障。

在本申请的一个具体实施例中，车载网关具备必要的数据通信端口，包括但不限于：车载以太网、CAN端口、PPS和GPRMC端口，车载网关通过CAN总线与多个毫米波雷达连接，以及通过以太网总线与预处理单元连接。

具体地，继续参照图2，车载网关同时连接多个毫米波雷达和预处理单元。多个毫米波雷达所生成的毫米波雷达探测信号并非直接传输至预处理单元，而是先分别基于车载网关的CAN0、CAN1、CAN2、和 CAN3端口输送至车载网关内，再通过车载网关的转发，基于车载网关的网口6与预处理单元的网口1所形成的数据传输通道，或者，基于车载网关的网口5与预处理单元的网口0所形成的数据传输通道，间接传输至预处理单元，之后预处理单元接收毫米波雷达探测信号，并采用相应的预处理方式，对毫米波雷达探测信号进行预处理。同时，车载网关还将所接收到的毫米波雷达探测信号同步转发至云端服务器（未示出），之后云端服务器接收毫米波雷达探测信号，并按照与主处理单元类似的方式生成仅与毫米波雷达探测信号有关的备份路况信息，从而以备份路况信息为实时路况信息提供冗余备份保障，有效提高了感知结果的可靠性，为车辆的安全行驶提供了保障。

在本申请实施例中，车载网关还通过CAN3端口与线控底盘CAN端口之间的连接，由线控底盘根据被车载网关接收和转发的信号，实现整车级别的主动控制。

本实施例的授时同步服务器10为整个无人驾驶感知系统提供高精度的时间同步服务，以及多传感器的硬同步服务，实现了整个硬件系统的授时同步功能，提高了无人驾驶系统的可靠性和感知精度。在本申请的一个具体实施例中，授时同步服务器10所发送的同步信号为NTP同步信号、PTP 授时同步信号和PPS同步信号中的一种或几种。

在本申请的一个具体实施例中，授时同步服务器10还通过同步端口（未示出）与车载网关对应同步端口（未示出）之间的连接，向车载网关发送同步信号，进一步提高了整个无人驾驶感知硬件系统时间同步程度，为获得准确的感知结果提供了技术支撑。在本申请实施例中，授时同步服务器10具备多个同步端口（同步1、同步2、同步3和同步4）和USB端口，其中，同步4端口与预处理单元的同步端口连接，从而达到向预处理单元传输同步信号的目的，而剩余同步1~3端口和USB端口则作为空置端口在实际应用过程中按需使用（例如：存在端口损坏问题、需要进行授时同步的装置较多、需要进行数据或指令的传输等）。

进一步，本实施例所述的无人驾驶感知系统还包括：惯导装置。惯导装置通过CAN总线与数据处理装置20连接，用于在环境感知装置30异常而无法进行探测时，生成当前车辆的速度和位置信息，并将所生成的信息传输至数据处理装置20，以使得数据处理装置20在环境感知装置30异常时仍生成实时路况信息。具体地，参照图2，惯导装置通过CAN端口连接至数据处理装置20（具体连接位置为预处理单元上的CAN3端口），在环境感知装置30异常而无法进行探测时，惯导装置生成当前车辆的速度和位置信息，并通过前述CAN端口将所生成的当前车辆的速度和位置信息传输至数据处理装置20进行分析整合，以达到数据处理装置20在环境感知装置30异常时仍生成实时路况信息的目的。由此可见，本发明通过为无人驾驶感知系统提供高精度的定位服务，保证了无人驾驶感知系统的运行稳定性与可靠性。除此之外，参照图2，惯导装置上还设置有4G天线，用于接收来外界的控制信号（例如：惯导装置启动信号、停止信号等）。

进一步，本实施例所述的无人驾驶感知系统还包括安装于车辆顶部的天线阵列，其中，天线阵列包括但不限于惯导装置的差分天线501、授时同步服务器10的卫星同步信号接收天线502、近程遥控信号接收天线503、5G接收天线504、差分定位电台接收天线505和4G接收天线506。参照图2和图3，在本申请实施例中，天线阵列安装于车辆顶部的增强了无线信号的接收效果。惯导装置的差分天线501分别作为图2中的主天线和副天线对称分布于车辆前端，用于接收GPS定位信号以实现精准定位；授时同步服务器10的卫星同步信号接收天线502（图2中的天线）用于接收时钟源信号；按需接入无人驾驶感知系统中的相应位置的近程遥控信号接收天线503（图2中未示出）用于接收关于控制环境探测过程和数据处理过程的遥控信号；按需接入无人驾驶感知系统中的相应位置的5G接收天线504（图2中未示出）用于接收来自无线设备的数据或控制指令；按需接入无人驾驶感知系统中的相应位置的差分定位电台接收天线505（图2中未示出）用于接收辅助前述GPS定位信号进行定位的电台定位信号；按需接入无人驾驶感知系统中相应位置的4G接收天线506（图2中未示出）与5G接收天线504（图2中未示出）互为冗余，用于在5G网络较差时，接收来自无线设备的数据或控制指令。

在本申请的一个具体实施例中，构成无人驾驶感知系统的每个装置均支持无线信号传输。本实施例所述的无人驾驶感知系统还包括与车载网关连接的5G无线接入装置（CPE），用于将高速5G信号转换成WiFi信号，为无人驾驶感知系统的无线信号传输提供了冗余备份保障，同时降低了系统延迟，保证了系统的稳定运行。其中，5G无线接入装置（CPE）与车载网关之间的连接，基于车载网关上的网口1和5G无线接入装置（CPE）上的网口1实现。除此之外，本实施例无人驾驶感知系统中的5G网络也用于将必要的系统数据传输至云端进行存储或分析。

实施例二

另一方面，基于前述实施例一所述的用于矿用卡车的无人驾驶感知系统，本发明实施例还提出了一种用于矿用卡车的无人驾驶感知方法，该无人驾驶感知方法利用上述用于矿用卡车的无人驾驶感知系统，来有效实现无人驾驶感知。图5是本申请实施例的用于矿用卡车的无人驾驶感知方法的步骤图。如图5所示，本发明所述的用于矿用卡车的无人驾驶感知方法包括如下步骤：步骤S510通过授时同步服务器按照特定的时间间隔，向数据处理装置发送同步信号；步骤S520利用所述数据处理装置根据步骤S510中所述同步信号，生成用于控制环境感知装置执行时钟对齐动作的同步控制指令；步骤S530所述环境感知装置按照步骤S520中所述同步控制指令，将自身时钟与所述授时同步服务器的时钟进行对齐，并在完成时钟对齐后，对车辆周围的环境进行实时探测并生成所述探测信号；步骤S540所述数据处理装置根据步骤S510中所述同步信号，将自身时钟与所述授时同步服务器的时钟进行对齐，并在完成时钟对齐后，对步骤S530中探测信号进行分析整合，进而根据分析结果生成实时路况信息。

本发明提出了一种用于矿用卡车的无人驾驶感知系统及方法。该无人驾驶感知系统先针对无驾驶室无人矿用卡车进行车载传感器布局，利用所布置的传感器对车辆周围的运行环境进行实时探测并生成相应的探测信号；而后，将探测信号进行分析整合，来生成实时路况信息，其中，在探测信号的获取过程中，以及对探测信号进行分析整合的过程中，授时同步服务器按照特定的时间间隔针对前述两个过程进行时钟对齐，从而实现整个无人驾驶感知系统的授时同步。本发明满足了无驾驶室无人矿用卡车对环境感知的需求，实现了整个无人驾驶感知系统的协同工作，有效提高了环境感知结果的有效性与可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所披露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于矿用卡车的无人驾驶感知系统，其特征在于，包括：

授时同步服务器，其用于按照特定的时间间隔，向数据处理装置发送同步信号；

所述数据处理装置，其用于根据所述同步信号，生成用于控制环境感知装置执行时钟对齐动作的同步控制指令，并将自身时钟与所述授时同步服务器的时钟进行对齐，其中，在完成时钟对齐后，对探测信号进行分析整合，进而根据分析结果生成实时路况信息；

所述环境感知装置，其用于按照所述同步控制指令，将自身时钟与所述授时同步服务器的时钟进行对齐，其中，在完成时钟对齐后，对车辆周围的环境进行实时探测并生成所述探测信号。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶感知系统，其特征在于，所述环境感知装置具备：

多个激光雷达，所述多个激光雷达包括分别设置在车辆前端轴线上和轴线两侧的激光雷达、以及设置在车辆后端的激光雷达，其中，设置在车辆前端轴线上的激光雷达以探测面朝向前方的方式安装，设置在轴线两侧的激光雷达以探测面朝向下方的方式安装，设置在车辆后端的激光雷达以探测面朝向后方的方式靠近轴线安装；

多个毫米波雷达，所述多个毫米波雷达包括分别设置在车辆前端轴线两侧的毫米波雷达、以及设置在车辆后端的毫米波雷达，其中，设置在车辆前端轴线两侧的毫米波雷达并排安装形成毫米波雷达阵列，且所述毫米波雷达阵列关于轴线对称，设置在车辆后端的毫米波雷达与设置在车辆后端的激光雷达分别位于轴线两侧；

多个遥控相机，所述多个遥控相机包括分别设置在车辆前端轴线上和轴线两侧的遥控相机、以及设置在车辆后端轴线上的遥控相机，其中，设置在车辆前端轴线上的遥控相机以镜头朝向前方的方式安装，设置在轴线两侧的遥控相机以镜头朝向后方的方式安装，设置在车辆后端的遥控相机以镜头朝向后方的方式安装；

多个感知相机，所述多个感知相机包括设置在车辆前端轴线两侧的感知相机，其中，设置在车辆前端轴线两侧的感知相机并排安装形成感知相机阵列。

3.根据权利要求2所述的无人驾驶感知系统，其特征在于，

车辆前端轴线上的激光雷达为前向探测激光雷达，

车辆前端轴线两侧和车辆后端的激光雷达为补盲激光雷达，所述补盲激光雷达用于对所述前向探测激光雷达的探测盲区进行补充，

车辆前端的毫米波雷达为长距毫米波雷达，

车辆后端的毫米波雷达为短距毫米波雷达，

所述多个遥控相机为可见光相机，

所述感知相机阵列包括若干个热红外相机和若干个可见光相机，其中，所述若干个热红外相机与所述若干个可见光相机分别位于轴线两侧。

4.根据权利要求2或3所述的无人驾驶感知系统，其特征在于，所述数据处理装置包括：

预处理单元，其用于同时连接所述环境感知装置和所述授时同步服务器，用于收集所述探测信号，并对所收集的探测信号进行预处理，其中，采用编码方式对遥控相机探测信号进行预处理，采用视频格式标准化方式对感知相机探测信号进行预处理，以及生成所述同步控制指令，并将所述同步控制指令下发至所述环境感知装置；

主处理单元，其通过PCIe总线与所述预处理单元连接，用于对预处理后的探测信号进行分析整合，并生成所述实时路况信息。

5.根据权利要求4所述的无人驾驶感知系统，其特征在于，

所述预处理单元通过以太网总线与所述多个激光雷达连接，以及通过同轴线缆分别与所述多个遥控相机和所述多个感知相机连接。

6.根据权利要求5所述的无人驾驶感知系统，其特征在于，所述无人驾驶感知系统还包括：

车载网关，其用于将毫米波雷达探测信号同时转发至所述预处理单元和云端服务器，从而在所述预处理单元中完成所述毫米波雷达探测信号的预处理，以及在所述云端服务器中生成仅与所述毫米波雷达探测信号有关的备份路况信息，进而为所述实时路况信息提供冗余备份保障，其中，

所述车载网关通过CAN总线与所述多个毫米波雷达连接，以及通过以太网总线与所述预处理单元连接。

7.根据权利要求6所述的无人驾驶感知系统，其特征在于，

所述同步信号为NTP同步信号、PTP 授时同步信号和PPS同步信号中的一种或几种。

8.根据权利要求5~7中任一项所述的无人驾驶感知系统，其特征在于，所述无人驾驶感知系统还包括：

惯导装置，其通过CAN总线与所述数据处理装置连接，用于在所述环境感知装置异常而无法进行探测时，生成当前车辆的速度和位置信息，并将所生成的信息传输至所述数据处理装置，以使得所述数据处理装置在所述环境感知装置异常时仍生成所述实时路况信息。

9.根据权利要求8所述的无人驾驶感知系统，其特征在于，所述无人驾驶感知系统还包括：

安装于车辆顶部的天线阵列，其中，所述天线阵列包括但不限于所述惯导装置的差分天线、所述授时同步服务器的卫星同步信号接收天线、近程遥控信号接收天线、5G接收天线、差分定位电台接收天线和4G接收天线。

10.一种用于矿用卡车的无人驾驶感知方法，其特征在于，所述无人驾驶感知方法利用如权利要求1~9中任一项所述的无人驾驶感知系统来实现，其中，所述无人驾驶感知方法包括：

通过授时同步服务器按照特定的时间间隔，向数据处理装置发送同步信号；

利用所述数据处理装置根据所述同步信号，生成用于控制环境感知装置执行时钟对齐动作的同步控制指令；

所述环境感知装置按照所述同步控制指令，将自身时钟与所述授时同步服务器的时钟进行对齐，并在完成时钟对齐后，对车辆周围的环境进行实时探测并生成所述探测信号；

所述数据处理装置根据所述同步信号，将自身时钟与所述授时同步服务器的时钟进行对齐，并在完成时钟对齐后，对探测信号进行分析整合，进而根据分析结果生成实时路况信息。