CN111398988A - 一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器*** - Google Patents

一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器*** Download PDF

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Abstract

本发明请求保护一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***，该***包括主控制器、POE网络交换机、无线通信、组合导航和电源模块。主控制器模块用于数据传输和智能网联汽车功能服务程序计算，支持USB、Ethernet、HDMI、PCIE、GPIO、UART、CAN等接口，其中多路CAN接口分别用于雷达数据采集，以及与线控底盘***进行交互；POE网络交换机模块用于Ethernet接口传感器的数据交换和电源供应；无线通信模块用于与其他车辆、服务器及路侧设备通信；组合导航模块用于获取主车位置及姿态；电源模块用于低功耗传感器电源供应。本发明实现智能网联汽车自动驾驶域控制器***的集成化与小型化，简化智能网联汽车线束布置，降低成本并提高可靠性。

Description

一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***
技术领域
本发明属于自动化、通信与计算机技术领域，具体涉及一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***。
背景技术
智能网联汽车是一个集环境感知、规划决策、运动控制、数据通信等功能于一体的高度智能化、信息化***。传统的多ECU分布式架构是汽车电子的典型模式，但是对智能汽车而言，传感器数量以及需要传输的数据量急剧增加，这一模式将使得线路复杂性急剧增加，导致整车性能下降、成本上升。智能网联汽车***平台是实现自动驾驶功能的重要载体，应当具备集成化，小型化、功能多样化，高可靠性、低功耗、安装简易，开发门槛低等特点，以简化智能网联汽车线束布置，降低成本并提高可靠性。
博世推出支持L2级别，包含五个雷达和一个单目摄像头的域控制器基础版。奥迪的zFAS，通过一块ECU，接入不同传感器的信号并进行对信号进行分析和处理，最终发出控制命令。华为的MDC提供了GMSL、以太网及CAN的支持。这些产品主要以支持各类环境感知传感器为主，并未集成组合导航，集成程度不够高，并且传感器需要额外的电源线，***线束仍然复杂。
本发明针对智能网联汽车车载域控制器的应用需求，提出一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***。采用集成化的主控制器模块、POE网络交换机模块、无线通信模块、组合导航模块和电源模块模块，实现智能网联汽车自动驾驶域控制器的集成化与小型化，提高智能网联汽车自动驾驶***可靠性，降低智能网联汽车***开发的难度。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中的问题，提出一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***，以提高智能网联汽车自动驾驶***可靠性，降低智能网联汽车***开发的难度。本发明的技术方案如下：
一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***，其包括：
网络交换机模块、无线通信模块、组合导航模块、多路CAN接口和电源模块模块，主控制器模块分别与无线通信模块、组合导航模块和POE网络交换机模块相连接，其中：
所述主控制器模块用于运行智能网联汽车功能服务程序，支持与POE网络交换机模块、无线通信模块、组合导航模块之间数据传输，并提供多路CAN接口与线控底盘及CAN接口传感器连接；
所述POE网络交换机模块用于挂载在POE网络交换机模块上的网络设备或传感器模块之间的数据传输或电源供应；
所述无线通信模块用于与其他车辆、路侧设备及服务器之间的数据传输；
所述组合导航模块用于获取并输出智能网联汽车的状态信息，状态信息包括经度、纬度、高度、速度、航向角、俯仰角和翻滚角；
所述多路CAN接口分别用于雷达数据采集，以及与线控底盘***进行交互；
所述电源模块用于为满足所述电源模块输出电气参数匹配的设备或模块提供电源供应。
进一步的，所述主控制器模块的通信接口支持USB、Ethernet、HDMI、PCIE、GPIO、UART、CAN在内的类型，所述主控制器模块包括具有ARM、FPGA在内的不同架构、不同计算能力的一个或者多个核心计算单元。
进一步的，所述POE网络交换机模块用于挂载在该所述POE网络交换机模块上的网络设备或模块之间的数据传输或电源供应，所述网络传感器包括支持网络接口的视觉传感器和激光雷达，挂载在所述POE网络交换机模块上的网络设备或模块组成星型网络，实现数据传输或电源供应，为了简化智能网联汽车***内的复杂线束布置和供电***，所述POE网络交换机模块支持POE供电功能，为支持POE或者经过转换后支持POE的网络设备或模块提供电源供应，其中，供电方式包括且不限于POE、POE+和非标准POE。
进一步的，所述组合导航模块包括RTK(Real-time kinematic，实时动态)定位模块和IMU(Inertial measurementunit，惯性测量单元)构成，其中，RTK模块通过部署在主控制器模块上的服务程序获取高精度定位信息，IMU用于与RTK模块一起通过融合滤波实现组合定位。
进一步的，所述RTK模块通过部署在主控制器模块上的服务程序获取高精度定位信息，具体包括：
(1)所述主控制器模块部署的UART Client1服务程序通过UART接口接收所述组合导航模块输出的当前主车的GPGGA格式定位数据；
(2)所述主控制器模块部署的Ntrip Client服务程序通过所述无线通信模块将步骤1中接收到的当前主车的GPGGA格式定位数据上传到Ntrip Caster；
(3)所述主控制器模块上部署的Ntrip Client服务程序通过所述无线通信模块接收Ntrip Caster返回的RTCM格式数据；
(4)所述主控制器模块部署的UART Client 1服务程序通过UART接口将步骤3中接收到的RTCM格式数据至所述组合导航模块；
(5)所述主控制器模块部署的UART Client 2服务程序通过UART接口接收所述组合导航模块解算后的主车的姿态信息，包括也不仅限于NMEA格式数据式数据；
(6)重复(1)～(5)，不断更新车辆位置与姿态信息。
进一步的，所述无线通信模块用于与其他车辆、路侧设备或服务器之间的数据传输，其中，无线通信模块采用包括4G、5G在内的通信模组。运行在所述主控制器模块上的服务程序通过无线通信模块实现与其他车辆、路侧设备或服务器之间的数据传输。
进一步的，所述智能网联汽车***由自动驾驶域控制器***及其智能网联汽车相关的其他组件共同组成，其中，所述其他组件包括激光雷达、视觉传感器、毫米波雷达和线控底盘。所述POE网络交换机模块支持连接多路网络设备或模块，用户根据所构造智能网联汽车***的需求配置包括激光雷达、视觉传感器在内的网络设备或模块。所述主控制器模块支持连接多路CAN接口设备，用户根据所构造智能网联汽车需求配置包括毫米波雷达和线控底盘在内的CAN接口设备；所述主控制器模块与CAN接口设备通过屏蔽线缆连接，其中，对于类似毫米波在内的小功率CAN接口传感器，所述电源模块通过电源线缆为需要供电的CAN接口设备供电。所述主控制器模块支持USB、Ethernet、HDMI、PCIE、GPIO、UART、CAN在内的接口，用户根据实际需求拓展外部设备。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明将智能网联汽车自动驾驶所需的控制器、车联网终端OBU(On board Unit，车载单元)、交换机、组合导航、DTU(Data Transfer unit，数据传输单元)等除了雷达及视觉传感器以外的功能模块集成到一个域控制器***中，实现智能网联汽车自动驾驶域控制器***的集成化与小型化，降低成本并提高可靠性。本发明通过POE为激光雷达、视觉传感器等供电，可极大简化智能网联汽车线束布置，降低***复杂性及成本。本发明还简化智能网联汽车***集成开发，降低了智能网联汽车***开发的难度。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***总体框架；
图2是本发明智能网联汽车硬件***的连接示意图；
图3是本发明组合导航功能软件框架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
如图1所示为本发明提出的一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***总体框架，该***由主控制器模块、POE网络交换机模块、无线通信模块、组合导航模块和电源模块模块组成，其中：
所述主控制器模块用于除所述主控制器模块之外的其他设备或模块之间数据传输和智能网联汽车应用服务程序计算。所述主控制器模块的通信接口支持包含且不限于USB、Ethernet、HDMI、PCIE、GPIO、UART、CAN等类型。所述主控制器模块包含且不限于具有ARM、FPGA等不同架构、不同计算能力的一个或者多个核心计算单元。
所述POE网络交换机模块用于挂载在该所述POE网络交换机模块上的网络设备或模块之间的数据传输或电源供应。所述网络设备或模块包括且不限于所述主控制器模块、网络传感器和其他网络设备或模块。所述网络传感器包括且不限于支持网络接口的视觉传感器和激光雷达等。挂载在所述POE网络交换机模块上的网络设备或模块组成星型网络，实现数据传输或电源供应。为了简化智能网联汽车***内的复杂线束布置和供电***，所述POE网络交换机模块支持POE功，为支持POE或者经过转换后支持POE的网络设备或模块提供电源供应，其中，供电方式包括且不限于POE、POE+和非标准POE。
所述无线通信模块用于与其他车辆、路侧设备或服务器之间的数据传输，其中，无线通信模块模块包括且不限于4G、5G等通信模组。运行在所述主控制器模块上的服务程序通过所述无线通信模块实现与其他车辆或服务器之间的数据传输，根据智能网联汽车***的具体业务部署相应的服务程序。
所述组合导航模块用于获取并输出智能网联汽车的状态信息，状态信息包括且不限于经度、纬度、高度、速度、航向角、俯仰角和翻滚角等，其中，航向角定义为车辆行驶方向与地理坐标系正北方向夹角。
所述电源模块用于为满足所述电源模块输出电气参数匹配的设备或模块提供电源供应。
如图2所示为本发明构建智能网联汽车硬件***的连接示例。智能网联汽车***由本发明及其智能网联汽车相关的其他组件共同组成，其中，所述其他组件包括且不限于包含激光雷达、视觉传感器、毫米波雷达和线控底盘等。
所述POE网络交换机模块支持连接M路网络设备或模块(M大于等于1)，用户根据所构造智能网联汽车***的需求配置包括激光雷达、视觉传感器在内的网络设备或模块。所述POE网络交换机模块与网络设备或模块之间通过连接线缆传输数据或电源供应，所述连接线缆两端采用通用型接插件。
所述主控制器模块支持连接N路CAN接口设备(N大于等于1),用户根据所构造智能网联汽车需求配置包括毫米波雷达和线控底盘在内的CAN接口设备。所述主控制器模块与CAN接口设备通过屏蔽线缆连接，其中，对于类似毫米波等小功率CAN接口传感器，所述电源模块通过电源线缆为需要供电的CAN接口设备供电，所述屏蔽线和电源线缆采用通用型接插件。
所述主控制器模块支持USB、Ethernet、HDMI、PCIE、GPIO、UART、CAN等接口，用户根据实际需求拓展外部设备。
本示例仅用于描述本发明及其智能网联汽车相关的组件配套使用的构建效果，并不只限于图中这一种构建方案。
如图3所示，所述组合导航模块包括实时动态定位模块(RTK)和惯性测量单元(IMU)构成，其中，RTK模块通过部署在所述主控制器模块上的服务程序获取高精度定位信息，步骤包括：
(1)所述主控制器模块部署的UART Client1服务程序通过UART接口接收所述组合导航模块输出的当前主车的GPGGA格式定位数据。
(2)所述主控制器模块部署的Ntrip Client服务程序通过所述无线通信模块将步骤1中接收到的当前主车的GPGGA格式定位数据上传到NtripCaster。
(3)所述主控制器模块上部署的Ntrip Client服务程序通过所述无线通信模块接收NtripCaster返回的RTCM格式数据。
(4)所述主控制器模块部署的UART Client 1服务程序通过UART接口将步骤3中接收到的RTCM格式数据至所述组合导航模块。
(5)所述主控制器模块部署的UART Client 2服务程序通过UART接口接收所述组合导航模块解算后的主车的姿态信息，包括也不仅限于NMEA格式数据式数据。
(6)重复(1)～(5)，不断更新车辆位置与状态信息，其中，更新频率根据应用场景实际需求设置。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***，其特征在于，包括：包括主控制器模块、POE有源以太网网络交换机模块、无线通信模块、组合导航模块、电源模块模块，主控制器模块分别与无线通信模块、组合导航模块和POE网络交换机模块相连接，其中：
所述主控制器模块用于运行智能网联汽车功能服务程序，支持与POE网络交换机模块、无线通信模块、组合导航模块之间数据传输，并提供多路CAN接口与线控底盘及CAN接口传感器连接；
所述POE网络交换机模块用于挂载在POE网络交换机模块上的网络设备或传感器模块之间的数据传输或电源供应；
所述无线通信模块用于与其他车辆、路侧设备及服务器之间的数据传输；
所述组合导航模块用于获取并输出智能网联汽车的状态信息，状态信息包括经度、纬度、高度、速度、航向角、俯仰角和翻滚角；
所述电源模块用于为满足所述电源模块输出电气参数匹配的设备或模块提供电源供应。
2.根据权利要求1所述的一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***，其特征在于，所述主控制器模块的通信接口支持USB、Ethernet、HDMI、PCIE、GPIO、UART、CAN在内的类型，所述主控制器模块包括具有ARM、FPGA在内的不同架构、不同计算能力的一个或者多个核心计算单元。
3.根据权利要求1所述的一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***，其特征在于，所述POE网络交换机模块用于挂载在该所述POE网络交换机模块上的网络设备或模块之间的数据传输或电源供应，所述网络传感器包括支持网络接口的视觉传感器和激光雷达，实现数据传输或电源供应，其中供电方式包括且不限于POE、POE+和非标准POE。
4.根据权利要求4所述的一种集成化智能网联汽车自动驾驶域控制器***，其特征在于，所述组合导航模块的RTK实时动态定位模块通过部署在主控制器模块上的服务程序获取高精度定位信息，具体包括：
(1)所述主控制器模块部署的UART Client1服务程序通过UART接口接收所述组合导航模块输出的当前主车的GPGGA格式定位数据；
(2)所述主控制器模块部署的Ntrip Client服务程序通过所述无线通信模块将步骤1中接收到的当前主车的GPGGA格式定位数据上传到Ntrip Caster；
(3)所述主控制器模块上部署的Ntrip Client服务程序通过所述无线通信模块接收Ntrip Caster返回的RTCM格式数据；
(4)所述主控制器模块部署的UART Client 1服务程序通过UART接口将步骤3中接收到的RTCM格式数据至所述组合导航模块；
(5)所述主控制器模块部署的UART Client 2服务程序通过UART接口接收所述组合导航模块解算后的主车的姿态信息，包括也不仅限于NMEA格式数据式数据；
(6)重复(1)～(5)，不断更新车辆位置与姿态信息。
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