CN111258294A - 一种故障容错时间测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种故障容错时间测试系统及方法，测试系统包括：中央控制模块、无线通信模块、数据记录模块、IMU和故障注入模块，将故障注入模块设置在被测无人驾驶汽车的扭矩传感器和EPS控制器之间，通过响应中央控制模块发送的故障注入命令，在故障持续时间内，向扭矩传感器输出的扭矩信号注入与故障类型对应的故障信号，中央控制模块分析数据记录模块记录的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，确定被测无人驾驶汽车的故障容错时间。本发明基于量化指标计算故障容错时间，提高了故障容错时间的计算精度。并且，通过上位机和无线通信模块远程控制被测无人驾驶汽车的行驶和故障注入，减少了车辆失控可能对实验人员造成的伤害。

Description

一种故障容错时间测试系统及方法

技术领域

本发明涉及无人驾驶汽车技术领域，更具体的说，涉及一种故障容错时间测试系统及方法。

背景技术

目前，无人驾驶汽车中ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)根据扭矩传感器采集的方向盘扭矩、方向盘转角传感器采集的方向盘转角信号以及车速传感器采集的车速信号，确定目标助力的方向和大小，并将该目标助力发送给EPS(Electrical PowerSteering，电动助力转向系统)。EPS根据该目标助力的方向和大小驱动助力电机提供转向助力。当扭矩传感器或者ECU发生故障，可能会导致EPS发生自转向故障，使无人驾驶汽车自动向一侧行驶，从而带来行车安全隐患。

故障容错时间即从系统故障发生到车辆发生危险的时间。为了保证行车的安全性，需要在EPS发生自转向故障后，在故障容错时间内进行关停响应，因此需要提前确定故障容错时间。

现有对EPS自转向故障的故障容错时间的确定方法主要有两种：第一种，基于经验确定故障容错时间，并无量化指标进行明确，因此，确定得到的故障容错时间存在较大误差；第二种，由实验人员驾驶被测车辆，通过将故障直接注入实验人员驾驶的被测车辆中来测量故障容错时间，由于注入故障的被测车辆极易失控，因此，容易对实验人员造成伤害。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种故障容错时间测试系统及方法，以实现基于在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻为量化指标，计算故障容错时间，因此，提高了故障容错时间的计算精度。并且，实验人员可以通过上位机和无线通信模块远程控制被测无人驾驶汽车的行驶和故障注入，从而避免了实验人员直接操作被测无人驾驶汽车，因此，极大的减少了车辆失控可能对实验人员造成的伤害。

一种故障容错时间测试系统，包括：中央控制模块、无线通信模块、数据记录模块、惯性测量单元IMU和故障注入模块；

所述无线通信模块用于接收上位机发送的测试控制信号，所述测试控制信号包括：目标车速、故障类型和故障持续时间；

所述中央控制模块用于发送车速控制指令至被测无人驾驶汽车的自动驾驶控制器，所述车速控制指令中包含有所述目标车速，并在所述被测无人驾驶汽车以所述目标车速匀速行驶的状态的情况下，向所述故障注入模块发送包含有所述故障类型和所述故障持续时间的故障注入命令，所述车速控制指令为，所述自动驾驶控制器控制所述被测无人驾驶汽车以所述目标车速匀速行驶的基础；

所述故障注入模块用于在所述故障持续时间内，向所述被测无人驾驶汽车的扭矩传感器输出的扭矩信号注入与所述故障类型对应的故障信号，生成目标故障扭矩信号，并将所述目标故障扭矩信号输出至电动助力转向系统EPS控制器；

所述数据记录模块用于记录所述IMU在所述故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及所述车辆侧向加速度的采集时刻；

所述中央控制模块还用于分析所述数据记录模块记录的车辆侧向加速度以及所述车辆侧向加速度的采集时刻，确定所述被测无人驾驶汽车的故障容错时间。

可选的，所述故障注入模块包括：模数转换模块、控制单元和数模转换模块；

所述模数转换模块分别与所述扭矩传感器和所述控制单元连接，所述模数转换模块用于将所述扭矩传感器输出的扭矩信号由模拟信号转换为数字信号，并将转换得到的扭矩数字信号输出至所述控制单元；

所述控制单元分别与所述数模转换模块和所述中央控制模块连接，所述控制单元用于根据所述中央控制模块发送的所述故障注入命令，向所述扭矩数字信号注入所述故障信号，得到目标故障扭矩数字信号，并将所述目标故障扭矩数字信号输出至所述数模转换模块；还用于根据所述中央控制模块发送的故障解除信号，向所述扭矩数字信号停止注入所述故障信号；

所述数模转换模块与所述EPS控制器连接，所述数模转换模块用于将所述目标故障扭矩数字信号由数字信号转换为模拟信号，得到所述目标故障扭矩信号，并将所述目标故障扭矩信号输出至所述EPS控制器。

可选的，所述无线通信模块包括：蓝牙模块。

一种故障容错时间测试方法，其特征在于，所述测试方法应用于上述所述的故障容错时间测试系统中的中央控制模块，所述测试方法包括：

接收测试控制信号，所述测试控制信号包括：目标车速、故障类型和故障持续时间，所述测试控制信号为通过无线通信模块从上位机接收到的；

发送车速控制指令至被测无人驾驶汽车的自动驾驶控制器，所述车速控制指令中包含有所述目标车速，所述车速控制指令为，所述自动驾驶控制器控制所述被测无人驾驶汽车以所述目标车速匀速行驶的基础；

在所述被测无人驾驶汽车以所述目标车速匀速行驶的状态的情况下，向故障注入模块发送包含有所述故障类型和所述故障持续时间的故障注入命令，以控制所述故障注入模块在所述故障持续时间内，向所述被测无人驾驶汽车的扭矩传感器输出的扭矩信号注入与所述故障类型对应的故障信号，生成目标故障扭矩信号，并将所述目标故障扭矩信号输出至EPS控制器；

控制数据记录模块记录在所述故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及所述车辆侧向加速度的采集时刻；

分析所述数据记录模块记录的车辆侧向加速度以及所述车辆侧向加速度的采集时刻，确定所述被测无人驾驶汽车的故障容错时间。

可选的，所述分析所述数据记录模块记录的车辆侧向加速度以及所述车辆侧向加速度的采集时刻，确定所述被测无人驾驶汽车的故障容错时间，具体包括：

根据如下公式，基于每个所述车辆侧向加速度以及每个所述车辆侧向加速度的采集时刻，对所述车辆侧向加速度进行积分，得到车辆侧向位移与时间的对应关系；

式中，y_t为t时刻车辆侧向位移，a_t为t时刻的车辆侧向位移，t的取值为[0，t_{故障注入时间}]；

基于所述对应关系，确定第一车辆侧向位移、所述第一车辆侧向位移对应的第一时刻、第二车辆侧向位移和所述第二车辆侧向位移对应的第二时刻，其中，所述第一车辆侧向位移小于侧向位移限值，所述第二车辆侧向位移大于所述侧向位移限值，所述第一时刻和所述第二时刻相邻；

根据如下公式，通过线性插值得到所述故障容错时间；

式中，T为所述故障容错时间，y_lim为所述侧向位移限值，y₁为所述第一车辆侧向位移，y₂为所述第二车辆侧向位移，t₁为所述第一时刻，t₂为所述第二时刻。

可选的，还包括：

在向所述故障注入模块发送所述故障注入命令时，记录故障注入时刻并开始计时；

将所述故障注入时刻存储至所述数据记录模块。

可选的，还包括：

当所述故障注入模块向所述扭矩信号注入所述故障信号的时间达到所述故障持续时间时，向所述故障注入模块发送故障解除信号，以控制所述故障注入模块向所述扭矩信停止注入所述故障信号，并记录故障解除时刻；

将所述故障解除时刻存储至所述数据记录模块。

可选的，所述向故障注入模块发送包含有所述故障类型和所述故障持续时间的故障注入命令，具体包括：

向所述故障注入模块发送所述故障注入命令；

控制所述故障注入模块根据如下公式向所述扭矩信号注入所述故障信号，生成所述目标故障扭矩信号；

T'＝K×T+T₀；

式中，T为所述扭矩传感器输出的所述扭矩信号，T'为所述目标故障扭矩信号，T₀为扭矩偏差，K为故障系数。

从上述的技术方案可知，本发明公开了一种故障容错时间测试系统及方法，测试系统包括：中央控制模块、无线通信模块、数据记录模块、IMU和故障注入模块，中央控制模块分别与无线通信模块、数据记录模块和故障注入模块连接，数据记录模块和IMU连接，在控制被测无人驾驶汽车的故障容错时间时，将故障注入模块设置在被测无人驾驶汽车的扭矩传感器和EPS控制器之间，并将中央控制模块与自动驾驶控制器连接。中央控制模块接收无线通信模块传输的上位机发送的测试控制信号，通过自动驾驶控制器控制被测无人驾驶汽车以目标速度匀速行驶，故障注入模块在故障持续时间内，向扭矩传感器输出的扭矩信号注入与故障类型对应的故障信号，数据记录模块记录IMU在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，中央控制模块分析数据记录模块记录的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，确定被测无人驾驶汽车的故障容错时间。由于本发明是基于在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻为量化指标，计算故障容错时间，因此，提高了故障容错时间的计算精度。并且，实验人员可以通过上位机和无线通信模块远程控制被测无人驾驶汽车的行驶和故障注入，从而避免了实验人员直接操作被测无人驾驶汽车，因此，极大的减少了车辆失控可能对实验人员造成的伤害。

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，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为现有技术公开的一种无人驾驶汽车框图；

图2为本发明实施例公开的一种故障容错时间测试系统；

图3为本发明实施例公开的一种故障注入模块的内部结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种故障容错时间测试方法流程图。

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。

为便于理解本发明所要保护的故障容错时间测试系统，下面对无人驾驶汽车的内部结构进行说明。参见图1，现有技术公开的一种无人驾驶汽车框图，无人驾驶汽车包括：自动驾驶控制器11、扭矩传感器12、EPS(Electrical Power Steering，电动助力转向系统)控制器13、转向电机14、ESP(Electronic Stability Program，车身电子稳定系统)控制器15、制动模块16、VCU(vehicle Controller Unit，整车控制器)17、发动机18和变速箱19。

其中：

扭矩传感器12设置在方向盘扭力杆上，用于采集扭矩信号，并将该扭矩信号输出至EPS控制器13。

EPS控制器13用于根据自动驾驶控制器11输出的转向控制信号以及扭矩传感器12输出的扭矩信号，驱动转向电机14控制无人驾驶汽车转向。

ESP控制器15用于根据自动驾驶控制器11输出的刹车信号，控制制动模块16对无人驾驶汽车进行刹车制动。

VCU17用于根据自动驾驶控制器11输出的加速信号，控制发动机18和变速箱19工作，以对无人驾驶汽车进行加速。

本发明实施例公开了一种故障容错时间测试系统及方法，测试系统包括：中央控制模块、无线通信模块、数据记录模块、IMU和故障注入模块，中央控制模块分别与无线通信模块、数据记录模块和故障注入模块连接，数据记录模块和IMU连接，在控制被测无人驾驶汽车的故障容错时间时，将故障注入模块设置在被测无人驾驶汽车的扭矩传感器和EPS控制器之间，并将中央控制模块与自动驾驶控制器连接。中央控制模块接收无线通信模块传输的上位机发送的测试控制信号，通过自动驾驶控制器控制被测无人驾驶汽车以目标速度匀速行驶，故障注入模块在故障持续时间内，向扭矩传感器输出的扭矩信号注入与故障类型对应的故障信号，数据记录模块记录IMU在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，中央控制模块分析数据记录模块记录的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，确定被测无人驾驶汽车的故障容错时间。由于本发明是基于在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻为量化指标，计算故障容错时间，因此，提高了故障容错时间的计算精度。并且，实验人员可以通过上位机和无线通信模块远程控制被测无人驾驶汽车的行驶和故障注入，从而避免了实验人员直接操作被测无人驾驶汽车，因此，极大的减少了车辆失控可能对实验人员造成的伤害。

参见图2，本发明一实施例公开的一种故障容错时间测试系统，该测试系统用于与被测无人驾驶汽车连接，该测试系统包括：中央控制模块21、无线通信模块22、数据记录模块23、IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)24和故障注入模块25。

其中：

无线通信模块22与中央控制模块21连接，用于接收上位机20发送的测试控制信号，并将该测试控制信号发送至中央控制模块21，测试控制信号包括：目标车速、故障类型和故障持续时间。

可选的，无线通信模块22可以为蓝牙模块。

中央控制模块21用于发送车速控制指令至被测无人驾驶汽车的自动驾驶控制器11，车速控制指令中包含有目标车速，并在被测无人驾驶汽车以目标车速匀速行驶的状态的情况下，向故障注入模块25发送包含有故障类型和故障持续时间的故障注入命令，车速控制指令为，自动驾驶控制器11控制被测无人驾驶汽车以目标车速匀速行驶的基础。

故障注入模块25分别与中央控制模块21、被测无人驾驶汽车的扭矩传感器12和EPS控制器13连接，故障注入模块25用于在故障持续时间内，向被测无人驾驶汽车的扭矩传感器12输出的扭矩信号注入与故障类型对应的故障信号，生成目标故障扭矩信号，并将目标故障扭矩信号输出至EPS控制器13。

具体的，故障注入模块25用于根据中央控制模块21发送的故障注入命令，向扭矩传感器12输出的扭矩信号注入与故障类型对应的故障信号，并将基于扭矩信号和故障信号生成的目标故障扭矩信号输出至EPS控制器13；还用于根据中央控制模块21发送的故障解除信号，向扭矩信号停止注入故障信号。

也就是说，故障注入模块25可以响应中央控制模块21发送的故障注入命令和故障解除信号，故障注入模块25根据中央控制模块21发送的故障注入命令，自动向扭矩传感器12输出的扭矩信号注入故障信号，比如，自转向故障信号。故障注入模块25根据中央控制模块21发送的故障解除信号，停止向扭矩传感器12输出的扭矩信号注入故障信号。因此，本发明可以通过故障注入模块25实现故障信号的自动注入和自动解除。

IMU24用于采集在故障持续时间内每个时刻的车辆侧向加速度。

数据记录模块23分别与中央控制模块21和IMU24连接，数据记录模块23用于记录IMU24在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻。

具体的，在被测无人驾驶汽车的整个实验过程中，IMU24会实时采集被测无人驾驶汽车的车辆侧向加速度，并实时将采集的车辆侧向加速度发送至数据记录模块23进行存储。其中，数据记录模块23记录的每个车辆侧向加速度的采集时刻也即该车辆侧向加速度的发生时刻。

中央控制模块21还用于分析数据记录模块23记录的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，确定被测无人驾驶汽车的故障容错时间。

在实际应用中，中央控制模块21在控制故障注入模块25停止注入故障信号的同时，还可以向自动驾驶控制器11输出刹车信号，接收自动驾驶控制器11反馈的车辆刹停信号，车辆刹停信号由自动驾驶控制器11在确定被测无人驾驶汽车刹停后生成，中央控制模块21从数据记录模块23获取车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，分析数据记录模块23记录的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，确定被测无人驾驶汽车的故障容错时间。

为便于理解，下面对故障容错时间测试系统的工作原理阐述如下：

故障容错时间测试系统在工作之前，需要实验人员做一些准备工作，包括：实验人员将被测无人驾驶汽车启动，控制无线通信模块22与上位机20之间建立无线通信连接，其中，实验人员预先在上位机20中输入控制信号，该控制信号包括：目标车速，比如120km/h，故障类型，比如，自转向故障，故障持续时间，比如，1s。当无线通信模块22与上位机20之间建立无线通信连接之后，实验人员关闭被测无人驾驶汽车的车门，并远离被测无人驾驶汽车。

故障容错时间测试系统开始工作，中央控制模块21接收无线通信模块22传输的上位机20发送的测试控制信号，并向自动驾驶控制器11发送车速控制指令，车速控制指令中包含有目标车速。

自动驾驶控制器11接收车速控制指令，并向VCU17发送加速信号，VCU17根据该加速信号将被测无人驾驶汽车的车速加速至目标车速，并将实时检测的车速信号反馈至自动驾驶控制器11，当自动驾驶控制器11确定被测无人驾驶汽车的车速加速至目标车速时，自动驾驶控制器11向VCU17发送匀速信号，从而使被测无人驾驶汽车以目标车速匀速行驶。

在实际应用中，中央控制模块21可以接收自动驾驶控制器11反馈的匀速行驶确认信息，该匀速行驶确认信息由自动驾驶控制器11控制被测无人驾驶汽车以目标车速匀速行驶后生成。

中央控制模块21在被测无人驾驶汽车以目标车速匀速行驶的状态的情况下，向故障注入模块25发送包含有故障类型和故障持续时间的故障注入命令，控制故障注入模块25执行注入故障信号的操作，并开始计时。

故障注入模块25根据中央控制模块21发送的故障注入命令，在故障持续时间内，向扭矩传感器12输出的扭矩信号注入与故障类型对应的故障信号，并将基于扭矩信号和故障信号生成的目标故障扭矩信号输出至EPS控制器13。

数据记录模块23记录IMU24在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻。

中央控制模块21实时判断故障注入时间是否达到故障持续时间，当确定故障注入时间达到故障持续时间时，向故障注入模块25发送故障解除信号。

故障注入模块25接收故障解除信号，根据该故障解除信号向扭矩传感器12输出的扭矩信号停止注入故障信号。

中央控制模块21分析数据记录模块23记录的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，确定被测无人驾驶汽车的故障容错时间。

综上可知，本发明公开的故障容错时间测试系统，包括：中央控制模块21、无线通信模块22、数据记录模块23、IMU24和故障注入模块25，中央控制模块21分别与无线通信模块22、数据记录模块23和故障注入模块25连接，数据记录模块23和IMU24连接，在控制被测无人驾驶汽车的故障容错时间时，将故障注入模块25设置在被测无人驾驶汽车的扭矩传感器12和EPS控制器13之间，并将中央控制模块21与自动驾驶控制器11连接。中央控制模块21接收无线通信模块22传输的上位机20发送的测试控制信号，通过自动驾驶控制器11控制被测无人驾驶汽车以目标速度匀速行驶，故障注入模块25在故障持续时间内，向扭矩传感器12输出的扭矩信号注入与故障类型对应的故障信号，数据记录模块23记录IMU在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，中央控制模块21分析数据记录模块23记录的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，确定被测无人驾驶汽车的故障容错时间。由于本发明是基于在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及每个车辆侧向加速度的采集时刻为量化指标，计算故障容错时间，因此，提高了故障容错时间的计算精度。并且，实验人员可以通过上位机20和无线通信模块22远程控制被测无人驾驶汽车的行驶和故障注入，从而避免了实验人员直接操作被测无人驾驶汽车，因此，极大的减少了车辆失控可能对实验人员造成的伤害。

需要说明的是，在实际应用中，故障注入模块25根据公式(1)向扭矩传感器12输出的扭矩信号注入故障信号，并生成目标故障扭矩信号，公式(1)如下：

T'＝K×T+T₀ (1)；

式中，T为扭矩传感器12输出的扭矩信号，T'为目标故障扭矩信号，T₀为扭矩偏差，根据故障类型确定取值，如自转向取5Nm，在故障解除时取0，K为故障系数，根据故障类型确定取值，如自转向故障取0，在故障解除时取1。

为进一步优化上述实施例，本发明还公开了故障注入模块25的内部结构示意图，参见图3，故障注入模块25包括：模数转换模块251、控制单元252和数模转换模块253。

其中，模数转换模块251分别与扭矩传感器12和控制单元252连接，模数转换模块251用于将扭矩传感器12输出的扭矩信号由模拟信号转换为数字信号，并将转换得到的扭矩数字信号输出至控制单元252；

控制单元252分别与数模转换模块253和中央控制模块21连接，控制单元252用于根据中央控制模块21发送的故障注入命令，向扭矩数字信号注入与故障信号，得到目标故障扭矩数字信号，并将目标故障扭矩数字信号输出至数模转换模块253；控制单元252还用于根据中央控制模块21发送的故障解除信号，向扭矩数字信号停止注入故障信号。

数模转换模块253与EPS控制器13连接，数模转换模块253用于将目标故障扭矩数字信号由数字信号转换为模拟信号，得到目标故障扭矩信号，并将目标故障扭矩信号输出至EPS控制器13。

与上述系统实施例相对应，本发明还公开了一种故障容错时间测试方法。

参见图4，本发明一实施例公开的一种故障容错时间测试方法流程图，该测试方法应用于图2所示实施例中的中央控制模块，该测试方法包括步骤：

步骤S101、接收测试控制信号；

其中，测试控制信号包括：目标车速、故障类型和故障持续时间，目标车速，比如120km/h，故障类型，比如，自转向故障，故障持续时间，比如，1s。

测试控制信号为通过无线通信模块从上位机接收到的。

步骤S102、发送车速控制指令至被测无人驾驶汽车的自动驾驶控制器；

其中，车速控制指令中包含有目标车速，车速控制指令为，自动驾驶控制器控制被测无人驾驶汽车以目标车速匀速行驶的基础。

具体的，自动驾驶控制器接收中央控制模块发送的车速控制指令，通过控制VCU将被测无人驾驶汽车的车速加速至目标车速，并使被测无人驾驶汽车以目标车速匀速行驶。当自动驾驶控制器控制被测无人驾驶汽车以目标车速匀速行驶后，自动驾驶控制器会向中央控制模块反馈匀速行驶确认信息。

步骤S103、在被测无人驾驶汽车以目标车速匀速行驶的状态的情况下，向故障注入模块发送包含有故障类型和故障持续时间的故障注入命令；

具体的，中央控制模块在被测无人驾驶汽车以目标车速匀速行驶的状态的情况下，向故障注入模块发送包含有故障类型和故障持续时间的故障注入命令，以控制故障注入模块在故障持续时间内，向被测无人驾驶汽车的扭矩传感器输出的扭矩信号注入与故障类型对应的故障信号，生成目标故障扭矩信号，并将目标故障扭矩信号输出至EPS控制器，EPS控制器接收目标故障扭矩信号，并依据目标故障扭矩信号控制电动助力转向系统工作。

步骤S104、控制数据记录模块记录在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻；

具体的，中央控制模块控制数据记录模块记录IMU在故障持续时间内采集的每个时刻的车辆侧向加速度以及每个车辆侧向加速度的采集时刻。

步骤S105、分析数据记录模块记录的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，确定被测无人驾驶汽车的故障容错时间。

综上可知，本发明公开的故障容错时间测试方法，中央控制模块接收无线通信模块传输的上位机发送的测试控制信号，通过自动驾驶控制器控制被测无人驾驶汽车以目标速度匀速行驶，故障注入模块在故障持续时间内，向扭矩传感器输出的扭矩信号注入与故障类型对应的故障信号，数据记录模块记录IMU在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，中央控制模块分析数据记录模块记录的车辆侧向加速度以及车辆侧向加速度的采集时刻，确定被测无人驾驶汽车的故障容错时间。由于本发明是基于在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及每个车辆侧向加速度的采集时刻为量化指标，计算故障容错时间，因此，提高了故障容错时间的计算精度。并且，实验人员可以通过上位机和无线通信模块远程控制被测无人驾驶汽车的行驶和故障注入，从而避免了实验人员直接操作被测无人驾驶汽车，因此，极大的减少了车辆失控可能对实验人员造成的伤害。

为进一步优化上述实施例，本发明还公开了计算被测无人驾驶汽车的故障容错时间的具体过程。

上述实施例中的步骤S105具体包括：

A、根据公式(2)，基于每个车辆侧向加速度以及每个车辆侧向加速度的采集时刻，对车辆侧向加速度进行积分，得到车辆侧向位移与时间的对应关系，公式(2)如下：

式中，y_t为t时刻车辆侧向位移，a_t为t时刻的车辆侧向位移，t的取值为[0，t_{故障注入时间}]。

需要说明的是，t的取值范围依据故障持续时间确定。

假设，故障持续时间为1s，每1ms进行一次积分计算，则可以得到1000个离散的车辆侧向位移与时间的对应关系。

B、基于车辆侧向位移与时间的对应关系，确定第一车辆侧向位移、第一车辆侧向位移对应的第一时刻、第二车辆侧向位移和第二车辆侧向位移对应的第二时刻；

其中，第一车辆侧向位移小于侧向位移限值，第二车辆侧向位移大于侧向位移限值，第一时刻和第二时刻相邻。

具体的，将各个车辆侧向位移与侧向位移限值进行比较，选择两个相邻时间点，分别为第一时刻和第二时刻，第一时刻对应的第一车辆侧向位移小于侧向位移限值，第二时刻对应的第二车辆侧向位移大于侧向位移限值。

C、根据公式(3)，通过线性插值得到故障容错时间，公式(3)如下：

式中，T为故障容错时间，y_lim为侧向位移限值，y₁为第一车辆侧向位移，y₂为第二车辆侧向位移，t₁为第一时刻，t₂为第二时刻。

需要说明的是，为便于实验人员后续查看整个实验过程中的数据，本发明中的数据记录模块还可以记录整个实验过程中的数据，如车辆侧向加速度、故障注入时间、故障解除时间等。

因此，为进一步优化上述实施例，故障容错时间测试方法还可以包括：

在向故障注入模块发送所述故障注入命令时，记录故障注入时刻并开始计时；

将故障注入时刻存储至数据记录模块。

为进一步优化上述实施例，故障容错时间测试方法还可以包括：

当故障注入模块向扭矩信号注入故障信号的时间达到故障持续时间时，向故障注入模块发送故障解除信号，以控制故障注入模块向扭矩信停止注入故障信号，并记录故障解除时刻；

将故障解除时刻存储至数据记录模块。

需要说明的是，本实施例中，计时结束指的是：故障注入时间达到故障持续时间。

本发明为保证故障注入模块在故障持续时间内向扭矩信号注入与故障类型对应的故障信号，中央控制模块向故障注入模块发送故障注入命令的同时开始计时，在计时结束后，也即故障注入模块向扭矩信号注入故障信号的时间达到故障持续时间时，中央控制模块向故障注入模块发送故障解除信号，停止注入故障信号。

具体的，中央控制模块实时判断故障注入时间是否达到故障持续时间，当确定故障注入时间达到故障持续时间时，向故障注入模块发送故障解除信号。故障注入模块接收故障解除信号，根据该故障解除信号向扭矩传感器输出的扭矩信号停止注入故障信号。

在实际应用中，中央控制模块在中央控制模块控制故障注入模块停止注入故障信号同时，还可以向自动驾驶控制器输出刹车信号；自动驾驶控制器根据该刹车信号控制制动模块对被测无人驾驶汽车进行刹车制动，在确定被测无人驾驶汽车刹停后生成车辆刹停信号，并将车辆刹停信号发送给中央控制模块。其中，刹车信号可以为将被测无人驾驶汽车的速度降为0。

为进一步优化上述实施例，步骤S103具体可以包括：

向故障注入模块发送故障注入命令；

控制故障注入模块根据公式(4)向扭矩信号注入故障信号，生成目标故障扭矩信号，公式(4)如下：

T'＝K×T+T₀ (4)；

式中，T为扭矩传感器输出的扭矩信号，T'为目标故障扭矩信号，T₀为扭矩偏差，根据故障类型确定取值，如自转向取5Nm，在故障解除时取0，K为故障系数，根据故障类型确定取值，如自转向故障取0，在故障解除时取1。

综上可知，本发明是基于在故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及每个车辆侧向加速度的采集时刻为量化指标，计算故障容错时间，因此，提高了故障容错时间的计算精度。并且，实验人员可以通过上位机和无线通信模块远程控制被测无人驾驶汽车的行驶和故障注入，从而避免了实验人员直接操作被测无人驾驶汽车，因此，极大的减少了车辆失控可能对实验人员造成的伤害。另外，本发明还可以记录整个实验过程中的数据，比如，车辆侧向加速度、故障注入时间和故障解除时间等，从而便于实验人员后续查看实验数据。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种故障容错时间测试系统，其特征在于，包括：中央控制模块、无线通信模块、数据记录模块、惯性测量单元IMU和故障注入模块；

所述无线通信模块用于接收上位机发送的测试控制信号，所述测试控制信号包括：目标车速、故障类型和故障持续时间；

所述中央控制模块用于发送车速控制指令至被测无人驾驶汽车的自动驾驶控制器，所述车速控制指令中包含有所述目标车速，并在所述被测无人驾驶汽车以所述目标车速匀速行驶的状态的情况下，向所述故障注入模块发送包含有所述故障类型和所述故障持续时间的故障注入命令，所述车速控制指令为，所述自动驾驶控制器控制所述被测无人驾驶汽车以所述目标车速匀速行驶的基础；

所述故障注入模块用于在所述故障持续时间内，向所述被测无人驾驶汽车的扭矩传感器输出的扭矩信号注入与所述故障类型对应的故障信号，生成目标故障扭矩信号，并将所述目标故障扭矩信号输出至电动助力转向系统EPS控制器；

所述数据记录模块用于记录所述IMU在所述故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及所述车辆侧向加速度的采集时刻；

所述中央控制模块还用于分析所述数据记录模块记录的车辆侧向加速度以及所述车辆侧向加速度的采集时刻，确定所述被测无人驾驶汽车的故障容错时间。

2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述故障注入模块包括：模数转换模块、控制单元和数模转换模块；

所述模数转换模块分别与所述扭矩传感器和所述控制单元连接，所述模数转换模块用于将所述扭矩传感器输出的扭矩信号由模拟信号转换为数字信号，并将转换得到的扭矩数字信号输出至所述控制单元；

所述控制单元分别与所述数模转换模块和所述中央控制模块连接，所述控制单元用于根据所述中央控制模块发送的所述故障注入命令，向所述扭矩数字信号注入所述故障信号，得到目标故障扭矩数字信号，并将所述目标故障扭矩数字信号输出至所述数模转换模块；还用于根据所述中央控制模块发送的故障解除信号，向所述扭矩数字信号停止注入所述故障信号；

所述数模转换模块与所述EPS控制器连接，所述数模转换模块用于将所述目标故障扭矩数字信号由数字信号转换为模拟信号，得到所述目标故障扭矩信号，并将所述目标故障扭矩信号输出至所述EPS控制器。

3.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述无线通信模块包括：蓝牙模块。

4.一种故障容错时间测试方法，其特征在于，所述测试方法应用于权利要求1～3任意一项所述的故障容错时间测试系统中的中央控制模块，所述测试方法包括：

接收测试控制信号，所述测试控制信号包括：目标车速、故障类型和故障持续时间，所述测试控制信号为通过无线通信模块从上位机接收到的；

发送车速控制指令至被测无人驾驶汽车的自动驾驶控制器，所述车速控制指令中包含有所述目标车速，所述车速控制指令为，所述自动驾驶控制器控制所述被测无人驾驶汽车以所述目标车速匀速行驶的基础；

在所述被测无人驾驶汽车以所述目标车速匀速行驶的状态的情况下，向故障注入模块发送包含有所述故障类型和所述故障持续时间的故障注入命令，以控制所述故障注入模块在所述故障持续时间内，向所述被测无人驾驶汽车的扭矩传感器输出的扭矩信号注入与所述故障类型对应的故障信号，生成目标故障扭矩信号，并将所述目标故障扭矩信号输出至EPS控制器；

控制数据记录模块记录在所述故障持续时间内采集的车辆侧向加速度以及所述车辆侧向加速度的采集时刻；

分析所述数据记录模块记录的车辆侧向加速度以及所述车辆侧向加速度的采集时刻，确定所述被测无人驾驶汽车的故障容错时间。

5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述分析所述数据记录模块记录的车辆侧向加速度以及所述车辆侧向加速度的采集时刻，确定所述被测无人驾驶汽车的故障容错时间，具体包括：

根据如下公式，基于每个所述车辆侧向加速度以及每个所述车辆侧向加速度的采集时刻，对所述车辆侧向加速度进行积分，得到车辆侧向位移与时间的对应关系；

式中，y_t为t时刻车辆侧向位移，a_t为t时刻的车辆侧向位移，t的取值为[0，t_{故障注入时间}]；

基于所述对应关系，确定第一车辆侧向位移、所述第一车辆侧向位移对应的第一时刻、第二车辆侧向位移和所述第二车辆侧向位移对应的第二时刻，其中，所述第一车辆侧向位移小于侧向位移限值，所述第二车辆侧向位移大于所述侧向位移限值，所述第一时刻和所述第二时刻相邻；

根据如下公式，通过线性插值得到所述故障容错时间；

式中，T为所述故障容错时间，y_lim为所述侧向位移限值，y₁为所述第一车辆侧向位移，y₂为所述第二车辆侧向位移，t₁为所述第一时刻，t₂为所述第二时刻。

6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，还包括：

在向所述故障注入模块发送所述故障注入命令时，记录故障注入时刻并开始计时；

将所述故障注入时刻存储至所述数据记录模块。

7.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，还包括：

当所述故障注入模块向所述扭矩信号注入所述故障信号的时间达到所述故障持续时间时，向所述故障注入模块发送故障解除信号，以控制所述故障注入模块向所述扭矩信停止注入所述故障信号，并记录故障解除时刻；

将所述故障解除时刻存储至所述数据记录模块。

8.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述向故障注入模块发送包含有所述故障类型和所述故障持续时间的故障注入命令，具体包括：

向所述故障注入模块发送所述故障注入命令；

控制所述故障注入模块根据如下公式向所述扭矩信号注入所述故障信号，生成所述目标故障扭矩信号；

T'＝K×T+T₀；

式中，T为所述扭矩传感器输出的所述扭矩信号，T'为所述目标故障扭矩信号，T₀为扭矩偏差，K为故障系数。

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