CN113183978A - 自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法和安全保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法，包括：定义自动驾驶工程车整车故障，其包括零部件故障、线控控制器根据车辆信息判断的零部件不报但影响无人驾驶安全的故障以及线控控制器自身故障。本发明还公开了一种自动驾驶工程车线控系统安全保护方法。本发明能够对自动驾驶线控工程车故障进行全面诊断、分析和安全保护，提高无人驾驶行车安全。

Description

自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法和安全保护方法

技术领域

本发明涉及无人驾驶技术领域。更具体地说，本发明涉及一种自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法和安全保护方法。

背景技术

随着科技的发展，无人驾驶成为现阶段车辆领域的研究热点。自动驾驶工程车辆由于去掉了“人”这个信息处理中枢，对于故障判断、分析、处理就需要一个完善、合理的方法。目前工程车线控系统零部件均可以上报故障信息如故障码，并做了相应的保护，但各主要零部件的故障等级的定义只针对自身故障，而并未从整车角度出发定义，而且一些不明原因的故障零部件无法反馈，但这些故障对于自动驾驶安全是必须的，如发动机不明原因熄火、零部件掉线、举升堵塞等。因此，需要一个系统的方法对自动驾驶线控工程车故障进行诊断、分析和安全保护。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法和安全保护方法，其能够对自动驾驶线控工程车故障进行全面诊断、分析和安全保护，提高无人驾驶行车安全。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法，包括：

定义自动驾驶工程车整车故障，其包括零部件故障、线控控制器根据车辆信息判断的零部件不报但影响无人驾驶安全的故障以及线控控制器自身故障。

优选的是，还包括：标记故障代码，按照车辆行驶安全影响程度将整车故障重新划分为多个故障等级，诊断自动驾驶工程车故障，获取故障代码，并判定出整车故障等级。

优选的是，更新整车故障，总结发生规律和触发条件，整合故障代码，划分故障等级。

优选的是，所述线控控制器自身故障包括线控控制自身引脚或通讯故障。

优选的是，还包括：线控控制器根据车辆信息进行故障预警。

优选的是，包括：

定义自动驾驶工程车整车故障，其包括零部件故障、线控控制器根据车辆信息判断的零部件不报但影响无人驾驶安全的故障以及线控控制器自身故障，标记故障代码，按照车辆行驶安全影响程度将整车故障重新划分为多个故障等级；

诊断自动驾驶工程车故障，获取故障代码，并判定出整车故障等级，对于不影响车辆行驶的故障等级，生成车辆空闲时人工处理任务，对于影响车辆行驶但不影响行车安全的故障等级，生成车辆完成当前作业后的人工处理任务，对于影响车辆行驶以及行车安全的故障等级，生成执行紧急停车指令。

优选的是，还包括：对部分关键零部件进行冗余配制，配置关键零部件应急系统，当出现致命故障无法执行指令时，启用冗余配制的零部件进行安全保护操作。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、将部分需要由人主观判断获知的故障通过设置评定指标、量化参数，并转换为程序语言，以适应无人驾驶对于车辆故障状态获取的需求。同时，若将之应用于有人驾驶车辆，则弱化甚至替代人判断故障的功能，使车辆更智能、安全；

第二、将所有线控控制器可直接或间接获取的故障划分等级处理，有利于简化安全保护策略，避免针对每一个故障进行不同处理的繁琐，同时越简单的策略越可靠，有利于工程应用；

第三、冗余配置的设置提高的系统的安全性、可靠度，保障车辆安全，同时冗余配置的零部件独立供电，不受主控制回路的影响，主控制回复通讯故障时，冗余配置仍可受线控控制器控制。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的无人驾驶系统与自动驾驶线控工程车连接示意图；

图2为本发明的故障信息处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

现有的人工驾驶车辆故障通常只包括零部件故障，结合人的经验主观判断分析：

零部件故障诊断主要集中在发动机、变速箱等关键零部件，这些零部件只会从自身故障状态反馈出故障的原因和严重程度，未从整个车辆的状态整体考虑故障的影响严重程度，需要综合评估对行车的影响。应用在无人驾驶中时，部分零部件如制动、转向在无人驾驶模式下出现致命故障(零部件上报的故障)，应用在有人驾驶中时，是正常或是一般故障，例如转向角度反馈问题，在无人驾驶模式下，没有角度反馈就无法判断车轮位置，进而无法判断发送的转向指令是否得到执行，但是在有人模式下，人不需要知道转向角度的反馈(实际上有人驾驶车辆无角度反馈的传感器)，人只需要根据自己的路感和目标方向去操作方向盘达到转向目的。

另外，部分智能化程度不高的零部件不具备故障诊断功能(人工驾驶时可能无必要)，即无法诊断和反馈零部件故障。需要驾驶员根据一些现象判断故障原因，如方向盘转动阻力变大，可能是转向液压回路油滤阻塞造成。

人工诊断是由驾驶员根据仪表显示的故障信息、车辆工作状态、异常声音、异常动作以及经验等判断，存在的问题是：①驾驶员对于车辆的熟悉程度不同，对于故障判断的敏感度、判断准确度也有所差异，如车辆举升系统(自卸车配置)致命故障不能举升否则损坏举升系统，但并不影响车辆行驶，就会判定为整车一般或严重故障，实际上车辆可以行驶至安全区域不用立即停车。②许多由人根据车辆出现的现象判断的故障，主观性太强，无法直接应用于无人驾驶，有可能判断的不准确甚至不正确。此类现象需要将判断此种现象的指标转换成多个可获得的参数，总结经验及大量测试，并量化设置参数阈值。如发动机异常熄火，发动机很多时候不会报故障，但人是可以判断出来的，这种情况对于无人驾驶无法直接获知熄火的状态，就需要从发动机转速、扭矩、温度、负荷以及车辆速度、挡位等参数的变化情况，制定一定的判断逻辑，综合判断。

对于有人驾驶车辆故障的诊断，人在其中担任了非常重要的角色，人相当于一个复杂且多功能的传感器，同时又担任着车辆故障时的紧急避险操作的执行者。对于自动驾驶工程车，如果想要替代上述人担任的角色，就需要总结人诊断车辆故障的逻辑，并将其中主观判断的因素找到实际可对应的可获取的参数，进行量化分析，给出阈值，同时尽可能遍历所有故障形式。目前尚没有从整车角度定义的无人驾驶车辆整车故障。

如图1-2所示，本发明提供一种自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法，包括：

首先定义自动驾驶工程车整车故障，其包括零部件故障、线控控制器根据车辆信息判断的故障以及线控控制器自身故障(不影响芯片判断)，零部件故障与整车故障并不对等，例如部分零部件故障上报需要处理，但实际对整车影响不严重无需处理，因此将零部件故障与线控控制器根据车辆信息判断的故障、线控控制器自身故障相结合。线控控制器根据车辆信息判断的故障，

标记故障代码，对各零部件主动反馈的故障代码(正常情况下零部件会按照J1939协议发送SPN+FMI组合码)，线控控制器按照一定的格式进行统一编码，统一管理，方便查询和处理，具体实施时可对各零部件每个故障的零部件故障等级和它引发的整车故障等级重新定义，零部件故障信息包含两种代码，即故障等级和故障代码。对每个零部件的每个故障进行评估，根据零部件厂家经验、驾驶员经验、整车厂适配经验等评估此故障发生时的严重程序，划定故障对应的整车故障等级，按照车辆行驶安全影响程度将整车故障重新划分为多个故障等级，注意：零部件故障等级和它引发的整车故障等级并不对等，例如对于油电混动车辆，当发动机出现三级故障时，电机可以一定程度上保证车辆行驶，整车故障等级定义为二级；

诊断自动驾驶工程车故障，获取故障代码，综合零部件反馈的故障代码、线控控制器判断的故障代码以及线控控制器自身上报的故障代码，根据整车故障等级的判定标准，并判定出整车故障级。结合线控系统工作状态对自动驾驶系统进行安全警示及对线控工程车进行安全保护。

例如：

(1)如发动机异常熄火：发动机正常工作时其转速有一个正常的范围，且车辆正常运行情况下，不判断钥匙、油箱油充足、温度正常等条件满足时，发动机不会熄火，如果发动机运行条件均正常，且无人触发熄火发动机转速迅速下降且低于正常范围，发动机扭矩也会发生类似变化(迅速变为0％)，同时车速可能也在一个异常状态，与转速不匹配，此时的故障等级分两种情况：车辆行进过程中(车速不为0)发动机异常熄火，故障等级三级，行进过程中异常熄火故障代码(252)添加进发动机故障列表(发动机原故障代码中无此类故障)；车辆静止状态(车速为0)下发动机异常熄火，故障等级三级，静态异常熄火故障代码(251)添加进发动机故障列表，因此，线控控制器根据以上因素综合判断发动机异常熄火。

(2)如车辆储气瓶气压有传感器可以反馈，线控控制器判断气压迅速降低，也无刹车等零部件使用压缩空气，就可以判断车辆气路有漏气现象，当所有气瓶气压均低于阈值，严重影响车辆制动功能，故障等级三级，此故障归属于线控控制器检测的故障，故障代码(100)，发生此故障时，需要紧急停车，否则造成刹车气压不足，有安全隐患，线控控制器不响应无人驾驶指令，控制车辆停车，停车、驻车后发送油门指令100％，带动打气泵打气。

(3)如车辆任一轮胎胎压低于阈值，轮胎漏气，故障等级三级，归属于线控控制器检测的故障，故障代码(101)发生此故障时，线控控制器不响应无人驾驶指令，控制车辆停车。

(4)如发动机、变速箱、EBS、EPS、EPB等主要零部件连续若干个扫描周期无正常的通讯报文发出，主要零部件通讯丢失故障，故障等级三级，添加到各零部件的故障列表中，故障代码均为(250)发生此类故障时，线控控制器控制车辆停车(必要时启动应急系统)。

(5)如无人驾驶系统连续若干个扫描周期无正常的通讯报文发出，无人驾驶系统通讯丢失故障，故障等级三级，归属于无人驾驶系统故障，故障代码(1)，发生此故障时，线控控制器控制车辆停车。

(6)线控控制控制排气制动、轴差、应急系统等重要的功能或安全部件通过硬线输出，硬线连接于线控控制器，线控控制器每一个扫描周期检测一次引脚故障，若出现开路、短路等故障，线控控制器检测的控制器自身故障，连接应急系统引脚故障，故障等级三级，连接其它功能部件引脚故障，故障等级二级，应急制动引脚开路故障，故障代码(1)，应急制动引脚短路故障，故障代码(2)，应急驻车引脚开路故障，故障代码(3)，应急驻车引脚短路故障，故障代码(4)，等等。

(7)如线控控制器的多路CAN任一路通讯故障，线控控制器检测的控制器自身故障，工作CAN故障等级三级，辅件CAN故障，故障等级三级，CAN1路通讯故障，故障代码(11)，CAN2路通讯故障，故障代码(12)，等等。

在上述技术方案中，将部分需要由人主观判断获知的故障通过设置评定指标、量化参数，并转换为程序语言，以适应无人驾驶对于车辆故障状态获取的需求。同时，若将之应用于有人驾驶车辆，则弱化甚至替代人判断故障的功能，使车辆更智能、安全；将所有线控控制器可直接或间接获取的故障划分等级处理，有利于简化安全保护策略，避免针对每一个故障进行不同处理的繁琐，同时越简单的策略越可靠，有利于工程应用。

本发明已在某无人驾驶线控宽体车上应用。

在实际应用中，对于零部件通讯丢失故障，如发动机，线控控制器对其EEC1报文发送进行计数，当某时刻，连续若干个扫描周期此计数未变，说明发动机通讯丢失，未正常工作，影响行车安全，故障等级三级。其它零部件采用类似判断方法。

对于线控控制器判断的自身通讯故障，本实例采用的线控控制器具备检测通讯故障的功能，对于检测出通讯故障后采取什么安全措施由程序决定，如动力CAN故障，发动机、变速箱等受影响，影响行车安全，故障等级三级；又如灯光辅件的CAN故障，不影响行车安全，无人驾驶车辆有激活雷达等进行障碍物检测，不需要灯光，但没有灯光会影响其它有人驾驶车辆对于本车辆的位置判断，因此，故障等级二级。

对于车辆储气瓶气压低压故障，使用过程中发现气瓶气压是同步下降或上升的，只是快慢不同，因此，根据需要设置一个警戒值，当多个气瓶气压均低于警戒值时，线控控制器启动停车安全保护，停车后，挂空挡，驻车，紧接着操作油门100％使发动机带动打气泵打气，当气瓶气压均高于阈值时，解除保护，响应无人驾驶指令正常行驶和工作。

整车故障被存储于线控控制器的EEPROM中，掉电不清除。存储故障信息，包括故障等级、故障代码以及安全保护方法。在上述技术方案中，记录历史故障供查询，为分析线控车辆使用情况提供数据，为维护保养提供依据。记录自动驾驶工程车历史故障信息，并存储于线控控制器的EEPROM中，掉电不清除。记录故障信息，作为可查的历史故障，历史故障包括故障代码、故障等级、故障发生的次数，且掉电不清除，只能主动清除。历史故障只能主动清除。故障发生次数达到最大值时，不主动清除的情况下，保存最大值。在上述技术方案中，记录历史故障供查询，为分析线控车辆使用情况提供数据，为维护保养提供依据。

在另一种技术方案中，更新整车故障，总结发生规律和触发条件，整合故障代码，划分故障等级。对零部件故障码表中不包含但是实际会出现的故障进行整理，如发动机不明原因熄火、零部件掉线、传感器反馈值异常等，总结其发生时的规律和触发条件，并将这些故障整合到上述统一编码的表中。这些故障由统一管理线控车辆所有零部件的线控控制器(如整车控制器)进行判断，整合和反馈。同时，线控控制器还要对自身的故障(如通讯故障、引脚故障、供电故障等)进行自诊断和故障反馈。最后，线控控制器将整车故障等级、零部件故障代码整合到一条信息中发出，用于仪表或其他显示部件显示和自动驾驶系统决策。在上述技术方案中，从无人驾驶车辆工作安全的角度考虑，弥补传统有人驾驶车辆不能自动上报部分故障的缺点。

在另一种技术方案中，所述线控控制器自身故障包括线控控制自身引脚或通讯故障。例如硬件输入输出引脚，或与外界通讯。在上述技术方案中，线控控制器作为整车零部件的管理中枢，其自诊断的功能是必须的，比如输入引脚故障会误输入一些信号、输出引脚故障会误输出一些信号或输出无效、通讯故障会造成连接于此条通讯线路的零部件信息交互无效，其中通讯故障会造成严重的问题，会造成车辆零部件不受控和反馈信号错误或无法反馈，还可能造成与无人驾驶间通讯问题，此时线控控制器就会通过硬线信号驱动车辆零部件进行停车，以免车辆失控。

多个故障等级包括一级故障、二级故障、三级故障，一级故障指不影响车辆行驶的故障，例如那些一段时间后会自行消失，或不影响车辆目前工作状态的故障，可等车辆空闲时再去检查，二级故障指影响车辆行驶但不影响行车安全的故障，例如影响车辆性能，且一般不会自行消失的故障，可在完成当前作业循环后进行检查处理，三级故障指影响车辆行驶以及行车安全的故障。指影响行车安全、车辆性能的故障，须立即停车进行检查处理。(1)一级故障：如前照灯故障，对于无人驾驶车辆，车辆灯光不是必要条件，因此，出现灯光故障可以不处理或不必立即处理。(2)二级故障：如油滤堵塞故障，油滤堵塞会造成转向不灵活，但不必立即处理，建议完成本次作业循环后处理，越早处理越有利于车辆保持良好车况。(3)三级故障：如异常熄火故障，车辆失去动力，如果此时拉重物上坡，后溜车，严重的情况车辆跑出路线掉入深沟(矿区路线外就是深沟)，此时就需要利用车辆所有制动的资源使车辆尽可能平稳快速停车。在上述技术方案中，将所有线控控制器可直接或间接获取的故障划分等级处理，有利于简化安全保护策略，避免针对每一个故障进行不同处理的繁琐，同时越简单的策略越可靠，有利于工程应用。

在另一种技术方案中，还包括：线控控制器根据车辆信息进行故障预警。线控控制实时监测车辆运行状态，警示可能出现的故障，即若车辆或零部件保持或超过当前的运行状态，可能会出现故障例如发动机连续一段时间高负荷工作，可能出现高温和失效危险，扭矩超限可能导致转向失控。在上述技术方案中，可以提示无人驾驶系统将控制策略调整为降功率运行，以避免可能发生的故障。

自动驾驶工程车线控系统安全保护方法，包括：

定义自动驾驶工程车整车故障，其包括零部件故障、线控控制器根据车辆信息判断的故障以及线控控制器自身故障，标记故障代码，按照车辆行驶安全影响程度将整车故障重新划分为多个故障等级；

诊断自动驾驶工程车故障，获取故障代码，并判定出整车故障等级，对于不影响车辆行驶的故障等级，生成车辆空闲时人工处理任务，线控控制器向自动驾驶系统反馈故障等级和故障代码，由自动驾驶系统决定在合适的时间行驶到安全区域或修理厂反馈至调度平台处理，一般建议在每天车辆巡检时人工处理；对于影响车辆行驶但不影响行车安全的故障等级，生成车辆完成当前作业后的人工处理任务，车辆线控控制器向无驾驶系统反馈故障等级和故障代码，此时，车辆可能不能满负荷工作，处于跛行状态，约定在当前作业循环结束后进行人工处理；对于影响车辆行驶以及行车安全的故障等级，生成执行紧急停车指令，车辆线控控制器向自动驾驶反馈故障等级和故障代码，同时，车辆线控控制器执行紧急停车指令或紧急避险指令，不响应自动驾驶除转向外的其它指令、以一定或可变的减速度停车、停车过程中响应自动驾驶转向指令(保证车辆在运行轨迹上行驶或进入紧急停车区)、停车后拉手刹、挂空挡。当故障发生时线控控制器向自动驾驶系统上报故障信息，同时当发生三级故障时采取减速停车，停车后挂空挡、驻车等操作，确保行车安全。

在上述技术方案中，线控车辆本身对于三级故障会减速停车，此时线控车辆对无人驾驶系统的指令只部分响应，因此无人驾驶系统对于三级故障只能控制转向等部分功能保证车辆不跑出轨迹；对于一级、二级故障，线控车辆不处理，只反馈给无人驾驶系统，由无人驾驶系统决定什么时候反馈给控制中心或维修人员进行检修。安全保护作用，保证发生故障时车辆安全，避免车辆失控。

在另一种技术方案中，还包括：对部分零部件进行冗余配制，配置关键零部件应急系统，重复配置系统的一些部件，当系统发生故障时，冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间，当出现致命故障无法执行指令时，启用冗余配制的零部件进行安全保护操作。对主制动、转向、驻车功能冗余，分别成为应急制动、应急转向、应急驻车，当存在这三种零部件的致命故障无法执行上层指令时，即制动、转向、手刹失灵时，启用应急系统中的部分或全部应急功能进行安全保护操作，首先报三级故障，同时启动应急制动、应急转向、应急手刹，使车辆尽可能在自动驾驶轨迹上紧急停车并拉手刹。

在上述技术方案中，起到安全保护作用，冗余配置提高安全保护的能力和安全系数。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法，其特征在于，包括：

定义自动驾驶工程车整车故障，其包括零部件故障、线控控制器根据车辆信息判断的零部件不报但影响无人驾驶安全的故障以及线控控制器自身故障。

2.如权利要求1所述的自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法，其特征在于，还包括：标记故障代码，按照车辆行驶安全影响程度将整车故障重新划分为多个故障等级，诊断自动驾驶工程车故障，获取故障代码，并判定出整车故障等级。

3.如权利要求1所述的自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法，其特征在于，更新整车故障，总结发生规律和触发条件，整合故障代码，划分故障等级。

4.如权利要求1所述的自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法，其特征在于，所述线控控制器自身故障包括线控控制自身引脚或通讯故障。

5.如权利要求1所述的自动驾驶工程车线控系统故障诊断方法，其特征在于，还包括：线控控制器根据车辆信息进行故障预警。

6.自动驾驶工程车线控系统安全保护方法，其特征在于，包括：

定义自动驾驶工程车整车故障，其包括零部件故障、线控控制器根据车辆信息判断的零部件不报但影响无人驾驶安全的故障以及线控控制器自身故障，标记故障代码，按照车辆行驶安全影响程度将整车故障重新划分为多个故障等级；

诊断自动驾驶工程车故障，获取故障代码，并判定出整车故障等级，对于不影响车辆行驶的故障等级，生成车辆空闲时人工处理任务，对于影响车辆行驶但不影响行车安全的故障等级，生成车辆完成当前作业后的人工处理任务，对于影响车辆行驶以及行车安全的故障等级，生成执行紧急停车指令。

7.如权利要求6所述的自动驾驶工程车线控系统安全保护方法，其特征在于，还包括：对部分关键零部件进行冗余配制，配置关键零部件应急系统，当出现致命故障无法执行指令时，启用冗余配制的零部件进行安全保护操作。

Images