CN112193183A - 隔离部件、自动驾驶车辆冗余架构及隔离部件控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式提供一种隔离部件、自动驾驶车辆冗余架构及隔离部件控制方法，属于自动驾驶汽车技术领域。隔离部件，包括：处理器、收发器、开关模块、开关驱动模块、开关状态监控模块及至少一个电源监控模块；开关驱动模块及开关状态监控模块均与处理器及开关模块连接，电源监控模块与开关模块及处理器连接，收发器与处理器连接；开关模块的第一接线端及第二接线端串联在供电回路中，开关驱动模块依据处理器发送的控制指令控制开关模块的第一接线端及第二接线端导通/断开。本发明通过隔离部件对主电源回路进行诊断，当主电源回路出现故障时能快速切断故障回路，有效避免了因电源失效导致车辆失控的情况，保障了司乘人员的安全。

Description

隔离部件、自动驾驶车辆冗余架构及隔离部件控制方法

技术领域

本发明涉及自动驾驶汽车技术领域，具体地涉及一种隔离部件、一种自动驾驶车辆冗余架构及一种隔离部件控制方法。

背景技术

自动驾驶车辆旨在解放驾驶员的双手和双眼，提高驾驶舒适性及安全性,在系统发生失效情况时，可以提醒驾驶员及时接管车辆。目前，12V低压电网为整车功能部件的基础供电保障，但现有的电源系统架构在低压电网系统出现短路、断路等失效时，车辆自主行车控制部件无法正常工作，存在失控风险，危害司乘人身安全。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种隔离部件、自动驾驶车辆冗余架构及隔离部件控制方法，以解决现有低压电网系统故障时车辆自主行车控制部件无法正常工作的问题。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供一种隔离部件，包括：

处理器、收发器、开关模块、开关驱动模块、开关状态监控模块及至少一个电源监控模块；

所述处理器的输出端与所述开关驱动模块的输入端连接，所述开关驱动模块的输出端与所述开关模块的输入端连接，所述开关状态监控模块的输入端与所述开关模块的输出端连接，所述开关状态监控模块的输出端与所述处理器的输入端连接，所述至少一个电源监控模块的输入端与所述开关模块的第一接线端或第二接线端连接，所述至少一个电源监控模块的输出端与所述处理器的输入端连接，所述收发器与所述处理器连接；

所述开关模块用于通过所述开关模块的第一接线端及第二接线端串联在供电回路中，所述处理器用于向所述开关驱动模块发送控制指令，所述开关驱动模块用于依据所述处理器发送的控制指令控制所述开关模块的第一接线端及第二接线端导通/断开。

可选地，所述至少一个电源监控模块包括第一电源监控模块及第二电源监控模块；所述第一电源监控模块的输入端与所述开关模块的第一接线端连接，所述第一电源监控模块的输出端与所述处理器的输入端连接，所述第二电源监控模块的输入端与所述开关模块的第二接线端连接，所述第二电源监控模块的输出端与所述处理器的输入端连接。

可选地，所述隔离部件还包括电源管理模块，所述电源管理模块的输出端与所述处理器的输入端连接，所述电源管理模块的输入端与至少两个供电电源连接。

在本发明的第二方面，提供一种自动驾驶车辆冗余架构，包括第一隔离部件及第二隔离部件，所述第一隔离部件及第二隔离部件为上述的隔离部件，所述自动驾驶车辆冗余架构，还包括：

发电装置、主电池、副电池、第一驾驶系统及第二驾驶系统；

所述发电装置、第一隔离部件及主电池依次串联，所述第一驾驶系统连接在所述主电池与所述第一隔离部件之间，所述发电装置、第二隔离部件及副电池依次串联，所述第二驾驶系统连接在所述副电池与所述第二隔离部件之间；

所述发电装置用于在车辆启动后为所述主电池及副电池充电，以及为所述第一驾驶系统及所述第二驾驶系统供电；

所述第一隔离部件用于控制所述发电装置与所述主电池及所述发电装置与所述第一驾驶系统的通/断，所述第二隔离部件用于控制所述发电装置与所述副电池及所述发电装置与所述第二驾驶系统的通/断；

所述主电池用于当所述第一隔离部件断开时为所述第一驾驶系统供电，所述副电池用于当所述第二隔离部件断开时为所述第二驾驶系统供电。

可选地，所述第一驾驶系统包括常规负载、辅助驾驶控制器、辅助驾驶系统传感器组、制动系统及转向系统；所述第二驾驶系统包括自动驾驶控制器、自动驾驶系统传感器组、冗余制动系统、冗余转向系统及冗余灯光控制系统。

可选地，所述自动驾驶车辆冗余架构，还包括：

第一电池监控装置，用于监测所述主电池的电压值、所述主电池与所述发电装置的连接回路是否导通，以及所述主电池与所述第一驾驶系统的连接回路是否导通；

第二电池监控装置，用于监测所述副电池的电压值、所述副电池与所述发电装置的连接回路是否导通，以及所述副电池与所述第二驾驶系统的连接回路是否导通。

可选地，所述第一隔离部件与所述主电池及所述副电池连接；所述第二隔离部件与所述主电池及所述副电池连接。

可选地，所述冗余灯光控制系统，包括：

闪光继电器及冗余转向灯，所述闪光继电器的输入端与所述自动驾驶控制器的输出端连接，所述冗余转向灯与所述闪光继电器的输出端连接。

可选地，所述制动系统、转向系统、自动驾驶传感器组、冗余制动系统、冗余转向系统及冗余灯光控制系统分别与所述自动驾驶控制器连接；

所述辅助驾驶系统传感器组、制动系统、转向系统、冗余制动系统及冗余转向系统分别与所述辅助驾驶控制器连接；

所述自动驾驶控制器与所述辅助驾驶控制器连接。

在本发明的第三方面，提供一种自动驾驶汽车，包括上述的自动驾驶车辆冗余架构。

在本发明的第四方面，提供一种隔离部件控制方法，应用于上述的隔离部件，方法包括：

处理器被唤醒后，控制开关模块吸合，以导通当前供电回路；

若当前供电回路的监测数据异常，所述处理器控制所述开关模块断开，以断开当前供电回路，所述监测数据通过电源监控模块采集；

若所述隔离部件满足自恢复条件，所述处理器控制所述开关模块吸合。

可选地，所述监测数据包括电压值、电流值及温度值，所述若当前供电回路的监测数据异常，所述处理器控制所述开关模块断开，断开当前供电回路，包括：

若所述电压值、电流值及温度值中的任一项超过阈值时，所述处理器控制所述开关模块断开，以断开当前供电回路，记录并发送对应的故障代码。

可选地，所述若所述隔离部件满足自恢复条件，所述处理器控制所述开关模块吸合，包括：

S1、所述处理器控制所述开关模块在预设时间内闭合n次；

S2、持续判断所述监测数据，若当前监测数据正常，控制所述开关模块保持吸合；若当前监测数据异常，控制所述开关模块断开至所述处理器经过一个电源周期变化，转至S1；所述一个电源周期变化为所述处理器依次经掉电、上电、掉电或所述处理器依次经上电、掉电、上电。

可选地，所述处理器控制开关模块吸合，以导通当前供电回路之后，还包括：

所述处理器通过开关状态监控模块采集所述开关模块的当前开关状态；

若所述开关模块的当前开关状态为断开，记录并发送对应的故障代码。

在本发明的第五方面，提供一种自动驾驶车辆冗余控制方法，应用于上述的自动驾驶车辆冗余架构，方法包括：

当自动驾驶控制器故障时，切换辅助驾驶控制器控制转向系统及制动系统以控制车辆靠边停车或控制所述制动系统以控制车辆紧急制动；

当所述制动系统故障时，所述自动驾驶控制器或所述辅助驾驶控制器控制冗余制动系统以控制车辆制动；

当所述转向系统故障时，所述自动驾驶控制器或所述辅助驾驶控制器控制所述冗余转向系统以控制车辆转向。

本发明上述技术方案通过隔离部件对主电源回路进行诊断，当主电源回路出现故障时能快速切断故障回路，有效保证了车辆低压电网的稳定，避免了传统低压电网系统中电源失效车辆自主行车控制部件无法正常工作而导致车辆失控的情况，有效的保障了司乘人员的安全。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明实施例1提供的一种隔离部件结构示意图；

图2是本发明实施例2提供的现有低压电网系统架构示意图；

图3是本发明实施例2提供的自动驾驶车辆冗余架构示意图；

图4是本发明实施例2提供的冗余灯光控制系统结构示意图；

图5是本发明实施例2提供的一种自动驾驶车辆冗余架构控制示意图；

图6是本发明实施例2提供的另一种自动驾驶车辆冗余架构控制示意图；

图7是本发明实施例3提供的隔离部件唤醒流程图；

图8是本发明实施例3提供的隔离部件工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

如图1所示，在本发明的第一方面，提供一种隔离部件，包括：

处理器、收发器、开关模块、开关驱动模块及电源管理模块；

处理器的输出端与开关驱动模块的输入端连接，开关驱动模块的输出端与开关模块的输入端连接，至少一个电源监控模块的输入端与开关模块的第一接线端或第二接线端连接，至少一个电源监控模块的输出端与处理器的输入端连接，收发器与处理器连接；

开关模块用于通过开关模块的第一接线端及第二接线端串联在供电回路中，处理器用于向开关驱动模块发送控制指令，开关驱动模块用于依据处理器发送的控制指令控制开关模块的第一接线端及第二接线端导通/断开。

本实施例中，隔离开关可设置在供电装置与蓄电池之间，其中，供电装置可以为车辆上的发电装置，具体的，隔离开关的第一接线端与发电装置的输出端连接，其第二接线端与蓄电池的输入端连接，以控制发电装置与蓄电池导通或断开。其中，处理器为MCU，例如可以为STM32系列的MCU。收发器为CAN信号收发器，MCU通过CAN信号收发器与整车的其他控制模块进行通信连接，例如，与自动驾驶控制器通信连接并接收自动驾驶控制器的控制指令，以控制开关模块的通断。开关模块包括多个集成的背靠背MOSFET模块，例如，两个背靠背的MOSFET模块组成一组开关，为了保证电路的可靠性，还可以通过多组背靠背的MOSFET模块并联以分摊电路电流，实现电流的分流，从而减小单路背靠背的MOSFET模块的损耗，基于背靠背MOSFET模块的开关模块为现有技术，其具体结构此处不再赘述。开关驱动模块包括开关驱动芯片，例如LTC4368驱动芯片，开关驱动芯片的输出端与MOSFET模块的栅极连接，以控制MOSFET模块的通断，开关驱动芯片的输入端与MCU的输出端连接，以接收MCU的控制信号。电源监控模块包括电源监控芯片，电源监控芯片的输入端连接在供电回路的监测点上，其输出端与MCU的输入端连接，电源监控芯片采集供电回路上的电压值、电流值及电路温度，并将采集到的数据发送给MCU，当电源监控芯片采集的电压值、电流值或电路温度异常时，例如供电回路出现过压、过流或欠压等情况，电压、电流或电路温度的监测值超过设定的限值时，MCU向开关驱动芯片发送断开开关模块的指令，开关驱动芯片依据该指令控制开关模块断开。以MOSFET模块为NMOSFET模块为例，MCU向开关驱动芯片发送低电平信号，开关驱动芯片向MOSFET模块的栅极输出低电平信号，从而控制MOSFET模块的源极和漏极截止断开，以切断发电装置与蓄电池之间的通路，从而保障供电电网的安全；可以理解的，在本实施例中，MCU向开关驱动芯片发送高电平信号时，开关驱动芯片向MOSFET模块的栅极输出高电平信号，从而控制MOSFET模块的源极和漏极导通，以导通发电装置与蓄电池之间的通路。隔离部件还包括电源管理模块，电源管理模块的输出端与处理器的输入端连接，电源管理模块的输入端与至少两个供电电源连接，其中，电源管理模块包括电源管理芯片，电源管理芯片的输入端与至少两个供电电源连接，在本实施例中，MCU的供电电源为蓄电池，蓄电池包括至少一个主电池及一个副电池，电源管理芯片分别与主电池及副电池连接，以向隔离部件供电，这样，当任一路供电电源故障时，另一路供电电源依然能为隔离部件供电，从而能保证隔离部件正常工作，可以理解的，电源管理芯片可以为MCU、电源监控芯片及开关驱动芯片分别供电，也可以为MCU供电，通过MCU为电源监控芯片及开关驱动芯片供电。其中，MCU可通过CAN信号唤醒，例如，通过CAN信号收发器接收自动驾驶控制器的指令唤醒，也可以通过电源管理芯片电唤醒，例如，电源管理芯片与车辆的IG线连接，以通过车辆的点火信号(KL15)唤醒MCU，且MCU仅当KL15下电且CAN信号收发器接收到自动驾驶控制器的休眠指令后，才进入休眠状态。其中，电源模式的切换由BCM(Body Control Module，车身控制模块)控制，BCM通过控制IGN继电器实现ON和OFF档位切换，当电源模式为ON时，BCM控制IGN继电器吸合，IGN电源线导通，MCU唤醒并控制开关模块吸合，导通供电回路，整车低压电网系统供电，当电源模式为OFF时，BCM控制IGN继电器断开，IGN电源线断开，MCU控制开关模块断开，整车低压电网系统不供电。本实施例的开关模块为常开开关装置，当MCU休眠时，开关模块的常开触点断开，开关模块的常开触点吸合导通。

本实施例中，电源监控模块包括第一电源监控模块及第二电源监控模块；第一电源监控模块的输入端与开关模块的第一接线端连接，第一电源监控模块的输出端与处理器的输入端连接，第二电源监控模块的输入端与开关模块的第二接线端连接，第二电源监控模块的输出端与处理器的输入端连接。第一电源监控模块包括第一电源监控芯片，第二电源监控模块包括第二电源监控芯片，以开关模块两端为监测点，由于开关模块的第一接线端及第二接线端分别与发电装置及蓄电池连接，因此隔离部件的第一电源监控芯片及第二电源监控芯片分别采集隔离开关的第一接线端处及第二接线端处的电压值、电流值及电路温度，从而能监测发电装置侧和蓄电池侧的电路状态，以便在监测数据异常时切断供电回路，进一步保障供电回路的安全。

为了进一步保证供电回路的安全，隔离部件还包括：开关状态监控模块，开关状态监控模块的输入端与开关模块的输出端连接，开关状态监控模块的输出端与处理器的输入端连接。开关状态监控模块包括开关状态监控芯片，开关状态监控芯片用于检测开关模块的吸合、断开状态，并向MCU(如TC212L系列)反馈开关模块的吸合、断开状态，以使得MCU能根据开关模块的吸合、断开状态及MCU发送的控制指令判断开关模块是否故障。其中，开关状态监控芯片可以为电压监测芯片或电流监测芯片，例如AN051A，通过采集开关模块两端的电压，MCU即可判断开关模块的吸合、断开状态，进而判断开关模块是否故障。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明还提供一种自动驾驶车辆冗余架构，包括第一隔离部件及第二隔离部件，第一隔离部件及第二隔离部件为实施例1所述的隔离部件，自动驾驶车辆冗余架构还包括：发电装置、主电池、副电池、第一驾驶系统及第二驾驶系统；发电装置、第一隔离部件及主电池依次串联，第一驾驶系统连接在主电池与第一隔离部件之间，发电装置、第二隔离部件及副电池依次串联，第二驾驶系统连接在副电池与第二隔离部件之间；发电装置用于在车辆启动后为主电池及副电池充电，以及为第一驾驶系统及第二驾驶系统供电；第一隔离部件用于控制发电装置与主电池及发电装置与第一驾驶系统的通/断，第二隔离部件用于控制发电装置与副电池及发电装置与第二驾驶系统的通/断；主电池用于当第一隔离部件断开时为第一驾驶系统供电，副电池用于当第二隔离部件断开时为第二驾驶系统供电。其中，第一隔离部件的2块电源监控芯片分别用于采集发电装置侧及主电池侧的电压值、电流值及电路温度数据，第二隔离部件的2块电源监控芯片分别用于采集发电装置侧及副电池侧的电压值、电流值及电路温度数据。

如此，本发明通过隔离部件对主电源回路进行诊断，当主电源回路出现故障时能快速切断故障回路，并切换至冗余控制系统对车辆进行控制，有效保证了车辆低压电网的稳定，避免了传统低压电网系统中电源失效车辆自主行车控制部件无法正常工作而导致车辆失控的情况，有效的保障了司乘人员的安全。

具体的，如图2所示为现有低压电网系统架构，当主干电源电路故障时，整车断电，所有电气系统功能失效，不能满足车辆电气功能可用性的需求，同时可能造成车辆失控导致事故。如图3所示，在本实施例中，主电池及副电池并联在供电回路中，分别为第一驾驶系统及第二驾驶系统供电，第一隔离部件的第一接线端与发电装置的输出端连接，其第二接线端与主电池及第一驾驶系统的各用电负载连接，第一驾驶系统的各用电负载与主电池并联；同理，第二隔离部件的第一接线端与发电装置的输出端连接，其第二接线端与副电池及第二驾驶系统的各用电负载连接，第二驾驶系统的各用电负载与副电池并联。本实施例中，发电装置为汽车发电机，当车辆启动后，发电装置在发动机的带动下运转发电，并通过第一隔离部件向第一驾驶系统供电，同时向主电池充电，以及通过第二隔离部件向第二驾驶系统供电，同时向副电池充电。主电池用于向起动机提供瞬时大电流，保证发动机在各种情况下能够可靠起动；在车辆不启动时,为整车负载供电；在发动机怠速或停机时能在一定时间内保证用于其他重要系统所需的部分或全部电能；副电池用于为副电池侧，即第二驾驶系统的用电设备供电。第一隔离部件和第二隔离部件保证了主电池和副电池两侧的电网系统相对独立，互不影响，当第一隔离部件或第二隔离部件监测到供电回路异常，如供电回路的电压值、电流值或电路温度异常时，第一隔离部件或第二隔离部件切断出现异常的供电回路，以避免因供电回路异常导致的起火等事故，当供电回路被切断后，通过该供电回路侧的电池为负载供电，以保证车辆运行过程中各功能模块不受影响，例如，当第一隔离部件断开后，由主电池为第一驾驶系统供电。同时，第一隔离部件与第二隔离部件的电源管理芯片分别与主电池及副电池连接，当其中一个隔离部件的MCU休眠时，其开关模块的常开触点断开，实现对主电池及副电池的隔离，避免两电池之间相互充电导致蓄电池馈电。

其中，第一驾驶系统包括常规负载、辅助驾驶控制器、辅助驾驶系统传感器组、制动系统及转向系统；第二驾驶系统包括自动驾驶控制器、自动驾驶系统传感器组、冗余制动系统、冗余转向系统及冗余灯光控制系统。制动系统、转向系统、自动驾驶传感器组、冗余制动系统、冗余转向系统及冗余灯光控制系统分别与自动驾驶控制器连接，从而与自动驾驶控制器进行数据交互，接受自动驾驶控制器的控制；辅助驾驶系统传感器组、制动系统、转向系统、冗余制动系统及冗余转向系统分别与辅助驾驶控制器连接，从而与辅助驾驶控制器进行数据交互，接受辅助驾驶控制器的控制；自动驾驶控制器与辅助驾驶控制器通信连接，进行数据交互，以实现自动驾驶控制器与辅助驾驶控制器的切换控制，例如，在自动驾驶控制器主控制的过程中自动驾驶控制器出现异常时，切换至辅助驾驶控制器控制制动系统动作以实现车辆的紧急靠边停车或本车道紧急制动。可以理解的，上述第一驾驶系统及第二驾驶系统中的各系统、控制器之间的通信连接可以通过现有的车辆CAN总线系统实现，此处不再赘述。

常规负载为车辆正常工作所连接的电气负载，包括动力系统、灯光系统、舒适娱乐系统等车用电器件。辅助驾驶控制器作为自动驾驶的辅助控制器，通过获取辅助驾驶传感器组采集的传感器信号，与整车其他控制器模块交互，例如与自动驾驶控制器和制动系统控制器交互，当自动驾驶控制器出现异常时，车辆的辅助驾驶控制器自动控制车辆实现靠边停车或本车道紧急制动。辅助驾驶系统传感器组包括为辅助驾驶控制器提供车辆及路况信息的传感器及摄像头，例如短程雷达、远程雷达、超声波传感器及视觉传感器。制动系统为车辆的主制动系统，包括制动系统传感器、制动系统控制器及执行器，其中，制动系统传感器组包括四个轮速传感器，用于采集轮速，制动系统控制器用于在自动驾驶功能场景下，接收自动驾驶控制器或辅助驾驶控制器的制动工作指令，控制执行器以实现自动制动及驻车功能。转向系统为车辆的主转向控制系统，包括转向系统传感器、转向系统控制器及执行器，在自动驾驶功能场景下，转向系统控制器接收自动驾驶控制器或辅助驾驶控制器发出的转向工作指令，并通过采集转向系统传感器，如角度传感器的传感器信号控制执行器按转向工作指令的目标角度实现车辆的转向。

自动驾驶控制器为自动驾驶的主控制器，通过采集自动驾驶传感器组的信号，与整车其他控制器模块交互，例如与制动系统控制器、转向系统控制器交互，从而进行自动驾驶的逻辑判断，实现车辆的自动驾驶控制，当检测到影响自动驾驶功能实现的故障时，例如自动驾驶传感器组故障，自动驾驶控制器无法接收到传感器信号或传感器信号异常时，自动驾驶控制器通过人机交互界面向驾驶员发送告警，提示驾驶员接管车辆，若驾驶员未在设定时间接管车辆，则自动控制车辆向转向系统控制器和/或制动系统控制器发送控制指令以控制车辆靠边停车或本车道紧急制动。自动驾驶传感器组为自动驾驶控制器提供准确的车辆及路况信息的传感器、摄像头等，例如超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达或设置在车辆后视镜盲区等位置的车载摄像头。冗余制动系统为车辆的辅助制动系统，包括辅助制动系统传感器、辅助制动系统控制器及执行器，其中，辅助制动系统传感器可以为备份的轮速传感器，辅助制动系统控制器为备份的制动系统控制器，执行器可以为备份的执行器，也可以是与制动系统共用的执行器。在自动驾驶功能场景下，当制动系统出现故障时，辅助制动系统控制器接收自动驾驶控制器或辅助驾驶控制器的工作指令，控制执行器以实现自动制动及驻车功能。冗余转向系统为辅助转向控制系统，包括辅助转向系统传感器、辅助转向控制器及执行器，其中，辅助转向系统传感器为备份的转向系统传感器，例如备份的角度传感器，辅助转向控制器为备份的转向系统控制器，执行器可以为备份的执行器，也可以是与转向系统共用的执行器；本实施例采用备份的执行器，该执行器为双绕组转向电机，该转向电机与副电池连接；在自动驾驶功能场景下，辅助转向控制器接收自动驾驶控制器或辅助驾驶控制器发出的转向工作指令，并控制双绕组转向电机实现车辆的转向，当双绕组转向电机中的任意一路转向电机故障时，辅助转向控制器控制另一路转向电机工作，实现车辆自动转向功能。冗余灯光控制系统为后部告警灯冗余控制系统，在自动驾驶功能场景，常规灯光系统故障后，冗余灯光控制系统接收自动驾驶控制器的灯光工作指令，驱动告警灯点亮，以提示其它交通参与者，避免危害事件的发生。

如图4所示，正常情况下，车辆的后部危险告警灯由常规灯光系统控制，常规灯光系统包括危险报警灯开关及灯光控制器，车辆的左前转向灯、右前转向灯、左后转向灯1及右后转向灯1分别与灯光控制器连接，灯光控制器与主电池及第一隔离部件的第二接线端连接，危险报警灯开关与灯光控制器连接，当驾驶员需要点亮车辆的后部危险告警灯时，通过按压危险报警灯开关产生一危险报警灯开关信号并发送至灯光控制器，灯光控制器输出告警灯电源到各转向灯，并控制左后转向灯1及右后转向灯1以设定频率闪烁。冗余灯光控制系统为常规灯光系统的危险报警灯控制备份，包括：闪光继电器及冗余转向灯，冗余转向灯包括左后转向灯2及右后转向灯2，闪光继电器的输入端与自动驾驶控制器的输出端连接，左后转向灯2及右后转向灯2与闪光继电器的输出端连接，自动驾驶控制器及闪光继电器均与副电池及第二隔离部件的第二接线端连接。当常规灯光系统的危险报警灯控制部分故障时，自动驾驶控制器发送低有效的使能信号给闪光继电器，闪光继电器驱动左后转向灯2及右后转向灯2以设定频率闪烁。闪光继电器、智能驾驶控制器与常规灯光系统的灯光控制器在不同的电源下取电，从而做到电源互不影响。其中，左后转向灯2及右后转向灯2可以是左后转向灯1及右后转向灯1的备份，也可以与左后转向灯1及右后转向灯1公用一套转向灯，当左后转向灯2及右后转向灯2与，左后转向灯1及右后转向灯1公用一套转向灯时，每个单侧的后部危险告警灯(左后转向灯或右后转向灯)均设置有两个相互独立的电源接口，分别与灯光控制器及闪光继电器连接，从而实现独立控制，互不干扰。

为了进一步保证车辆的行车安全，自动驾驶车辆冗余架构，还包括：第一电池监控装置，用于监测主电池的电压值、主电池与发电装置的连接回路是否导通，以及主电池与第一驾驶系统的连接回路是否导通；第一电池监控装置，用于监测副电池的电压值、副电池与发电装置的连接回路是否导通，以及副电池与第二驾驶系统的连接回路是否导通。其中，第一电池监控装置及第二电池监控装置逻辑结构相同，例如，均可采用MAXIM公司的DS2762监测芯片及外围电路实现，DS2762监测芯片可实时监测电流、电压、温度和电池的剩余电量等参数，通过双向数据线即可实现与外接控制器的通讯，从而第一电池监控装置及第二电池监控装置能将采集到的主电池及副电池数据分别发送给相关控制器，例如将采集到的电池数据发送给自动驾驶控制器，当数据异常时，自动驾驶控制器发送报警信息并显示在人机交互界面上。DS2762监测芯片及其相关外围电路为现有技术，也不是本发明的发明点，对此不再赘述。

车辆工作时第一隔离部件及第二隔离部件的控制流程如下：

如图5所示，当车辆电源模式为ON时，第一隔离部件及第二隔离部件的MCU唤醒，第一隔离部件及第二隔离部件的MCU向对应的开关驱动芯片发送控制信号，例如高电平信号，以通过开关驱动芯片控制开关模块的MOSFET模块导通，第一隔离部件及第二隔离部件均吸合导通；发电装置为辅助驾驶控制器、辅助驾驶系统传感器组、制动系统、转向系统、常规负载供电、自动驾驶控制器、自动驾驶系统传感器组、冗余制动系统、冗余转向系统及冗余灯光控制系统供电，同时为主电池及副电池充电。

如图3所示，当车辆电源模式为OFF时，第一隔离部件及第二隔离部件的MCU均失电，从而第一隔离部件及第二隔离部件的开关模块的MOSFET模块断开，第一隔离部件及第二隔离部件均断开；当电源模式为ON，但发电装置侧电路故障时，第一隔离部件及第二隔离部件的电源监控芯片监测到的发电装置侧的电压值、电流值或电路温度超过设定的限值，第一隔离部件及第二隔离部件的MCU向对应的开关驱动芯片发送控制信号，例如低电平信号，令对应的开关模块的MOSFET模块断开，第一隔离部件及第二隔离部件均断开。第一隔离部件及第二隔离部件均断开时，由主电池为辅助驾驶控制器、辅助驾驶系统传感器组、制动系统、转向系统及常规负载供电；由副电池为自动驾驶控制器、自动驾驶系统传感器组、冗余制动系统、冗余转向系统及冗余灯光控制系统供电。

同理，如图6所示，当电源模式为ON，但第一隔离部件检测到主电池侧的电压值、电流值或电路温度超过设定的限值时，第一隔离部件断开，第二隔离部件导通，由主电池为辅助驾驶控制器、辅助驾驶系统传感器组、制动系统、转向系统及常规负载供电；由发电装置为自动驾驶控制器、自动驾驶系统传感器组、冗余制动系统、冗余转向系统及冗余灯光控制系统供电。

当电源模式为ON，但第二隔离部件检测到副电池侧的电压值、电流值或电路温度超过设定的限值时，第二隔离部件断开，第一隔离部件导通，由发电装置为辅助驾驶控制器、辅助驾驶系统传感器组、制动系统、转向系统及常规负载供电；由副电池为自动驾驶控制器、自动驾驶系统传感器组、冗余制动系统、冗余转向系统及冗余灯光控制系统供电。

在本实施例的自动驾驶车辆冗余架构中，隔离部件需要在供电回路异常时准确的执行断开动作，以及在接收到自动驾驶控制器发送的控制指令时准确执行吸合、断开的动作，因此，本实施例的第一隔离部件与主电池及副电池分别连接，第二隔离部件与主电池及副电池分别连接。如此，第一隔离部件及第二隔离部件均通过两路电源供电，当其中一路电源故障时，由另一路电源供电，避免了因电源故障导致隔离部件失效的情况。

在本实施例还提供一种自动驾驶汽车，包括上述的自动驾驶车辆冗余架构。

实施例3

如图7～图8所示，本实施例提供一种隔离部件控制方法，应用于实施例1所述的隔离部件，包括：

A1、处理器被唤醒后，控制开关模块吸合，以导通当前供电回路。其中，处理器的唤醒过程为：驾驶员启动车辆，隔离部件的电源管理芯片与车辆的IG线导通(KL15上电)，电源管理芯片上电唤醒并为处理器供电以唤醒激活处理器。由于开关模块为常开开关模块，处理器休眠时，开关模块的MOSFET模块断开，隔离部件的第一接线端和第二接线端断开，当前供电回路断开，处理器激活后，向开关驱动芯片发送高电平信号，开关驱动芯片控制外围电路令开关模块的MOSFET模块吸合，隔离部件的第一接线端和第二接线端导通，当前供电回路导通。

A2、处理器自检并判断是否故障；处理器唤醒后，执行处理器自检程序，若处理器故障，记录并向自动驾驶控制器发送对应的故障代码，其中，自检故障包括寄存器的自身固定和译码寻址故障、指令译码和指令序列的译码故障、数据流通故障、数据控制故障、控制信号故障等，上述故障均可通过现有故障模型验证。

A3、处理器控制开关模块吸合后，处理器通过开关状态监控模块采集开关模块的当前开关状态；若开关模块的当前开关状态为断开，则处理器记录对应的故障代码并将其发送至自动驾驶控制器。每当处理器向开关驱动芯片发送控制信号后，处理器都将控制信号与开关状态监控模块采集的开关模块当前开关状态进行比较，例如，高电平信号对应开关模块吸合，低电平信号对应开关模块断开，处理器向开关驱动芯片发送高电平信号后，判断开关模块的当前开关状态是否为吸合，若不是，则判断开关模块故障，向自动驾驶控制器发送告警信息。

A4、若当前供电回路的监测数据异常，处理器控制开关模块断开，以断开当前供电回路。监测数据通过电源监控模块采集，其中，监测数据包括电压值、电流值及温度值，若电压值、电流值及温度值中的任一一项超过阈值时，处理器控制开关模块断开，以断开当前供电回路，记录对应的故障代码并发送至自动驾驶控制器。

A5、断开当前供电回路后，处理器判断隔离部件是否满足自恢复条件，若隔离部件满足自恢复条件，处理器控制开关模块吸合，具体步骤包括：

S1、处理器控制开关模块在预设时间内规律性的闭合5次，可以理解的，闭合指的是开关模块的常开触点由断开状态到闭合状态。

S2、持续判断监测数据，若处理器控制开关模块闭合5次后，监测到当前监测数据正常，即监测点的电压值、电流值及温度值均未超过阈值，则处理器控制开关模块的常开触点保持吸合；若处理器控制开关模块闭合5次后，当前监测数据依然异常，则处理器控制开关模块的常开触点断开，直至处理器经过一个电源周期变化后，转至S1，重复上述过程，直至当前监测数据正常，处理器控制开关模块的常开触点保持吸合状态，但记录故障代码；其中，一个电源周期变化为处理器依次经掉电、上电、掉电或处理器依次经上电、掉电、上电，在本实施例中体现为电源模式经过OFF-ON-OFF或ON-OFF-ON的一个完整周期变化。若在经N个电源周期后依然无法自恢复，则处理器向自动驾驶控制器发送告警信号，以提示用户故障无法自恢复。

实施例4

基于实施例2，本实施例提供一种自动驾驶车辆冗余控制方法，应用于实施例2所述的自动驾驶车辆冗余架构，方法包括：

当自动驾驶控制器故障时，切换辅助驾驶控制器控制转向系统及制动系统以控制车辆靠边停车或控制制动系统以控制车辆紧急制动；车辆在自动驾驶模式下时，自动驾驶控制器对车辆进行控制，若自动驾驶控制器故障，例如若自动驾驶控制器的输入端无法准确获取到外接传感器的传感器信号，则判断自动驾驶控制器的数据流通故障，自动驾驶控制器向辅助驾驶控制器发送故障信号以切换辅助驾驶控制器接管车辆，辅助驾驶控制器控制转向系统及制动系统以控制车辆靠边停车或控制制动系统以控制车辆紧急制动，以避免出现安全事故。同时，在自动驾驶模式时，若自动驾驶控制器无法接收到准确的传感器信号时，判断自动驾驶系统传感器组故障，无法实现自动驾驶，自动驾驶控制器通过人机交互界面发送告警信号，提示驾驶员接管车辆。

当制动系统故障时，自动驾驶控制器或辅助驾驶控制器控制冗余制动系统以控制车辆制动；例如，当自动驾驶控制器或辅助驾驶控制器控制制动系统制动但制动系统在预设时间内未有效动作，则判断制动系统故障，自动驾驶控制器或辅助驾驶控制器切换冗余制动系统以控制车辆制动。

当转向系统故障时，自动驾驶控制器或辅助驾驶控制器控制冗余转向系统以控制车辆转向；当自动驾驶控制器或辅助驾驶控制器控制转向系统转向但转向系统在预设时间内未有效动作，如角度传感器反馈的转向角度与控制量不匹配，则判断转向系统故障，自动驾驶控制器或辅助驾驶控制器切换冗余转向系统以控制车辆转向。

综上所述，本发明的隔离部件的电源管理芯片为常电供电，且为双电源供电，当主电池、副电池的任意一端输入电压异常时，隔离部件的处理器MCU也能正常工作，同时，隔离部件的处理器MCU通过电源监控芯片检测到其主干线电源任意一侧出现过载、短路、断路等故障时，隔离部件的处理器MCU控制开关模块断开，从而能在隔离部件连接的供电回路异常时切断该回路，以保证该回路上的电气系统的安全。同时，隔离部件为双电源供电，保证了隔离部件本身的稳定性，避免了因供电电源故障而导致隔离部件无法正常工作。相比现有技术，本发明的低压电网架构采用主电池及副电池两路供电电源，并通过两个隔离部件保证了主电池和副电池两侧的电网系统相对独立，互不影响，从而实现低压电源供给的冗余，通过两路独立的电源供给，满足自动驾驶车辆的控制、转向、制动、灯光功能的电源冗余需求，实现了车辆冗余转向、制动、后部告警灯的单独供电，同时，实现了后部告警灯的双路独立控制。本实施例中的技术方案可以与现有的架构共同存在，不会对现有架构造成冲突，同时能以较低的成本、较短周期、较小更改量，应用于现有架构平台。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (15)

1.一种隔离部件，其特征在于，包括：

处理器、收发器、开关模块、开关驱动模块、开关状态监控模块及至少一个电源监控模块；

所述处理器的输出端与所述开关驱动模块的输入端连接，所述开关驱动模块的输出端与所述开关模块的输入端连接，所述开关状态监控模块的输入端与所述开关模块的输出端连接，所述开关状态监控模块的输出端与所述处理器的输入端连接，所述至少一个电源监控模块的输入端与所述开关模块的第一接线端或第二接线端连接，所述至少一个电源监控模块的输出端与所述处理器的输入端连接，所述收发器与所述处理器连接；

所述开关模块用于通过所述开关模块的第一接线端及第二接线端串联在供电回路中，所述处理器用于向所述开关驱动模块发送控制指令，所述开关驱动模块用于依据所述处理器发送的控制指令控制所述开关模块的第一接线端及第二接线端导通/断开。

2.根据权利要求1所述的隔离部件，其特征在于，所述至少一个电源监控模块包括第一电源监控模块及第二电源监控模块；所述第一电源监控模块的输入端与所述开关模块的第一接线端连接，所述第一电源监控模块的输出端与所述处理器的输入端连接，所述第二电源监控模块的输入端与所述开关模块的第二接线端连接，所述第二电源监控模块的输出端与所述处理器的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的隔离部件，其特征在于，所述隔离部件还包括电源管理模块，所述电源管理模块的输出端与所述处理器的输入端连接，所述电源管理模块的输入端与至少两个供电电源连接。

4.一种自动驾驶车辆冗余架构，其特征在于，包括第一隔离部件及第二隔离部件，所述第一隔离部件及第二隔离部件为权利要求1～3中任一项权利要求所述的隔离部件，所述自动驾驶车辆冗余架构，还包括：

发电装置、主电池、副电池、第一驾驶系统及第二驾驶系统；

所述发电装置、第一隔离部件及主电池依次串联，所述第一驾驶系统连接在所述主电池与所述第一隔离部件之间，所述发电装置、第二隔离部件及副电池依次串联，所述第二驾驶系统连接在所述副电池与所述第二隔离部件之间；

所述发电装置用于在车辆启动后为所述主电池及副电池充电，以及为所述第一驾驶系统及所述第二驾驶系统供电；

所述第一隔离部件用于控制所述发电装置与所述主电池及所述发电装置与所述第一驾驶系统的通/断，所述第二隔离部件用于控制所述发电装置与所述副电池及所述发电装置与所述第二驾驶系统的通/断；

所述主电池用于当所述第一隔离部件断开时为所述第一驾驶系统供电，所述副电池用于当所述第二隔离部件断开时为所述第二驾驶系统供电。

5.根据权利要求4所述的自动驾驶车辆冗余架构，其特征在于，所述第一驾驶系统包括常规负载、辅助驾驶控制器、辅助驾驶系统传感器组、制动系统及转向系统；所述第二驾驶系统包括自动驾驶控制器、自动驾驶系统传感器组、冗余制动系统、冗余转向系统及冗余灯光控制系统。

6.根据权利要求4所述的自动驾驶车辆冗余架构，其特征在于，所述自动驾驶车辆冗余架构，还包括：

第一电池监控装置，用于监测所述主电池的电压值、所述主电池与所述发电装置的连接回路是否导通，以及所述主电池与所述第一驾驶系统的连接回路是否导通；

第二电池监控装置，用于监测所述副电池的电压值、所述副电池与所述发电装置的连接回路是否导通，以及所述副电池与所述第二驾驶系统的连接回路是否导通。

7.根据权利要求4所述的自动驾驶车辆冗余架构，其特征在于，所述第一隔离部件与所述主电池及所述副电池连接；所述第二隔离部件与所述主电池及所述副电池连接。

8.根据权利要求5所述的自动驾驶车辆冗余架构，其特征在于，所述冗余灯光控制系统，包括：

闪光继电器及冗余转向灯，所述闪光继电器的输入端与所述自动驾驶控制器的输出端连接，所述冗余转向灯与所述闪光继电器的输出端连接。

9.根据权利要求5所述的自动驾驶车辆冗余架构，其特征在于，所述制动系统、转向系统、自动驾驶传感器组、冗余制动系统、冗余转向系统及冗余灯光控制系统分别与所述自动驾驶控制器连接；

所述辅助驾驶系统传感器组、制动系统、转向系统、冗余制动系统及冗余转向系统、分别与所述辅助驾驶控制器连接；

所述自动驾驶控制器与所述辅助驾驶控制器连接。

10.一种自动驾驶汽车，其特征在于，包括权利要求4～9中任一项权利要求所述的自动驾驶车辆冗余架构。

11.一种隔离部件控制方法，应用于权利要求1～3中任一项权利要求所述的隔离部件，其特征在于，所述方法包括：

处理器被唤醒后，控制开关模块吸合，以导通当前供电回路；

若当前供电回路的监测数据异常，所述处理器控制所述开关模块断开，以断开当前供电回路，所述监测数据通过电源监控模块采集；

若所述隔离部件满足自恢复条件，所述处理器控制所述开关模块吸合。

12.根据权利要求11所述的隔离部件控制方法，其特征在于，所述监测数据包括电压值、电流值及温度值，所述若当前供电回路的监测数据异常，所述处理器控制所述开关模块断开，断开当前供电回路，包括：

若所述电压值、电流值及温度值中的任一项超过阈值时，所述处理器控制所述开关模块断开，以断开当前供电回路，记录并发送对应的故障代码。

13.根据权利要求11所述的隔离部件控制方法，其特征在于，所述若所述隔离部件满足自恢复条件，所述处理器控制所述开关模块吸合，包括：

S1、所述处理器控制所述开关模块在预设时间内闭合n次；

S2、持续判断所述监测数据，若当前监测数据正常，控制所述开关模块保持吸合；若当前监测数据异常，控制所述开关模块断开至所述处理器经过一个电源周期变化，转至S1；

所述一个电源周期变化为所述处理器依次经掉电、上电、掉电或所述处理器依次经上电、掉电、上电。

14.根据权利要求11所述的隔离部件控制方法，其特征在于，所述处理器控制开关模块吸合，以导通当前供电回路之后，还包括：

所述处理器通过开关状态监控模块采集所述开关模块的当前开关状态；

若所述开关模块的当前开关状态为断开，记录并发送对应的故障代码。

15.一种自动驾驶车辆冗余控制方法，应用于权利要求4～9中任一项权利要求所述的自动驾驶车辆冗余架构，其特征在于，所述方法包括：

当自动驾驶控制器故障时，切换辅助驾驶控制器控制转向系统及制动系统以控制车辆靠边停车或控制所述制动系统以控制车辆紧急制动；

当所述制动系统故障时，所述自动驾驶控制器或所述辅助驾驶控制器控制冗余制动系统以控制车辆制动；

当所述转向系统故障时，所述自动驾驶控制器或所述辅助驾驶控制器控制所述冗余转向系统以控制车辆转向。

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