CN109634259A - 自动驾驶冗余控制方法、系统及验证平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动驾驶冗余控制方法、系统及验证平台，该方法包括：域控制器通过整车通讯接收来自整车和其他控制器的车辆运行参数；域控制器根据所述车辆运行参数控制电子制动器，以使制动管路增压；如果所述电子制动器失效，则控制ESC执行制动。本发明提供的自动驾驶冗余控制方法、系统及验证平台，通过设置域控制器、电子制动器和ESC，在电子制动器发生故障时，ESC能够作为备份来执行制动，从而提高了自动驾驶的安全性，而且域控制器就可以在验证平台上使用，也可以在车辆上实用，从而提高了自动驾驶验证的效率。

Description

自动驾驶冗余控制方法、系统及验证平台

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术，尤其涉及一种自动驾驶冗余控制方法、系统及验证平台。

背景技术

当前，新一轮科技革命和产业变革不断深化，智能汽车已成为汽车产业发展的战略发展方向，发展智能汽车不仅是解决传统汽车广泛使用引发的交通安全、道路拥堵、能源消耗和污染排放等社会问题，更是深化结构性改革、实施创新驱动发展，建设智能强国的重要支撑。

自动驾驶汽车需要开展大量的测试与验证工作，证明其安全可靠才允许量产。在开发测试过程中需要用各种虚拟测试来验证各种算法的合理性、可靠性。在需求开发过程中使用模型在环和软件在环的方法结合车辆与道路虚拟模型，使用大规模测试工况库，利用自动化测试功能，高效验证系统和算法。使用批量化仿真，甄选出存在问题最严重的工况，有针对性的进行路试。通过“模糊算法”改变虚拟场景中车流的速度和交通信号灯的时间，以确保无人车仍然可以找到安全的车距。

但是现有技术存在如下缺点：必须需要试车才能开展试验，等待车辆的前期会浪费大量时间；实车试验的过程中，会浪费大量的时间、费用和人力，而且进展非常缓慢；目前，各地的自动驾驶测试法规还没有完全放开，只能在制定区域内开展试验，试验场景比较单一，不能满足自动驾驶设计要求。如果自动驾驶车辆行驶出制定区域进行试验，会出现违章的情况，会被交警部门处罚。当前自动驾驶汽车各项技术还不成熟，国外自动驾驶汽车路试试验的过程中经常报出自动驾驶汽车交通事故出现，基于研究技术现状，需要自动驾驶汽车验证平台开展前期的各项验证工作，降低后期事故路试风险，加快开发进展。

鉴于以上原因，需要研发设计一种新型的自动驾驶汽车开发与验证平台，进行自动驾驶各项决策与车辆运动功能的开发并能够实施的进行验证。

另外，在自动驾驶的验证过程中，如果现有的制动系统发生故障，在无人干预的情况下会产生安全问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动冗余控制方法、系统及验证平台，以解决现有技术中的问题，提高自动驾驶验证过程的安全性。

本发明提供了一种自动驾驶冗余控制方法，其中，包括：

域控制器通过整车通讯接收来自整车和其他控制器的车辆运行参数；

域控制器根据所述车辆运行参数控制电子制动器，以使制动管路增压；如果所述电子制动器失效，则控制ESC执行制动。

优选地，通过如下方式判断电子制动器是否失效：

如果在300ms内制动管路内的压力没有达到设定的误差范围内，则确定所述电子制动器失效。

优选地，所述车辆运行参数包括车速、轮速和定位信息。

本发明还提供了一种自动驾驶冗余控制系统，其中，包括域控制器、电子制动器和ESC；

其中，所述域控制器用于通过整车通讯接收来自整车和其他控制器的车辆运行参数；

所述电子制动器用于在所述域控制器的控制下执行制动，以使制动管路增压；

所述域控制器还用于在所述电子制动器失效时，控制ESC执行制动。

优选地，所述域控制器还用于在300ms内制动管路内的压力没有达到设定的误差范围内，确定所述电子制动器失效。

本发明又提供了一种自动驾驶验证平台，其中，包括本发明提供的自动驾驶冗余控制系统，所述自动驾驶验证平台还包括：基于仿真软件的场景模拟模块，底层执行模块、动力学模块和驾驶员操作模块；其中，

所述场景模拟模块用于场景搭建并模拟自动驾驶的环境、道路和天气场景；

所述底层执行机构模块包括制动系统、转向系统、传感器系统以及网络通讯系统，用于实现整车的信号采集和转向制动功能；

所述动力学模块用于计算整车的动力学参数；

所述驾驶员操作模块用于提供人机交互界面；

所述自动驾驶冗余控制系统中的域控制器用于进行信号处理、数据融合以及人机交互和制动的控制。

本发明提供的自动驾驶冗余控制方法、系统及验证平台，通过设置域控制器、电子制动器和ESC，在电子制动器发生故障时，ESC能够作为备份来执行制动，从而提高了自动驾驶的安全性，而且域控制器就可以在验证平台上使用，也可以在车辆上实用，从而提高了自动驾驶验证的效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的自动驾驶冗余控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的自动驾驶验证平台的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例提供了一种自动驾驶冗余控制方法，包括：

S1，域控制器通过整车通讯接收来自整车和其他控制器的车辆运行参数；其中，所述车辆运行参数可以包括车速、轮速和定位信息。

S2，域控制器根据所述车辆运行参数控制电子制动器，以使制动管路增压；如果所述电子制动器失效，则控制ESC执行制动。

优选地，可以通过如下方式判断电子制动器是否失效：

如果在300ms内制动管路内的压力没有达到设定的误差范围内，则确定所述电子制动器失效。

本发明实施例还提供了一种自动驾驶冗余系统，包括域控制器、电子制动器和ESC；其中，所述域控制器用于通过整车通讯接收来自整车和其他控制器的车辆运行参数；所述电子制动器用于在所述域控制器的控制下执行制动，以使制动管路增压；所述域控制器还用于在所述电子制动器失效时，控制ESC执行制动。

优选地，所述域控制器还用于在300ms内制动管路内的压力没有达到设定的误差范围内，确定所述电子制动器失效。

由域控制器负责整个系统的监管和指令发送，电子制动器(ebooster)与ESC只负责具体执行。在自动驾驶车辆中电子制动器代替了车辆原始真空助力制动器，能够在没有驾驶员干预的情况下进行主动制动，ESC有主动增压的功能，通过该功能也能够对车轮没有驾驶输入的情况进行主动制动，因而组成了自动驾驶汽车冗余主动制动系统。

域控制器通过整车通讯，接收来自车辆和其他控制器的各种信息，如车辆当前的速度、加速度、制动力等于制动相关的各项参数。

一方面电子制动器的控制器具备完整的自诊断系统，能够诊断出自身部分故障信息，并发给域控制器。域控制器发送给ebooster控制器的制动压力命令，ebooster控制器控制执行电机推动制动主缸对整车制动管路进行增压，增压的过程中管路中的压力传感器反馈实际执行结果。在ESC系统没有失效的情况下，发送命令的300ms内制动管路内的压力没有达到误差范围内，判定为系统失效。在ESC接入工作后，实际压力应该等于ESC系统允许的最大压力。如果出现ebooster系统无法执行系统压力的时候，那么判定当前制动系统失效。

作为备用系统的ESC主动增压功能立刻接管，阶段策略是在正常驾驶过程中，域控制器向ESC发送指令，屏蔽ebooster系统任何制动功能，防止出现由于故障后的误操作。同时制动压力传感器也会监控制动管路中的压力，防止出现在没有指令给ebooster的情况下，它错误的进行制动而影响车辆的安全控制，如果出现这种情况，就需要ESC启动减压功能，对各个轮缸进行减压。

如图2所示，本发明实施例又提供了一种自动驾驶验证平台，包括本发明任意实施例提供的自动驾驶冗余控制系统，所述自动驾驶验证平台还包括：基于仿真软件的场景模拟模块，底层执行模块、动力学模块和驾驶员操作模块；其中，所述场景模拟模块用于场景搭建并模拟自动驾驶的环境、道路和天气场景；所述底层执行机构模块包括制动系统、转向系统、传感器系统以及网络通讯系统，用于实现整车的信号采集和转向制动功能；所述动力学模块用于计算整车的动力学参数；所述驾驶员操作模块用于提供人机交互界面；所述自动驾驶冗余控制系统中的域控制器用于进行信号处理、数据融合以及人机交互和制动的控制。

该平台集成了实车制动系统、转向系统、传感器系统以及网络通讯系统，可提供完整的整车硬件在环仿真环境。测试平台以dSPACE(Matlab/Simulink)为核心，构建控制器快速原型平台，基于PreScan软件提供虚拟现实界面和环境感知类传感器模块，利用CarSim软件实时运行整车动力学模块，为自动驾驶算法测试提供了可快速验证的平台。

上述场景模拟模块通过软件将自动驾驶汽车需要验证的真实场景用软件建模，通过设置布置在车里上的各种传感器，将传感器的各种信号输出出来给自动驾驶的域控制器使用。

PreScan可实现场景搭建，包括环境模型、道路使用者和天气阳光。其中，环境模型包括路面以及路边设施数据库、交通标志及建筑物等；道路使用者包括行驶车辆和行人等；天气阳光包含天气条件和光源等；

PreScan可提供传感器仿真，主要包括不同精度的单双目摄像头、毫米波雷达、激光雷达、车道线传感器，该部分传感器模型为自动驾驶算法的验证提供的精确的环境感知模块，提高了自动驾驶硬件在环测试平台测试工况环境的真实性。

可以提前将道路真实环境与交通环境提前在PreScan里面中完成建模，同时建立车辆与各种传感器模型，车辆模型的各种运动(速度、转向角度和制动力等)是受自动驾驶底盘硬件平台执行得出。Prescan运行的工控机通过CAN总线直接将传感器仿真的结果输出出来，该输出格式与实车完全一致，以便域控制器可以直接得到车辆进行验证各项功能。

域控制器主要用于自动驾驶各种信号处理、数据融合、决策、车辆运动控制、人机交互等自动机驾驶控制。旨在建立自动驾驶中决策规划至执行器控制指令之间的传输机制。域控制器的输入与输出之间完全是完整整车接口进行定义，这样各项控制策略在自动驾驶开发平台上完成开发与测试后，可以直接移植到实车上进行测试与验证。

底层执行机构模块包括制动系统、转向系统、传感器系统以及网络通讯系统，用于实现整车的信号采集和转向制动功能，

底层执行机构集成了实车制动系统、转向系统、传感器系统以及网络通讯系统，可提供完整的整车硬件在环仿真环境。在该平台中，控制算法的信号采集主要依靠其强大精确的传感器系统，包括压力传感器、转角传感器等，而控制算法周期运算的控制指令通过各接口发送至底层执行机构，其中接口，包括制动压力请求接口、转向角度请求接口、电机扭矩请求接口。

为实现线控主动转向功能，本发明实施例提供了上述的冗余控制系统。在原车配有EPS系统的基础上，加装主动转向伺服电机，可实现主动转角控制功能，主动转向电机与EPS助力电机互为冗余备份，保障线控转向系统的安全性与可靠性。通过双电机布置方案，可以在这个平台上开展转向系统冗余安全控制策略研究，并将研究结果在该平台实时验证与评估。

由于开发平台不能在实车上行驶，轮胎行驶过程中转向阻力不能真实反映，需要设计一套机构模拟转向负载，从而能够实现真实转向电机控制策略能够运用至实车上。该负载电机的负载力是通过整车动力学模块实时运算得到。

线控制动系统用于精确执行自动驾驶控制器发出的制动指令，实现整车减速度或制动压力的主动控制，提出基于eBooster线控制动系统和ESC主动增压系统实现失效冗余完备的线控制动系统。

由于该验证平台不能道路行驶，因此通过动力学模块计算整车运动各项参数，如汽车驱动力、车辆速度、方向盘转角、转向力、四轮转角等。

驾驶员操作模块提供了操作界面、仪表和MP5设备，这样能够在这个平台上研究自动驾驶系统的人机交互策略，设计更好的用户交互体验可第一时间在这个平台上进行开发与验证。而且开发的仪表和MP5策略也不需要在实车上开展验证，就能够快速提前验证效果，加速产品开发流程。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种自动驾驶冗余控制方法，其特征在于，包括：

域控制器通过整车通讯接收来自整车和其他控制器的车辆运行参数；

域控制器根据所述车辆运行参数控制电子制动器，以使制动管路增压；如果所述电子制动器失效，则控制ESC执行制动。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶冗余控制方法，其特征在于，通过如下方式判断电子制动器是否失效：

如果在300ms内制动管路内的压力没有达到设定的误差范围内，则确定所述电子制动器失效。

3.根据权利要求1所述的自动驾驶冗余控制方法，其特征在于，所述车辆运行参数包括车速、轮速和定位信息。

4.一种自动驾驶冗余控制系统，其特征在于，包括域控制器、电子制动器和ESC；

其中，所述域控制器用于通过整车通讯接收来自整车和其他控制器的车辆运行参数；

所述电子制动器用于在所述域控制器的控制下执行制动，以使制动管路增压；

所述域控制器还用于在所述电子制动器失效时，控制ESC执行制动。

5.根据权利要求4所述的自动驾驶冗余控制系统，其特征在于，所述域控制器还用于在300ms内制动管路内的压力没有达到设定的误差范围内，确定所述电子制动器失效。

6.一种自动驾驶验证平台，其特征在于，包括权利要求3-5任一项所述的自动驾驶冗余控制系统，所述自动驾驶验证平台还包括：基于仿真软件的场景模拟模块，底层执行模块、动力学模块和驾驶员操作模块；其中，

所述场景模拟模块用于场景搭建并模拟自动驾驶的环境、道路和天气场景；

所述底层执行机构模块包括制动系统、转向系统、传感器系统以及网络通讯系统，用于实现整车的信号采集和转向制动功能；

所述动力学模块用于计算整车的动力学参数；

所述驾驶员操作模块用于提供人机交互界面；

所述自动驾驶冗余控制系统中的域控制器用于进行信号处理、数据融合以及人机交互和制动的控制。