CN215117834U - 一种智能网联汽车计算平台教学设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能网联汽车计算平台教学设备，其包括机柜设备和工控机；机柜设备包括机柜，该机柜上安装有嵌入式自动驾驶计算平台、故障注入板和显示器；嵌入式自动驾驶计算平台上具有多个接口；故障注入板，与工控机通过WIF网络无线连接；嵌入式自动驾驶计算平台，与显示器相连接；机柜内安装有电源转换器；电源转换器的供电输出端，分别与故障注入板的供电输入端和嵌入式自动驾驶计算平台的供电输入端相连接，用于为故障注入板的供电输入端和嵌入式自动驾驶计算平台提供工作用电。本实用新型公开的智能网联汽车计算平台教学设备，设计科学，可以形象地呈现对智能网联汽车的教学功能，满足职业教学需求。

Description

一种智能网联汽车计算平台教学设备

技术领域

本实用新型涉及职业院校教学设备技术领域，特别是涉及一种智能网联汽车计算平台教学设备。

背景技术

随着汽车电子技术以及智能驾驶的发展，高级驾驶员辅助系统以及L2、 L3等级的自动驾驶功能在汽车上得到越来越多的使用，智能网联汽车的计算平台(即现有的嵌入式自动驾驶计算平台)，作为一个计算性能要求较高，复杂度较高的计算单元，是一个重要零件，智能网联相关的传感器与执行器都与计算平台有交互，作为智能网联汽车的核心部件，目前，在智能网联职业教育教学中。针对计算平台的教学需求比较强。

现有的职业教学过程中缺少对新技术的教学，特别是智能网联相关的相关教学设备，目前，针对智能网联汽车的职业教学需求日益增强，而传统的针对自动驾驶嵌入式计算平台的教学设备目前尚处于空白，无法将自动驾驶相关功能原理在计算平台教学设备上的展示

对于传统的教学设备，教学台架按照整车安装以及接插件设计机械和电气接口，可以实现在台架上的安装操作，但是，缺少嵌入式的计算平台，并且无法实现计算平台原理展示以及故障注入等功能。

对于传统的教学设备，针对计算平台的教学设备以计算平台的接口、装调为主，重点教学电气和机械安装为主，缺少对计算平台(即现有的嵌入式自动驾驶计算平台)的操作、故障注入和自动驾驶运行原理展示的教学功能，教学内容受限，没有起到很好的跟进技术发展，无法完整地在计算平台教学设备上体现计算平台相关技术原理的教学功能。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种智能网联汽车计算平台教学设备。

为此，本实用新型提供了一种智能网联汽车计算平台教学设备，包括机柜设备和工控机；

机柜设备包括机柜，该机柜上安装有嵌入式自动驾驶计算平台、故障注入板和显示器；

其中，嵌入式自动驾驶计算平台上具有以太网接口、CAN接口、4G模块接口、RS232接口和RS422接口；

故障注入板，与工控机通过WIF网络无线连接；

其中，嵌入式自动驾驶计算平台，与显示器相连接；

其中，机柜内安装有电源转换器；

电源转换器的供电输出端，分别与故障注入板的供电输入端和嵌入式自动驾驶计算平台的供电输入端相连接，用于为故障注入板的供电输入端和嵌入式自动驾驶计算平台提供工作用电。

优选地，故障注入板与工控机，位于同一个WIFI无线网络中。

优选地，故障注入板，与嵌入式自动驾驶计算平台相连接；

故障注入板，包括多个继电器；

每个继电器，串联设置在嵌入式自动驾驶计算平台中的一条信号线上，用于断开或者闭合所在的信号线；

每个继电器的信号控制端，分别通过一个通用输入输出接口芯片，与第一SPI总线相连接；

第一SPI总线，与处理器MCU上的信号输出端相连接；

处理器MCU，与WIFI模块相连接，用于通过WIFI模块，接收来自工控机的故障注入指令。

优选地，每个通用输入输出接口芯片，分别与三个继电器的信号控制端相连接；

对于每个通用输入输出接口芯片所连接的第一继电器、第二继电器和第三继电器；

其中，第一继电器的输出端，通过一个分压电路，与一个模数转换模块的输入端相连接；

每个模数转换模块的输出端，与第二SPI总线相连接；

第二SPI总线，与处理器MCU上的信号输入端相连接；

其中，第二继电器的输出端，与电源转换器的供电输出端相连接；

其中，第三继电器的输出端接地。

由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本实用新型提供了一种智能网联汽车计算平台教学设备，其设计科学，作为一种计算平台的教学台架，可以形象地呈现对智能网联汽车的教学功能(例如包括现有的嵌入式自动驾驶计算平台的运行原理，数据展示以及故障注入等功能)，满足智能网联汽车的职业教学需求，更加方便直观和科学地进行教学，提升教学的效果，具有重大的实践意义。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种智能网联汽车计算平台教学设备的结构示意简图；

图2为本实用新型提供的一种智能网联汽车计算平台教学设备，一种实施例的故障注入原理示意图；

图3为本实用新型提供的一种智能网联汽车计算平台教学设备中，故障注入板的结构示意图；

图4为本实用新型提供的一种智能网联汽车计算平台教学设备中，故障注入板的具体电路原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

参见图1至图4，本实用新型提供了一种智能网联汽车计算平台教学设备，应用于汽车和智能网联相关领域的教学，该设备包括机柜设备和工控机 5；

机柜设备包括机柜1，该机柜1前侧上部安装有嵌入式自动驾驶计算平台2、故障注入板3和显示器4；

其中，嵌入式自动驾驶计算平台2上具有以太网接口、CAN接口、4G 模块接口、RS232接口和RS422接口；

故障注入板3，与工控机5通过WIF网络无线连接；

其中，嵌入式自动驾驶计算平台2，与显示器4相连接，可以将其上预先存储的数据，例如智能网联汽车的智能驾驶数据包中的数据回放(包括路径规划信息和地图路线等)，通过显示器4进行展示(即显示)；

其中，机柜1内安装有电源转换器6；

电源转换器6的供电输出端，分别与故障注入板3的供电输入端和嵌入式自动驾驶计算平台2的供电输入端相连接，用于为故障注入板3的供电输入端和嵌入式自动驾驶计算平台2提供工作用电。

需要说明的是，电源转换器6可以为将外部输入的220V交流电压，转换为特定工作电压(例如5V)输出的现有电源转换器。电源转换器可以具有多种电压输出。具体实现上，电源转换器6，可以采用普通的直流稳压电源，只要能够实现220V交流输入以及12V直流供电输出即可，额定输出电流5A。

本实用新型中，具体实现上，故障注入板3与工控机5，位于同一个 WIFI无线网络中。

需要说明的是，对于本实用新型，嵌入式自动驾驶计算平台2，采用嵌入式自动驾驶计算单元，作为计算平台部分，支持以太网、CAN、4G、RS232、 RS422等丰富接口，内置能够满足自动驾驶数据处理的双处理器、辅助MCU 和内置GNSS模块等，能够实现对激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等传感器的数据处理能力。

需要说明的是，对于本实用新型，工控机5具备以太网口、WIFI接口、 USB接口等，具备一定的处理能力，主要用于人机交互，运行其上安装的上位机软件。工控机5，可以用于播放自动驾驶实车录制的数据，展示车辆当前的周围感知目标信息、地图信息、车辆当前运行状态等。

其中，对于工控机5上安装的上位机软件，是现有的软件，可以通过上位机软件进行设置故障，实现故障注入，通过图形化方式形象展示线路的短路开路等操作，同时使用虚拟仪表实现对某些点位的电压测量。通过结构3D 动画的方式展示计算平台(具体是嵌入式自动驾驶计算平台2)的结构组成原理、运行原理，动态展示和动态操作。工控机5具备数据回放功能，可以播放自动驾驶实车录制的数据，展示车辆当前的周围感知目标信息、地图信息、车辆当前运行状态等。

具体实现上，工控机5上安装的上位机软件，作为现有的软件，例如可以采用北京兰德适普科技有限公司研制的智能网联计算平台教学软件，该软件用于计算平台教学中的故障排查等环节。工控机为现有普通的工控机即可，需要保证具有较高的数据处理能力。

在本实用新型中，具体实现上，对于本实用新型，故障注入板3，与工控机5通过WIF网络无线连接；

故障注入板3，其上具有多个继电器；

故障注入板3，用于接收工控机5发来的故障注入指令(具体包括短路、开路等预设的操作指令)，控制继电器执行所述故障注入指令。

需要说明的是，对于本实用新型，故障注入板3，具备基于WIFI通信功能的故障注入板，主要是通过WIFI通信模块接收来自工控机的故障注入指令，接收到故障注入指令后，对应操作继电器，实现对继电器所在的关键信号线(例如图3、图4所示的信号1至信号n)的开路等操作，实现故障注入功能(即短路等故障的模拟功能)，原理如图3、图4所示。

具体实现上，故障注入板3，与嵌入式自动驾驶计算平台2相连接；

故障注入板3，包括多个继电器；

每个继电器，串联设置在嵌入式自动驾驶计算平台2中的一条信号线上，用于断开或者闭合所在的信号线；

每个继电器的信号控制端，分别通过一个通用输入输出(I/O)接口芯片，与第一SPI(串行外设接口)总线相连接；

第一SPI(串行外设接口)总线，与处理器MCU上的信号输出端相连接；

需要说明的是，处理器MCU，用于通过通用输入输出(I/O)接口芯片，控制继电器的断开和闭合。

处理器MCU，与WIFI模块相连接，用于通过WIFI模块，接收来自工控机5的故障注入指令。

具体实现上，每个通用输入输出(I/O)接口芯片，分别与三个继电器的信号控制端相连接；

对于每个通用输入输出(I/O)接口芯片所连接的第一继电器A、第二继电器B和第三继电器C等三个继电器；

其中，第一继电器A的输出端，通过一个分压电路(现有常规的分压电路)，与一个模数转换模块(ADC芯片)的输入端相连接；

每个模数转换模块(ADC芯片)的输出端，与第二SPI(串行外设接口) 总线相连接；

第二SPI(串行外设接口)总线，与处理器MCU上的信号输入端相连接；

其中，第二继电器B的输出端，与电源转换器6的供电输出端相连接；

其中，第三继电器C的输出端接地。

对于本实用新型，分压电路是在电路板上进行的设计，采用一般的电阻分压的原理，例如包括多个串联的电阻，其目的是将不同的电压分压到模数转换模块支持的范围之内，从而实现对不同测试点电压的采集。

需要说明的是，对于故障注入板3，故障注入指令通过WIFI网络输入到故障注入板3，故障注入板3上有32bit的处理器MCU，该MCU用于对故障注入指令进行接收解析并处理，对应控制形成所有继电器所在信号线的开路、对电源短路或对地短路等故障。故障注入板3的输入信号、输出信号 (具体是电压信号)模数转换模块(ADC芯片)采集，模数转换模块(ADC 芯片)再反馈到处理器MCU，通过WIFI模块，可以上传到工控机5(具体由工控机5的上位机软件读取后，对电压信号进行动态展示)。

对于本实用新型，如图4所示，处理器MCU是采用32位ARM处理器，与WIFI模块(无线网络接口WIFI外设芯片)相连接，用于接收来自工控机的指令；另外，处理器MCU在接收到来自工控机5的故障注入指令后，通过SPI总线(即第一SPI总线和第二SPI总线)，可以分别对多个通用输入输出I/O接口芯片(现有的接口芯片)进行操作，控制多路输入输出I/O；

处理器MCU，通过通用输入输出I/O接口芯片，来控制继电器(具体为第二个继电器B和第三个继电器C)的断开和闭合，分别实现信号线对地或对电源的短路故障注入开关功能(继电器闭合时开启，继电器断开时关闭)。

需要说明的是，信号线在嵌入式自动驾驶计算平台上，至少包括点火信号线、传感器控制信号线、CAN高信号线和CAN低信号线等信号线。

处理器MCU，还通过SPI总线连接多个外扩的ADC芯片，实现对信号的电压采样，具体为：继电器输出的电压信号经过分压电路，然后经过模数转换模块(ADC芯片)进行模数转换，再将结果通过SPI总线发送给处理器，处理器MCU进行初步的滤波处理，并将信号的电压通过WIFI模块发送给工控机，由工控机上安装的上位机软件读取，从而通过上位机软件，实现虚拟仪表对电压信号的动态展示功能。

需要说明的是，本实用新型提供的一种智能网联汽车计算平台教学设备，使用了自动驾驶的嵌入式计算平台(即现有的嵌入式自动驾驶计算平台)，能够具备故障注入功能，通过工控机5上安装的上位机软件，能够完整介绍计算平台(具体是嵌入式自动驾驶计算平台2)，同时，能够进行数据回放功能的展示和发挥教学功能。

在本实用新型中，具体实现上，嵌入式自动驾驶计算平台2，为现有技术成熟的成品设备，是原有的设备。嵌入式自动驾驶计算平台，具体可以采用了北京兰德适普科技有限公司研制的Brain box嵌入式自动驾驶计算平台，用于计算平台教学。

需要说明的是，本实用新型，还可以通过工控机5上安装的上位机软件具有的上位机操作虚拟工具，来设置故障注入的方式，同时具备通过虚拟仪表来探测点位电压的功能。

本实用新型，可以对实车录制数据在计算平台上进行数据回放。

与现有技术相比较，本实用新型提供的智能网联汽车计算平台教学设备，其具有以下的有益技术效果：

1、采用图形化界面展示计算平台工作原理，有利于教学展示和学生对结构组成原理的演示；

2、具有数据回放功能，展示自动驾驶的运行原理，给教学一个直观的展示和原理的演示；

3、可以通过理实一体的上位机软件，进行原理分析和故障设置，可以形象的展示计算平台的结构，有利于教学和学生理解装调原理；

4、具备故障注入功能，能够通过上位机设置故障，同时可以通过故障注入板上预留的测试孔，采用实际的万用表或者虚拟的万用表检查故障，更有利于教学。

综上所述，与现有技术相比较，本实用新型提供的一种智能网联汽车计算平台教学设备，其设计科学，作为一种计算平台的教学台架，可以形象地呈现对智能网联汽车的教学功能(例如包括现有的嵌入式自动驾驶计算平台台架的运行原理，数据展示以及故障注入等功能)，满足智能网联汽车的职业教学需求，更加方便直观和科学地进行教学，提升教学的效果，具有重大的实践意义。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种智能网联汽车计算平台教学设备，其特征在于，包括机柜设备和工控机(5)；

机柜设备包括机柜(1)，该机柜(1)上安装有嵌入式自动驾驶计算平台(2)、故障注入板(3)和显示器(4)；

其中，嵌入式自动驾驶计算平台(2)上具有以太网接口、CAN接口、4G模块接口、RS232接口和RS422接口；

故障注入板(3)，与工控机(5)通过WIF网络无线连接；

其中，嵌入式自动驾驶计算平台(2)，与显示器(4)相连接；

其中，机柜(1)内安装有电源转换器(6)；

电源转换器(6)的供电输出端，分别与故障注入板(3)的供电输入端和嵌入式自动驾驶计算平台(2)的供电输入端相连接，用于为故障注入板(3)的供电输入端和嵌入式自动驾驶计算平台(2)提供工作用电。

2.如权利要求1所述的智能网联汽车计算平台教学设备，其特征在于，故障注入板(3)与工控机(5)，位于同一个WIFI无线网络中。

3.如权利要求1所述的智能网联汽车计算平台教学设备，其特征在于，故障注入板(3)，与嵌入式自动驾驶计算平台(2)相连接；

故障注入板(3)，包括多个继电器；

每个继电器，串联设置在嵌入式自动驾驶计算平台(2)中的一条信号线上，用于断开或者闭合所在的信号线；

每个继电器的信号控制端，分别通过一个通用输入输出接口芯片，与第一SPI总线相连接；

第一SPI总线，与处理器MCU上的信号输出端相连接；

处理器MCU，与WIFI模块相连接，用于通过WIFI模块，接收来自工控机(5)的故障注入指令。

4.如权利要求1至3中任一项所述的智能网联汽车计算平台教学设备，其特征在于，每个通用输入输出接口芯片，分别与三个继电器的信号控制端相连接；

对于每个通用输入输出接口芯片所连接的第一继电器、第二继电器和第三继电器；

其中，第一继电器的输出端，通过一个分压电路，与一个模数转换模块的输入端相连接；

每个模数转换模块的输出端，与第二SPI总线相连接；

第二SPI总线，与处理器MCU上的信号输入端相连接；

其中，第二继电器的输出端，与电源转换器(6)的供电输出端相连接；

其中，第三继电器的输出端接地。

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