CN110119149A - 一种车辆自动驾驶多余度决策控制方法及系统 - Google Patents

一种车辆自动驾驶多余度决策控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种车辆自动驾驶多余度决策控制方法及系统，该方法包括步骤：实时采集车辆行驶状态信息；获取所述状态信息并对其进行2n路并行数据处理生成2n路控制信号，其中，n不小于1；周期性检测所述2n路控制信号，若检测到所述2n路控制信号相同则任选一路控制信号输出，下次判决维持2n余度工作状态；若检测到所述2n路控制信号中的2n‑1路控制信号相同而一路控制信号不同，则屏蔽该路控制信号且从所述2n‑1路控制信号中任选一路控制信号输出，下次判决进入2n‑1余度工作状态；0接收指定路控制信号并执行。本发明提供控制方法决策过程简洁可靠，大大提高了自动驾驶车辆的安全性。

Description

一种车辆自动驾驶多余度决策控制方法及系统
技术领域
本发明涉及自动驾驶控制技术领域，具体涉及一种车辆自动驾驶多余度决策控制方法及系统。
背景技术
随着科技的发展，智能车辆成为未来汽车的重要发展方向。自动驾驶车辆不仅能够帮助提高人们的出行便利性和出行体验，还能极大提升人们出行的效率。作为智能汽车的核心部分，自动驾驶系统一般由由传感层、决策控制层和执行层组成。由传感器(传感层)将接收到环境信息数据导入计算平台(决策控制层)，经过计算平台的分析处理后向执行层发送控制指令。车辆的自动驾驶需要极高的安全性、可靠性，因而对计算平台提出很高的要求，计算平台的设计直接影响整个无人驾驶系统的安全性、鲁棒性和实时性。然而，当前的自动驾驶系统多使用一套或至多两套计算控制系统，系统的冗余度不足，当一套计算控制系统出现故障时会严重影响车辆的行驶安全。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种一种车辆自动驾驶多余度决策控制方法及系统，旨在解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提出的一种车辆自动驾驶多余度决策控制方法，包括如下步骤：
实时采集车辆行驶状态信息；
获取所述状态信息并对其进行2n路并行数据处理生成2n路控制信号，其中，n不小于1；
周期性检测所述2n路控制信号；其中，
若检测到所述2n路控制信号相同则任选一路控制信号输出，下次判决维持2n余度工作状态；
若检测到所述2n路控制信号中的2n-1路控制信号相同而一路控制信号不同，则屏蔽该路控制信号且从所述2n-1路控制信号中任选一路控制信号输出，下次判决进入2n-1余度工作状态；
接收指定路控制信号并执行。
优选地，在所述周期性检测所述2n路控制信号的步骤中还包括：
若检测到所述2n路控制信号中有n路控制信号相同，而余下的n路控制信号各不相同，则屏蔽所有各不相同的n路控制信号、并从相同的n路控制信号中任选一路控制信号输出。
优选地，在所述周期性检测所述2n路控制信号的步骤中还包括：
若检测到所述2n路控制信号中存在不同类型的控制信号，且属于各类型控制信号的路数相等，则判决系统故障，进入失效模式。
本发明还提供一种车辆自动驾驶多余度决策控制系统，其特征在于，包括：
传感器模块，用于实时采集车辆行驶状态信息；
控制模块，包括一个上位机单元、多个下位机单元和一个决策控制单元；所述上位机单元的输入端连接所述传感器模块，所述上位机单元的输出端分别连接多个所述下位机单元的输入端，任意一个所述下位机单元的输出端均分别连接所述决策控制单元的输入端；
执行模块，连接所述决策控制单元的输出端，用于接收指定路控制信号并执行；其中，
所述上位机单元用于获取所述状态信息进行解析处理后，将数据分为2n路发送给多个所述下位机单元并行处理；其中，n不小于1；
所述下位机单元用于数据处理后生成一路控制信号；
所述决策控制单元用于周期性检测所述2n路控制信号；其中，
若检测到所述2n路控制信号相同则任选一路控制信号输出，下次判决维持2n余度工作状态；
若检测到所述2n路控制信号中的2n-1路控制信号相同而一路控制信号不同，则屏蔽该路控制信号且从所述2n-1路控制信号中任选一路控制信号输出，下次判决进入2n-1余度工作状态。
优选地，所述决策控制单元还用于，若检测到所述2n路控制信号中有n路控制信号相同，而余下的n路控制信号各不相同，则屏蔽所有各不相同的n路控制信号、并从相同的n路控制信号中任选一路控制信号输出。
优选地，所述决策控制单元还用于，若检测到所述2n路控制信号中存在不同类型的控制信号，且属于各类型控制信号的路数相等，则判决系统故障，进入失效模式。
优选地，所述上位机单元与所述下位机单元之间通过光纤连接。
本发明技术方案具有如下的有益效果：
采用类似航空飞行控制系统中的多余度容错计算机系统架构，多套计算单元同步工作、始终运行同一个任务并生成控制指令，再周期性检测控制指令，进而采用多余度算法进行评估决策后发送一条控制指令用于动作的执行，整个控制决策过程简洁可靠，大大提高了自动驾驶车辆的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例车辆自动驾驶多余度决策控制方法的流程图；
图2为本发明第二实施例车辆自动驾驶多余度决策控制方法的流程图；
图3为本发明第三实施例车辆自动驾驶多余度决策控制方法的流程图；
图4为本发明车辆自动驾驶多余度决策控制系统的模块架构图；
图5为图4的架构示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
第一实施例
请参照图1，在本发明第一实施例提供的车辆自动驾驶多余度决策控制方法，包括如下步骤：
S10实时采集车辆行驶状态信息；
S20获取所述状态信息并对其进行2n路并行数据处理生成2n路控制信号，其中，n不小于1；
S30周期性检测所述2n路控制信号；其中，
若检测到所述2n路控制信号相同则任选一路控制信号输出，下次判决维持2n余度工作状态；
若检测到所述2n路控制信号中的2n-1路控制信号相同而一路控制信号不同，则屏蔽该路控制信号且从所述2n-1路控制信号中任选一路控制信号输出，下次判决进入2n-1余度工作状态；
S40接收指定路控制信号并执行。
本实施例提供的方法通过设置多套计算设备并行运算，再由决策控制单元对多路运算结果(控制指令)按照相应的多余度算法进行评估判断，最终得出正确的控制指令交由执行机构具体执行。
具体而言，在步骤S10实时采集车辆行驶状态信息，这里通常由车辆上配置的各种传感器对车辆的各种状态数据进行实时采集，例如车辆在行驶状态时的速度、加速度、风速、胎压、环境温度、油液温度等信息。
步骤S20中，获取所述状态信息并对其进行2n路并行数据处理生成2n路控制信号，其中，n不小于1。本实施例提供的方法中，控制模块将传感器采集的车辆行驶状态信息接收后，转化为多路并行处理，即应用多套计算单元同步处理一个任务，每一套计算单元均输出一条控制指令。这里的n不小于1，与计算单元的数量相对应，即至少设置有两套计算单元来生成两条控制指令。
步骤S30中，周期性检测所述2n路控制信号；其中，若检测到所述2n路控制信号相同则任选一路控制信号输出，下次判决维持2n余度工作状态；若检测到所述2n路控制信号中的2n-1路控制信号相同而一路控制信号不同，则屏蔽该路控制信号且从所述2n-1路控制信号中任选一路控制信号输出，下次判决进入2n-1余度工作状态。该步骤中，涉及到对多路并行计算处理的控制指令进行筛选、判决的过程。以n＝2时为例，此时共有4套计算单元并行运算分别生成4条控制指令，这些控制指令汇总到决策控制单元由其按照相应的多余度算法进行判断筛选。如图4所示，当有4条控制指令生成时，如果这4条控制指令均相同则决策控制单元可以选择其中任意一条控制指令作为决策结果输出，并且在下次决策时仍然维持采用4余度算法；如果这4条控制指令中有3条相同而另外1条不同，则决策控制单元即判定产生不同控制指令的那一路计算单元故障并将该路计算单元屏蔽，同时从3条相同的控制指令中选择任意一条作为决策结果输出，并且在下次判决时采用3余度算法进行决策判断。
以此类推，当有3路计算单元生成控制指令时，如果这3条控制指令相同则决策控制单元可以选择其中任意一条控制指令作为决策结果输出，并且在下次决策时仍然维持采用3余度算法；如果这3条控制指令中有2条相同而另外1条不同，则决策控制单元即判定产生不同控制指令的那一路计算单元故障并将该路计算单元屏蔽，同时从2条相同的控制指令中选择任意一条作为决策结果输出，并且在下次判决时采用2余度算法进行决策判断。
步骤s40接收指定路控制信号并执行。此步骤中，由决策控制单元筛选后指定一路计算单元生成的控制指令输出给智能车辆的执行单元以执行相应的实际操作。
此外需要说明的是，本实施例为了便于理解和叙述简洁，仅仅列举除了4余度决策控制的过程，可以理解地，更多余度的决策控制方法及过程也同样属于本发明的保护范围。
综上所述，本实施例提供的车辆自动驾驶多余度决策控制方法，采用类似航空飞行控制系统中的多余度容错计算机系统架构，多套计算单元同步工作、始终运行同一个任务并生成控制指令，再周期性检测控制指令，进而采用多余度算法进行评估决策后发送一条控制指令用于动作的执行，整个控制决策过程简洁可靠，大大提高了自动驾驶车辆的安全性。
第二实施例
请参照图2，在前述实施例的基础上，本发明第二实施例提供的方法步骤s30中，还包括：
S31若检测到所述2n路控制信号中有n路控制信号相同，而余下的n路控制信号各不相同，则屏蔽所有各不相同的n路控制信号、并从相同的n路控制信号中任选一路控制信号输出。
在本实施例中，以前文中4路运算分别生成4条控制指令为例，如果这4条控制指令分为两组，A组的2条控制指令相同，而B组的2条控制指令和A组的都不同，且B组内的2条控制指令也不相同，则决策控制单元即判定产生B组2路控制指令的计算单元故障并将对应的2套计算单元屏蔽，同时从A组2条相同的控制指令中选择任意一条作为决策结果输出，并且在下次判决时采用2余度算法进行决策判断。
第三实施例
请参照图3，在前述实施例的基础上，本发明第三实施例提供的方法步骤S30中，还包括：
S32若检测到所述2n路控制信号中存在不同类型的控制信号，且属于各类型控制信号的路数相等，则判决系统故障，进入失效模式。
在本实施例中，增加了对计算单元的失效模式判定方式。继续以前文中的以前文中4路运算分别生成4条控制指令为例，如果这4条控制指令分为两组，A组的2条控制指令相同，而B组的2条控制指令和A组的都不同，且B组内的2条控制指令相同，此时，决策控制单元无法应用相应的多余度算法进行判断，则决策控制单元即判决系统发送故障，进入失效模式。
此外，以第一实施例中的2余度工作状态为例，如果2路输出的控制指令不同，则此时决策控制单元同样无法判断，因此决策控制单元即判决系统发送故障，进入失效模式。
本发明还提供一种车辆自动驾驶多余度决策控制系统。如图4所示，该系统包括传感器模块10、控制模块20和执行模块30。传感器模块10用于实时采集车辆行驶状态信息；控制模块20包括一个上位机单元21、多个下位机单元22和一个决策控制单元23；所述上位机单元21的输入端连接所述传感器模块10，所述上位机单元21的输出端分别连接多个所述下位机单元22的输入端，任意一个所述下位机单元22的输出端均分别连接所述决策控制单元23的输入端；执行模块30连接所述决策控制单元23的输出端，用于接收指定路控制信号并执行。其中，
所述上位机单元21用于获取所述状态信息进行解析处理后，将数据分为2n路发送给多个所述下位机单元22并行处理；其中，n不小于1；
所述下位机单元22用于数据处理后生成一路控制信号；
所述决策控制单元23用于周期性检测所述2n路控制信号；其中，
若检测到所述2n路控制信号相同则任选一路控制信号输出，下次判决维持2n余度工作状态；
若检测到所述2n路控制信号中的2n-1路控制信号相同而一路控制信号不同，则屏蔽该路控制信号且从所述2n-1路控制信号中任选一路控制信号输出，下次判决进入2n-1余度工作状态。
优选地，所述决策控制单元23还用于，若检测到所述2n路控制信号中有n路控制信号相同，而余下的n路控制信号各不相同，则屏蔽所有各不相同的n路控制信号、并从相同的n路控制信号中任选一路控制信号输出。
优选地，所述决策控制单元23还用于，若检测到所述2n路控制信号中存在不同类型的控制信号，且属于各类型控制信号的路数相等，则判决系统故障，进入失效模式。
关于本系统各组件的具体运行过程可参见前述方法各实施例中的叙述，在此不一一赘述。以图5为例，整个控制模块由一套上位机单元、四套下位机单元和一套多路决策控制单元组成。传感器模块和车辆执行模块仍为一套。上位机单元与传感器模块相连。并行计算部分由下位机单元完成，下位机单元例如采用四套冗余单元，用4路10G光纤与上位机单元互联，四套计算部分(下位机单元)同步工作，始终运行同一任务，决策控制单元周期性检测下位机单元的状态，决策由哪套计算单元输出控制指令做执行操作，即使发生故障也可快速切换至正常单元继续执行。相比于现有计算，本发明提供的决策控制系统在少量增加硬件成本的基础上，增加了整个自动驾驶车辆的控制冗余度，提高了用户的安全性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种车辆自动驾驶多余度决策控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10实时采集车辆行驶状态信息；
S20获取所述状态信息并对其进行2n路并行数据处理生成2n路控制信号，其中，n不小于1；
S30周期性检测所述2n路控制信号；其中，
若检测到所述2n路控制信号相同则任选一路控制信号输出，下次判决维持2n余度工作状态；
若检测到所述2n路控制信号中的2n-1路控制信号相同而一路控制信号不同，则屏蔽该路控制信号且从所述2n-1路控制信号中任选一路控制信号输出，下次判决进入2n-1余度工作状态；
S40接收指定路控制信号并执行。
2.如权利要求1所述的车辆自动驾驶多余度决策控制方法，其特征在于，在所述周期性检测所述2n路控制信号的步骤中还包括：
S31若检测到所述2n路控制信号中有n路控制信号相同，而余下的n路控制信号各不相同，则屏蔽所有各不相同的n路控制信号、并从相同的n路控制信号中任选一路控制信号输出。
3.如权利要求1所述的车辆自动驾驶多余度决策控制方法，其特征在于，在所述周期性检测所述2n路控制信号的步骤中还包括：
S32若检测到所述2n路控制信号中存在不同类型的控制信号，且属于各类型控制信号的路数相等，则判决系统故障，进入失效模式。
4.一种车辆自动驾驶多余度决策控制系统，其特征在于，包括：
传感器模块，用于实时采集车辆行驶状态信息；
控制模块，包括一个上位机单元、多个下位机单元和一个决策控制单元；所述上位机单元的输入端连接所述传感器模块，所述上位机单元的输出端分别连接多个所述下位机单元的输入端，任意一个所述下位机单元的输出端均分别连接所述决策控制单元的输入端；
执行模块，连接所述决策控制单元的输出端，用于接收指定路控制信号并执行；其中，
所述上位机单元用于获取所述状态信息进行解析处理后，将数据分为2n路发送给多个所述下位机单元并行处理；其中，n不小于1；
所述下位机单元用于数据处理后生成一路控制信号；
所述决策控制单元用于周期性检测所述2n路控制信号；其中，
若检测到所述2n路控制信号相同则任选一路控制信号输出，下次判决维持2n余度工作状态；
若检测到所述2n路控制信号中的2n-1路控制信号相同而一路控制信号不同，则屏蔽该路控制信号且从所述2n-1路控制信号中任选一路控制信号输出，下次判决进入2n-1余度工作状态。
5.如权利要求4所述的车辆自动驾驶多余度决策控制系统，其特征在于，所述决策控制单元还用于，若检测到所述2n路控制信号中有n路控制信号相同，而余下的n路控制信号各不相同，则屏蔽所有各不相同的n路控制信号、并从相同的n路控制信号中任选一路控制信号输出。
6.如权利要求4所述的车辆自动驾驶多余度决策控制系统，其特征在于，所述决策控制单元还用于，若检测到所述2n路控制信号中存在不同类型的控制信号，且属于各类型控制信号的路数相等，则判决系统故障，进入失效模式。
7.如权利要求4所述的车辆自动驾驶多余度决策控制系统，其特征在于，所述上位机单元与所述下位机单元之间通过光纤连接。
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