无人驾驶车辆是由一辆北汽EC180 纯电动汽车改造而来,EC180 纯电动汽车的一些参数如表15-1 所示。
表15-1 EC180 电动汽车参数
无人驾驶车辆的改造主要是安装车内的供电系统以及数据交换系统。供电系统采用磷酸铁锂动力电池单独供电,与车辆动力电池部分进行隔离,防止对车辆原有电路产生影响。整个供电系统结构如图15-3 所示。
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图15-3 整个供电系统结构
磷酸铁锂电池组满容量电压13.6 V,带载稳定工作电压13 V,输出截止电压为11.6 V,在正常工作状态下,经过主熔断器、分路熔断器、固态继电器后的压降为0.4 V,整个电路在实际工作过程中输出端电压稳定在12.4 V 左右。由于电路中所有用电设备的供电电压范围均包括12 V,因此在考虑线路的电阻损耗后,实际输出电压12.4 V 完全可以满足供电要求。数据交换系统包括各个传感器的数据传输、计算机间的数据交互、各种设备控制接口等,如图15-4 所示。
数据交换系统的核心设备为一台24 口千兆交换机,负责所有的网络数据交换。在数据交换拓扑图中,主要数据的流向为从传感器到交换机再到计算机。其中所有具有以太网接口的传感器和设备都接入千兆交换机,为数据的源节点,三个计算机节点为数据的终端节点,负责采集和处理数据,三台计算机之间也存在数据交换。高性能计算机为核心计算节点,工控机1 和2 为数据采集节点和辅助计算节点。其中工控机1 是主要的图像数据采集节点,配备了6 个千兆以太网接口,可以同时采集6 路相机数据(每个相机带宽为1 Gbps),同时通过USB 3.0 接口连接USB-CAN 转接卡完成一个前毫米波雷达和两个侧后方毫米波雷达的数据采集,通过USB 2.0 接口连接USB-485 转接卡完成用于连接惯性导航、各个相机的Arduino 微控制器与核心节点的数据交换,工控机1 采集的所有数据都会通过一条10 Gbps带宽的光纤通道传输到高性能计算机中。工控机2 主要完成除相机之外其他传感器的数据采集,包括激光雷达、惯性导航设备、卫星定位设备,采集到的数据经过简单计算处理后通过千兆交换机传输到高性能计算机和工控机1 中,同时连接控制步进电动机的Arduino 微控制器设备。高性能计算机为主要的计算节点,接收来自工控机1 和工控机2 的数据,并进行运算,通过千兆交换机完成与工控机1 和工控机2 的低速数据交换。
图15-4 数据交换结构拓扑图
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