CN114537422A - 一种用于自动驾驶的硬件架构及其执行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于自动驾驶的硬件架构，涉及自动驾驶技术领域，包括目标功能模块，设置有若干个，每个所述目标功能模块用于单独实现自动驾驶控制流程中的一项目标功能，若干个所述目标功能模块互相连接，生成自动驾驶控制指令；控制模块，用于控制车辆执行自动驾驶控制指令；以及，备份冗余模块，用于监测所述目标功能模块的运行状态，并在任一所述目标功能模块出现故障时代替该目标功能模块实现对应的目标功能。本发明中单个目标功能模块负责一个明确的功能，便于做安全冗余，且每个目标功能模块物理隔离，解决了对中央处理器和图形处理器资源竞争的问题，任意一个目标功能模块发生故障均不会引起装置瘫痪，提高了***的稳定性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶技术领域，特别是涉及一种用于自动驾驶的硬件架构及其执行方法。
背景技术
现有的自动驾驶方法一般采用工业计算机作为主要计算平台，随着算力需求的提高、传感器数量的增加，需要向工业计算机中持续增加扩展卡以满足要求，相应的功耗体积会变得十分庞大且不利于维护，同时，对硬件性能的需求比较集中，单点故障时会导致***整体稳定性极低，比如图形处理器温度过高导致性能降低，整个数据链路数据处理流程时延会剧增，导致车辆对事件响应延后，严重威胁安全，因此***需要较高的成本做硬件安全冗余设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种用于自动驾驶的硬件架构及其执行方法。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：
一种用于自动驾驶的硬件架构，包括，
目标功能模块，设置有若干个，每个所述目标功能模块用于单独实现自动驾驶控制流程中的一项目标功能，若干个所述目标功能模块互相连接，以实现自动驾驶控制流程的对应目标功能，并生成自动驾驶控制指令；
控制模块，用于接收所述自动驾驶控制指令，并控制车辆执行所述自动驾驶控制指令；以及，
备份冗余模块，用于监测所述目标功能模块的运行状态，并在任一所述目标功能模块出现故障时代替该目标功能模块实现对应的目标功能。
作为本发明所述用于自动驾驶的硬件架构的一种优选方案，其中：若干个所述目标功能模块通过网络互相连接，所述备份冗余模块通过网络与所述目标功能模块连接，所述备份冗余模块和所述目标功能模块通过网络与所述主控模块连接。
作为本发明所述用于自动驾驶的硬件架构的一种优选方案，其中：所述目标功能模块包括，
高精地图模块，用于获取高精地图数据；
感知模块，用于获取车辆周边的障碍物信息，并对障碍物进行追踪；
预测模块，用于基于所述障碍物信息预测障碍物的运行轨迹；
规划控制模块，用于基于所述障碍物的运行轨迹生成自动驾驶控制指令。
作为本发明所述用于自动驾驶的硬件架构的一种优选方案，其中：所述高精地图模块、感知模块、预测模块以及规划控制模块均包括中央处理器和图形处理器。
作为本发明所述用于自动驾驶的硬件架构的一种优选方案，其中：所述备份冗余模块包括中央处理器和图形处理器。
本发明还公开了一种用于自动驾驶的硬件架构的执行方法，包括，
控制功能模块分别实现对应的目标功能，生成对应的数据；
控制功能模块之间进行数据交互，以生成自动驾驶控制指令，并传输至主控模块；
主控模块接收所述自动驾驶控制指令，并控制车辆执行所述自动驾驶控制指令。
作为本发明所述用于自动驾驶的硬件架构的执行方法的一种优选方案，其中：还包括，
控制备份冗余模块监测所述目标功能模块的运行状态，并在任一所述目标功能模块出现故障时代替该目标功能模块运行，并实现对应的目标功能。
本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一项所述的用于自动驾驶的硬件架构的执行方法。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的用于自动驾驶的硬件架构的执行方法。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中单个目标功能模块只负责一个较为明确的功能，因此每个目标功能模块的硬件性能、功耗和体积可控，且可以根据需求动态配置，便于做安全冗余；另一方面，由于每个目标功能模块的功能相对单一且物理隔离，因此解决了对中央处理器和图形处理器资源竞争的问题，任意一个目标功能模块发生故障均不会引起装置瘫痪，且便于使***恢复正常运行，极大地提高了***的稳定性和安全性。
(2)本发明中每个目标功能模块可复用，算力和接口资源动态分配，减少了算力资源的浪费，可实现低成本、低功耗、小体积的自动驾驶硬件***平台搭建。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的用于自动驾驶的硬件架构的结构示意图；
图2为实施例提供的目标功能模块的结构示意图；
图3为本实施提供的用于自动驾驶的硬件架构的框架示意图；
图4为本发明提供的用于自动驾驶的硬件架构的执行方法的流程示意图；
其中：110、目标功能模块；120、控制模块；130、备份冗余模块；111、高精地图模块；112、感知模块；113、预测模块；114、规划控制模块。
具体实施方式
为使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本发明作出进一步详细的说明。
参见图，为本实施例提供的一种用于自动驾驶的硬件架构的结构示意图。该硬件架构包括若干个目标功能模块110、控制模块120以及备份冗余模块。
其中，每个目标功能模块110用于单独实现自动驾驶控制流程中的一项目标功能个。若干个目标功能模块110互相连接，以实现自动驾驶控制流程中对应的一系列目标功能，完成自动驾驶控制流程，并生成自动驾驶控制指令。
在本实施例中，目标功能模块110包括高精地图模块111、感知模块112、预测模块113和规划控制模块114，参见图2。其中，高精地图模块111用于获取高精地图数据。感知模块112用于获取车辆周边的障碍物信息，并对障碍物进行追踪。此处的障碍物包括自车周边的其他车辆以及行人。预测模块113用于根据获取到的障碍物信息预测障碍物的运行轨迹。规划控制模块114用于根据预测到的障碍物的运行轨迹生成自动驾驶控制指令。
上述目标功能模块110之间通过网络互相连接。每个目标功能模块110单独运行以实现对应的目标功能，生成对应数据后，通过网络进行数据交互，完成自动驾驶控制流程的一系列目标功能，从而生成自动驾驶控制指令。同时，目标功能模块110通过网络与控制模块120连接，可将生成的自动驾驶控制指令通过网络上传至控制模块120，然后由控制模块120控制车辆执行该自动驾驶控制指令。
可以理解的是，每个目标功能模块110单独负责一项明确的目标功能，因此，每个目标功能模块110的硬件性能、功耗和体积可根据需求动态配置。同时，各个目标功能模块110之间物理隔离，因此任意一个目标功能模块110发生故障均不会引起***的瘫痪，极大地提高了***的稳定性和安全性。
备份冗余模块130用于监测各个目标功能模块110的运行状态，并在任一目标功能模块110出现故障时代替该目标功能模块运行，以实现对应的目标功能。备份冗余模块130通过网络与各个目标功能模块110连接。备份冗余模块130具有与其他目标功能模块110相同的硬件配置，并存储有每个目标功能模块110的功能程序。当任一目标功能模块110，如感知模块112出现故障时，备份冗余模块130立即运行感知模块112的功能程序，以实现感知模块112所对应的目标功能，保证***可以稳定运行。
由此，本实施例可针对单个目标功能模块做安全冗余设计，实现了低成本的安全冗余设计。
在本实施例中，高精地图模块111、感知模块112、预测模块113和规划控制模块114这几个目标功能模块110均配置有中央处理器和图形处理器，以实现对应的目标功能。备份冗余模块130也配置有中央处理器和图形处理器。
参见图3，为本实施提供的用于自动驾驶的硬件架构的框架示意图。该硬件架构还包括数据采集模块，数据采集模块用于采集车辆周边的道路环境数据。数据采集模块与控制模块连接，可将采集到的数据传输至控制模块，再由控制模块传输至各个目标功能模块，对数据进行处理。具体的，数据采集模块包括数据采集传感器，数据采集传感器包括但不限于：自动驾驶中常用的相机、毫米波雷达、激光雷达。控制模块120采用中央处理器搭配一块具有单个PCIe x16的扩展槽的主板，根据不同模块的算力需求，可挑选搭配不同计算性能的图形处理机或数据采集卡即可。控制模块120、目标功能模块110和备份冗余模块130之间通过以太网和交换机进行通讯，实现数据交互。
参见图4，为本实施例提供的一种用于自动驾驶的硬件架构的执行方法的流程示意图。该执行方法包括步骤S101～步骤S104，具体步骤说明如下：
步骤S101：控制功能模块分别实现对应的目标功能，生成对应的数据。
步骤S102：控制功能模块之间进行数据交互，以生成自动驾驶控制指令，并传输至主控模块；
具体的，以目标功能模块包括高精地图模块、感知模块、预测模块和规划控制模块为例，感知模块获取车辆周边的障碍物信息，并对障碍物进行追踪后，形成的数据可通过网络传输至预测模块；预测模块可基于障碍物信息对障碍物的运行轨迹进行预测，并将形成的数据通过网络传输至规划控制模块；规划控制模块根据预测的障碍物的运行轨迹生成自动驾驶控制指令。
步骤S103：主控模块接收自动驾驶控制指令，并控制车辆执行自动驾驶控制指令。
其中，自动驾驶控制指令包括控制车辆的行驶轨迹和行驶速度，以对障碍物进行避让。
步骤S104：控制备份冗余模块监测目标功能模块的运行状态，并在任一目标功能模块出现故障时代替该目标功能模块运行，并实现对应的目标功能。
具体的，***正常运行时，备份冗余模块监控各个目标功能模块的运行状态。当发现任何一个目标功能模块，如感知模块出现故障时，备份冗余模块立即运行感知模块的功能程序，以实现感知模块所对应的目标功能，保证***可以稳定运行。
本实施例还提供了一种计算机设备，计算机设备的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元，***存储器，连接不同***组件(包括***存储器和处理单元)的总线。
总线表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，***总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及***组件互连(PCI)总线。
计算机***/服务器典型地包括多种计算机***可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机***/服务器访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
***存储器可以包括易失性存储器形式的计算机***可读介质，例如随机存取存储器(RAM)和/或高速缓存存储器。计算机设备可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机***存储介质。仅作为举例，存储***可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质。可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线相连。存储器可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，可以存储在例如存储器中，这样的程序模块包括但不限于操作***、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算机设备也可以与一个或多个外部设备例如键盘、指向设备、显示器等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口进行。并且，计算机设备还可以通过网络适配器与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。
处理单元通过运行存储在***存储器中的程序，从而执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
上述的计算机程序可以设置于计算机存储介质中，即该计算机存储介质被编码有计算机程序，该程序在被一个或多个计算机执行时，使得一个或多个计算机执行本发明上述实施例中所示的方法流程和/或装置操作。
随着时间、技术的发展，介质含义越来越广泛，计算机程序的传播途径不再受限于有形介质，还可以直接从网络下载等。可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于自动驾驶的硬件架构，其特征在于：包括，
目标功能模块，设置有若干个，每个所述目标功能模块用于单独实现自动驾驶控制流程中的一项目标功能，若干个所述目标功能模块互相连接，以实现自动驾驶控制流程的对应目标功能，并生成自动驾驶控制指令；
控制模块，用于接收所述自动驾驶控制指令，并控制车辆执行所述自动驾驶控制指令；以及，
备份冗余模块，用于监测所述目标功能模块的运行状态，并在任一所述目标功能模块出现故障时代替该目标功能模块实现对应的目标功能。
2.根据权利要求1所述的用于自动驾驶的硬件架构，其特征在于：若干个所述目标功能模块通过网络互相连接，所述备份冗余模块通过网络与所述目标功能模块连接，所述备份冗余模块和所述目标功能模块通过网络与所述控制模块连接。
3.根据权利要求1所述的用于自动驾驶的硬件架构，其特征在于：所述目标功能模块包括，
高精地图模块，用于获取高精地图数据；
感知模块，用于获取车辆周边的障碍物信息，并对障碍物进行追踪；
预测模块，用于基于所述障碍物信息预测障碍物的运行轨迹；
规划控制模块，用于基于所述障碍物的运行轨迹生成自动驾驶控制指令。
4.根据权利要求3所述的用于自动驾驶的硬件架构，其特征在于：所述高精地图模块、感知模块、预测模块以及规划控制模块均包括中央处理器和图形处理器。
5.根据权利要求4所述的用于自动驾驶的硬件架构，其特征在于：所述备份冗余模块包括中央处理器和图形处理器。
6.一种用于自动驾驶的硬件架构的执行方法，其特征在于：包括，
控制功能模块分别实现对应的目标功能，生成对应的数据；
控制功能模块之间进行数据交互，以生成自动驾驶控制指令，并传输至主控模块；
主控模块接收所述自动驾驶控制指令，并控制车辆执行所述自动驾驶控制指令。
7.根据权利要求6所述的用于自动驾驶的硬件架构的执行方法，其特征在于：还包括，
控制备份冗余模块监测所述目标功能模块的运行状态，并在任一所述目标功能模块出现故障时代替该目标功能模块运行，并实现对应的目标功能。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时实现如权利要求6或7所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述程序被处理器执行时实现如权利要求6或7所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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