CN112373477B - 自动驾驶系统的冗余控制方法、自动驾驶系统、汽车、控制器及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本方案涉及一种自动驾驶系统的冗余控制方法、自动驾驶系统、汽车、控制器及计算机可读存储介质，用于在自动驾驶系统故障且故障未超过容限时，仍然能够保持沿着车道中心线行驶。该方法包括：在自动驾驶功能激活时，根据前视摄像头和雷达采集到的信息拟合出使车辆沿车道中心线行驶的安全路径方程以及确定车辆当前所在车道的车道宽度；根据安全路径方程的系数和确定出的车道宽度，确定车辆当前具体所处的偏置区域；根据车辆所处的偏置区域和车辆在上一控制周期是否激活第一冗余安全控制模块功能，确定主控制子系统当前的故障等级；根据主控制子系统当前的故障等级，激活对应等级的冗余控制功能，并按照对应等级的冗余控制功能进行车辆控制。

Description

自动驾驶系统的冗余控制方法、自动驾驶系统、汽车、控制器 及计算机可读存储介质

技术领域

本发明用于汽车自动驾驶控制和安全控制领域，具体是一种自动驾驶系统在传感器/主控制子系统/执行器存在故障且故障有界情况下的使车辆紧急车道保持和减速的冗余控制方法、自动驾驶系统、汽车、控制器及计算机可读存储介质。

背景技术

中/高等级(2.5级以上)自动驾驶系统安全性依赖于各感知传感器的正确输出。作为车道保持的主要传感器的前视摄像头，对于车道线的识别一般多基于深度学习系统，或深度学习系统和经典图像识别技术的结合，容易因为光照，明暗交替，路面积水反射，道路坡度，车道标识等因素影响，而对车道线尤其是车道中心线曲率出现错误的识别。并且，多传感器感知融合系统复杂度高，出现硬件或软件故障和计算错误(比如部分寄存器状态的随机翻转)可能性不低。这导致了中/高等级自动驾驶汽车在车道保持过程中，容易因系统中的故障和错误引起安全问题；而在中/高等级自动驾驶车辆中，驾驶员/安全员容易因过于依赖自动驾驶系统而分散注意力，因此这种安全问题更加致命。因此需要实现一种在传感器对车道中心线曲率检测不准确，或在系统部分故障且故障未超过容限时，仍然能够保持车道，将车辆控制在安全区域内的方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种自动驾驶系统的冗余控制方法、自动驾驶系统、汽车、控制器及计算机可读存储介质，用于在自动驾驶系统故障且故障未超过容限时，仍然能够保持沿着车道中心线行驶。

本发明的技术方案为：

本发明实施例提供了一种自动驾驶系统的冗余控制方法，所述自动驾驶系统包括主控制子系统和冗余控制子系统，所述方法应用于冗余控制子系统，所述方法包括：

在自动驾驶系统的自动驾驶功能激活时，确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域；偏置区域是指车道中心线左侧方向和车道中心线右侧方向各自与车道中心线之间的距离位于预定距离范围内时所组成的区域；

根据车辆当前所处的偏置区域和冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果，确定主控制子系统当前的故障等级；

根据主控制子系统当前的故障等级，激活对应等级的冗余控制功能，并按照对应等级的冗余控制功能进行车辆控制。

优选地，确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域的具体步骤为：

根据前视摄像头和雷达输出到的多源信息，拟合使车辆保持车道中心线行驶的安全路径方程C₀(x)，并确定车辆当前所在车道的车道宽度Lw；

根据所规划的安全路径方程C₀(x)中的系数C₀和车道宽度Lw，确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域。

优选地，摄像头和雷达输出到的多源信息包括：相对于车辆坐标系原点规划的车道线曲线方程L₀(x)、路沿曲线方程K₀(x)、护栏曲线方程G₀(x)和/或车流曲线方程T₀(x)；根据前视摄像头和雷达输出到的多源信息，拟合使车辆保持车道中心线行驶的安全路径方程C₀(x)，并确定车辆当前所在车道的车道宽度Lw的具体步骤为：

根据车辆的车速向前等间隔时长的选取N个纵向位置点，通过公式：x_i＝v×i×t_LA(i＝0,...,N-1)计算第i个纵向位置点与车辆坐标系原点之间的纵向距离x_i，v为车辆的车速，t_LA为设定的时间间隔时长；

通过公式：

E_0Left(x_i)＝-min[|L_0Left(x_i)|,|K_0Left(x_i)|,|G_0Left(x_i)|,|T_0Left(x_i)|](i＝0,...,N-1)确定与第i个纵向位置点对应的左侧横向位置点E_0Left(x_i)；

通过公式：

E_0Right(x_i)＝min[|L_0Right(x_i)|,|K_0Right(x_i)|,|G_0Right(x_i)|,|T_0Right(x_i)|](i＝0,...,N-1)确定与第i个纵向位置点对应的右侧横向位置点E_0Left(x_i)；

使用最小二乘拟合法将取得的车辆所在车道的左侧边缘的N个位置点(x_i,E_0Left(x_i))拟合为车辆所在车道的左侧边缘曲线E_0Left(x)；

使用最小二乘拟合法将取得的车辆所在车道的右侧边缘的N个位置点(x_i,E_0Right(x_i))拟合为车辆所在车道的右侧边缘曲线E_0Right(x)；

对左侧边缘曲线和右侧边缘曲线的各系数进行均值处理，通过公式：

获得使车辆沿着车道中心线行驶的安全路径方程C₀(x)；C₀为车辆所在车道的车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离，C₁为车辆所在车道的车道中心线相对车辆坐标系原点的夹角，C₂为车道中心线曲率的1/2，C₃为车道中心线曲率变化率的1/6；

通过公式：

Lw＝min(Lw(x₀),...,Lw(x_N-1),Lw_min(x_LB))；

计算车辆当前所在车道的车道宽度Lw；Lw_min(x_LB)表示在前t_LB时间内的历史最小车道宽度，Lw(x_i)＝|E_0Right(x_i)-E_0Left(x_i)|(i＝0,...,N-1)。

优选地，根据所规划的安全路径C₀(x)中的系数C₀和车道宽度Lw，确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域的具体步骤为：

通过公式：

计算以车道宽度Lw和横向偏置距离C₀为基础的故障函数F(Δ)；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度，系数C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；

若故障函数F(Δ)小于第一设定比值D₁；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第一偏置区域Z1；

若故障函数F(Δ)大于或等于第一设定比值D₁且小于第二设定比值D₂；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第二偏置区域Z2；

若故障函数F(Δ)大于或等于第二设定比值D₂；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第三偏置区域Z3。

优选地，根据车辆当前所处的偏置区域和冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果，确定主控制子系统当前的故障等级的具体步骤为：

若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第一等级冗余控制功能，或者，若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第三偏置区域Z3，则确定主控制子系统当前的故障等级为高故障等级；

若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第二偏置区域Z2，则进一步比对车辆姿态的第一判别函数G(S)与第二设定比值D₂的大小；在车辆姿态的第一判别函数G(S)大于或等于第二设定比值D₂时，确定主控制子系统当前的故障等级为高故障等级；在车辆姿态的第一判别函数G(S)小于第二设定比值D₂时，确定主控制子系统当前的故障等级为中故障等级；

若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第一偏置区域Z1，则确定主控制子系统当前的故障等级为低故障等级。

优选地，车辆姿态的第一判别函数G(S)通过公式：

G(S)＝λS

计算获得；λ为识别信度，λ为常数或者基于车辆的车速v、车辆的偏航率Yr、方向盘转角θ_Steer、车道中心线曲率2C₂以及前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型所对应的路面附着系数

进行RBF神经网络拟合得到；当λ为常数时λ＝0.7；当λ通过RBF神经网络拟合得到时，λ的取值范围为：λ∈[0.35,1]；

S为滑模变量，通过公式：

计算获得；滑模超平面方程满足：

Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；C₁为车辆的航向角；δ为对车道宽度的一半

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：/>

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数。

优选地，根据主控制子系统当前的故障等级，激活对应等级的冗余控制功能的具体步骤为：

若主控制子系统当前的故障等级为高故障等级，则激活第一等级冗余控制功能；若主控制子系统当前的故障等级为中故障等级，则激活第二等级冗余控制功能；若主控制子系统当前的故障等级为低故障等级，则不激活第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能。

优选地，按照对应等级的冗余控制功能进行车辆控制的具体步骤为：

若激活第一等级冗余控制功能，则按照计算出的综合减速度a控制车身电子稳定系统ESP减速至第一目标减速度，并按照计算出的目标方向盘转角θ_steer和最大安全力矩T_max控制电动助力转向系统EPS在柔性控制时间t_SIL内进行方向盘转角控制；

若激活第二等级冗余控制功能，则根据车辆姿态的第二判别函数H(S)计算出的安全减速度a₁和主控制子系统输出的减速度a₂控制车身电子稳定系统ESP减速至第二目标减速度；

综合减速度a为根据车辆姿态的第二判别函数H(S)计算出的安全减速度a₁和主控制子系统输出的减速度a₂中的较大值；第一目标速度与当前行驶环境工况相关；第二目标速度与主控制子系统输出的目标速度相关，且第二目标速度小于主控制子系统输出的目标速度。

优选地，通过公式：

计算目标方向盘转角θ_steer；2C₂为车道中心线曲率；C₁为车辆的航向角；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；K_θδ为车辆的转向系统传动比；

为自适应参数；l为车辆的轴距；v为车辆的车速；ε为自适应参数初始值，ε为常数；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；S为滑模变量，通过公式/>

计算获得，，滑模超平面方程满足：/>

θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为车辆传感系统识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数；

自适应参数

通过公式：

计算获得；

C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；

为死区为[0,η]的死区函数，[0,η]函数为零；Yr为车辆的偏航率；δ为对车道宽度的一半

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；μ为防止车辆的相对偏航率过大所设置的安全偏航率参数，K为自适应速率参数，γ_max为自适应上界。

优选地，通过公式：

计算目标方向盘转角θ_steer，2C₂为车道中心线曲率；C₁为车辆的航向角；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；K_θδ为车辆的转向系统传动比；

为自适应参数；l为车辆的轴距；v为车辆的车速；ε为自适应参数初始值，ε为常数；δ对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；S为滑模变量，通过公式/>

计算获得，，滑模超平面方程满足：/>

θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数；

自适应参数

通过公式：

计算获得；

C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；

为死区为[0,η]的死区函数，[0,η]函数为零；Yr为车辆的偏航率；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；μ为防止车辆的相对偏航率过大所设置的安全偏航率参数，K为自适应速率参数，γ_max为自适应上界；

饱和函数为

类饱和函数为/>

是任意连续函数，满足f(0)＝0，f(1)＝1，f(-1)＝-1；φ为准滑模边界层宽度，φ为常数。

优选地，根据车辆姿态的第二判别函数H(S)通过公式：

计算出安全减速度a₁；

g为重力加速度；

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型估计出的对应的路面附着系数；a_1max为车辆的最大安全减速度，/>

a_1min为车辆的最小安全减速度，a_1min为常数；t_D1为从车辆从第一偏置区域Z1进入第二偏置区域Z2的时间点；t_Now为当前时间点；Yr为车辆的偏航率；v为车辆的车速；

σ为根据车辆的转向能力和底盘稳定能力所确定的减速度系数，通过公式：

计算获得；LTR_Crit为安全临界荷载偏移率，LTR_Crit为常数；LTR_avg为平均荷载偏移率，通过公式：/>

计算获得，t_now为当前时间点，t_Crit为判定时间，T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度；

α为故障估计量化积分参数，通过公式：

计算获得，Δθ_Crit为安全临界航向角增量，Δθ_Crit常数；

S为滑模变量，通过公式：

计算；C₀表示车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；C₁为车辆的航向角；2C₂为车道中心线曲率；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为车辆传感系统识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数。

优选地，通过公式：

T_max＝min(T_eRequire,T_e-Limit)计算最大安全力矩T_max；

第一力矩T_eRequire通过根据车辆的车速v从车速与第一力矩T_eRequire的预设关系表查表获得，第二力矩T_e-Limit由电动助力转向系统EPS输出；

通过公式：

计算得到柔性控制时间t_SIL，且所述柔性控制时间t_SIL满足：2s≥t_SIL≥100ms。

优选地，按照计算出的方向盘转角θ_steer和最大安全力矩T_max控制电动助力转向系统EPS在柔性控制时间t_SIL内进行方向盘转角控制的具体步骤为：

通过sigmoid函数插值，确定不同插值时刻t对应的插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp；通过公式：

计算插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp，插值时间t∈[0,t_SIL]；θ_{SteerDifference}为第一等级冗余控制功能激活的时间点对应的车辆的方向盘转角实际反馈值θ_SteerFB与目标方向盘转角θ_steer之差；

将在柔性控制时间t_SIL内的每一插值时刻t对应的插值方向盘转角θ_SteerInterp输出给电动助力转向系统EPS，使电动助力转向系统EPS在所述最大安全力矩T_max条件下将车辆的方向盘转角由方向盘转角实际反馈值θ_SteerFB调节为所述插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp。

优选地，所述方法还包括：

针对自动驾驶系统为L4或L5高等级自动驾驶系统，在按照第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能进行车辆控制时，判断是否满足：车辆当前所处的偏置区域稳定为第一偏置区域Z1、车辆的车速是否小于车辆当前所在车道的最低限制车速且车辆当前所在车道的路况为良好路况；

若满足，输出提示安全员进行车辆接管的提示信息；

判断安全员是否接管车辆；

若接管，则关闭第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能，并停止向电动助力转向系统EPS和车身电子稳定系统ESP输出控制指令；

针对自动驾驶系统为L2.5或L3中等级自动驾驶系统，在按照第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能进行车辆控制时，输出提示驾驶员进行车辆接管的提示信息；

判断驾驶员是否接管车辆；

若接管，则关闭第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能，并停止向电动助力转向系统EPS和车身电子稳定系统ESP输出控制指令。

本发明实施例还提供了一种自动驾驶系统，所述自动驾驶系统包括主控制子系统和冗余控制子系统，所述冗余控制子系统包括：

第一确定模块，用于在自动驾驶系统的自动驾驶功能激活时，确定车辆在当前所在车道内具体所处偏置区域；偏置区域是指车道中心线左侧方向和车道中心线右侧方向各自与车道中心线之间的距离位于预定距离范围内时所组成的区域；

第二确定模块，用于根据车辆当前所处的偏置区域和冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果，确定主控制子系统当前的故障等级；

仲裁模块，用于根据主控制子系统当前的故障等级，激活对应等级的冗余控制功能，并按照对应等级的冗余控制功能进行车辆控制。

优选地，第一确定模块包括：

拟合单元，用于根据前视摄像头和雷达输出到的多源信息，拟合使车辆保持车道中心线行驶的安全路径方程C₀(x)，并确定车辆当前所在车道的车道宽度Lw；

第一确定单元，根据所规划的安全路径方程C₀(x)中的系数C₀和车道宽度Lw，确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域。

优选地，摄像头和雷达输出到的多源信息包括：相对于车辆坐标系原点规划的车道线曲线方程L₀(x)、路沿曲线方程K₀(x)、护栏曲线方程G₀(x)和/或车流曲线方程T₀(x)；拟合单元具体用于：

根据车辆的车速向前等间隔时长的选取N个纵向位置点，通过公式：x_i＝v×i×t_LA(i＝0,...,N-1)计算第i个纵向位置点与车辆坐标系原点之间的纵向距离x_i，v为车辆的车速，t_LA为设定的时间间隔时长；

通过公式：

E_0Left(x_i)＝-min[|L_0Left(x_i)|,|K_0Left(x_i)|,|G_0Left(x_i)|,|T_0Left(x_i)|](i＝0,...,N-1)确定与第i个纵向位置点对应的左侧横向位置点E_0Left(x_i)；

通过公式：

E_0Right(x_i)＝min[|L_0Right(x_i)|,|K_0Right(x_i)|,|G_0Right(x_i)|,|T_0Right(x_i)|](i＝0,...,N-1)确定与第i个纵向位置点对应的右侧横向位置点E_0Left(x_i)；

使用最小二乘拟合法将取得的车辆所在车道的左侧边缘的N个位置点(x_i,E_0Left(x_i))拟合为车辆所在车道的左侧边缘曲线E_0Left(x)；

使用最小二乘拟合法将取得的车辆所在车道的右侧边缘的N个位置点(x_i,E_0Right(x_i))拟合为车辆所在车道的右侧边缘曲线E_0Right(x)；

对左侧边缘曲线和右侧边缘曲线的各系数进行均值处理，通过公式：

获得使车辆沿着车道中心线行驶的安全路径方程C₀(x)；

通过公式：

Lw＝min(Lw(x₀),...,Lw(x_N-1),Lw_min(x_LB))；

计算车辆当前所在车道的车道宽度Lw；Lw_min(x_LB)表示在前t_LB时间内的历史最小车道宽度，Lw(x_i)＝|E_0Right(x_i)-E_0Left(x_i)|(i＝0,...,N-1)。

优选地，第一确定单元包括：

第一计算子单元，用于通过公式：

计算以车道宽度Lw和横向偏置距离C₀为基础的故障函数；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度，系数C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；

第一确定子单元，用于若故障函数F(Δ)小于第一设定比值D₁；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第一偏置区域Z1；

第二确定子单元，用于若故障函数F(Δ)大于或等于第一设定比值D₁且小于第二设定比值D₂；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第二偏置区域Z2；

第三确定子单元，用于若故障函数F(Δ)大于或等于第二设定比值D₂；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第三偏置区域Z3。

优选地，第二确定模块包括：

第二确定单元，用于若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第一等级冗余控制功能，或者，若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第三偏置区域Z3，则确定主控制子系统当前的故障等级为高故障等级；

第三确定单元，包括：比对子单元，用于若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第二偏置区域Z2，则进一步比对车辆姿态的第一判别函数G(S)与第二设定比值D₂的大小；第四确定子单元，用于在车辆姿态的第一判别函数G(S)大于或等于第二设定比值D₂时，确定主控制子系统当前的故障等级为高故障等级；第五确定子单元，用于在车辆姿态的第一判别函数G(S)小于第二设定比值D₂时，确定主控制子系统当前的故障等级为中故障等级；

第四确定单元，用于若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第一偏置区域Z1，则确定主控制子系统当前的故障等级为低故障等级。

优选地，比对子单元具体用于：

通过公式：

G(S)＝λS

计算获得车辆姿态的判别函数G(S)；λ为识别信度，λ为常数或者基于车辆的车速v、车辆的偏航率Yr、方向盘转角θ_Steer、车道中心线曲率2C₂以及前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型所对应的路面附着系数

进行RBF神经网络拟合得到；当λ为常数时λ＝0.7；当λ通过RBF神经网络拟合得到时，λ的取值范围为：λ∈[0.35,1]；

S为滑模变量，通过公式：

计算获得；滑模超平面方程满足：

Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；C₁为车辆的航向角；δ为对车道宽度的一半

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数。

优选地，仲裁模块包括：

第一激活单元，用于若主控制子系统当前的故障等级为高故障等级，则激活第一等级冗余控制功能；

第二激活单元，用于若主控制子系统当前的故障等级为中故障等级，则激活第二等级冗余控制功能；

关闭单元，用于若主控制子系统当前的故障等级为低故障等级，则不激活第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能。

优选地，仲裁模块还包括：

第一控制单元，用于若激活第一等级冗余控制功能，则按照计算出的综合减速度a控制车身电子稳定系统ESP减速至第一目标减速度，并按照计算出的目标方向盘转角θ_steer和最大安全力矩T_max控制电动助力转向系统EPS在柔性控制时间t_SIL内进行方向盘转角控制；

第二控制单元，用于若激活第二等级冗余控制功能，则根据车辆姿态的第二判别函数H(S)计算出的安全减速度a₁和主控制子系统输出的减速度a₂控制车身电子稳定系统ESP减速至第二目标减速度；

综合减速度a为根据车辆姿态的第二判别函数H(S)计算出的安全减速度a₁和主控制子系统输出的减速度a₂中的较大值；第一目标速度与当前行驶环境工况相关；第二目标速度与主控制子系统输出的目标速度相关，且第二目标速度小于主控制子系统输出的目标速度。

优选地，第一控制单元具体用于：

通过公式：

计算目标方向盘转角θ_steer；2C₂为车道中心线曲率；C₁为车辆的航向角；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；K_θδ为车辆的转向系统传动比；

为自适应参数；l为车辆的轴距；v为车辆的车速；ε为自适应参数初始值，ε为常数；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；S为滑模变量，通过公式/>

计算获得，滑模超平面方程满足：/>

θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为车辆传感系统识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数；

自适应参数

通过公式：

计算获得；

C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；

为死区为[0,η]的死区函数，[0,η]函数为零；Yr为车辆的偏航率；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；μ为防止车辆的相对偏航率过大所设置的安全偏航率参数，K为自适应速率参数，γ_max为自适应上界。

优选地，第一控制单元具体用于：

通过公式：

计算目标方向盘转角θ_steer，2C₂为车道中心线曲率；C₁为车辆的航向角；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；K_θδ为车辆的转向系统传动比；

为自适应参数；l为车辆的轴距；v为车辆的车速；ε为自适应参数初始值，ε为常数；δ对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；S为滑模变量，通过公式/>

计算获得，滑模超平面方程满足：/>

θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数；

自适应参数

通过公式：

计算获得；

C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；

为死区为[0,η]的死区函数，[0,η]函数为零；Yr为车辆的偏航率；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；μ为防止车辆的相对偏航率过大所设置的安全偏航率参数，K为自适应速率参数，γ_max为自适应上界；

饱和函数为

类饱和函数为/>

是任意连续函数，满足f(0)＝0，f(1)＝1，f(-1)＝-1；φ为准滑模边界层宽度，φ为常数。

优选地，第一控制单元和第二控制单元具体用于：

通过公式：

计算出安全减速度a₁；

g为重力加速度；

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型估计出的对应的路面附着系数；a_1max为车辆的最大安全减速度，/>

a_1min为车辆的最小安全减速度，a_1min为常数；t_D1为从车辆从第一偏置区域Z1进入第二偏置区域Z2的时间点；t_Now为当前时间点；Yr为车辆的偏航率；v为车辆的车速；

σ为根据车辆的转向能力和底盘稳定能力所确定的减速度系数，通过公式：

计算获得；LTR_Crit为安全临界荷载偏移率，LTR_Crit为常数；LTR_avg为平均荷载偏移率，通过公式：/>

计算获得，t_now为当前时间点，t_Crit为判定时间，T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度；

α为故障估计量化积分参数，通过公式：

计算获得，Δθ_Crit为安全临界航向角增量，Δθ_Crit常数；

S为滑模变量，通过公式：

计算；C₀表示车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；C₁为车辆的航向角；2C₂为车道中心线曲率；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为车辆传感系统识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数。

优选地，第一控制单元具体用于：

通过公式：

T_max＝min(T_eRequire,T_e-Limit)计算最大安全力矩T_max；

第一力矩T_eRequire通过根据车辆的车速v从车速与第一力矩T_eRequire的预设关系表查表获得，第二力矩T_e-Limit由电动助力转向系统EPS输出；

通过公式：

计算得到柔性控制时间t_SIL，且所述柔性控制时间t_SIL满足：2s≥t_SIL≥100ms。

优选地，第一控制单元具体用于：

通过sigmoid函数插值，确定不同插值时刻t对应的插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp；通过公式：

计算插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp，插值时间t∈[0,t_SIL]；θ_{SteerDifference}为第一等级冗余控制功能激活的时间点对应的车辆的方向盘转角实际反馈值θ_SteerFB与目标方向盘转角θ_steer之差；

将在柔性控制时间t_SIL内的每一插值时刻t对应的插值方向盘转角θ_SteerInterp输出给电动助力转向系统EPS，使电动助力转向系统EPS在所述最大安全力矩T_max条件下将车辆的方向盘转角由方向盘转角实际反馈值θ_SteerFB调节为所述插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp。

优选地，所述仲裁模块还包括：

第一判断单元，用于针对自动驾驶系统为L4或L5高等级自动驾驶系统，在按照第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能进行车辆控制时，判断是否满足：车辆当前所处的偏置区域稳定为第一偏置区域Z1、车辆的车速是否小于车辆当前所在车道的最低限制车速且车辆当前所在车道的路况为良好路况；

第一输出单元，用于若满足，输出提示驾驶员进行车辆接管的提示信息；

第二判断单元，用于判断驾驶员是否接管车辆；

第一关闭单元，用于若接管，则关闭第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能，并停止向电动助力转向系统EPS和车身电子稳定系统ESP输出控制指令；

第二输出单元，用于针对自动驾驶系统为L2.5或L3中等级自动驾驶系统，在按照第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能进行车辆控制时，输出提示驾驶员进行车辆接管的提示信息；

第三判断单元，用于判断驾驶员是否接管车辆；

第二关闭单元，用于若接管，则关闭第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能，并停止向电动助力转向系统EPS和车身电子稳定系统ESP输出控制指令。

本发明实施例还提供了一种自动驾驶汽车，包括上述的自动驾驶系统。

本发明实施例还提供了一种控制器，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行，以实现如上述的冗余控制方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行，以实现如上述的冗余控制方法。

本发明的有益效果为：

当车身外侧和车道的边缘线接近重合(处于Z2区域)，轮胎离车道的边缘线仅剩下一个安全距离裕量；或者车身处于(处于Z1区域)，车身姿态不佳时(G(S)≥D₂)；通过激活冗余控制功能，执行冗余控制。本方案中，执行冗余控制的具体方式为：基于根据自适应率和滑模趋近率，渐进的增加方向盘转角，补偿方向为车道内侧，使车辆朝向靠近车道中心线一侧运动；同时协同纵向控制来降低车速，提高车辆横向控制过程中的稳定性。

对于中等级自动驾驶车辆，当故障、错误或扰动未超过设计容错上界，本方案中的冗余控制功能可以使将车辆保持在安全区域内行驶；当故障、错误或扰动超过设计容错上界，车身可能会偏离出车道边缘线，此时，本实施例中的冗余控制功能可以延长车辆和侧方护栏、路沿或车辆的碰撞时间，为驾驶员接管自动驾驶车辆延长时间和创造条件。

对于等级自动驾驶车辆，安全员不太可能全程注意力在环或完全无安全员，当故障、错误或扰动未超过设计容错上界，冗余控制功能可以使车辆进行紧急车道保持，控制车辆保持在安全区域内行驶。当故障，错误或扰动超过设计容错上界，通过本方案中的冗余控制功能使得车辆保持在安全区域内，或从法律和法规上处于有利位置(即车辆未随意变道，不会与其他车道内车辆碰撞，同时，车辆已执行减速可避免碰撞前方目标)。

附图说明

图1为本发明实施例的自动驾驶系统的构成图；

图2为本发明实施例中用于说明本实施例的冗余控制功能效果的图；

图3是用于说明偏置区域和故障等级的图；

图4是实施例中应用于中等级自动驾驶系统的方法详细流程图；

图5是实施例中应用于高等级自动驾驶系统的方法详细流程图；

图6为本发明中等级自动驾驶系统的冗余控制子系统的模块框图；

图7为本发明高等级自动驾驶系统的冗余控制子系统的模块框图；

图8为本发明自适应滑模控制方法的相平面、滑模超平面和相轨迹示意图。

具体实施方式

首先应当说明的是，本发明实施例中的各计算公式均采用车辆重心为坐标原点，方向按照SAE定义。在车辆坐标系中，横轴为y轴(右侧为正)，纵轴为x轴(前侧为正)。偏航率顺时针方向为正，方向盘转角为左正右负。进行车辆坐标系的变更不影响本方案的计算结果的物理含义和方案的实施。

本发明实施例中提供了一种应用于高等级自动驾驶系统(4级或5级)和中等级自动驾驶系统(2.5级或3级)的冗余控制方法。

对于高等级自动驾驶系统和中等级自动驾驶系统来说，都包括有如图1中的主控制子系统和冗余控制子系统。当自动驾驶系统的自动驾驶功能被激活时，主控制子系统即按照既定设计策略运行，主控制子系统未故障时，仅依靠主控制子系统就能控制车辆进行车道保持路径/轨迹跟踪。当主控制子系统发生异常时，则由冗余控制子系统继续执行自动控制。具体来说，在冗余控制子系统检测到因为传感器识别、主控制子系统的控制器计算引起的有界的故障时而引起的车辆偏移时，冗余控制子系统能够在主控制子系统故障或错误的情况下，补偿有界的故障并输出正确的目标方向盘转角和减速度，使得车辆能够紧急保持车道并执行减速。

对于本实施例中的主控制子系统来说，其执行的自动控制逻辑同现有技术一致，具体来说：主控制子系统基于作为车道保持的主要传感器(前视摄像头和雷达等)识别到的信息拟合出基于车道中心线的三阶曲线方程作为车辆行驶路径，再基于拟合出的车辆行驶路径进行车辆横向控制；以及根据车载雷达输出的目标车辆信息，识别威胁车辆行驶的目标车辆，并基于识别结果进行车辆纵向控制。主控制子系统进行自动驾驶控制的原理与现有技术中的技术原理一致。

本发明实施例提供了一种针对中等级或高等级自动驾驶系统的冗余控制方法，该方法通过自动驾驶系统中新增的冗余控制子系统来实现，本方法设计目的在于在传感器对车道中心线曲率检测不准确、或在自动驾驶系统的主控制子系统部分出现故障且故障未超过容限时，仍然能够将车辆控制在安全区域(本实施例中的第一偏置区域)内行驶，进而实现尽可能地保护驾驶员和车辆；以及在不可避免的事故中，使得车辆仍然能够保持在车辆当前所在车道内，并避免追尾前方车辆，从法律和法规上处于有利位置(原因在于：车辆并未随意变道，因而不会与其他车道内的车辆碰撞；同时由于车辆已执行纵向减速尽可能避免碰撞前方目标)。

本实施例中提供的该方法仅适用于自动驾驶系统的车道保持功能，不适用于自动驾驶系统中的主控制子系统因用户动作触发自动变道和主控制子系统控制自主自动变道功能。在车辆在自动变道过程中，本方法所属的冗余控制功能处于关闭状态。

在图4的实施例中，该方法应用于搭载中等级自动驾驶(2.5级/3级)系统的车辆中。中等级自动驾驶系统采用人机共驾模式，驾驶员作为自动驾驶车辆的安全责任主体，因此在冗余控制方面需要优先考虑驾驶员的接管(即在执行冗余控制的过程中，需要直接提醒驾驶员进行车辆接管)。

结合参照图1和图4来说，本实施例中的应用于中等级自动驾驶系统的该方法具体执行下面的步骤。

S0步：上电初始化，进入S1步。

S1步：冗余控制子系统接收自动驾驶系统的状态信号，确定自动驾驶系统的自动驾驶功能是否激活。具体来说，S1步包括：

S1.1步，冗余控制子系统接收自动驾驶系统的工作状态信号；

S1.2步，冗余控制子系统确定自动驾驶系统的自动驾驶功能是否激活，如激活则进入S2步。如没有激活，则进入S1.3步。

S1.3步，判定整车是否下电，如下电结束程序，否则循环执行S1步。

S2步，冗余控制子系统接收自动驾驶系统的各输入传感器(前视摄像头，雷达等)所输出的多源信息(主要包括车道线曲线方程，路沿曲线方程、护栏曲线和车流曲线)，再进入S3步。各传感器所采集的信息进行一些初步的处理等步骤作为现有技术常见的方式，本实施例1中同样也需要这些处理方式，不对此详细描述。

S3步：执行S3.1和S3.2，完成后进入S4步。

S3.1步，通过前视摄像头和雷达输出的多源信息，即车道线曲线方程L₀(x)，路沿曲线方程K₀(x)、护栏曲线G₀(x)和车流曲线T₀(x)，计算位于车辆所在车道的左侧边缘曲线方程和右侧边缘曲线方程。该步骤具体包括：

根据车速向前等间隔时长的选取N(N≥5)个纵向位置点，通过公式：

x_i＝v×i×t_LA(i＝0,...,N-1)

计算第i个纵向位置点与车辆坐标系原点之间的纵向距离x_i；其中v为车辆的车速，t_LA为设定的时间间隔时长(t_LA为常数)。

根据前视摄像头和雷达识别到的车道线曲线方程L₀(x)，路沿曲线方程K₀(x)、护栏曲线K₀(x)和车流曲线方程T₀(x)，通过公式：

E_0Left(x_i)＝-min[|L_0Left(x_i)|,|K_0Left(x_i)|,|G_0Left(x_i)|,|T_0Left(x_i)|](i＝0,...,N-1)确定与第i个纵向位置点对应的左侧横向位置点E_0Left(x_i)；

通过公式：

E_0Right(x_i)＝min[|L_0Right(x_i)|,|K_0Right(x_i)|,|G_0Right(x_i)|,|T_0Right(x_i)|](i＝0,...,N-1)确定与第i个纵向位置点对应的右侧横向位置点E_0Left(x_i)；

使用最小二乘拟合法将取得的车辆所在车道的左侧边缘的N个位置点(x_i,E_0Left(x_i))拟合为车辆所在车道的左侧边缘曲线E_0Left(x)，其中最小二乘拟合法为现有数值计算技术；

使用最小二乘拟合法将取得的车辆所在车道的右侧边缘的N个位置点(x_i,E_0Right(x_i))拟合为车辆所在车道的右侧边缘曲线E_0Right(x)，其中最小二乘拟合法为现有数值计算技术；

对左侧边缘曲线和右侧边缘曲线的各系数进行均值处理，通过公式：

获得使车辆沿着车道中心线行驶的安全路径方程C₀(x)；

C₀为车辆所在车道的车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离，C₁为车辆所在车道的车道中心线相对车辆坐标系原点的夹角(即车辆的航向角)，2C₂为车道中心线曲率，6C₃为车道中心线曲率变化率,x为以车辆重心为坐标原点的车辆直角坐标系的纵向坐标。

S3.2步，通过左右道路边缘曲线和历史车道宽度，计算车辆当前所在车道的车道宽度Lw，具体通过前N(N≥5)个边沿曲线点，计算N个的道路宽度，

Lw(x_i)＝E_0Right(x_i)-E_0Left(x_i)(i＝0,...,N-1)

通过前N个位置点处的道路宽度和前t_LB(t_LB为设定时间常数)时间内的历史最小车道宽度Lw_min(x_LB)共N+1个车道宽度取最小值，得到道路宽度Lw：

Lw＝min(Lw(x₀),...,Lw(x_N-1),Lw_min(x_LB))

S4步，根据规划出的安全路径方程C₀(x)的系数C₀和车道宽度Lw，识别车辆当前所处的目标偏置区域。该步骤具体执行S4.1步和S4.2步。

S4.1步，根据车道宽度Lw，以及预先设定的各偏置区域与车道宽度的设定百分比，划分各偏置距离。如图2和3，本实施例中：第一偏置区域Z1是指在左侧方向和右侧方向各自与车道中心线之间的距离小于或等于M1所围成的区域，第二偏置区域Z2是指在左侧方向和右侧方向各自与车道中心线之间的距离小于或等于M2且大于M1所围成的区域；第三偏置区域Z3是指在左侧方向和右侧方向各自与车道中心线之间的距离大于M2且小于或等于

所围成的区域。

S4.2步，计算以车道宽度Lw和横向偏置距离C₀为基础的故障函数F(Δ)如下：

其中Lw为车道宽度，C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离。

S4.2步，根据判别函数F(Δ)识别车辆具体所处的目标偏置区域，

1)、车辆位于第一偏置区域Z1(见图3)内需满足：

F(Δ)＝|Δ|＜D₁

D1为第一设定比值，具体为百分比值，为(预先设置的使车辆保持车道中心线行驶的最大横向偏差M1/0.5倍车道宽度)×100％。

2)、车辆位于第二偏置区域Z2(见图3)内需要满足：

D₁≤F(Δ)＝|Δ|＜D₂

D2为第二设定比值，具体为百分比值，为(预先设定的车辆保持与侧方车道/护栏/路沿横向安全距离的最大横向偏差M2/0.5倍车道宽度)×100％。

3)、车辆位于第三偏置区域Z3(见图3)内需要满足：

F(Δ)＝|Δ|≥D₂

S5步，根据车辆当前具体所处的偏置区域Z1，Z2，Z3，以及冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果(具体为冗余控制子系统在上一控制周期是否激活第一等级冗余控制功能)，来判定主控制子系统的故障等级。该步骤S5具体包括分支S5B1步-S5B4步。

S5B1步，冗余控制子系统确定在上一控制周期是否激活第一等级冗余控制功能，如激活，则确定主控制子系统的故障等级为高故障等级，进一步进入S6B1。

S5B2步,如冗余控制子系统确定在上一控制周期未激活第一等级冗余控制功能但车辆当前处于第三偏置区域Z3，同样确定主控制子系统的故障等级为高故障等级，进入S6B2步。

S5B3步,如冗余控制子系统确定在上一控制周期未激活第一等级冗余控制功能但车辆当前处于第二偏置区域Z2，则需要进一步计算车辆姿态的第一判别函数G(S)，通过公式：

计算该第一判别函数，C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；C₁为车道中心线与车辆的夹角(即航向角)。δ为车辆的横向偏置距离安全系数，δ具体为对车道宽度一半的

所取横向偏置距离安全系数，一般取δ∈(0.5,0.9)，当整车和转向系统的制造一致性较差时，δ应适当减小。θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为车辆传感系统识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数。

λ为识别信度，在无自动驾驶大数据支撑的正常情况下,λ为常数，取λ＝0.7；在有大数据支撑的情况下，可通过运营和用户数据提高识别准确率，具体来说：将车辆的车速v(由车辆的车身电子稳定系统ESP输出)，车辆偏航率(由车辆的车身电子稳定系统ESP)输出)Yr，方向盘转角θ_Steer，车道中心线曲率2C₂，根据前视摄像头识别到的路面类型确定出的对应的路面附着系数

(系统中预设有不同路面类型和路面附着系数的对应关系)，通过RBF神经网络拟合得到关于参数λ的函数：

为保证拟合的安全性，本实施例1中，限定λ的范围λ∈[0.35,1]。

如车辆姿态的第一判别函数G(S)≥D₂，则判定主控制子系统的故障等级为高故障等级,进一步进入S6B2；否则判定主控制子系统的故障等级为中故障等级，进一步进入S6B3步。

S5B4步,如冗余控制子系统确定在上一控制周期未激活冗余控制功能但车辆当前处于第一偏置区域Z1，则确定主控制子系统的故障等级为低故障等级，进一步进入S6B4步。

S6步：根据S5步选择执行分支S5B1-S5B4，分别执行对应S6B1-S6B4，完成后再分别进入对应S7B1-S7B4步。

S6B1步，如进入分支S6B1步，即确定主控制子系统的故障等级为高故障等级，则冗余控制子系统激活第一等级冗余控制功能，激活第一等级冗余控制功能表示需要计算：1)、使车身电子稳定系统ESP进行纵向控制的所需综合减速度a；2)，使电动助力转向系统EPS进行横向控制的最大安全力矩T_max、目标方向盘转角θ_steer和柔性控制时间t_SIL；在计算出这些参数信息后再进入S7B1步。

本实施例中，对于使车身电子稳定系统ESP进行纵向控制的综合减速度a的具体计算方式如下：

1)、根据车辆姿态的第一判别函数H(S)，通过下列公式计算出安全减速度a₁：

式中，g为重力加速度。

为前视摄像头识别到的路面类型估计出的对应的路面附着系数。/>

为车辆的最大安全减速度。a_1min＝0.5m/s，表示车辆的最小安全减速度。

σ为根据车辆的转向能力和底盘稳定能力所确定的减速度系数，计算公式：

LTR_Crit为安全临界荷载偏移率(LTR_Crit为常数)。LTR_avg为平均荷载偏移率：/>

t_now为当前时间点，t_Crit为判定时间，T为轮距，h为车辆质心高度。

α为故障估计量化积分参数，计算公式：

Δθ_Crit为安全临界航向角增量(Δθ_Crit为常数)。t_D1为从车辆从第一偏置区域Z1进入第二偏置区域Z2的时间点；t_Now为当前时间点；Yr为车辆的偏航率；v为车辆的车速。

S为滑模变量，通过公式：

计算，C₀表示车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；C₁为车辆的航向角；2C₂为车道中心线曲率；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：/>

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数。

2)、获得主控制子系统在当前控制周期输出的减速度a₂，该减速度a₂用于保证不和前方车辆道目标碰撞。主控制子系统对减速度a₂的计算方式为现有技术。

3)、计算综合减速度a，在上述减速度a₁和a₂中取其中绝对值大的，综合减速度a不超过系统最大能力。综合减速度a满足：

a＝-max(|a₁|,|a₂|)

此外，本实施例1中，对于使电动助力转向系统EPS执行横向控制所需的目标方向盘转角θ_steer的具体计算方式为：

Lw为车辆当前所在车道的车道宽度，v为车辆的车速，δ为车辆的横向偏置距离安全系数，θ为车辆偏离车道中心线时，使车辆渐进的回到车道中心线附近Z1区行驶的安全航向角；K_θδ为车辆的转向系统传动比，/>

为自适应参数,l为车辆的轴距；ε为滑模自适应参数初始值，ε为常数。

本实施例中，采用自适应滑模控制原理来计算所需的目标方向盘转角θ_steer。首先，定义使得电动助力转向系统EPS进行横向控制所需的滑模函数S(C₀,C₁)为：

如图8，滑模超平面满足：

/>

上式中，Lw为车辆当前所在车道的车道宽度，δ为车辆的横向偏置距离安全系数，θ为车辆的安全航向角。

δ具体为对车道宽度一半的

所取的横向偏置距离安全系数，一般取δ∈(0.5,0.9)，当整车和转向系统的制造一致性较差时，δ应适当减小。当δ设计确定后，控制车辆稳定在滑模超平面上时应满足:/>

因此，θ(安全航向角)决定了当横向偏置距离C₀一定时的航向角C₁。例如，如果车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离为/>

由/>

求解可得到航向角C₁＝-θ。

进一步地，定义横向控制李雅普诺夫函数J：

根据滑模控制稳定性理论，横向控制稳定，李雅普诺夫函数J则满足：

进一步地，采用自适应滑模趋近律

根据滑模控制理论，

越大，自适应滑模趋近律/>

的容错能力和抗扰动抗摄动能力越强，因此用于估计自适应参数/>

的一种自适应率方法为：

上面自适应率中的自适应参数

的初值可取大于零的实数，如γ₀＝1，式中

为死区为[0,η]的死区函数，[0,η]函数为零，Yr为车辆的偏航率，δ为车辆的横向偏置距离安全系数，θ为车辆的安全航向角；μ为防止车辆的相对偏航率过大所设置的安全偏航率参数(μ为常数)，K为自适应速率参数(K为常数)；γ_max为自适应上界(γ_max为常数)，由传感器/控制器/执行器的故障误差总体设计容错上界确定。

想要满足

令

/>

得出滑模控制率(即为本实施例1中的目标方向盘转角θ_steer)为：

此外，在本实施例中，对发送给电动助力转向系统EPS进行纵向控制所需要的最大安全力矩T_max的计算公式如下：

T_max＝min(T_eRequire,T_e-Limit)

T_e-Limit为电动助力转向系统EPS根据直流电压、最大电流、电机温度、变换器温度求出的第二力矩(其计算方式为现有技术)。T_eRequire为通过车速查表计算得到的第一力矩。

T_eRequire＝map(v)

其中查表函数map(v)通过车型实车试验数据拟合得到，如下表所示：

v(km/h)	0	20	40	60	80	100	120	140	160
										T<sub>eRequire</sub>(Nm)	20	17.5	12.5	9.5	7.25	6.5	5.75	4.65	3.75

此外，本实施例1中，柔性控制时间t_SIL由冗余控制子系统在当前控制周期激活冗余控制功能时刻所对应的横向安全距离(当v＞1m/s,C₁＞0时，该横向安全距离为

当v＞1m/s,C₁＜0时，该横向安全距离为/>

)除以横向速度|vsinC₁|得到，并限制2s≥t_SIL≥100ms，具体通过公式：

计算获得。进一步地，确定电动助力转向系统EPS在进行转向转角柔性控制(横向控制)而使车辆从当前的方向盘转角实际反馈值θ_SteerFB变化至上述的目标方向盘转角θ_steer。这一过程中不同插值时刻t对应的插值方向盘转角θ_SteerInterp。本实施例1中，通过Sigmoid函数插值，来使电动助力转向系统EPS柔性启动横向控制。

其中,插值期间，不同插值时刻t对应的插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp的计算公式为：

其中参数θ_steer的计算方式为S7B1.2中的目标方向盘转角的计算方式；t∈[0,t_SIL]；θ_{SteerDifference}为冗余控制子系统在当前控制周期激活第一等级冗余控制功能时刻对应的方向盘转角实际反馈值θ_SteerFB与目标方向盘转角θ_steer之差。

S6B2步，如进入分支S6B2步，即确认主控制子系统的故障等级为高故障等级，冗余控制子系统激活第一等级冗余控制功能。激活冗余控制功能表示需要计算：1)、使车身电子稳定系统ESP进行纵向控制的所需综合减速度a；2)，使电动助力转向系统EPS进行横向控制的最大安全力矩T_max、目标方向盘转角θ_steer和柔性控制时间t_SIL；在计算出这些参数信息后再进入S7B2步。其中综合减速度a、最大安全力矩T_max、目标方向盘转角θ_steer和柔性控制时间t_SIL的计算方式与S6B1步中的方式相同。

S6B3步，如进入分支S6B3步，即确认主控制子系统的故障等级为中故障等级，则冗余控制子系统激活第二等级冗余控制功能，激活第二等级冗余控制功能需要计算安全减速度a₁，然后进入S7B3步。其中安全减速度a₁的计算的方式与S6B1步中的方式相同。

S6B4步，如进入分支S6B4步，确认主控制子系统的故障等级为低故障等级，冗余控制子系统不激活冗余控制功能，关闭安全减速度a₁计算，然后进入S7B4步。

S7步：根据S6选择执行分支S6B1-S6B4，分别执行对应S7B1-S7B4，完成后进入S8步。

本实施例中，S7B1步，包括执行S7B1.1步和S7B1.2步。

S7B1.1步，1)、冗余控制子系统向车身电子稳定系统ESP发出纵向控制指令，具体为将综合减速度a作为最终输出给车身电子稳定系统ESP的最终加速度控制指令，使车身电子稳定系统ESP执行纵向控制。ESP车身电子稳定系统执行纵向控制的具体步骤为：执行综合减速度a至第一目标车速。其中，不同行驶环境工况条件下对应的第一目标车速不同，本实施例中，第一目标车速的确定方式包括：在非堵车工况下，若前车车速大于道路法规允许的车辆当前所在车道的最低安全车速，则执行综合减速度a至车辆当前所在车道允许的最低安全车速(此时，该最低安全车速即为第一目标车速)；在车行缓慢工况下，执行综合减速度a至前车车速(该前车车速即作为第一目标车速)，使本车与前车之间保持特定的纵向安全距离；在堵车工况下，若本车的当前车速在设定车速(如30Km/h)以下，则执行综合减速度a至车辆停止(此时，第一目标车速为0)。2)、冗余控制子系统向电子助力转向系统EPS发出横向控制指令，该横向控制指令中包含需要输出给电动助力转向系统EPS的基于自适应滑模控制原理计算出的目标方向盘转角θ_steer，以及使电动助力转向系统EPS进行转向转角柔性控制的柔性控制时间内t_SIL的不同插值时刻t对应的插值方向盘转角θ_SteerInterp。

S7B1.2，冗余控制子系统发出提醒信号，该提醒信号作为(针对中等级自动驾驶系统)提醒驾驶员第一等级冗余控制功能激活的信号。

S7B2步，执行S7B2.1和S7B2.2。

S7B2.1，包括：

1)、向车身电子稳定系统ESP发出纵向控制指令，使得车身电子稳定系统ESP执行纵向控制，即按照步骤S7B1.1中记录的方式进行减速控制。

2)、向EPS(电子助力转向系统)发出横向控制指令，使得电动助力转向系统EPS执行横向控制。具体来说，该横向控制指令中包含需要输出给电动助力转向系统EPS的基于自适应滑模控制原理计算出的目标方向盘转角θ_steer，以及使电动助力转向系统EPS进行转向转角柔性控制的柔性控制时间内t_SIL的不同插值时刻t对应的插值方向盘转角θ_SteerInterp。

S7B2.2冗余控制子系统发出提醒信号，该提醒信号作为(针对中等级自动驾驶系统)提醒驾驶员第一等级冗余控制功能激活的信号。

S7B3步，执行S7B3.1和S7B3.2。

S7B3.1步，冗余控制子系统(中等级自动驾驶)将根据计算出的安全加速度a₁和主控制子系统输出的减速度a₂确定输出给车身电子稳定系统ESP的最终加速度。

具体方法为，在安全减速度a₁和主控制子系统输出的减速度a₂中取最小值，将此作为最终输出给车身电子稳定系统ESP的最终减速度，仲裁模块进行减速控制的第二目标速度为D_v＝70％(D_v为设定百分比)乘以当前主控制子系统输出的目标速度。

S7B3.2步，冗余控制子系统输出信号提醒驾驶员集中注意力，观察道路和车辆状态。

S7B4步，执行S7B4.1和S7B4.2。

S7B4.1冗余控制子系统关闭冗余控制功能。

S7B4.2冗余控制子系统(中等级自动驾驶)向主控制子系统输出由主控制子系统进行控制的主功能控制信号，使主控制子系统按照既定策略进行车辆自动驾驶控制。

S8步(中等级自动驾驶)，判定驾驶员是否接管车辆。

S9步(中等级自动驾驶)，驾驶员如未接管车辆，冗余控制子系统继续执行冗余控制功能直至驾驶员接管。驾驶员如已接管，则关闭冗余控制功能，停止向执行机构，电动助力转向系统EPS或车身电子稳定系统ESP输出任何控制指令。

本发明的该实施例中提供的方法，冗余控制子系统中的一部分功能模块(拟合模块和冗余模块)持续性的与主控制子系统一起工作，这部分功能模块主要用于来识别车辆当前所在的车辆偏置区域。冗余控制子系统中的另一部分功能模块(仲裁模块)根据前述模块的识别结果以及其自身在上一控制周期是否激活第一等级冗余控制功能来确定主控制子系统当前的故障等级，进而选择性的激活或不激活本实施例中的冗余控制功能。在激活第一等级冗余控制功能时，通过控制电动助力转向系统EPS进行横向控制和控制车身电子稳定系统ESP进行纵向控制；在激活第一等级冗余控制功能时，通过控制车身电子稳定系统ESP进行纵向控制；来使得车辆能够在主控制子系统出现错误或故障时仍能够保持在车道内的安全行驶区域内行驶。

本方法的安全路径规划部分，规划安全路径曲线方程时，经过了护栏，路沿，车流的多源信息校验，即使传感器和规划出的安全路径曲线方程出现错误，也极大概率使得错误的影响有界。

本方法的横向控制部分，作为输入的信息至少包括车辆的横向偏置距离、车辆航向角、车道中心线曲率、道路宽度四个输入，再基于滑模或准滑模补偿控制和自适应的控制，滑模超平面至少由横向偏置距离、车辆航向角、道路宽度三个变量得到。只要车辆横向偏移和车辆航向角的误差在一定范围内，而传感器曲率检测不准确、或者控制器、执行器或通信的故障或错误引起的方向盘转向角的错误偏角没有超过设计容错上界，那么该方法一定能干全部补偿这个故障或错误的影响；当故障，错误或扰动超过设计容错上界，该方法也能部分补偿这个故障或错误的影响。

本方法的纵向控制部分，为根据航向角、横向偏置距离等状态变量计算安全减速度，并结合前方威胁目标执行减速协同控制，利用车辆减速降低车辆侧向动能，降低发生侧滑的概率，提高车辆横向控制稳定性。在非堵车工况，前方无威胁目标时，尽可能的不采用刹停的策略，而是降低车速至高速公路车辆道最低速度限制，减小在高速公路上执行安全控制时被追尾概率，极大可能提高安全性。

如图5，本实施例中的方法执行逻辑与上述图4中的方法执行逻辑一致。区别仅在于，图5中方法应用在高等级自动驾驶系统(4级/5级)中，此时的自动驾驶系统采用全自动驾驶模式，自动驾驶感知和主控制子系统是自动驾驶车辆的安全责任主体，安全员可能注意力完全转移，而全程非在环。因此在冗余控制方面以冗余控制优先，只有在冗余控制稳定之后，安全员才能接管，其中S0至S7与图4中的方法执行步骤相同，区别在于步骤S7B1.2、S7B2.2，S7B3.2，S8和S9与实施例1中的对应步骤不同。

应用于高等级自动驾驶系统的冗余控制方法的S7B1.2和S7B2.2步为：冗余控制子系统仅发出提醒安全员第一等级冗余控制功能激活的信号，而在车辆稳定、车速降低到安全车速且路况良好前不提醒安全员进行接管。

S7B3.2步为：冗余控制子系统仅输出安全减速度a₁；但不输出提醒信号去提醒安全员集中注意力。

S8步，在冗余控制子系统激活第一冗余控制功能后，在冗余控制子系统执行步骤S7B1和步骤S7B2后，先执行S8d1。

S8d1步，冗余控制子系统需要先判定自动驾驶车辆是否处于稳定安全状态，判断车辆处于稳定安全状态的具体步骤为：1)、车辆坐标系原点稳定位于第一偏置区域Z1内；2)、当前道路路况良好；3)、车辆的车速低于车辆当前所在车道允许的最低安全车速。在满足上述这些条件后，再执行步骤S8，确定是否重新启动主控制子系统进行主功能控制或请求安全员接管。

S9步，先执行S9d1。

S9d1步，安全员未接管车辆或主控制子系统未按照冗余控制子系统发送的主控制功能信号去进行车辆控制，则尝试重新向主控制子系统发送主功能控制信号请求主控制子系统激活主功能控制。执行步骤S9d1步后，在执行步骤S9。

S9步，安全员或远程控制如已接管，则冗余控制子系统关闭冗余控制功能，停止向电动助力转向系统EPS和车身电子稳定系统ESP输出控制指令。

本实施例中，目标方向盘转角θ_steer还可以采用另外一种方式进行求解获得，此处滑模控制率(即目标方向盘转角θ_steer的求解公式)为：

饱和函数为

类饱和函数为/>

是任意连续函数，满足f(0)＝0，f(1)＝1，f(-1)＝-1；φ为准滑模边界层宽度(其为常数)。

参照图6和图7，本发明实施例还提供了一种自动驾驶系统，所述自动驾驶系统包括主控制子系统和冗余控制子系统，所述冗余控制子系统包括：

第一确定模块，用于在自动驾驶系统的自动驾驶功能激活时，确定车辆在当前所在车道内具体所处偏置区域；偏置区域是指车道中心线左侧方向和车道中心线右侧方向各自与车道中心线之间的距离位于预定距离范围内时所组成的区域；

第二确定模块，用于根据车辆当前所处的偏置区域和冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果，确定主控制子系统当前的故障等级；

仲裁模块，用于根据主控制子系统当前的故障等级，激活对应等级的冗余控制功能，并按照对应等级的冗余控制功能进行车辆控制。

优选地，第一确定模块包括：

拟合单元，用于根据前视摄像头和雷达输出到的多源信息，拟合使车辆保持车道中心线行驶的安全路径方程C₀(x)，并确定车辆当前所在车道的车道宽度Lw；

第一确定单元，根据所规划的安全路径方程C₀(x)中的系数C₀和车道宽度Lw，确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域。

优选地，摄像头和雷达输出到的多源信息包括：相对于车辆坐标系原点规划的车道线曲线方程L₀(x)、路沿曲线方程K₀(x)、护栏曲线方程G₀(x)和/或车流曲线方程T₀(x)；拟合单元具体用于：

根据车辆的车速向前等间隔时长的选取N个纵向位置点，通过公式：x_i＝v×i×t_LA(i＝0,...,N-1)计算第i个纵向位置点与车辆坐标系原点之间的纵向距离x_i，v为车辆的车速，t_LA为设定的时间间隔时长；

通过公式：

E_0Left(x_i)＝-min[|L_0Left(x_i)|,|K_0Left(x_i)|,|G_0Left(x_i)|,|T_0Left(x_i)|](i＝0,...,N-1)确定与第i个纵向位置点对应的左侧横向位置点E_0Left(x_i)；

通过公式：

E_0Right(x_i)＝min[|L_0Right(x_i)|,|K_0Right(x_i)|,|G_0Right(x_i)|,|T_0Right(x_i)|](i＝0,...,N-1)确定与第i个纵向位置点对应的右侧横向位置点E_0Left(x_i)；

使用最小二乘拟合法将取得的车辆所在车道的左侧边缘的N个位置点(x_i,E_0Left(x_i))拟合为车辆所在车道的左侧边缘曲线E_0Left(x)；

使用最小二乘拟合法将取得的车辆所在车道的右侧边缘的N个位置点(x_i,E_0Right(x_i))拟合为车辆所在车道的右侧边缘曲线E_0Right(x)；

对左侧边缘曲线和右侧边缘曲线的各系数进行均值处理，通过公式：

获得使车辆沿着车道中心线行驶的安全路径方程C₀(x)；

通过公式：

Lw＝min(Lw(x₀),...,Lw(x_N-1),Lw_min(x_LB))；

计算车辆当前所在车道的车道宽度Lw；Lw_min(x_LB)表示在前t_LB时间内的历史最小车道宽度，Lw(x_i)＝|E_0Right(x_i)-E_0Left(x_i)|(i＝0,...,N-1)。

优选地，第一确定单元包括：

第一计算子单元，用于通过公式：

计算以车道宽度Lw和横向偏置距离C₀为基础的故障函数；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度，系数C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；

第一确定子单元，用于若故障函数F(Δ)小于第一设定比值D₁；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第一偏置区域Z1；

第二确定子单元，用于若故障函数F(Δ)大于或等于第一设定比值D₁且小于第二设定比值D₂；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第二偏置区域Z2；

第三确定子单元，用于若故障函数F(Δ)大于或等于第二设定比值D₂；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第三偏置区域Z3。

优选地，第二确定模块包括：

第二确定单元，用于若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第一等级冗余控制功能，或者，若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第三偏置区域Z3，则确定主控制子系统当前的故障等级为高故障等级；

第三确定单元，包括：比对子单元，用于若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第二偏置区域Z2，则进一步比对车辆姿态的第一判别函数G(S)与第二设定比值D₂的大小；第四确定子单元，用于在车辆姿态的第一判别函数G(S)大于或等于第二设定比值D₂时，确定主控制子系统当前的故障等级为高故障等级；第五确定子单元，用于在车辆姿态的第一判别函数G(S)小于第二设定比值D₂时，确定主控制子系统当前的故障等级为中故障等级；

第四确定单元，用于若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第一偏置区域Z1，则确定主控制子系统当前的故障等级为低故障等级。

优选地，比对子单元具体用于：

通过公式：

G(S)＝λ|S|

计算获得车辆姿态的判别函数G(S)；λ为识别信度，λ为常数或者基于车辆的车速v、车辆的偏航率Yr、方向盘转角θ_Steer、车道中心线曲率2C₂以及前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型所对应的路面附着系数

进行RBF神经网络拟合得到；当λ为常数时λ＝0.7；当λ通过RBF神经网络拟合得到时，λ的取值范围为：λ∈[0.35,1]；

S为滑模变量，通过公式：

/>

计算获得；滑模超平面方程满足：

Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；C₁为车辆的航向角；δ为对车道宽度的一半

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数。

优选地，仲裁模块包括：

第一激活单元，用于若主控制子系统当前的故障等级为高故障等级，则激活第一等级冗余控制功能；

第二激活单元，用于若主控制子系统当前的故障等级为中故障等级，则激活第二等级冗余控制功能；

关闭单元，用于若主控制子系统当前的故障等级为低故障等级，则不激活第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能。

优选地，仲裁模块还包括：

第一控制单元，用于若激活第一等级冗余控制功能，则按照计算出的综合减速度a控制车身电子稳定系统ESP减速至第一目标减速度，并按照计算出的目标方向盘转角θ_steer和最大安全力矩T_max控制电动助力转向系统EPS在柔性控制时间t_SIL内进行方向盘转角控制；

第二控制单元，用于若激活第二等级冗余控制功能，则根据车辆姿态的第二判别函数H(S)计算出的安全减速度a₁和主控制子系统输出的减速度a₂控制车身电子稳定系统ESP减速至第二目标减速度；

综合减速度a为根据车辆姿态的第二判别函数H(S)计算出的安全减速度a₁和主控制子系统输出的减速度a₂中的较大值；第一目标速度与当前行驶环境工况相关；第二目标速度与主控制子系统输出的目标速度相关，且第二目标速度小于主控制子系统输出的目标速度。

优选地，第一控制单元具体用于：

通过公式：

计算目标方向盘转角θ_steer；2C₂为车道中心线曲率；C₁为车辆的航向角；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；K_θδ为车辆的转向系统传动比；

为自适应参数；l为车辆的轴距；v为车辆的车速；ε为自适应参数初始值，ε为常数；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；S为滑模变量，通过公式/>

计算获得，滑模超平面方程满足：/>

θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为车辆传感系统识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数；

自适应参数

通过公式：

计算获得；

C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；

为死区为[0,η]的死区函数，[0,η]函数为零；Yr为车辆的偏航率；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；μ为防止车辆的相对偏航率过大所设置的安全偏航率参数，K为自适应速率参数，γ_max为自适应上界。

优选地，第一控制单元具体用于：

通过公式：

计算目标方向盘转角θ_steer，2C₂为车道中心线曲率；C₁为车辆的航向角；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；K_θδ为车辆的转向系统传动比；

为自适应参数；l为车辆的轴距；v为车辆的车速；ε为自适应参数初始值，ε为常数；δ对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；S为滑模变量，通过公式/>

计算获得，滑模超平面方程满足：/>

θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数；

自适应参数

通过公式：/>

计算获得；

C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；

为死区为[0,η]的死区函数，[0,η]函数为零；Yr为车辆的偏航率；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；μ为防止车辆的相对偏航率过大所设置的安全偏航率参数，K为自适应速率参数，γ_max为自适应上界；

饱和函数为

类饱和函数为/>

是任意连续函数，满足f(0)＝0，f(1)＝1，f(-1)＝-1；φ为准滑模边界层宽度，φ为常数。

优选地，第一控制单元和第二控制单元具体用于：

通过公式：

计算出安全减速度a₁；

g为重力加速度；

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型估计出的对应的路面附着系数；a_1max为车辆的最大安全减速度，/>

a_1min为车辆的最小安全减速度，a_1min为常数；t_D1为从车辆从第一偏置区域Z1进入第二偏置区域Z2的时间点；t_Now为当前时间点；Yr为车辆的偏航率；v为车辆的车速；

σ为根据车辆的转向能力和底盘稳定能力所确定的减速度系数，通过公式：

计算获得；LTR_Crit为安全临界荷载偏移率，LTR_Crit为常数；LTR_avg为平均荷载偏移率，通过公式：/>

计算获得，t_now为当前时间点，t_Crit为判定时间，T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度；

α为故障估计量化积分参数，通过公式：

计算获得，Δθ_Crit为安全临界航向角增量，Δθ_Crit常数；

S为滑模变量，通过公式：

计算；C₀表示车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；C₁为车辆的航向角；2C₂为车道中心线曲率；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为车辆传感系统识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数。

优选地，第一控制单元具体用于：

通过公式：

T_max＝min(T_eRequire,T_e-Limit)计算最大安全力矩T_max；

第一力矩T_eRequire通过根据车辆的车速v从车速与第一力矩T_eRequire的预设关系表查表获得，第二力矩T_e-Limit由电动助力转向系统EPS输出；

通过公式：

计算得到柔性控制时间t_SIL，且所述柔性控制时间t_SIL满足：2s≥t_SIL≥100ms。

优选地，第一控制单元具体用于：

通过sigmoid函数插值，确定不同插值时刻t对应的插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp；通过公式：

计算插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp，插值时间t∈[0,t_SIL]；θ_{SteerDifference}为第一等级冗余控制功能激活的时间点对应的车辆的方向盘转角实际反馈值θ_SteerFB与目标方向盘转角θ_steer之差；

将在柔性控制时间t_SIL内的每一插值时刻t对应的插值方向盘转角θ_SteerInterp输出给电动助力转向系统EPS，使电动助力转向系统EPS在所述最大安全力矩T_max条件下将车辆的方向盘转角由方向盘转角实际反馈值θ_SteerFB调节为所述插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp。

优选地，所述仲裁模块还包括：

第一判断单元，用于针对自动驾驶系统为L4或L5高等级自动驾驶系统，在按照第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能进行车辆控制时，判断是否满足：车辆当前所处的偏置区域稳定为第一偏置区域Z1、车辆的车速是否小于车辆当前所在车道的最低限制车速且车辆当前所在车道的路况为良好路况；

第一输出单元，用于若满足，输出提示驾驶员进行车辆接管的提示信息；

第二判断单元，用于判断驾驶员是否接管车辆；

第一关闭单元，用于若接管，则关闭第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能，并停止向电动助力转向系统EPS和车身电子稳定系统ESP输出控制指令；

第二输出单元，用于针对自动驾驶系统为L2.5或L3中等级自动驾驶系统，在按照第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能进行车辆控制时，输出提示驾驶员进行车辆接管的提示信息；

第三判断单元，用于判断驾驶员是否接管车辆；

第二关闭单元，用于若接管，则关闭第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能，并停止向电动助力转向系统EPS和车身电子稳定系统ESP输出控制指令。

参照图1，本发明实施例还提供了一种自动驾驶汽车，包括上述的自动驾驶系统。

本发明实施例还提供了一种控制器，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行，以实现如上述的冗余控制方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行，以实现如上述的冗余控制方法。

Claims (18)

1.一种自动驾驶系统的冗余控制方法，所述自动驾驶系统包括主控制子系统和冗余控制子系统，所述方法应用于冗余控制子系统，其特征在于，所述方法包括：

在自动驾驶系统的自动驾驶功能激活时，确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域；偏置区域是指车道中心线左侧方向和车道中心线右侧方向各自与车道中心线之间的距离位于预定距离范围内时所组成的区域；

根据车辆当前所处的偏置区域和冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果，确定主控制子系统当前的故障等级；

根据主控制子系统当前的故障等级，激活对应等级的冗余控制功能，并按照对应等级的冗余控制功能进行车辆控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域的具体步骤为：

根据前视摄像头和雷达输出到的多源信息，拟合使车辆保持车道中心线行驶的安全路径方程C₀(x)，并确定车辆当前所在车道的车道宽度Lw；

根据所规划的安全路径方程C₀(x)中的系数C₀和车道宽度Lw，确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，摄像头和雷达输出到的多源信息包括：相对于车辆坐标系原点规划的车道线曲线方程L₀(x)、路沿曲线方程K₀(x)、护栏曲线方程G₀(x)和/或车流曲线方程T₀(x)；根据前视摄像头和雷达输出到的多源信息，拟合使车辆保持车道中心线行驶的安全路径方程C₀(x)，并确定车辆当前所在车道的车道宽度Lw的具体步骤为：

根据车辆的车速向前等间隔时长的选取N个纵向位置点，通过公式：x_i＝v×i×t_LA(i＝0,...,N-1)计算第i个纵向位置点与车辆坐标系原点之间的纵向距离x_i，v为车辆的车速，t_LA为设定的时间间隔时长；

通过公式：

E_0Left(x_i)＝-min[|L_0Left(x_i)|,|K_0Left(x_i)|,|G_0Left(x_i)|,|T_0Left(x_i)|](i＝0,...,N-1)确定与第i个纵向位置点对应的左侧横向位置点E_0Left(x_i)；

通过公式：

E_0Right(x_i)＝min[|L_0Right(x_i)|,|K_0Right(x_i)|,|G_0Right(x_i)|,|T_0Right(x_i)|](i＝0,...,N-1)确定与第i个纵向位置点对应的右侧横向位置点E_0Left(x_i)；

使用最小二乘拟合法将取得的车辆所在车道的左侧边缘的N个位置点(x_i,E_0Left(x_i))拟合为车辆所在车道的左侧边缘曲线E_0Left(x)；

使用最小二乘拟合法将取得的车辆所在车道的右侧边缘的N个位置点(x_i,E_0Right(x_i))拟合为车辆所在车道的右侧边缘曲线E_0Right(x)；

对左侧边缘曲线和右侧边缘曲线的各系数进行均值处理，通过公式：

获得使车辆沿着车道中心线行驶的安全路径方程C₀(x)；C₀为车辆所在车道的车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离，C₁为车辆所在车道的车道中心线相对车辆坐标系原点的夹角，C₂为车道中心线曲率的1/2，C₃为车道中心线曲率变化率的1/6；

通过公式：

Lw＝min(Lw(x₀),...,Lw(x_N-1),Lw_min(x_LB))；

计算车辆当前所在车道的车道宽度Lw；Lw_min(x_LB)表示在前t_LB时间内的历史最小车道宽度，Lw(x_i)＝|E_0Right(x_i)-E_0Left(x_i)|(i＝0,...,N-1)。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所规划的安全路径方程C₀(x)中的系数C₀和车道宽度Lw，确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域的具体步骤为：

通过公式：

计算以车道宽度Lw和横向偏置距离C₀为基础的故障函数F(Δ)；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度，系数C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；

若故障函数F(Δ)小于第一设定比值D₁；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第一偏置区域Z1；

若故障函数F(Δ)大于或等于第一设定比值D₁且小于第二设定比值D₂；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第二偏置区域Z2；

若故障函数F(Δ)大于或等于第二设定比值D₂；则确定车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第三偏置区域Z3。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据车辆当前所处的偏置区域和冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果，确定主控制子系统当前的故障等级的具体步骤为：

若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第一等级冗余控制功能，或者，若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第三偏置区域Z3，则确定主控制子系统当前的故障等级为高故障等级；

若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第二偏置区域Z2，则进一步比对车辆姿态的第一判别函数G(S)与第二设定比值D₂的大小；在车辆姿态的第一判别函数G(S)大于或等于第二设定比值D₂时，确定主控制子系统当前的故障等级为高故障等级；在车辆姿态的第一判别函数G(S)小于第二设定比值D₂时，确定主控制子系统当前的故障等级为中故障等级；

若冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果为激活第二等级冗余控制功能或未激活冗余控制功能且车辆在当前所在车道内具体所处的偏置区域为第一偏置区域Z1，则确定主控制子系统当前的故障等级为低故障等级。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，车辆姿态的第一判别函数G(S)通过公式：

G(S)＝λ|S|

计算获得；λ为识别信度，λ为常数或者基于车辆的车速v、车辆的偏航率Yr、方向盘转角θ_Steer、车道中心线曲率2C₂以及前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型所对应的路面附着系数

进行RBF神经网络拟合得到；当λ为常数时λ＝0.7；当λ通过RBF神经网络拟合得到时，λ的取值范围为：λ∈[0.35,1]；

S为滑模变量，通过公式：

计算获得；滑模超平面方程满足：

Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；C₁为车辆的航向角；δ为对车道宽度的一半

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据主控制子系统当前的故障等级，激活对应等级的冗余控制功能的具体步骤为：

若主控制子系统当前的故障等级为高故障等级，则激活第一等级冗余控制功能；

若主控制子系统当前的故障等级为中故障等级，则激活第二等级冗余控制功能；

若主控制子系统当前的故障等级为低故障等级，则不激活第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，按照对应等级的冗余控制功能进行车辆控制的具体步骤为：

若激活第一等级冗余控制功能，则按照计算出的综合减速度a控制车身电子稳定系统ESP减速至第一目标减速度，并按照计算出的目标方向盘转角θ_steer和最大安全力矩T_max控制电动助力转向系统EPS在柔性控制时间t_SIL内进行方向盘转角控制；

若激活第二等级冗余控制功能，则根据车辆姿态的第二判别函数H(S)计算出的安全减速度a₁和主控制子系统输出的减速度a₂控制车身电子稳定系统ESP减速至第二目标减速度；

综合减速度a为根据车辆姿态的第二判别函数H(S)计算出的安全减速度a₁和主控制子系统输出的减速度a₂中的较大值；第一目标速度与当前行驶环境工况相关；第二目标速度与主控制子系统输出的目标速度相关，且第二目标速度小于主控制子系统输出的目标速度。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

通过公式：

计算目标方向盘转角θ_steer；2C₂为车道中心线曲率；C₁为车辆的航向角；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；K_θδ为车辆的转向系统传动比；

为自适应参数；l为车辆的轴距；v为车辆的车速；ε为自适应参数初始值，ε为常数；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；S为滑模变量，通过公式/>

计算获得，滑模超平面方程满足：/>

θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为车辆传感系统识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数；

自适应参数

通过公式：/>

计算获得；C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；/>

为死区为[0,η]的死区函数，[0,η]函数为零；Yr为车辆的偏航率；δ为对车道宽度的一半

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；μ为防止车辆的相对偏航率过大所设置的安全偏航率参数，K为自适应速率参数，γ_max为自适应上界。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过公式：

计算目标方向盘转角θ_steer，2C₂为车道中心线曲率；C₁为车辆的航向角；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；K_θδ为车辆的转向系统传动比；

为自适应参数；l为车辆的轴距；v为车辆的车速；ε为自适应参数初始值，ε为常数；δ对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；S为滑模变量，通过公式/>

计算获得，滑模超平面方程满足：/>

θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数；/>

自适应参数

通过公式：

C₀为车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；

为死区为[0,η]的死区函数，[0,η]函数为零；Yr为车辆的偏航率；δ为对车道宽度的一半

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；μ为防止车辆的相对偏航率过大所设置的安全偏航率参数，K为自适应速率参数，γ_max为自适应上界；

饱和函数为

类饱和函数为/>

是任意连续函数，满足f(0)＝0，f(1)＝1，f(-1)＝-1；φ为准滑模边界层宽度，φ为常数。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据车辆姿态的第二判别函数H(S)通过公式：

计算出安全减速度a₁；

g为重力加速度；

为前视摄像头识别到的车辆当前所在车道的路面类型估计出的对应的路面附着系数；a_1max为车辆的最大安全减速度，/>

a_1min为车辆的最小安全减速度，a_1min为常数；t_D1为从车辆从第一偏置区域Z1进入第二偏置区域Z2的时间点；t_Now为当前时间点；Yr为车辆的偏航率；v为车辆的车速；

σ为根据车辆的转向能力和底盘稳定能力所确定的减速度系数，通过公式：

计算获得；LTR_Crit为安全临界荷载偏移率，LTR_Crit为常数；LTR_avg为平均荷载偏移率，通过公式：/>

计算获得，t_now为当前时间点，t_Crit为判定时间，T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度；

α为故障估计量化积分参数，通过公式：

计算获得，Δθ_Crit为安全临界航向角增量，Δθ_Crit常数；/>

S为滑模变量，通过公式：

计算；C₀表示车道中心线相对于车辆坐标系原点的横向偏置距离；C₁为车辆的航向角；2C₂为车道中心线曲率；Lw为车辆当前所在车道的车道宽度；δ为对车道宽度的一半/>

所取的横向偏置距离安全系数，δ∈[0.5,0.9]；θ为车辆偏离车道中心线行驶时，使车辆渐进的回到第一偏置区域Z1内行驶的安全航向角；安全航向角θ通过公式：

计算获得；θ∈[θ_min,θ_max]，θ_max为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全上限，θ_min为保证车辆渐进的趋近平衡点的安全下限；a_ymax为车辆最大安全侧向加速度；车辆最大安全侧向加速度a_ymax通过公式：

计算获得；T为车辆的轮距，h为车辆的质心高度，g为重力加速度，

为车辆传感系统识别到的车辆当前所在车道的路面类型对应的路面附着系数。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过公式：

T_max＝min(T_eRequire,T_e-Limit)计算最大安全力矩T_max；

第一力矩T_eRequire通过根据车辆的车速v从车速与第一力矩T_eRequire的预设关系表查表获得，第二力矩T_e-Limit由电动助力转向系统EPS输出；通过公式：

计算得到柔性控制时间t_SIL，且所述柔性控制时间t_SIL满足：2s≥t_SIL≥100ms。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，按照计算出的方向盘转角θ_steer和最大安全力矩T_max控制电动助力转向系统EPS在柔性控制时间t_SIL内进行方向盘转角控制的具体步骤为：

通过sigmoid函数插值，确定不同插值时刻t对应的插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp；通过公式：

计算插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp，插值时间t∈[0,t_SIL]；θ_{SteerDifference}为第一等级冗余控制功能激活的时间点对应的车辆的方向盘转角实际反馈值θ_SteerFB与目标方向盘转角θ_steer之差；

将在柔性控制时间t_SIL内的每一插值时刻t对应的插值方向盘转角θ_SteerInterp输出给电动助力转向系统EPS，使电动助力转向系统EPS在所述最大安全力矩T_max条件下将车辆的方向盘转角由方向盘转角实际反馈值θ_SteerFB调节为所述插值方向盘转角指令值θ_SteerInterp。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

针对自动驾驶系统为L4或L5高等级自动驾驶系统，在按照第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能进行车辆控制时，判断是否满足：车辆当前所处的偏置区域稳定为第一偏置区域Z1、车辆的车速是否小于车辆当前所在车道的最低限制车速且车辆当前所在车道的路况为良好路况；

若满足，输出提示安全员进行车辆接管的提示信息；

判断安全员是否接管车辆；

若接管，则关闭第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能，并停止向电动助力转向系统EPS和车身电子稳定系统ESP输出控制指令；

针对自动驾驶系统为L2.5或L3中等级自动驾驶系统，在按照第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能进行车辆控制时，输出提示驾驶员进行车辆接管的提示信息；

判断驾驶员是否接管车辆；

若接管，则关闭第一等级冗余控制功能或第二等级冗余控制功能，并停止向电动助力转向系统EPS和车身电子稳定系统ESP输出控制指令。

15.一种自动驾驶系统，所述自动驾驶系统包括主控制子系统和冗余控制子系统，其特征在于，所述冗余控制子系统包括：

第一确定模块，用于在自动驾驶系统的自动驾驶功能激活时，确定车辆在当前所在车道内具体所处偏置区域；偏置区域是指车道中心线左侧方向和车道中心线右侧方向各自与车道中心线之间的距离位于预定距离范围内时所组成的区域；

第二确定模块，用于根据车辆当前所处的偏置区域和冗余控制子系统在上一控制周期输出的控制结果，确定主控制子系统当前的故障等级；

仲裁模块，用于根据主控制子系统当前的故障等级，激活对应等级的冗余控制功能，并按照对应等级的冗余控制功能进行车辆控制。

16.一种自动驾驶汽车，其特征在于，包括权利要求15所述的自动驾驶系统。

17.一种控制器，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行，以实现如权利要求1至14任一所述的冗余控制方法。

18.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行，以实现如权利要求1至14任一所述的冗余控制方法。

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