时间同步设备、方法以及自动驾驶系统与流程

1.本发明涉及自动控制的技术领域，尤其是涉及一种时间同步设备、方法以及自动驾驶系统。


背景技术：

2.自动驾驶系统通常包含一个集中式计算处理单元与多个传感器子系统，集中式计算处理单元与各传感器子系统之间的系统时间均是相互独立的，这使得传感器发送给集中式计算处理单元的数据并不是位于一个统一的时空坐标系当中。传统的自动驾驶系统主要工作于低速领域，其对此类问题的处理方法是使用集中式计算处理单元的系统时间作为自动驾驶系统的基准时间，用数据抵达集中式计算处理单元的时刻，减去预先评估的线路传输延时，可以得到数据采样时刻的估计时间，但是，这个过程忽略了各传感器子系统的时钟漂移，使得传感器采样不再以预先设定的频率进行，忽略了线路传输延时的不确定性，使得估计的时间误差不再是一个确定值等等。
3.在自动驾驶工作于低速领域时，该问题并不明显，然而当自动驾驶系统工作于高速领域时，该问题变得尤为突出，极大的劣化了自动驾驶性能，甚至会导致自动驾驶系统不可用，造成极大的安全隐患。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种时间同步设备、方法以及自动驾驶系统，以缓解上述技术问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种时间同步设备，设置于自动驾驶系统，自动驾驶系统包括以下传感器至少之一：毫米波雷达传感器、视觉传感器、激光雷达传感器；所述时间同步设备包括：授时信息接收接口，以及与所述授时信息接收接口连接的ptp模块、分频模块和转换模块；所述授时信息接收接口用于接收携带有基准输入的授时信息；所述ptp模块用于提取所述基准输入，基于所述基准输入对当前自动驾驶系统的整秒时刻进行时间同步，并将同步后的时间信息发送至所述自动驾驶系统，以使所述自动驾驶系统的系统时间与所述基准输入进行同步；所述分频模块用于对所述基准输入进行分频处理，得到多路触发信号，以触发所述自动驾驶系统的视觉传感器；所述转换模块用于将所述授时信息转换成至少一路子授时信息，并将所述子授时信息发送至所述自动驾驶系统，以使所述自动驾驶系统对所述激光雷达传感器进行时间同步。
6.优选地，在一种可能的实施方式中，上述ptp模块包括ptp芯片，以及，与所述ptp芯片连接的ptp输出接口；所述基准输入包括秒脉冲信号和utc时间；所述ptp芯片用于将所述自动驾驶系统的系统时间整秒时刻与所述秒脉冲信号的上升沿对齐，以使所述自动驾驶系统的系统时间与所述utc时间同步；以及，基于ptp协议将同步后包含有时间戳的时间信息发送至所述自动驾驶系统。
7.优选地，在一种可能的实施方式中，上述分频模块包括分频芯片以及脉冲输出接
口；所述脉冲输出接口用于与所述自动驾驶系统的视觉传感器连接；所述分频芯片用于获取所述秒脉冲信号，将所述秒脉冲信号分频为至少一路占空比可变的触发信号，以触发所述自动驾驶系统的视觉传感器在预设的时刻曝光预设时长。
8.优选地，在一种可能的实施方式中，上述转换模块包括转换芯片和转换输出接口，所述转换输出接口与所述自动驾驶系统的所述激光雷达传感器连接；所述utc时间携带在rmc语句；所述转换芯片用于将所述授时信息转换成至少一路包括所述rmc语句和所述秒脉冲信号的子授时信息，并将所述子授时信息通过所述转换输出接口发送至所述激光雷达传感器，以对所述激光雷达传感器进行时间同步。
9.优选地，在一种可能的实施方式中，上述分频芯片为altera max ii系列的cpld芯片。
10.优选地，在一种可能的实施方式中，上述转换芯片为adm2567或者adum6420系列的转换隔离芯片。
11.第二方面，本发明实施例还提供一种时间同步方法，应用于第一方面所述的时间同步设备，所述时间同步设备包括：授时信息接收接口，以及与所述授时信息接收接口连接的ptp模块、分频模块和转换模块；所述方法包括：通过所述授时信息接收接口接收携带有基准输入的授时信息；所述ptp模块用于提取所述基准输入，基于所述基准输入对当前自动驾驶系统的整秒时刻进行时间同步，并将同步后的时间信息发送至所述自动驾驶系统，以使所述自动驾驶系统的系统时间与所述基准输入进行同步；所述分频模块用于对所述基准输入进行分频处理，得到多路触发信号，以触发所述自动驾驶系统的视觉传感器；所述转换模块用于将所述授时信息转换成至少一路子授时信息，并将所述子授时信息发送至所述自动驾驶系统，以使所述自动驾驶系统对所述激光雷达传感器进行时间同步。
12.第三方面，本发明实施例还提供一种自动驾驶系统，所述自动驾驶系统包括自动驾驶控制器、传感器单元，以及第一方面所述的时间同步设备；所述自动驾驶控制器和所述传感器单元均与所述时间同步设备连接；所述时间同步设备用于执行第二方面所述的方法，对所述自动驾驶控制器和传感器单元进行时间同步。
13.优选地，在一种可能的实施方式中，上述自动驾驶系统还包括以太网交换机；所述传感器单元包括以下传感器至少之一：毫米波雷达传感器、视觉传感器、激光雷达传感器；所述以太网交换机的输入端与所述时间同步设备连接，所述以太网交换机的输出端用于与所述自动驾驶控制器、所述毫米波雷达传感器和所述视觉传感器连接；所述以太网交换机用于将所述时间同步设备同步后的时间信息发送至所述自动驾驶控制器、所述毫米波雷达传感器和所述视觉传感器，以进行时间同步。
14.优选地，在一种可能的实施方式中，上述自动驾驶系统还包括组合导航设备；所述组合导航设备与所述时间同步设备连接，用于向所述时间同步设备发送携带有基准输入的授时信息。
15.本发明实施例带来了以下有益效果：
16.本发明实施例提供的时间同步设备、方法以及自动驾驶系统，可以通过授时信息接收接口接收携带有基准输入的授时信息；然后通过ptp模块提取基准输入，基于基准输入对当前自动驾驶系统的整秒时刻进行时间同步，并将同步后的时间信息发送至自动驾驶系统，以使自动驾驶系统的系统时间与基准输入进行同步；并且，分频模块还可以对基准输入
进行分频处理，得到多路触发信号，以触发自动驾驶系统的视觉传感器；转换模块可以将授时信息转换成至少一路子授时信息，并将子授时信息发送至自动驾驶系统，以使自动驾驶系统对激光雷达传感器进行时间同步，因此，通过上述时间同步设备可以给自动驾驶系统包括的传感器提供一致的时间基准和稳定的触发信号，不仅优化了自动驾驶性能，也有助于降低安全隐患。
17.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例提供的一种时间同步设备的结构示意图；
21.图2为本发明实施例提供的另一种时间同步设备的结构示意图；
22.图3为本发明实施例提供的一种时间同步方法的流程图；
23.图4为本发明实施例提供的一种自动驾驶系统的结构示意图。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.通常，自动驾驶系统中的集中式计算处理单元与各传感器子系统之间的系统时间均是相互独立的，这使得传感器发送给集中式计算处理单元的数据并不是位于一个统一的时空坐标系当中，容易使自动驾驶性能劣化，造成安全隐患。基于此，本发明实施例提供的一种时间同步设备、方法以及自动驾驶系统，可以缓解上述问题。
26.为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种时间同步设备进行详细介绍。
27.在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供了一种时间同步设备，具体地，该时间同步设备设置于自动驾驶系统。
28.通常，自动驾驶系统包括自动驾驶控制器，以及传感器单元，来满足自动驾驶对车辆周围环境的感测需求，而通常传感器单元包括多个传感器，多个传感器则包括以下传感器至少之一：毫米波雷达传感器、视觉传感器、激光雷达传感器，而本发明实施例提供的时间同步设备，则可以在自动驾驶系统中对自动驾驶控制器以及多个传感器之间进行时间同步。
29.具体地，如图1所示的一种时间同步设备的结构示意图，本发明实施例提供的时间同步设备包括：授时信息接收接口10，以及与该授时信息接收接口10连接的ptp(picture transfer protocol，标准化的精确时间协议)模块20、分频模块30和转换模块40。
30.其中，授时信息接收接口10用于接收携带有基准输入的授时信息；ptp模块20则用于提取上述基准输入，基于该基准输入对当前自动驾驶系统的整秒时刻进行时间同步，并将同步后的时间信息发送至自动驾驶系统，以使自动驾驶系统的系统时间与基准输入进行同步。
31.进一步，分频模块30用于对基准输入进行分频处理，得到多路触发信号，以触发自动驾驶系统的视觉传感器；
32.转换模块40则用于将授时信息转换成至少一路子授时信息，并将子授时信息发送至自动驾驶系统，以使自动驾驶系统对激光雷达传感器进行时间同步。
33.具体实现时，上述授时信息接收接口可以与组合导航设备连接，接收组合导航设备发送的携带有基准输入的授时信息，具体地，组合导航设备通常是设置有gnss(global navigation satellite system，全球导航卫星系统，)接收机的导航设备，可以得到全球卫星定位系统时间，并以基准输入的形式发送至本发明实施例的时间同步设备，进而实现对自动导航系统的时间同步。
34.进一步，本发明实施例中的时间同步设备，由于集成了ptp模块、分频模块和转换模块，因此，可以根据自动驾驶系统的实际传感器设置情况，基于上述基准输入来对每种传感器进行时间同步，进而为自动驾驶系统提供一致的时间基准。
35.因此，本发明实施例提供的时间同步设备，可以通过授时信息接收接口接收携带有基准输入的授时信息；然后通过ptp模块提取基准输入，基于基准输入对当前自动驾驶系统的整秒时刻进行时间同步，并将同步后的时间信息发送至自动驾驶系统，以使自动驾驶系统的系统时间与基准输入进行同步；并且，分频模块还可以对基准输入进行分频处理，得到多路触发信号，以触发自动驾驶系统的视觉传感器；转换模块可以将授时信息转换成至少一路子授时信息，并将子授时信息发送至自动驾驶系统，以使自动驾驶系统对激光雷达传感器进行时间同步，因此，通过上述时间同步设备可以给自动驾驶系统包括的传感器提供一致的时间基准和稳定的触发信号，不仅优化了自动驾驶性能，也有助于降低安全隐患。
36.在实际使用时，上述ptp模块为满足ptp时间协议功能模块，可以将ptp模块设置成ptp板卡的形式，集成到时间同步设备中，从而实现ptp授时，为了便于理解，在图1的基础上，图2还示出了另一种时间同步设备的结构示意图，具体地，如图2所示，ptp模块20包括ptp芯片201，以及，与ptp芯片201连接的ptp输出接口202。
37.具体地，上述基准输入包括秒脉冲信号和utc时间(utc，universal time coordinated，通用协调时)；上述ptp芯片201用于将自动驾驶系统的系统时间整秒时刻与秒脉冲信号的上升沿对齐，以使自动驾驶系统的系统时间与utc时间同步；以及，基于ptp协议将同步后包含有时间戳的时间信息发送至自动驾驶系统。
38.具体地，上述基准输入包括的秒脉冲信号也可以称为pps(pulse per second，秒脉冲)信号，上述ptp芯片通常是ptp授时芯片，可以接收组合导航设备发出的携带有基准输入的授时信息，将基准输入作为时间参考信息，并进行时间同步。通常，包含ptp模块的时间同步设备可以作为主设备，自动驾驶系统包括的传感器可以作为从设备，主设备中，经ptp
芯片同步处理后得到的包含有时间戳的时间信息发送至从设备之后，可以使从设备根据时间戳修改本地的时间，从而使从设备时间与主设备时间保持一致的频率和相位等等，进而实现时间同步的目的。
39.在实际使用时，上述ptp芯片通常是ptp模块的中央处理器cpu，该ptp模块还可以内置高精度温补晶振等器件，以便于提高时间同步精度，具体以实际使用情况为准，本发明实施例对此不进行限制。
40.进一步，如图2所示，分频模块30进一步包括分频芯片301以及脉冲输出接口302。
41.具体地，脉冲输出接口302用于与自动驾驶系统的视觉传感器连接；分频芯片301则用于获取上述秒脉冲信号，将秒脉冲信号分频为至少一路占空比可变的触发信号，以触发自动驾驶系统的视觉传感器在预设的时刻曝光预设时长。
42.具体地，上述分频芯片可以采用altera max ii系列的cpld(complex programming logic device，复杂可编程逻辑器件)芯片，例如，型号为epm570的芯片等等，具体的以实际使用为准，本发明实施例对此不进行限制。
43.进一步，如图2所示，上述转换模块40包括转换芯片401和转换输出接口402，该转换输出接口402与自动驾驶系统的激光雷达传感器连接。
44.具体地，上述utc时间携带在rmc语句；因此，上述授时信息，实际通常包括的是秒脉冲信号和rmc语句，该rmc语句携带有上述utc时间。
45.进一步，转换芯片401用于将授时信息转换成至少一路包括rmc语句和秒脉冲信号的子授时信息，并将子授时信息通过转换输出接口发送至激光雷达传感器，以对激光雷达传感器进行时间同步。
46.具体地，上述转换芯片通常为adm2567或者adum6420系列的转换隔离芯片，可以将1路包括rmc语句和秒脉冲信号的授时信息转为多路包括rmc语句和秒脉冲信号的子授时信息，并且，上述系列的芯片延迟可以保持在ns级，有效保证了时间同步的精度。
47.进一步，基于上述时间同步设备，本发明实施例还提供了一种时间同步方法，具体地，该方法应用于图1或图2所示的时间同步设备，且由上述实施例可知，该时间同步设备包括：授时信息接收接口，以及与授时信息接收接口连接的ptp模块、分频模块和转换模块；具体地，如图3所示的一种时间同步方法的流程图，该方法包括以下步骤：
48.步骤s302，通过授时信息接收接口接收携带有基准输入的授时信息；
49.步骤s304，ptp模块用于提取基准输入，基于基准输入对当前自动驾驶系统的整秒时刻进行时间同步，并将同步后的时间信息发送至自动驾驶系统，以使自动驾驶系统的系统时间与基准输入进行同步；
50.步骤s306，分频模块用于对基准输入进行分频处理，得到多路触发信号，以触发自动驾驶系统的视觉传感器；
51.步骤s308，转换模块用于将授时信息转换成至少一路子授时信息，并将子授时信息发送至自动驾驶系统，以使自动驾驶系统对激光雷达传感器进行时间同步。
52.进一步，本发明实施例还提供了自动驾驶系统，具体地，该自动驾驶系统包括自动驾驶控制器、传感器单元，以及图1或图2所示的时间同步设备。
53.其中，自动驾驶控制器和传感器单元均与时间同步设备连接；
54.该时间同步设备用于执行图3所示的时间同步方法，对自动驾驶控制器和传感器
单元进行时间同步。
55.进一步，上述自动驾驶系统还包括以太网交换机；传感器单元包括以下传感器至少之一：毫米波雷达传感器、视觉传感器、激光雷达传感器。
56.其中，以太网交换机的输入端与时间同步设备连接，以太网交换机的输出端用于与自动驾驶控制器、毫米波雷达传感器和视觉传感器连接。以太网交换机用于将时间同步设备同步后的时间信息发送至自动驾驶控制器、毫米波雷达传感器和视觉传感器，以进行时间同步。
57.进一步，上述自动驾驶系统还包括组合导航设备；该组合导航设备与时间同步设备连接，用于向时间同步设备发送携带有基准输入的授时信息。
58.为了便于理解，图4示出了一种自动驾驶系统的结构示意图，如图4所示，包括时间同步设备以及自动驾驶系统，其中，为了便于说明，图4中示出了时间同步设备的授时信息接收接口10、ptp芯片201、ptp输出接口202、分频芯片301、脉冲输出接口302、转换芯片401和转换输出接口402。
59.进一步，图4中示出了自动驾驶系统的部分结构，包括自动驾驶控制器501、以太网交换机502、组合导航设备503，以及，传感器单元包括的多个传感器，具体地，传感器包括毫米波雷达传感器504、视觉传感器505、激光雷达传感器506，其中，传感器单元中包括的每种传感器的数量可以是一个或者多个，图4中，示出的仅仅是有限的数量，具体可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。
60.此外，上述自动驾驶控制器通常设置有集中式计算处理单元，可以获取各个传感器采集的包含障碍物的检测数据，并进行分析处理，以实现对障碍物的检测和分析，进而实现自动驾驶功能，因此，上述自动驾驶控制器也可以成为adcu(adas domain controller unit，adcu，自动化驾驶控制单元)，具体地的自动驾驶控制器可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。
61.基于图4所示的自动驾驶系统，该自动驾驶系统在进行时间同步时，包括以下过程：
62.(1)组合导航设备503提供1路携带有基准输入的授时信息，具体地，该授时信息可以包括rmc语句和秒脉冲信号。
63.其中，该授时信息中的秒脉冲信号对齐于utc时间的相应时刻，时间误差应小于50ns，同时，组合导航设备提供的rmc语句包含了秒脉冲信号上升沿时刻的utc时间。
64.(2)时间同步设备内部接收秒脉冲信号和rmc语句，并将秒脉冲信号和rmc语句送给ptp模块，ptp模块通过ptp芯片实时跟踪utc时间，并将同步过的基准时间通过以太网交换机502发送给所有支持ptp协议的器件，如，自动驾驶系统中的自动驾驶控制器501、毫米波雷达传感器504和视觉传感器505。
65.并且，考虑到某些型号的激光雷达传感器不支持ptp同步协议(某种标准以太网协议)，但所有激光雷达传感器均可以采用rmc(串口)+pps的形式进行同步，因此，时间同步设备可以使用转换模块对激光雷达传感器进行时间同步。
66.具体地，转换模块的转换芯片401为低延迟高速率的磁耦合转换芯片，可以将1路秒脉冲信号和rmc语句转为多路秒脉冲信号和rmc语句，且该转换芯片采用adm2567或者adum6420系列的转换隔离芯片，可以使延迟低于50ns。
67.(3)时间同步设备还可以将秒脉冲信号输入到分频模块，其中，分频模块的分频芯片301通常为一个可编程器件，该可编程器件可以将秒脉冲信号倍频至视觉传感器的采样频率，以生成视觉传感器的快门触发信号，并通过内部程序控制触发信号的脉宽以控制视觉传感器的曝光时间。
68.该方法能够同步的设备包括相机、激光雷达、组合导航、imu、毫米波雷达以及adcu自动化驾驶控制单元，方法能够为各设备提供一致的时间基准，稳定的采样触发信号。
69.综上，本发明实施例提供的自动驾驶系统，通过上述时间同步设备进行时间同步的结构包括自动驾驶控制器、毫米波雷达传感器、视觉传感器、激光雷达传感器，能够为各结构提供一致的时间基准，稳定的采样触发信号，不仅优化了自动驾驶性能，也有助于降低安全隐患。
70.本发明实施例提供的自动驾驶系统，与上述实施例提供的时间同步设备具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
71.本发明实施例所提供的时间同步设备、方法以及自动驾驶系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
72.另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
73.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
74.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
75.最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。