CN216622993U - 一种电动拖拉机自动驾驶域控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种电动拖拉机自动驾驶域控制器，将自动驾驶功能、整车控制功能以及电池包管理功能集成为一体，自动驾驶域控制器包括主处理器和协处理器两部分，支持视频信号采集、激光雷达、超声波雷达、毫米波雷达信号采集，组合惯导信号采集等、支持丰富的数字信号采集和模拟信号采集，支持多路高低边输出驱动等，具备多路CAN通讯接口，实现智能驾驶控制和整车控制、电池包管理功能。本实用新型的电动拖拉机自动驾驶域控制器不仅将电动拖拉机的车载控制器数量降低，还为电动拖拉机自动驾驶算法运行提供了稳定和可靠的硬件保障，符合电动拖拉机自动驾驶对高可靠性、低价格的要求。
Description
技术领域
本实用新型属于智能农机自动驾驶控制系统设计领域，特别涉及一种电动拖拉机自动驾驶域控制器。
背景技术
现代科技快速发展，人类出行交通工具正在发生极大的变革，各种各样的智能交通工具层出不穷，智能驾驶和自动驾驶又一次被推上了研究的热潮。与以往不同的是现阶段制造水平和制造工艺均有了极大的进步，高算力芯片、5G通讯、智能算法的优化均达到了前所未有的水平，为智能驾驶和自动驾驶的研发提供了有力的支撑。智能驾驶作为智能交通的一个重要研究方向，受到众多主机厂及互联网公司的重视。
随着自动驾驶时代的来临，汽车驾驶所涉及的感知、控制、决策系统越来越复杂，系统与系统之间的信息交互、控制也越来越多，这样车载控制器的数量将会大幅增加，一方面使得控制系统越来越庞大臃肿，另外一方面会增加车辆系统成本，不利于控制系统的功能扩展和升级，亦会导致更高的系统故障率，并给售后维修带来极大的难度。
相比于道路车辆运行环境的复杂多变，农机所运行的场景相对固定和易于识别，因此特定场景下的农机自动化将会比道路车辆自动化更易于推广和量产。
实用新型内容
鉴于上述问题，本实用新型设计了一款适合电动拖拉机的自动驾驶域控制器，其不仅将电动拖拉机的车载控制器数量降低，还为电动拖拉机自动驾驶算法运行提供了稳定和可靠的硬件保障，符合电动拖拉机自动驾驶对高可靠性、低价格的要求。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种电动拖拉机自动驾驶域控制器(ADCU,Autopilot Domain Control Unit)，将电动拖拉机的自动驾驶控制器和传统纯电动系统动力域控制器集成为一体，由主处理器和协处理器相互合作完成自动驾驶路径规划、自动驾驶控制、避障控制以及整车控制、电池管理功能；所述主处理器包含主处理器芯片、DDR3的RAM硬件模块、eMMC固态硬盘模块、SD扩展接口，所述主处理器芯片设有激光雷达信号通讯接口、毫米波雷达信号通讯接口、视频信号通讯接口，惯性导航信号通讯接口，显示驱动接口和遥控手柄信号通讯接口，从而实现自动驾驶路径规范，避障控制功能以及手动遥控功能；所述协处理器包含协处理器芯片和电源芯片，所述协处理器芯片设有超声波信号接收接口、模拟量输入接口、数字量输入接口、输出驱动控制接口、5V输出供电接口、整车通讯网络接口和程序更新通讯接口；所述主处理器芯片与协处理芯片器之间分别设有相互通讯的SPI接口和复位信号连接接口。
进一步讲，本实用新型所述的电动拖拉机自动驾驶域控制器，其中：
所述主处理器中，所述主处理器芯片采用多核ARM处理器，用于接收并处理外设传感器信号，最终完成自动驾驶算法的运算；所述激光雷达信号通讯接口通过千兆以太网通讯接口实现，完成激光雷达信号的接收；千兆以太网的收发器采用KSZ9031，所述以太网接口与所述激光雷达信号通讯接口通过标准以太网线相连；所述毫米波雷达信号通讯接口和所述惯性导航信号通讯接口通过CAN通讯接口实现，完成毫米波雷达信号和惯性导航信号的接收；CAN通讯的收发器采用TJA1051，所述CAN通讯接口通过标准CAN总线线束与毫米波雷达信号通讯接口和惯性导航的通讯接口相连；所述视频信号通讯接口通过MIPI通讯接口实现，完成多达4路视频信号的接收；MIPI通讯接口的串行链路解串器采用MAX9286，所述视频信号通讯接口通过同轴视频电缆与摄像头的通讯接口相连；所述显示驱动接口通过HDMI通讯接口实现，用于实现人机交互界面的通讯；HDMI通讯的驱动芯片采用SIL9022，所述显示驱动接口通过HDMI线缆与显示设备的HMDI接口相连；所述遥控手柄信号通讯接口通过串口通讯接口实现，用于实现遥控手柄信号的接收识别；串口通讯接口的收发器采用MAX232实现，所述的串口通讯接口通过串口线束与遥控手柄接收器的串口接口相连。
所述协处理器中，所述协处理器芯片采用单核或者多核MCU处理器，用于接收并处理外设传感器信号，完成车辆驱动算法的运算；所述超声波信号接收接口通过协处理器芯片的PWM输出及采集接口实现，完成多达12路超声波雷达的驱动和信号识别；PWM输入接口采用电阻分压形式完成信号电平的转换，PWM输出接口采用三极管驱驱动输出，PWM输入-输出接口通过驱动线束与超声波雷达的通讯接口连接；所述模拟量输入接口通过协处理器芯片的模拟量读取管脚实现，支持12路模拟量采集，完成电压信号采集；模拟量输入接口采用电阻分压形式完成信号电平的转换，协处理器芯片的模拟量采集接口通过外部线束与传感器电压信号相连；所述数字量输入接口通过协处理器芯片的数字量读取管脚实现，支持14路数字量采集，完成状态信号采集；数字量输入接口采用电阻分压形式完成信号电平的转换，协处理器芯片的数字量采集接口通过外部线束与传感器电平信号相连；所述输出驱动控制接口通过集成输出-驱动芯片实现，支持16路低边输出和4路高边输出两类输出驱动接口，实现整车外部继电器的控制功能；协处理器芯片的低边输出接口集成驱动芯片采用L9825，高边输出接口集成驱动芯片采用BTT6200，所述的输出驱动接口通过外部线束与负载继电器的控制线圈端子相连；所述5V电源输出接口通过集成电源芯片实现，支持2路5V电源输出实现外部传感器供电；5V输出接口集成电源芯片采用TLE4250，协处理器芯片的5V输出接口通过外部线束与传感器供电端子相连；所述整车通讯网络接口通过标准CAN接口实现，支持2路标准CAN通讯接口，实现自动驾驶域控制器接入到整车CAN网络中；协处理器的CAN通讯收发器采用TJA1051，协处理器的CAN接口通过标准CAN总线线束与动力系统CAN网络以及电池包CAN网络接口相连；所述程序更新通讯接口通过CAN-FD接口实现，实现协处理器的程序更新；CAN-FD通讯收发器采用TJA1057GT/3，所述CAN-FD接口通过标准CAN总线线束与车辆OBD端口相连，以便在有程序更新需要时通过OBD口与程序更新工具相连接。
所述主处理器中，所述DDR3的RAM硬件模块为2GB DDR3内存、所述的eMMC固态硬盘模块为32GB eMMC存储；所述的SD扩展接口支持外扩SD功能；所述主处理器芯片通过主处理器引脚数据总线和地址总线访问2GB的DDR3内存空间，用于支持系统的运行；所述主处理器芯片通过主处理器引脚数据总线和地址总线连接32GB的eMMC硬盘存储空间，用于存放系统文件和程序文件以及数据文件；所述主处理器芯片将主处理器自带SD卡驱动功能引脚直接引到板载eSDHC接口卡槽，实现SD卡扩展功能。
所述协处理器芯片通过SPI接口与所述电源芯片通讯，完成所述电源芯片的初始化以及寄存器设置，完成电源芯片看门狗喂狗；并通过发送SPI命令控制电源芯片的上电和下电，完成自动驾驶域控制器的上、下电管理。
所述主处理器芯片与协处理器芯片之间的复位信号连接接口连接一个复位信号，用于支持协处理器在检测到主处理器异常后主动拉低复位信号重启主处理器；所述主处理器芯片与协处理器芯片之间的SPI接口用于支持主处理器发送自动驾驶控制命令给协处理器，包括自动驾驶模式控制命令、转向控制命令、车速控制命令以及农机装具升降犁命令；还用于支持协处理器发送车辆信息给主处理器，包括车辆运行状态、车速、实时转向角、超声波雷达信号数据。
所述主处理器芯片采用NXP S32V234芯片，所述协处理器芯片采用InfineonAurix TC275三核单片机芯片，所述电源芯片选用NXP FS8510芯片；所述InfineonAurixTC275三核单片机芯片通过SPI接口向所述NXP FS8510发送控制命令。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的电动拖拉机自动驾驶域控制器可以实现所有车辆控制功能和自动驾驶功能，将电动拖拉机的自动驾驶控制器和传统纯电动系统动力域控制器集成为一体，不仅将电动拖拉机的车载控制器数量降低，还为电动拖拉机自动驾驶算法运行提供了稳定和可靠的硬件保障，符合电动拖拉机自动驾驶对高可靠性、低价格的要求，降低了系统运行的故障率，降低了系统的售后难度和售后成本。
本实用新型的电动拖拉机自动驾驶域控制器由于集成度进一步提高，所以从整车系统硬件配置上可以降低车辆制造商对车身布线及控制器布局的工作量，较少车辆线束走线，减少车辆控制器数量，提高车辆系统的稳定性。
附图说明
图1是本实用新型电动拖拉机自动驾驶域控制器一实施例的结构示意图。
图2-1是图1中左部的主处理器系统局部放大示意图；
图2-2是图1中右部的协处理器系统局部放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。
本实用新型提出的一种电动拖拉机自动驾驶域控制器，是将电动拖拉机的自动驾驶控制器和传统纯电动系统动力域控制器集成为一体。
如图1所示，本实用新型提出的一种电动拖拉机自动驾驶域控制器，是将电动拖拉机的自动驾驶控制器和传统纯电动系统动力域控制器集成为一体，由主处理器和协处理器两个核心芯片相互合作完成自动驾驶路径规划、自动驾驶控制、避障控制以及整车控制、电池管理功能。
本实用新型所述主处理器运行Linux操作系统，完成激光雷达信号的识别，视频信号的识别，惯性导航信号识别，显示驱动，遥控手柄信号接收等，实现自动驾驶路径规范，避障控制功能以及手动遥控功能；所述协处理器运行嵌入式操作系统，完成超声波信号识别、整车控制、电池包管理、电源管理、输出驱动控制；所述主处理器芯片与协处理器芯片之间通过SPI通讯；所述主处理器与协处理器之间通过复位信号连接。
如图2-1所示，本实用新型所述主处理器一般采用多核ARM处理器等高算力处理器，用于Linux系统运行和相关自动驾驶算法的运算；所述运行Linux主处理器支持千兆以太网通讯，完成激光雷达信号的接收，主处理器的Ethernet接口与激光雷达的Ethernet接口通过标准以太网线连接；所述运行Linux主处理器支持MIPI通讯接口，完成多达4路视频信号的接收，主处理器的MIPI接口通过线束与摄像头的MIPI接口相连；所述运行Linux主处理器支持CAN通讯接口，完成组合惯导信号的接收和毫米波雷达信号的接收；所述运行Linux主处理器支持HDMI通讯接口，用于实现人机交互界面的通讯；所述运行Linux主处理器支持串口通讯接口，用于实现遥控手柄信号的接收识别。
本实用新型所述自动驾驶域控制器的主处理器配备2GB DDR3内存、32GB eMMC存储，支持外扩SD功能。所述自动驾驶域控制器的主处理器通过引脚数组总线和地址总线访问2GB的DDR3内存空间，支持Linux系统的运行；所述自动驾驶域控制器的主处理器通过引脚数组总线和地址总线连接32GB的eMMC硬盘存储空间，用于存放系统文件和程序文件以及数据文件。
如图2-2所示，本实用新型所述协处理器一般采用单核或者多核MCU处理器，用于嵌入式OS系统运行和车辆驱动相关算法的运算；所述的协处理器支持12路模拟量采集接口，完成电压信号采集；所述的协处理器支持14路数字量采集接口，完成状态信号采集；所述的协处理器支持2路5V电源输出接口，实现外部传感器的供电；所述的协处理器支持PWM输出驱动及PWM输入采集接口，完成多达12路超声波雷达的驱动和信号识别；所述的协处理器支持多路驱动输出，包括16路低边输出和4路高边输出两类输出驱动接口，实现整车外部继电器的控制功能；所述的协处理器支持3路CAN通讯接口，包括标准CAN2.0及CAN-FD通讯，实现自动驾驶域控制器接入到整车CAN网络中，实现嵌入式OS的协处理器的程序更新。
本实用新型所述自动驾驶域控制器的供电由协处理器管理，协处理器芯片与电源芯片之间通过SPI接口通讯，完成控制器的上、下电管理。所述自动驾驶域控制器内的协处理器通过SPI接口方式与电源芯片通讯，完成电源芯片的初始化以及寄存器设置，完成电源芯片看门狗喂狗，保证供电电源安全稳定运行；所述自动驾驶域控制器内的协处理器通过发送SPI命令控制电源芯片的上电和下电，下电逻辑由协处理器软件应用层控制。
本实用新型所述自动驾驶域控制器内的主处理器芯片与协处理器芯片之间通过SPI接口通讯，主处理器与协处理器之间连接一个复位信号，用于协处理器复位主处理器；所述主处理器与协处理器之间需要通过SPI接口进行通讯；所述主处理器发送自动驾驶控制命令给协处理器，包括自动驾驶模式控制命令、转向控制命令、车速控制命令以及农机装具升降犁命令；所述协处理器发送车辆信息给主处理器，包括车辆运行状态、车速、实时转向角、超声波雷达信号数据；
本实用新型所述主处理器与协处理器之间连接有复位信号，协处理器在检测到主处理器异常后可以主动拉低复位信号重启主处理器。
如图1、图2-1和图2-2所示。本实用新型硬件构架具有较广泛的硬件资源，例如，电动拖拉机自动驾驶域控制器可以选用汽车级高性能ARM处理器NXP S32V234作为其主处理器芯片，选用Infineon Aurix TC275三核单片机芯片作为协处理器芯片，电源芯片选用NXPFS8510芯片作为电源管理芯片。所述Infineon AurixTC275三核单片机芯片作为协处理器芯片通过SPI通讯与电源管理芯片NXP FS8510发送控制命令，所述主控芯片NXP S32V234与协处理器Infineon AurixTC275之间通过SPI通讯。
尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (7)
1.一种电动拖拉机自动驾驶域控制器，其特征在于，将电动拖拉机的自动驾驶控制器和传统纯电动系统动力域控制器集成为一体，由主处理器和协处理器相互合作完成自动驾驶路径规划、自动驾驶控制、避障控制以及整车控制、电池管理功能；
所述主处理器包含主处理器芯片、DDR3的RAM硬件模块、eMMC固态硬盘模块、SD扩展接口，所述主处理器芯片设有激光雷达信号通讯接口、毫米波雷达信号通讯接口、视频信号通讯接口，惯性导航信号通讯接口，显示驱动接口和遥控手柄信号通讯接口，从而实现自动驾驶路径规范，避障控制功能以及手动遥控功能；
所述协处理器包含协处理器芯片和电源芯片，所述协处理器芯片设有超声波信号接收接口、模拟量输入接口、数字量输入接口、输出驱动控制接口、5V输出供电接口、整车通讯网络接口和程序更新通讯接口；
所述主处理器芯片与协处理芯片器之间分别设有相互通讯的SPI接口和复位信号连接接口。
2.根据权利要求1所述电动拖拉机自动驾驶域控制器，其特征在于，所述主处理器芯片采用多核ARM处理器，用于接收并处理外设传感器信号，最终完成自动驾驶算法的运算；
所述激光雷达信号通讯接口通过千兆以太网通讯接口实现，完成激光雷达信号的接收；千兆以太网的收发器采用KSZ9031，所述千兆以太网通讯接口与所述激光雷达信号通讯接口通过标准以太网线相连；
所述毫米波雷达信号通讯接口和所述惯性导航信号通讯接口通过CAN通讯接口实现，完成毫米波雷达信号和惯性导航信号的接收；CAN通讯的收发器采用TJA1051，所述CAN通讯接口通过标准CAN总线线束与毫米波雷达信号通讯接口和惯性导航的通讯接口相连；
所述视频信号通讯接口通过MIPI通讯接口实现，完成多达4路视频信号的接收；MIPI通讯接口的串行链路解串器采用MAX9286，所述视频信号通讯接口通过同轴视频电缆与摄像头的通讯接口相连；
所述显示驱动接口通过HDMI通讯接口实现，用于实现人机交互界面的通讯；HDMI通讯的驱动芯片采用SIL9022，所述显示驱动接口通过HDMI线缆与显示设备的HMDI接口相连；
所述遥控手柄信号通讯接口通过串口通讯接口实现，用于实现遥控手柄信号的接收识别；串口通讯接口的收发器采用MAX232实现，所述的串口通讯接口通过串口线束与遥控手柄接收器的串口接口相连。
3.根据权利要求1所述电动拖拉机自动驾驶域控制器，其特征在于，所述协处理器芯片采用单核或者多核MCU处理器，用于接收并处理外设传感器信号，完成车辆驱动算法的运算；
所述超声波信号接收接口通过协处理器芯片的PWM输出及采集接口实现，完成多达12路超声波雷达的驱动和信号识别；PWM输入接口采用电阻分压形式完成信号电平的转换，PWM输出接口采用三极管驱驱动输出，PWM输入-输出接口通过驱动线束与超声波雷达的通讯接口连接；
所述模拟量输入接口通过协处理器芯片的模拟量读取管脚实现，支持12路模拟量采集，完成电压信号采集；模拟量输入接口采用电阻分压形式完成信号电平的转换，协处理器芯片的模拟量采集接口通过外部线束与传感器电压信号相连；
所述数字量输入接口通过协处理器芯片的数字量读取管脚实现，支持14路数字量采集，完成状态信号采集；数字量输入接口采用电阻分压形式完成信号电平的转换，协处理器芯片的数字量采集接口通过外部线束与传感器电平信号相连；
所述输出驱动控制接口通过集成输出-驱动芯片实现，支持16路低边输出和4路高边输出两类输出驱动接口，实现整车外部继电器的控制功能；协处理器芯片的低边输出接口集成驱动芯片采用L9825，高边输出接口集成驱动芯片采用BTT6200，所述的输出驱动接口通过外部线束与负载继电器的控制线圈端子相连；
所述5V电源输出接口通过集成电源芯片实现，支持2路5V电源输出实现外部传感器供电；5V输出接口集成电源芯片采用TLE4250，协处理器芯片的5V输出接口通过外部线束与传感器供电端子相连；
所述整车通讯网络接口通过标准CAN接口实现，支持2路标准CAN通讯接口，实现自动驾驶域控制器接入到整车CAN网络中；协处理器的CAN通讯收发器采用TJA1051，协处理器的CAN接口通过标准CAN总线线束与动力系统CAN网络以及电池包CAN网络接口相连；
所述程序更新通讯接口通过CAN-FD接口实现，实现协处理器的程序更新；CAN-FD通讯收发器采用TJA1057GT/3，所述CAN-FD接口通过标准CAN总线线束与车辆OBD端口相连，以便在有程序更新需要时通过OBD口与程序更新工具相连接。
4.根据权利要求1所述电动拖拉机自动驾驶域控制器，其特征在于，所述主处理器中，所述DDR3的RAM硬件模块为2GB DDR3内存、所述的eMMC固态硬盘模块为32GB eMMC存储；所述的SD扩展接口支持外扩SD功能；
所述主处理器芯片通过主处理器引脚数据总线和地址总线访问2GB的DDR3内存空间，用于支持系统的运行；
所述主处理器芯片通过主处理器引脚数据总线和地址总线连接32GB的eMMC硬盘存储空间，用于存放系统文件和程序文件以及数据文件；
所述主处理器芯片将主处理器自带SD卡驱动功能引脚直接引到板载eSDHC接口卡槽，实现SD卡扩展功能。
5.根据权利要求1所述电动拖拉机自动驾驶域控制器，其特征在于，所述协处理器芯片通过SPI接口与所述电源芯片通讯，完成所述电源芯片的初始化以及寄存器设置，完成电源芯片看门狗喂狗；并通过发送SPI命令控制电源芯片的上电和下电，完成自动驾驶域控制器的上、下电管理。
6.根据权利要求1所述电动拖拉机自动驾驶域控制器，其特征在于，所述主处理器芯片与协处理器芯片之间的复位信号连接接口连接一个复位信号，用于支持协处理器在检测到主处理器异常后主动拉低复位信号重启主处理器；
所述主处理器芯片与协处理器芯片之间的SPI接口用于支持主处理器发送自动驾驶控制命令给协处理器，包括自动驾驶模式控制命令、转向控制命令、车速控制命令以及农机装具升降犁命令；还用于支持协处理器发送车辆信息给主处理器，包括车辆运行状态、车速、实时转向角、超声波雷达信号数据。
7.根据权利要求2所述电动拖拉机自动驾驶域控制器，其特征在于，所述主处理器芯片采用NXP S32V234芯片，所述协处理器芯片采用Infineon Aurix TC275三核单片机芯片，所述电源芯片选用NXP FS8510芯片；所述Infineon AurixTC275三核单片机芯片通过SPI接口向所述NXP FS8510发送控制命令。
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Cited By (1)
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| CN117445936A (zh) * | 2023-11-14 | 2024-01-26 | 阿尔特汽车技术股份有限公司 | 支持高级辅助驾驶系统的区域控制器及车辆 |
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