一种用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置

　　本发明涉及自动化、通信与计算机，特别涉及一种用于纯电动汽车的自动驾驶域控制装置。

　　1、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。

　　3、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。

　　4、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。

　　5、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。

　　6、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。

　　1、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。

　　3、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，

　　4、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。

　　5、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。

　　7、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。

　　8、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，

　　9、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GPK电子通过控GPK电子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；

　　10、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。

　　11、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。

　　12、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。

　　13、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。

　　15、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。

　　17、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。

　　18、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。

　　19、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。

　　20、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。

　　技术研发人员：崔海港 杨世春 闫啸宇 陈宇航 吴优 曹耀光 陈飞 周帆 麻斌

　　1.智能驾驶技术研究 2.智能汽车人机交互研究 3.自动驾驶预期功能安全及可靠性 4.驾驶功能与车辆动力学数据融合 5.驾驶场景大数据分析技术 6.车辆性能研究

　　1.新能源汽车电驱动技术 2.轮毂电机驱动与控制 3.开关磁阻电机驱动系统控制 4.智能电动汽车

　　1.内燃机节能及排放控制技术   2.汽车节能与新能源汽车技术   3. 车辆现代设计理论与方法