CN113485336A - 一种适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，包括第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、SWITCH单元、PWR单元；所述SWITCH单元，用于对内：所述第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器的数据通信；对外：激光雷达的对内以及对外的通信接口；OTA单元，利用控制器连接到互联网，对设备进行远程程序升级和版本更新。该无人驾驶域控制器为矿区的车辆进行无人驾驶提供了技术支撑，实现了矿区无人驾驶应用的落地，提升了矿区的整体效益。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶领域，更具体的地说，涉及一种适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器。
背景技术
随着我国经济的高速发展，对于矿用资源的需求越来越大，矿山资源开发逐步加大。由于矿区工作环境、人员以及设备等原因，无人驾驶在矿用无人领域越来越广泛。为满足多种矿区、多个矿用车辆以及多种环境下的使用，提高矿区多种矿用自卸车的控制器的使用效率，实现设备的通用化、标准化，适用于矿区的非公路矿用自卸车的多功能域控制器显得尤为重要，而域控制器是无人驾驶的核心控制器件。
专利CN201721749283.5《一种无人驾驶矿用宽体车》中只提到了矿用宽体车无人驾驶所需要的外部装置，并没有说明无人驾驶控制器是如何设计的。专利CN202010325674.4《一种基于矿用宽体车无人驾驶的域控制***》中外接传感器接口少，无法针对OTA升级等问题进行改善和设计。
发明内容
为解决以上问题，本发明针对当前矿区的无人化需求，提出建立一种适用于矿区的非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，用于解决矿区车辆种类多、应用场景复杂、工作环境恶劣、多种矿用自卸车辆的无人驾驶而没有可靠可落地应用的多功能控制器的问题，如：紧急状态的遥控驾驶、***远程升级以及对外接口少等。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，包括第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、SWITCH单元、PWR单元，
所述第一控制器，中央控制单元，用于整个***的规划决策控制与各子***的控制；所述第二控制器，用于处理雷达传感器采集的数据；所述第三控制器，用于实现平台通信，V2X的交互；所述第四控制器，用于所述第一控制器处于异常状态时，保证设备的安全运行；
所述SWITCH单元，用于对内：所述第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器的数据通信；对外：激光雷达的对内以及对外的通信接口；OTA单元，利用控制器连接到互联网，对设备进行远程程序升级和版本更新；
所述PWR单元，用于供电控制，实现不同供电电源的自动切换。
进一步的，所述第一控制器，包含以下模块：处理器模块：作为控制器的运算和控制核心器件，实现程序的运行与控制；以太网通信单元、CAN、RS232：作为对内对外的通信单元，实现相互间的数据交互；433M无线模块：作为急停控制单元，可在异常状态下由人工实现车辆的启停控制；惯导模块，实时获取车辆自身姿态信息；
所述第二控制器，包含以下模块：处理器模块：作为控制器的运算和控制核心器件，实现程序的运行与控制；以太网通信单元、CAN、RS232：作为对内对外的通信单元，实现相互间的数据交互；传感模块接口：作为对外传感器的输入接口，用于感知外信息，并进行处理和通信；
所述第三控制器，包含以下模块：处理器模块：作为控制器的运算和控制核心器件，实现程序的运行与控制；以太网单元、CAN、RS232：作为对内对外的通信单元，实现相互间的数据交互；网络通信模块：作为***与平台间的信息交互；
所述第四控制器，包含以下模块：处理器模块：用于控制器的运算和数据采集，实现程序和算法的运行；CAN、车载以太网单元、USB单元、ADC数据采集单元；对外GPIO接口：作为对内对外的通信单元，可兼容多种数据接口和传感器的接入以及控制。
进一步的，在车辆人工驾驶状态下，使用所述惯导模块采集定位数据和本身的姿态数据，并通过差分数据生成路径文件，存储在所述第一控制器和/或所述第二控制器的处理器中，无人驾驶行驶轨迹即采用此路径数据。
进一步的，利用所述域控制器实现遥控驾驶，设备通过板载5G通信模块，与遥控驾驶室进行数据连接，将现场的图像数据传输给遥控驾驶室，用于遥控驾驶人员对设备周边环境的了解，再将遥控驾驶的指令通过5G通信，传输给所述域控制器，所述域控制器对接收的遥控指令进行处理，再通过CAN通信或者相关执行机构对车辆进行控制，完成遥控驾驶。
进一步的，所述第一控制器可与外界的遥控驾驶单元进行无线通信，在车辆异常故障时地面人员通过遥控驾驶给所述第一控制器发送指令，所述第一控制器对车辆进行操作控制；所述第二控制器处理雷达、视觉传感器采集的数据后进行分析处理，将行驶路径上的障碍物状态发送给所述第一控制器，所述第一控制器根据障碍物的距离来控制车辆的刹停；所述第三控制器与外设之间实现无线通信，将平台下发的作业文件转发给所述第一控制器做任务处理；所述第四控制器作为车辆运行的控制机构，实现对执行机构的控制与数据采集。
进一步的，所述SWITCH单元，与车载HMI通过有线方式的直连，实现与车内操作人员的交互控制；通过网口与视觉传感设备、雷达设备连接，传输给处理单元；与互联网连接，实现OTA升级，远端设备请求OTA升级，申请升级通过后进行代码的升级和版本的迭代。
进一步的，所述OTA升级，通过设备的板载5G设备入网，连接到互联网；进行OTA升级时，远端设备进行升级请求，OTA通过5G下载OTA数据包，完成后数据包进行升级校验，执行OTA升级，升级完成，则***完成OTA升级，升级失败，则***恢复初始状态。
进一步的，所述PWR单元，外界输入DC电源，提供24V、12V、5V以及3.3V电源，对外输出24V、12V以及5V电源。
本发明为矿区的车辆进行无人驾驶提供了技术支撑，实现了矿区无人驾驶应用的落地，提升了矿区的整体效益：
(1)无人驾驶对于车辆的控制更合理精确，降低了车辆的维护成本，提升了车辆的使用寿命。
(2)无人驾驶可连续作业的时间更长，提高了生产效率。
(3)无人驾驶域控制器具备远程升级能力，提高设备的可维护性，满足多种应用场景。
(4)多种传感器保障多维度的信息采集，多控制协同处理，提高无人驾驶的高效性和安全性。
(5)OTA升级，快速修复***缺陷，提升产品可靠性和用户使用体验。
附图说明
图1为域控制器的整体结构图。
图2为OTA升级的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
一种适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，使用多个控制器作为核心控制器，如图1所示，包括以下单元：
(1)第一控制器，中央控制单元，用于整个***的规划决策控制与各子***的控制。该控制器包含以下模块：处理器模块：作为控制器的运算和控制核心器件，实现程序的运行与控制；以太网通信单元、CAN、RS232：作为对内对外的通信单元，实现相互间的数据交互；433M无线模块：作为急停控制单元，可在异常状态下由人工实现车辆的启停控制；惯导模块，实时获取车辆自身姿态信息。
(2)第二控制器，用于处理雷达传感器采集的数据。该控制器包含以下模块：处理器模块：作为控制器的运算和控制核心器件，实现程序的运行与控制；以太网通信单元、CAN、RS232：作为对内对外的通信单元，实现相互间的数据交互；传感模块接口：毫米波雷达，视频穿书模块等，作为对外传感器的输入接口，用于感知外信息，并进行处理和通信。
(3)第三控制器，用于实现平台通信，V2X(vehicle to everything，即车对外界的信息交换)通信以及与HMI(Human Machine Interface，人机交互界面)的交互。该控制器包含以下模块：处理器模块：作为控制器的运算和控制核心器件，实现程序的运行与控制；以太网单元、CAN、RS232：作为对内对外的通信单元，实现相互间的数据交互；网络通信模块：作为***与平台间的信息交互，包含公网，4G/5G专网模块、V2X模块、GPS模块等。
(4)第四控制器，用于第一控制器处于异常状态时，保证设备的安全运行。该控制器包含以下模块：处理器模块，用于控制器的运算和数据采集，实现程序和算法的运行。CAN、车载以太网单元、USB单元、ADC数据采集单元，对外GPIO接口：作为对内对外的通信单元，可兼容多种数据接口和传感器的接入以及控制。
(5)SWITCH单元，用于对控制器内：第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器的数据通信；对外：激光雷达的对内以及对外的通信接口。OTA(Over-the-AirTechnology，空中下载技术)单元，利用控制器连接到互联网，对设备进行远程程序升级和版本更新。
(6)PWR单元，外界输入DC电源，提供24V、12V、5V以及3.3V电源，对外输出24V、12V以及5V电源。
特别的，在车辆人工驾驶状态下，使用惯导模块采集定位数据和本身的姿态数据，并通过差分数据生成路径文件，存储在所述第一控制器和/或所述第二控制器的处理器中，无人驾驶行驶轨迹即采用此路径数据。
特别的，遥控驾驶，设备通过板载5G通信模块，与遥控驾驶室进行数据连接。将现场的图像数据的传输给遥控驾驶室，用于遥控驾驶人员对设备周边环境的了解，再将遥控驾驶的指令通过5G通信，传输给域控制器，域控制器对接收的遥控指令进行处理，再通过CAN通信或者相关执行机构对车辆进行控制，完成遥控驾驶。
特别的，第一控制器还可与外界的遥控驾驶单元进行无线通信(433)，在车辆异常故障时地面人员可通过遥控驾驶给第一控制器发送指令，第一控制器来控制车辆进行制动等操作。
特别的，第二控制器处理雷达、视觉传感器采集的数据后进行分析处理，将行驶路径上的障碍物状态发送给第一控制器，第一控制器根据障碍物的距离来控制车辆的刹停。
特别的，第三控制器与外设(包含平台和其它设备)之间实现无线通信(公网、专网、V2X等方式)，可将平台下发的作业文件转发给第一控制器做任务处理。
特别的，第四控制器作为车辆运行的控制机构，可实现对执行机构如档位，制动，油门，举升控制，转向控制等其它信号的控制与数据采集。
特别的，SWITCH单元，与车载HMI通过有线方式的直连，可以实现与车内操作人员的交互控制；通过网口与视觉传感设备、雷达设备连接，传输给处理单元；与互联网连接，实现OTA升级，远端设备请求OTA升级，申请升级通过后进行代码的升级和版本的迭代。
优选的，OTA升级，通过设备的板载5G设备入网，连接到互联网。进行OTA升级时，远端设备进行升级请求，OTA开始，通过5G下载OTA数据包，完成后数据包进行升级校验，完成后执行OTA升级(Recovery)，升级完成，***完成OTA升级，升级失败，***恢复初始状态。
特别的，PWR作为整个***的供电控制单元，PWR模块可实现对3种供电电源的自动切换，当某一路供电输入异常时可自动切换使用另外一路供电，具备更高的可靠性。同时PWR模块还可提供满足外设供电需求的5V/12V/24V的稳定电源输出，并且增加过流过压保护、对输出电源可进行控制，关闭未使用的电源增加***可靠性使得整个***的工作状态更稳定。
上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，其特征在于，包括第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、SWITCH单元、PWR单元，
所述第一控制器，中央控制单元，用于整个***的规划决策控制与各子***的控制；所述第二控制器，用于处理雷达传感器采集的数据；所述第三控制器，用于实现平台通信，V2X的交互；所述第四控制器，用于所述第一控制器处于异常状态时，保证设备的安全运行；
所述SWITCH单元，用于对内：所述第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器的数据通信；对外：激光雷达的对内以及对外的通信接口；OTA单元，利用控制器连接到互联网，对设备进行远程程序升级和版本更新；
所述PWR单元，用于供电控制，实现不同供电电源的自动切换。
2.根据权利要求1所述的适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，其特征在于，所述第一控制器，包含以下模块：处理器模块：作为控制器的运算和控制核心器件，实现程序的运行与控制；以太网通信单元、CAN、RS232：作为对内对外的通信单元，实现相互间的数据交互；433M无线模块：作为急停控制单元，可在异常状态下由人工实现车辆的启停控制；惯导模块，实时获取车辆自身姿态信息；
所述第二控制器，包含以下模块：处理器模块：作为控制器的运算和控制核心器件，实现程序的运行与控制；以太网通信单元、CAN、RS232：作为对内对外的通信单元，实现相互间的数据交互；传感模块接口：作为对外传感器的输入接口，用于感知外信息，并进行处理和通信；
所述第三控制器，包含以下模块：处理器模块：作为控制器的运算和控制核心器件，实现程序的运行与控制；以太网单元、CAN、RS232：作为对内对外的通信单元，实现相互间的数据交互；网络通信模块：作为***与平台间的信息交互；
所述第四控制器，包含以下模块：处理器模块：用于控制器的运算和数据采集，实现程序和算法的运行；CAN、车载以太网单元、USB单元、ADC数据采集单元；对外GPIO接口：作为对内对外的通信单元，可兼容多种数据接口和传感器的接入以及控制。
3.根据权利要求2所述的适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，其特征在于，在车辆人工驾驶状态下，使用所述惯导模块采集定位数据和本身的姿态数据，并通过差分数据生成路径文件，存储在所述第一控制器和/或所述第二控制器的处理器中，无人驾驶行驶轨迹即采用此路径数据。
4.根据权利要求1或2所述的适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，其特征在于，利用所述域控制器实现遥控驾驶，设备通过板载5G通信模块，与遥控驾驶室进行数据连接，将现场的图像数据传输给遥控驾驶室，用于遥控驾驶人员对设备周边环境的了解，再将遥控驾驶的指令通过5G通信，传输给所述域控制器，所述域控制器对接收的遥控指令进行处理，再通过CAN通信或者相关执行机构对车辆进行控制，完成遥控驾驶。
5.根据权利要求1或2所述的适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，其特征在于，所述第一控制器可与外界的遥控驾驶单元进行无线通信，在车辆异常故障时地面人员通过遥控驾驶给所述第一控制器发送指令，所述第一控制器对车辆进行操作控制；所述第二控制器处理雷达、视觉传感器采集的数据后进行分析处理，将行驶路径上的障碍物状态发送给所述第一控制器，所述第一控制器根据障碍物的距离来控制车辆的刹停；所述第三控制器与外设之间实现无线通信，将平台下发的作业文件转发给所述第一控制器做任务处理；所述第四控制器作为车辆运行的控制机构，实现对执行机构的控制与数据采集。
6.根据权利要求1或2所述的适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，其特征在于，所述SWITCH单元，与车载HMI通过有线方式的直连，实现与车内操作人员的交互控制；通过网口与视觉传感设备、雷达设备连接，传输给处理单元；与互联网连接，实现OTA升级，远端设备请求OTA升级，申请升级通过后进行代码的升级和版本的迭代。
7.根据权利要求6所述的适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，其特征在于，所述OTA升级，通过设备的板载5G设备入网，连接到互联网；进行OTA升级时，远端设备进行升级请求，OTA通过5G下载OTA数据包，完成后数据包进行升级校验，执行OTA升级，升级完成，则***完成OTA升级，升级失败，则***恢复初始状态。
8.根据权利要求1或2所述的适用于非公路矿用自卸车的无人驾驶域控制器，其特征在于，所述PWR单元，外界输入DC电源，提供24V、12V、5V以及3.3V电源，对外输出24V、12V以及5V电源。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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