一种用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置pdf

　　本发明涉及一种用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，包括集成在同一块PCB板上的自动驾驶控制单元、整车控制单元和通讯总线，自动驾驶控制单元包括第一自动驾驶控制单元和受控于第一自动驾驶控制单元的第二自动驾驶控制单元，第一自动驾驶控制单元与第二自动驾驶控制单元通过通讯总线相连，整车控制单元通过通讯总线分别与第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元相连，各单元协同工作，有效减小了零部件的整体尺寸和线束的连接，使PCB布局更加紧凑，节约了生产成本，节省了总体的布置空间，同时在自动驾驶感知决策方面提供主控

　　(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 116476758 A (43)申请公布日 2023.07.25 (21)申请号 3.3 (22)申请日 2023.03.24 (71)申请人 北京航空航天大学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 崔海港杨世春闫啸宇陈宇航 吴优曹耀光陈飞周帆麻斌 (74)专利代理机构 北京海虹嘉诚知识产权代理 有限公司 11129 专利代理师 高丽萍 (51)Int.Cl. B60R 16/023 (2006.01) B60W 60/00 (2020.01) B60W 50/00 (2006.01) B60W 50/023 (2012.01) G05B 9/03 (2006.01) 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 (54)发明名称 一种用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装 置 (57)摘要 本发明涉及一种用于纯电动汽车的自动驾 驶域控制装置，包括集成在同一块PCB板上的自 动驾驶控制单元、整车控制单元和通讯总线，自 动驾驶控制单元包括第一自动驾驶控制单元和 受控于第一自动驾驶控制单元的第二自动驾驶 控制单元，第一自动驾驶控制单元与第二自动驾 驶控制单元通过通讯总线相连，整车控制单元通 过通讯总线分别与第一自动驾驶控制单元和第 二自动驾驶控制单元相连，各单元协同工作，有 效减小了零部件的整体尺寸和线束的连接 ，使 PCB布局更加紧凑，节约了生产成本，节省了总体 A 的布置空间，同时在自动驾驶感知决策方面提供 8 主控和从控的结构，不仅提高了系统的数据处理 5 7 6 能力和运算速度，还提供了冗余的检测和控制， 7 4 6 提高了系统的稳定性和安全性。 1 1 N C CN 116476758 A 权利要求书 1/2页 1.一种用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，其特征在于，包括集成在同一块电路 板上的自动驾驶控制单元、整车控制单元和通讯总线，所述自动驾驶控制单元包括第一自 动驾驶控制单元和受控于第一自动驾驶控制单元的第二自动驾驶控制单元，所述第一自动 驾驶控制单元与第二自动驾驶控制单元通过通讯总线相连，所述整车控制单元通过通讯总 线分别与所述第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元相连， 所述自动驾驶控制单元用于感知车辆周围环境信息，并对感知的车辆周围环境信息进 行分析计算，分析计算出车辆最佳行驶路线，根据最佳行驶路线获得车辆控制的决策信息， 并将决策信息发送给整车控制单元，所述第一自动驾驶控制单元承担车辆周围环境信息的 感知与计算、最佳行驶路线的规划和车辆控制的决策工作；所述第二自动驾驶控制单元用 于辅助第一自动驾驶控制单元计算，监控第一自动驾驶控制单元的工作状态，并在第一自 动驾驶控制单元出现异常时全面接管其所有功能；所述整车控制单元通过通讯总线接收自 动驾驶控制单元的决策信息指令，控制车辆按照规划的最佳行驶路线安全行驶，实现对车 辆行驶状态的控制。 2.根据权利要求1所述的用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，其特征在于，所述通 讯总线包括PCIE总线、以太网总线和CANFD总线，整车控制单元、第一自动驾驶控制单元和 第二自动驾驶控制单元相互之间支持PCIE、以太网和CANFD三种通讯方式进行通讯，用于实 现自动驾驶控制信息的交互，并对重要信息采用三种通讯总线所述的用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，其特征在于，所述第 一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元均包括根据处理器类型划分的若干物理分 区，相同类型的处理器位于同一物理分区，所述处理器包括若干通过通讯总线相互连接的 CPU、GPU和FPGA，各所述CPU被划分至一个物理分区，各所述GPU被划分至另一个物理分区， 各所述FPGA被划分至第三个物理分区。 4.根据权利要求3所述的用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，其特征在于，所述第 一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元均还包括均与所述处理器相连的环境感知 接口、通讯总线接口、GDDR存储芯片、EMMC存储芯片、NOR存储芯片、USB接口、IMU惯性导航模 块、第一无线网络模块以及第一信息加密模块，所述环境感知接口包括摄像头接口、视频输 入接口、视频输出接口、超声波雷达接口、毫米波雷达接口和激光雷达接口，所述通讯总线 接口包括以太网接口、PCIE接口和CAN接口，用于满足环境感知以及不同控制单元之间的通 讯需求。 5.根据权利要求4所述的用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，其特征在于，所述第 一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元的环境感知接口均通过多路开关分别与各 自的处理器相连， 在第二自动驾驶控制单元监控到第一自动驾驶控制单元处于正常状态时，第二自动驾 驶控制单元通过控制多路开关将环境感知接口与第一自动驾驶控制单元的处理器相连，将 通过传感器获取到的环境数据传入第一自动驾驶控制单元，第一自动驾驶控制单元再通过 PCIE总线、以太网总线和CANFD通讯总线将环境数据共享给第二自动驾驶控制单元和整车 控制单元，使第二自动驾驶控制单元和整车控制单元进行辅助计算及决策； 在第二自动驾驶控制单元监控到第一自动驾驶控制单元处于异常状态时，第二自动驾 驶控制单元通过控制多路开关将环境感知接口转接到第二自动驾驶控制单元的处理器上， 2 2 CN 116476758 A 权利要求书 2/2页 第二自动驾驶控制单元全面接管第一自动驾驶控制单元的所有感知与决策功能。 6.根据权利要求5所述的用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，其特征在于，所述第 一自动驾驶控制单元还包括主控复位电路，所述主控复位电路与第二自动驾驶控制单元的 处理器相连；第二自动驾驶控制单元全面接管第一自动驾驶控制单元的所有功能后，还通 过控制主控复位电路对第一自动驾驶控制单元进行复位，若复位成功，第二自动驾驶控制 单元将释放自动驾驶的主控权，再次进入从控模式，若复位失败，则继续由第二自动驾驶控 制单元进行自动驾驶控制，将状态信息上报整车控制单元进行报警并告知维护人员进行后 期维护。 7.根据权利要求1所述的用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，其特征在于，所述整 车控制单元包括单片机、以及均与所述单片机相连的供电电源模块、数字信号输入模块、数 字信号输出模块、AD信号采集模块、低端驱动输入模块、高端驱动输出模块、第二无线网络 模块以及第二信息加密模块。 8.根据权利要求1所述的用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，其特征在于，还包括 扩展接口，所述扩展接口包括第一扩展接口、第二扩展接口和第三扩展接口，所述第一扩展 接口与所述整车控制单元相连，所述第二扩展接口与所述第一自动驾驶控制单元相连，所 述第三扩展接口与所述第二自动驾驶控制单元相连，用于对相应的单元进行扩展，提高运 算能力并增强冗余度。 9.根据权利要求7所述的用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，其特征在于，所述单 片机采用支持ASIL D等级的32位高性能SAK‑TC397MCU。 10.根据权利要求1至9之一所述的用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，其特征在 于，所述第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元的输入信号包括多路摄像头信 号、激光雷达信号、毫米波雷达信号、超声波雷达信号，GPS信号和惯导信号，输出信号包括 道路的图像视频信号、车辆的行进路线、当前的目标车速、当前的目标转向的转角以及自动 驾驶控制单元的工作状态信息。 3 3 CN 116476758 A 说明书 1/8页 一种用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置 技术领域 [0001] 本发明涉及自动化、通信与计算机技术领域，特别涉及一种用于纯电动汽车的自 动驾驶域控制装置。 背景技术 [0002] 纯电动汽车自动驾驶域控制器作为自动驾驶汽车的核心部件，需要具备多传感器 融合、定位、路径规划、决策控制、无线通讯以及高速通讯等能力。它通过外接多个摄像头、 激光雷达、毫米波雷达和超声波以及惯性传感器(Inertial measurement unit，简称IMU) 等感知传感器对道路周围环境信息进行数据采集，并将采集的数据进行分析计算，用来识 别车辆周围障碍物并判断可行驶区域，进行路线规划，寻找最佳的行驶路线，并根据行驶路 线计算方向盘的转角和速度信息，然后将这些控制信息发送给整车控制器，由整车控制器 控制车辆的底盘执行机构精确执行指令，按照规划的路线] 作为未来汽车的发展方向，无人驾驶技术不仅可以有效降低事故率，提高车辆行 驶安全，而且还可以缓解交通阻塞，提高城市城际运送能力，同时还能降低驾驶员工作强 度，提高乘车辆的舒适性。 [0004] 自动驾驶技术对于交通的智能化，提高乘车的安全性和舒适性具有重要意义，成 为当前热门研究领域，受到社会的广泛关注。诸多国内外巨头企业都发现了自动驾驶技术 应用和市场潜力，纷纷投入相关产品和技术的研发中。目前通用的自动驾驶分级标准根据 车辆驾驶的自动化的程度分为6个等级，即L0级至L5级，其中L0到L2为辅助驾驶，L3到L5属 于自动驾驶。随着AI芯片算力的提升、基于视觉等感知的AI算法的成熟，先进辅助驾驶 (ADAS)以及主动安全正在成为可能目前L0～L2辅助驾驶已经实现量产，L3以上的自动驾驶 技术也在研发中。截止到现在，市场上的很多国内外汽车企业都可以研发出并量产支持L2 自动驾驶的汽车，也就是辅助驾驶，但是为了保证行车安全，随时需要人类驾驶员对车辆控 制权进行接管。随着自动驾驶技术的不断进步和发展，现阶段自动驾驶已经开始向L3及以 上更高等级迈进。与此同时已有更多的汽车企业在自动驾驶领域积极布局，投入研发经费， 凭借已有技术积累与互联网企业积极展开合作，研发自己的自动驾驶车辆，并取得了一定 的进展。 [0005] 随着人工智能的发展，无人驾驶汽车未来的发展前景将更加的广阔。因此无论是 中国，还是全球其他国家和地区，都在积极推动自动驾驶技术的落地。无人驾驶关键技术虽 然已取得了重大突破，但是相关技术还不够完善甚至存在一定的缺陷，在进行道路测试和 应用时仍然时有事故被曝出，因此自动驾驶技术依然还有很多的工作要做，还有巨大的提 升空间。 [0006] 自动驾驶涉及的感知、控制、决策的控制系统的结构非常复杂，并且需要与车身的 其它控制系统的进行信息交互、相互协同配合才能完成车辆的正确的控制，因此涉及的控 制部件很多，这对整车的电气架构是一种巨大的挑战，为了应对日益复杂的汽车电子系统 带来，业内提出了以域为单位的DCU(域控制器)集成化架构，以便于实现整车电子系统的可 4 4 CN 116476758 A 说明书 2/8页 移植性和模块化管理，由此专门定位于自动驾驶的域控制器系统也就应运而生了。 [0007] 自动驾驶域控制器采用深度学习或者机器视觉的方式去感知环境，监测道路上的 行人和车辆，需要进行大量运算，一般都要匹配运算能力强大的处理器，自动驾驶的等级越 高，需要的提供的算力也就越高。因此单个运算控制单元很难满足要求，通常采用多个运算 控制单元组合的方案。目前主流的域控制器方案或是直接采用英伟达，mobile eye等公司 提供的自动驾驶域控制器方案，采用他们提供的AI芯片或者在AI处理器模块基础上研发自 己的域控制器，这些方案要么功能不够完整，要么还处于演示验证阶段，与真正的能够量产 满足车规的硬件还相差很远。对于一些技术实力较强的公司，也先后设计了自己的自动驾 驶域控制器，但是功能也仅限于环境感知和决策功能，仅能达到支持L3以下的自动驾驶，要 想实现更高等级的自动驾驶需要持续更新硬件，同时也没有集成车辆控制的功能，由于外 部通讯可能会存在一定的延时性，在控制的实时性上也会差一些，控制系统很难满足功能 安全，信息安全的需求。 发明内容 [0008] 针对上述现有技术中存在的自动驾驶域控制器仅支持L3以下的自动驾驶以及很 难满足功能安全信息安全的需求等问题，本发明提供了一种用于纯电动汽车的自动驾驶域 控制装置，通过将整车控制单元和自动驾驶控制单元集成在同一个电路板上，最大限度地 实现了两个功能控制器的深层次集成，且在自动驾驶感知决策方面提供了双控制值单元的 结构，有效提高了系统的数据处理能力和运算速度。 [0009] 本发明的技术方案如下： [0010] 一种用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，其特征在于，包括集成在同一块电 路板上的自动驾驶控制单元、整车控制单元和通讯总线，所述自动驾驶控制单元包括第一 自动驾驶控制单元和受控于第一自动驾驶控制单元的第二自动驾驶控制单元，所述第一自 动驾驶控制单元与第二自动驾驶控制单元通过通讯总线相连，所述整车控制单元通过通讯 总线分别与所述第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元相连， [0011] 所述自动驾驶控制单元用于感知车辆周围环境信息，并对感知的车辆周围环境信 息进行分析计算，分析计算出车辆最佳行驶路线，根据最佳行驶路线获得车辆控制的决策 信息，并将决策信息发送给整车控制单元，所述第一自动驾驶控制单元承担车辆周围环境 信息的感知与计算、最佳行驶路线的规划和车辆控制的决策工作；所述第二自动驾驶控制 单元用于辅助第一自动驾驶控制单元计算，监控第一自动驾驶控制单元的工作状态，并在 第一自动驾驶控制单元出现异常时全面接管其所有功能；所述整车控制单元通过通讯总线 接收自动驾驶控制单元的决策信息指令，控制车辆按照规划的最佳行驶路线安全行驶，实 现对车辆行驶状态的控制。 [0012] 优选地，所述通讯总线包括PCIE总线、以太网总线和CANFD总线，整车控制单元、第 一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元相互之间支持PCIE、以太网和CANFD三种通 讯方式进行通讯，用于实现自动驾驶控制信息的交互，并对重要信息采用三种通讯总线] 优选地，所述第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元均包括根据处理器 类型划分的若干物理分区，相同类型的处理器位于同一物理分区，所述处理器包括若干通 5 5 CN 116476758 A 说明书 3/8页 过通讯总线相互连接的CPU、GPU和FPGA，各所述CPU被划分至一个物理分区，各所述GPU被划 分至另一个物理分区，各所述FPGA被划分至第三个物理分区。 [0014] 优选地，所述第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元均还包括均与所述 处理器相连的环境感知接口、通讯总线接口、GDDR存储芯片、EMMC存储芯片、NOR存储芯片、 USB接口、IMU惯性导航模块、第一无线网络模块以及第一信息加密模块，所述环境感知接口 包括摄像头接口、视频输入接口、视频输出接口、超声波雷达接口、毫米波雷达接口和激光 雷达接口，所述通讯总线接口包括以太网接口、PCIE接口和CAN接口，用于满足环境感知以 及不同控制单元之间的通讯需求。 [0015] 优选地，所述第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元的环境感知接口均 通过多路开关分别与各自的处理器相连， [0016] 在第二自动驾驶控制单元监控到第一自动驾驶控制单元处于正常状态时，第二自 动驾驶控制单元通过控制多路开关将环境感知接口与第一自动驾驶控制单元的处理器相 连，将通过传感器获取到的环境数据传入第一自动驾驶控制单元，第一自动驾驶控制单元 再通过PCIE总线、以太网总线和CANFD通讯总线将环境数据共享给第二自动驾驶控制单元 和整车控制单元，使第二自动驾驶控制单元和整车控制单元进行辅助计算及决策； [0017] 在第二自动驾驶控制单元监控到第一自动驾驶控制单元处于异常状态时，第二自 动驾驶控制单元通过控制多路开关将环境感知接口转接到第二自动驾驶控制单元的处理 器上，第二自动驾驶控制单元全面接管第一自动驾驶控制单元的所有感知与决策功能。 [0018] 优选地，所述第一自动驾驶控制单元还包括主控复位电路，所述主控复位电路与 第二自动驾驶控制单元的处理器相连；第二自动驾驶控制单元全面接管第一自动驾驶控制 单元的所有功能后，还通过控制主控复位电路对第一自动驾驶控制单元进行复位，若复位 成功，第二自动驾驶控制单元将释放自动驾驶的主控权，再次进入从控模式，若复位失败， 则继续由第二自动驾驶控制单元进行自动驾驶控制，将状态信息上报整车控制单元进行报 警并告知维护人员进行后期维护。 [0019] 优选地，所述整车控制单元包括单片机、以及均与所述单片机相连的供电电源模 块、数字信号输入模块、数字信号输出模块、AD信号采集模块、低端驱动输入模块、高端驱动 输出模块、第二无线网络模块以及第二信息加密模块。 [0020] 优选地，还包括扩展接口，所述扩展接口包括第一扩展接口、第二扩展接口和第三 扩展接口，所述第一扩展接口与所述整车控制单元相连，所述第二扩展接口与所述第一自 动驾驶控制单元相连，所述第三扩展接口与所述第二自动驾驶控制单元相连，用于对相应 的单元进行扩展，提高运算能力并增强冗余度。 [0021] 优选地，所述单片机采用支持ASIL D等级的32位高性能SAK‑TC397MCU。 [0022] 优选地，所述第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元的输入信号包括多 路摄像头信号、激光雷达信号、毫米波雷达信号、超声波雷达信号，GPS信号和惯导信号，输 出信号包括道路的图像视频信号、车辆的行进路线、当前的目标车速、当前的目标转向的转 角以及自动驾驶控制单元的工作状态信息。 [0023] 本发明的技术效果如下： [0024] 本发明涉及的用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，包括集成在同一块电路板 (PCB板)上的自动驾驶控制单元、整车控制单元和通讯总线，自动驾驶控制单元包括第一自 6 6 CN 116476758 A 说明书 4/8页 动驾驶控制单元和受控于第一自动驾驶控制单元的第二自动驾驶控制单元，通讯总线优选 由PCIE总线、以太网总线和CANFD总线构成，通过将自动驾驶控制单元和整车控制单元集成 在同一个PCB板上，使之具有整车控制器和自动驾驶感知决策控制器两者的功能，保留了原 有整车控制器与原有自动驾驶域控制器所必备的功能，又最大限度的实现两个功能控制器 的深层次集成，有效减小了零部件的整体尺寸和线束的连接，使PCB布局更加紧凑，节约了 生产成本，节省了总体的布置空间。第一自动驾驶控制单元、第二自动驾驶控制单元、整车 控制单元这三个控制单元通过通讯总线进行信息交互，实现车辆的自动驾驶功能。其中，一 个控制单元(整车控制单元)负责车辆行驶状态的控制，另外两个控制单元(第一自动驾驶 控制单元和第二自动驾驶控制单元)负责车辆的周围的环境感知，车辆行进的路线规划以 及车辆控制的决策，其中一个为主控单元(第一自动驾驶控制单元)，另外一个为辅助控制 单元(第二自动驾驶控制单元)，主控单元承担感知决策的绝大部分工作，辅助控制单元辅 助计算，以提高系统的算力，并监控主控单元的工作状态，如果发现主控单元出现异常，将 全面接管主控单元的工作，并旁路主控单元实现可靠的冗余监测控制，采用多层的硬件冗 余结构，既可以增加系统的整体性能，也具有更高的功能安全等级，同时在自动驾驶感知决 策方面提供主控和从控双控制单元的结构，不仅提高了系统的数据处理能力和运算速度， 还提供了冗余的检测和控制，大大提高了系统的稳定性和安全性。 [0025] 此外，为了保证任何情况下都能实现实时有效的通讯，三个控制单元之间采用以 太网通讯，PCIE通讯以及CANFD通讯方式，完成信息交互，协同工作实现车辆的自动驾驶功 能，并实时对异常情况进行处理，以实现车辆的自动安全行驶。各个控制单元之间采用三种 高速通讯总线，既可以保证通讯的实时性，决策和控制的实时性更高，还可以实现相互之间 异常状态监控，对异常状态进行处理，以使整个系统保持正常工作状态，同时对一些重要信 息三种通讯方式同步传输，防止由于某种通讯方式突然产生中断或者异常引起控制的错 误，以使整个系统工作状态更加稳定可靠。由于不同单元之间的高速通讯总线布置在同一 PCB板上，使通讯总线的长度得到充分的缩短，同时也有利于通过PCB板的布线实现通讯总 线的阻抗匹配，具有更好的通讯效果，且可以通过PCB板优化设计，提供更好的电磁兼容性 EMC特性。 [0026] 优选地，自动驾驶感知决策的两个自动驾驶控制单元，均由多核的高性能CPU，多 核的高性能的GPU以及多核的高性能的FPGA组成超级运算单元，并按照不同类型进行物理 分区，他们相互之间采用高速内部通讯总线，根据所需处理数据的类型分配任务，协同工 作，最大限度的发挥各自SOC的优势，实现更高效的数据处理和运算，可以独立支持具有支 持人工神经网络的深度学习。在满足自动驾驶所需算力需求的前提下，在使用的CPU，GPU和 FPGA的数量取决于芯片的性能。 [0027] 自动驾驶感知决策的两个自动驾驶控制单元具有丰富的传感器接口和通信总线 接口，比如多路摄像头接口，多路视频输入输出接口，多路超声波传感器，毫米波雷达和多 路激光雷达接口，多路以太网接口，多路PCIE接口和多路CAN接口，以满足环境感知环境，路 径规划及决策的功能需求。 附图说明 [0028] 图1是本发明用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置的结构框图。 7 7 CN 116476758 A 说明书 5/8页 [0029] 图2是本发明自动驾驶控制单元的优选结构框图。 [0030] 图3是本发明整车控制单元的优选结构示意图。 具体实施方式 [0031] 下面结合附图对本发明进行说明。 [0032] 本发明涉及一种用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，该系统结构如图1所示， 包括集成在同一块PCB板上的自动驾驶控制单元、整车控制单元和通讯总线，自动驾驶控制 单元包括第一自动驾驶控制单元和受控于第一自动驾驶控制单元的第二自动驾驶控制单 元，第一自动驾驶控制单元与第二自动驾驶控制单元通过通讯总线相连，整车控制单元通 过通讯总线分别与第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元相连。 [0033] 其中，自动驾驶控制单元用于感知车辆周围环境信息，并对感知的车辆周围环境 信息进行分析计算，分析计算出车辆最佳行驶路线，根据最佳行驶路线获得车辆控制的决 策信息，并将决策信息发送给整车控制单元，第一自动驾驶控制单元承担感知、规划和决策 的工作，第二自动驾驶控制单元用于辅助第一自动驾驶控制单元计算，监控第一自动驾驶 控制单元的工作状态，并在第一自动驾驶控制单元出现异常时全面接管其所有功能，并旁 路第一自动驾驶控制单元实现可靠的冗余监测控制；整车控制单元通过通讯总线接收自动 驾驶控制单元的决策信息指令，控制车辆按照规划的最佳行驶路线安全行驶，实现对车辆 行驶状态的控制。优选地，通讯总线由PCIE总线、以太网总线和CANFD总线构成，整车控制单 元、第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元相互之间支持PCIE、以太网和CANFD三 种通讯方式进行通讯，实现自动驾驶控制信息的交互，同时对一些重要信息三种通讯方式 同步传输，防止由于某种通讯方式突然产生中断，延时或者异常引起控制的错误，以使整个 系统工作状态更加稳定可靠。 [0034] 图2是本发明自动驾驶控制单元的优选结构框图，在该实施例中，自动驾驶控制单 元包括第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元，第一自动驾驶控制单元和第二自 动驾驶控制单元均包括根据处理器类型划分的若干物理分区，相同类型的处理器位于同一 物理分区，处理器包括若干通过通讯总线相互连接的CPU、GPU和FPGA，各CPU被划分至一个 物理分区，各所述GPU被划分至另一个物理分区，各FPGA被划分至第三个物理分区。 [0035] 其中，由多核的高性能的CPU、GPU以及FPGA组成超级运算单元，CPU、GPU以及FPGA 相互之间采用高速内部通讯总线相连并进行信息交互，根据各自的特点分工协同工作。第 一自动驾驶控制单元和第二个自动驾驶单元之间相互独立又相互联系，具有独立的安全电 源模块，可以实现独立的工作，也可以通过相关接口和通讯总线实现采集信号的冗余监控 以及信息的共享，协同工作实现功能的冗余和算力的加强，同时还可以保证在系统发生故 障的时，能够将有故障的控制单元脱离系统，系统依然可以使用剩下的控制单元，安全可靠 的工作。此外，设计选型时可以是专用的片上AI的SOC也可以是AI的智能模块，他们相互之 间采用高速内部通讯总线，根据所需处理数据的类型分配任务，协同工作，最大限度的发挥 各自SOC的优势，实现更高效的数据处理和运算，同时可以独立支持具有支持人工神经网络 的深度学习，在满足自动驾驶所需算力需求的前提下，使用的CPU、GPU和FPGA的数量取决于 芯片的性能需求。 [0036] 自动驾驶感知决策的第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元均具有丰 8 8 CN 116476758 A 说明书 6/8页 富的资源，均包括与处理器相连的环境感知接口、通讯总线接口、GDDR存储芯片、EMMC存储 芯片、NOR存储芯片、多路USB接口、IMU惯性导航模块以及无线网络模块，环境感知接口包括 摄像头接口、视频输入接口、视频输出接口、超声波雷达接口、毫米波雷达接口和激光雷达 接口，通讯总线接口包括多路以太网接口、多路PCIE接口和多路CAN接口，以满足环境感知 环境，路径规划及决策的功能需求，实现感知传感器的信号检测，以及不同控制单元之间的 通讯和远程服务器的通讯连接。此外，每个自动驾驶控制单元都具有信息加密模块 (SECURITY Core)，同时外围也具有信息安全加密模块，可实现对应外部通讯接口信息的算 法加密和解密，实现安全通讯。 [0037] 其中，第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元的设计为主从式结构，第 一自动驾驶控制单元为主控单元，第二自动驾驶控制单元为从控单元，与环境感知相关的 主控单元和从控单元的环境感知接口均通过多个多路开关分别与主控单元和从控单元的 处理器相连，多路开关受从控单元的控制，在从控单元监控到主控单元处于正常状态(即默 认状态)时，从控单元通过控制多个多路开关将环境感知接口与主控单元的处理器相连，将 传感器获取到的环境数据先传入主控单元，再由主控单元通过PCIE总线、以太网总线和 CANFD通讯总线将环境数据共享给从控单元及整车控制单元，由整车控制单元和从控单元 辅助计算及决策。 [0038] 当从控单元监控到主控单元处于异常状态时，例如硬件端口的输入输出状态，或 是程序运行的状态出现异常时，从控单元通过控制多个多路开关的切换，将环境感知接口 转接到从控单元的处理器上，即将环境感知接口与从控单元的处理器相连，由从控单元完 全接管主控单元的自动驾驶感知与决策功能，并通过控制主控单元中的主控复位电路对主 控单元进行复位，若复位成功，从控单元将释放自动驾驶的主控权，再次进入从控模式，若 复位失败，即复位后主控单元依然不能正常工作，则自动驾驶控制将继续由从控单元完成， 并将状态信息上报整车控制单元和远程服务器，进行报警告知维护人员进行后期维护。 [0039] 需要说明的是，上述进行复位的同时发送指令使第一自动驾驶控制单元运行功能 验证程序，检测自身功能状态。如果功能完全正常，则由第二自动驾驶控制单元在合适的时 机，交还第一自动驾驶控制单元的所有功能，第二自动驾驶控制单元继续进入监控模式。如 果功能出现异常，第二自动驾驶控制单元将第一自动驾驶控制单元进行下电操作将第一自 动驾驶控制单元所有功能进行完全隔离。此外，第二自动驾驶控制单元还具有安全程序，该 安全程序对第一自动驾驶控制单元的软件运行状态进行实时监控，当发现程序运行的状态 和计算结果异常时，同样通过控制多路开关实现对第一自动驾驶控制单元的所有控制端口 的断开并同步进行接管，然后对第一自动驾驶控制单元进行复位操作，并发送指令使第一 自动驾驶控制单元运行功能验证程序检测自身功能状态。如果功能完全正常，则由第二自 动驾驶控制单元在合适的时机，交还第一自动驾驶控制单元的所有功能，第二自动驾驶控 制单元继续进入监控模式。如果功能出现异常，第二自动驾驶控制单元将第一自动驾驶控 制单元进行下电操作将第一自动驾驶控制单元所有功能进行完全隔离。 [0040] 优选地，自动驾驶控制单元的输入信号包括多路摄像头信号、激光雷达信号、毫米 波雷达信号、超声波雷达信号、GPS信号和惯导信号。自动驾驶控制单元的输出信号包括道 路的图像视频信号、车辆的行进路线、当前的目标车速、当前的目标转向的转角、以及自动 驾驶控制单元的工作状态信息。 9 9 CN 116476758 A 说明书 7/8页 [0041] 图3是本发明整车控制单元的优选结构框图，在该实施例中，整车控制单元通过 PCIE总线、以太网总线和CANFD通讯总线这三种通讯总线，同步接收自动驾驶控制单元的决 策信息指令实现对车辆行驶状态的控制，包括方向控制、速度控制以及制动控制等，整车控 制单元采用支持功能安全等级ASILD的要求设计，符合功能安全的设计流程，满足自动驾驶 车辆设计的所有的功能安全目标，具有完善的安全机制。 [0042] 整车控制单元的单片机采用支持ASIL D等级的32位高性能SAK‑TC397MCU，选用与 其配套的具有功能安全ASIL D等级的电源芯片组合实现具有功能安全ASIL D最小系统设 计，同时利用MCU的输入输出接口来实现输入输出及通讯电路的设计，具有充足的内存空间 和Flash空间用于存储程序和数据；同时具有与单片机相连的数十路AD接口、数路UART接 口、多路以太网通讯接口、多路PCIE接口、多路CAN通讯接口、众多的I/O接口、供电电源模 块、数字信号输入模块、数字信号输出模块、AD信号采集模块、低端驱动输入模块、高端驱动 输出模块以及无线网络模块，以满足整车控制的需求；此外，整车控制单元还具有信息加密 模块，同时外围也具有信息安全加密模块，可实现对应外部通讯接口信息的算法加密和解 密，实现安全通讯。 [0043] 优选地，整车控制单元采集的输入信号包括转向器的转角信号、车速信号、档位信 号、芯片供电电压监控信号、温度传感器信号、快慢充连接确认信号、制动位置信号、制动灯 信号、PTC开关、DC/DC故障信号以及空调A/C请求信号等；整车控制单元控制的输出信号包 括转向控制、制动控制、档位控制、转向灯控制、制动灯控制、档位显示及控制、高低速风扇 继电器、冷却水泵上电控制、空调系统继电器、倒车灯继电器以及仪表充电灯点亮等；其他 信息如车速、电机扭矩、电机转速、电机故障状态、电池SOC、电池电GPK电子压、电池电流和电机控制 器温度信息等是通过高速CAN总线与整车其他控制器进行通讯。 [0044] 其中，整车控制单元、第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元均支持在 线仿真调试，并具有丰富的片上资源，分别具有无线X功能，可实现多个节点的协同运行，从而更合理的规划行车路线，可以通过该模块实现 车端与远程服务器的数据共享，进一步实现大数据分析对车的状态实现监测从而实现更好 的优化控制，对于自动驾驶控制单元可通过该模块与远程超级计算机实现联网运算，提升 自动驾驶控制单元的数据处理能力还可以通过该模块实现OTA功能，从而实现程序的远程 更新，这些数据在必要时都需要前面所述的加密模块进行加密处理，以保证车辆的信息安 全。 [0045] 此外，整车控制单元、第一自动驾驶控制单元和第二自动驾驶控制单元还分别连 接扩展接口——第一扩展接口、第二扩展接口和第三扩展接口，第一扩展接口与整车控制 单元相连，第二扩展接口与第一自动驾驶控制单元相连，第三扩展接口与第二自动驾驶控 制单元相连，可以根据需求对相应的单元进行扩展，也即分别对应如图1所示的整车控制单 元扩展接口，第一自动驾驶控制单元扩展接口和第二自动驾驶控制单元扩展接口，扩展后 对应的模块是并列关系，一方面提高系统的运算能力，另一方面增强系统的冗余度。 [0046] 本发明提供了客观、科学的用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置，通过将整车 控制单元和自动驾驶控制单元集成在一个PCB上，采用多层硬件冗余包括多种通讯方式冗 余、多个处理器冗余、多个传感器信号输入输出冗余的方式，同时还设计有处理器扩展接 口，可最大限度地实现了两个单元的深层次集成，既可以实现整车的控制功能，也可以实现 10 10 CN 116476758 A 说明书 8/8页 L3以更高等级自动驾驶功能，同时具备后期算力的拓展和更高冗余度的控制的需求。 [0047] 应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明 创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创 造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改 或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵 盖在本发明创造专利的保护范围当中。 11 11 CN 116476758 A 说明书附图 1/3页 图1 12 12 CN 116476758 A 说明书附图 2/3页 图2 13 13 CN 116476758 A 说明书附图 3/3页 图3 14 14

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