[发明专利]一种基于冗余设计的矿卡无人驾驶控制系统

权利要求书

1.一种基于冗余设计的矿卡无人驾驶控制系统，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；

所述第一控制器用于实现矿卡与外界的通信交互，将来自矿卡外的通信信号与定位信号数据进行处理并传递给所述第三控制器，同时接收来自所述第三控制器的数据并对其进行处理，之后将处理后的数据发送出去；所述第一控制器采用冗余设计，包括互为冗余的原控制器1A和冗余控制器1B，正常工作时，原控制器1A参与工作，冗余控制器1B不参与工作，若冗余控制器1B发生异常，原控制器1A向人机交互应用层上传冗余控制器1B的故障信息；若原控制器1A发生异常，冗余控制器1B接管原控制器1A开始工作，并向人机交互应用层上传原控制器1A的故障信息；

所述第二控制器用于对矿卡外环境和道路环境进行感知处理，将来自多种雷达的感知数据进行融合分析，与所述第三控制器进行数据交互；

所述第三控制器用作所述控制系统的决策规划单元和矿卡的控制单元；所述第三控制器采用冗余设计，包括互为冗余的原控制器3A和冗余控制器3B，正常工作时，原控制器3A参与工作，冗余控制器3B不参与工作，若冗余控制器3B发生异常，原控制器3A向人机交互应用层上传冗余控制器3B的故障信息；若原控制器3A发生异常，冗余控制器3B接管原控制器3A开始工作，并向人机交互应用层上传原控制器3A的故障信息；

所述第四控制器用于实现对矿卡执行机构的控制，以及所述控制系统的电源管理；

所述第一控制器包括V2N通信模块、V2X通信模块、组合导航定位模块和网关CPU；

所述V2N通信模块用于提供长距稳定不中断的网络信号，矿卡通过所述V2N通信模块与互联网进行稳定的数据交互；所述V2X通信模块用于实现矿卡与其他驾驶单位的通信；所述组合导航定位模块包括处理单元、定位单元和陀螺仪，所述处理单元对所述定位单元接收的定位信号以及所述陀螺仪的加速度信息进行融合处理，得到矿卡的定位数据；所述网关CPU用于协调V2N通信模、V2X通信模块和组合导航定位模块的通信数据，并与第三控制器进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第二控制器包括CAN总线控制模块与感知CPU；所述CAN总线控制模块用于接收多种雷达的数据并传递给所述感知CPU；所述感知CPU用于分析处理各雷达的数据，并与所述第三控制器进行数据交互。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述多种雷达包括毫米波雷达和激光雷达。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第三控制器包括决策规划CPU、无线模块和通信模块；

所述决策规划CPU为运算和控制处理器，用于接收来自所述第一控制器与所述第二控制器的数据并对接收的数据进行决策分析规划，最后运算得到矿卡的动作信息；所述无线模块用于实现矿卡的紧急停止控制；所述通信模块用于将运算得到的矿卡的动作信息实时传送给所述第四控制器，实现矿卡的快速反应。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述无线模块在紧急情况下接收遥控设备的信息，由人工实现矿卡的紧急停止与启动。

6.根据权利要求1-5任一项所述的控制系统，其特征在于，所述第四控制器包括线控MCU、POWER模块、ADC、DAC、PWM、继电器模块；所述线控MCU用于接收所述第三控制器下发的控制指令并将其转化成开关量和PWM线控信号；所述POWER模块用于根据所述控制系统的硬件实时消耗的功率动态调整电流，同时受所述第四控制器的控制，对出现供电异常的控制器进行断电操作，并且用于为所述控制系统供电，实现车电与可充电电池供电输入的自动切换，同时支持对可充电电池进行充电；所述ADC、DAC、PWM、继电器模块组合工作用于实现对矿卡的数据采集与线控信号的控制。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述控制指令至少包括转向角度、制动踏板开度和油门踏板开度。