CN113895450A

CN113895450A - 一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统及控制方法

Info

Publication number: CN113895450A
Application number: CN202111255911.5A
Authority: CN
Inventors: 张晋; 徐希; 汪丰
Original assignee: Dongfeng Motor Corp; Dongfeng Yuexiang Technology Co Ltd
Current assignee: Dongfeng Motor Corp; Dongfeng Yuexiang Technology Co Ltd
Priority date: 2021-10-27
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2022-01-07

Abstract

本发明涉及一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统及控制方法，包括感知系统、自动驾驶控制器、感知检测单元，其中感知系统包括传感器和传感器控制器，所述自动驾驶控制器包含感知融合模块、预测模块、决策和规划控制模块和控制模块，感知系统采集周围场景信息发送至感知检测单元与自动驾驶控制器；信息处理模块判断感知系统是否存在一级故障，自动驾驶控制器控制车辆减速并对较危险的功能做出限制，规划与策划模块控制车辆轨迹，本发明直接通过控制自动驾驶控制器控制相关ECU使车辆停车，节省了由于自动驾驶控制器内部逻辑算法复杂而耽误的故障处理时间，增大了安全性。

Description

一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统及控制方法

技术领域

本发明涉及自动驾驶领域，尤其涉及一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统及控制方法。

背景技术

无人驾驶汽车是指车辆能够依据自身对周围环境条件的感知、理解，自行进行运动控制，且能达到人类驾驶员驾驶水平。近几年，无人驾驶技术突飞猛进，各大整车企业、无人驾驶系统解决方案提供商也在不断努力，以将无人驾驶技术向商业化落地推进。而无人驾驶系统技术实现自主做出分析和判断、从而自主的控制车辆运动并实现无人驾驶的前提就是能够通过多种车载传感器（如摄像头、激光雷达、毫米波雷达、GPS、惯性传感器等）来正确识别车辆所处的周边环境和状态，并获得正确的环境信息（包括道路信息、交通信息、车辆位置和障碍物信息等）。

无人驾驶汽车的感知系统，作为车辆的“眼睛”，必须要保证能够正确的识别道路场景以及充分的安全性，否则一旦场景错误不能被识别或者传感器自身发生故障而没有足够的安全机制，就很大概率的会发生车祸，导致人员伤亡。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统，包括：感知系统、自动驾驶控制器、感知检测单元，其中感知系统包括传感器和传感器控制器，所述自动驾驶控制器包含感知融合模块、预测模块、决策和规划控制模块和控制模块。

所述感知检测单元与自动驾驶控制器接收同样的感知系统信号，感知检测单元与自动驾驶控制器串联，感知检测单元相关信号直接输出给自动驾驶控制器；

所述感知检测单元为一种安全冗余结构，内部包括故障诊断模块与信息处理模块；

所述故障诊断模块可检测感知系统的各种故障，并将相关故障信息发送给信息处理模块；

所述信息处理模块可对收到的故障信息进行分级，并针对不同级别的故障发出不同的控制指令给到自动驾驶控制器；

所述自动驾驶控制器可根据收到的车辆周边环境信息做感知融合，并预测周边动态事物运行轨迹，对车辆行驶轨迹及控制策略做出规划决策，最后可发送相关控制指令给相关ECU。

作为优选，所述传感器包含6个毫米波雷达、12个超声波雷达、4个组合惯导以及5个摄像头等，主要用于采集车辆周边道路、行人等相关信息，所述传感器控制器主要用于简单控制、分析各传感器数据；

作为优选，所述感知融合模块用于对各个传感器采集的数据进行感知融合；所述预测模块用于对车辆周边动态事物行动轨迹进行预测；所述决策和规划模块用于结合车辆周边环境信息以及预测的其他事物行动轨迹后，对车辆的运行轨迹及车速进行规划、决策；所述控制模块用于实现车辆的具体控制，包括VCU扭矩输出控制、EPS转向角度控制、eBooster行车制动控制以及EPB驻车制动控制等；

作为优选，所述故障诊断模块用于感知系统的故障诊断，故障诊断模块判断出的信息会发给信息处理模块；

作为优选，所述信息处理模块主要用于收到故障诊断模块信息后对消息进行处理，并根据不同情况对自动驾驶控制器下发不同指令。

本发明提供一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统控制方法，包括：

步骤1、感知系统采集周围场景信息，并发送至感知检测单元与自动驾驶控制器；

步骤2、感知检测单元中的故障诊断模块检测感知系统是否存在故障，感知融合模块对场景信息进行融合；

步骤3、信息处理模块判断感知系统是否存在故障，如果不存在故障，则自动驾驶控制器正常控制车辆行驶，预测模块预测车辆周边动态事物轨迹；

步骤4、若信息处理模块判断感知系统存在故障，则进入下一步，判断是否属于一级故障，如果属于一级故障，则自动驾驶控制器控制车辆减速并对较危险的功能做出限制，规划与策划模块控制车辆轨迹；

步骤5、若感知系统故障不属于一级故障，则自动驾驶控制器直接控制车辆制动停车。

作为优选，所述步骤3中，所述感知系统无任何故障，信息处理模块反馈正常，自动驾驶控制器按自身逻辑控制车辆；

作为优选，所述步骤4中，所述感知系统存在可能影响车辆运行安全的故障，但感知系统未全部失效，在一定风险范围内仍可通过自动驾驶控制器控制车辆运行，则信息处理模块反馈一级故障，自动驾驶控制器在控制车辆时需考虑减速行驶并停用危险系数较高的如动态超车等功能；

作为优选，所述步骤5中，所述感知系统严重故障，可严重影响车内乘客及车外其他车辆或行人生命安全的，则信息处理模块反馈二级故障，直接发出指令并由自动驾驶控制器的控制模块控制车辆立刻减速并靠路边停车；

本发明带来的有益效果：

1.本发明参考ISO26262对感知系统故障进行功能安全分析，省去了功能层面不可靠的功能限制逻辑，在架构中增加了感知检测单元用以诊断感知系统故障，并辅助自动驾驶控制器进行决策，在原有架构自身检测诊断的基础上进行安全冗余保护，使整车的安全性降低到可接受的范围内；

2.本发明中感知检测单元作为安全冗余模块，可充分降低由感知系统故障引起的整车电子电器故障而导致的危害，省去了功能层面不可靠的功能逻辑限制，从功能安全的角度降低了由感知系统故障发生时带来的对人的伤害；

3.本发明感知检测单元中的信息处理模块识别出感知系统出现二级故障后，直接通过控制自动驾驶控制器控制相关ECU使车辆停车，节省了由于自动驾驶控制器内部逻辑算法复杂而耽误的故障处理时间，同时，信息处理模块的存在也极大可能的避免了自动驾驶控制器自身露检测感知系统故障而引起的整车危害，增大了安全性；

4.本发明在常规感知-控制的无人驾驶系统结构上，通过做功能安全相关分析，加入独立的诊断识别模块，对传感器的情况进行诊断并对传感器的数据进行处理识别，一旦识别出安全风险，立刻通知自动驾驶控制器靠边停车并进入安全状态，通过安全冗余的架构去识别相应风险，降低了传感器故障导致的安全隐患，并节约紧急情况下的控制时间。

附图说明

图1为本发明系统架构示意图；

图2为本发明方法的流程框图；

图3为本发明方法的流程图。

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。

本实施例提供了一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统，如图1所示，包括：感知系统1、自动驾驶控制器2、感知检测单元3，其中感知系统包括传感器11和传感器控制器12，所述自动驾驶控制器2包含感知融合模块21、预测模块23、决策和规划控制模块24和控制模块25。

所述感知检测单元3与自动驾驶控制器2接收同样的感知系统信号，感知检测单元3与自动驾驶控制器2串联，感知检测单元3相关信号直接输出给自动驾驶控制器2；

所述感知检测单元3为一种安全冗余结构，内部包括故障诊断模块31与信息处理模块32；

所述故障诊断模块31可检测感知系统1的各种故障，并将相关故障信息发送给信息处理模块32；

所述信息处理模块32可对收到的故障信息进行分级，并针对不同级别的故障发出不同的控制指令给到自动驾驶控制器2；

所述自动驾驶控制器2可根据收到的车辆周边环境信息做感知融合，并预测周边动态事物运行轨迹，对车辆行驶轨迹及控制策略做出规划决策，最后可发送相关控制指令给相关ECU。

进一步地，所述传感器11包含6个毫米波雷达、12个超声波雷达、4个组合惯导以及5个摄像头等，主要用于采集车辆周边道路、行人等相关信息，所述传感器控制器12主要用于简单控制、分析各传感器数据；

进一步地，所述感知融合模块21用于对各个传感器11采集的数据进行感知融合，将互相验证后的数据整合成完整的车辆周边信息并将信息传递给下一模块；

所述预测模块23用于对车辆周边动态事物（包括但不限于附近其他车辆、行人等）行动轨迹进行预测，以辅助自动驾驶控制器2对车辆进行控制，相关信息传递给下一模块；

所述决策和规划模块24用于结合车辆周边环境信息以及预测的其他事物行动轨迹后，对车辆的运行轨迹及车速进行规划、决策，完成相关内容制定后将相关信息发送至下一模块；

所述控制模块25用于实现车辆的具体控制，包括VCU扭矩输出控制、EPS转向角度控制、eBooster行车制动控制以及EPB驻车制动控制等，在接收到决策和规划模块24相关信息后控制各ECU按照预期行为输出；

进一步地，所述故障诊断模块31用于感知系统1的故障诊断，所述故障包含但不限于传感器11供电故障、传感器采集信息错误、传感器信号发出错误、传感器自身存在的其他故障等，故障诊断模块31判断出的信息会发给信息处理模块32，所述信息处理模块32主要用于收到故障诊断模块31信息后对消息进行处理，并根据不同情况对自动驾驶控制器2下发不同指令。

如图2、图3所示，本实施例还提供一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统控制方法，包括：

S1、感知系统1采集周围场景信息，并发送至感知检测单元3与自动驾驶控制器2；

S2、感知检测单元3中的故障诊断模块31检测感知系统1是否存在故障，感知融合模块21对场景信息进行融合；

S3、信息处理模块32判断感知系统1是否存在故障，如果不存在故障，则自动驾驶控制器2正常控制车辆行驶，预测模块23预测车辆周边动态事物轨迹；

S4、若信息处理模块32判断感知系统1存在故障，则进入下一步，判断是否属于一级故障，如果属于一级故障，则自动驾驶控制器2控制车辆减速并对较危险的功能做出限制，规划与策划模块24控制车辆轨迹；

S5、若感知系统1故障不属于一级故障，则自动驾驶控制器2直接控制车辆制动停车。

其中，所述步骤S3中，所述感知系统1无任何故障，信息处理模块32反馈正常，自动驾驶控制器2按自身逻辑控制车辆；

进一步地，所述步骤S4中，所述感知系统1存在可能影响车辆运行安全的故障，但感知系统1未全部失效，在一定风险范围内仍可通过自动驾驶控制器2控制车辆运行，则信息处理模块32反馈一级故障，自动驾驶控制器2在控制车辆时需考虑减速行驶并停用危险系数较高的如动态超车等功能；

进一步地，所述步骤S5中，所述感知系统1严重故障，可严重影响车内乘客及车外其他车辆或行人生命安全的，则信息处理模块32反馈二级故障，直接发出指令并由自动驾驶控制器2的控制模块25控制车辆立刻减速并靠路边停车。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统，包括：ECU、感知系统、自动驾驶控制器、感知检测单元，其特征是所述感知系统包括传感器和传感器控制器，所述自动驾驶控制器包含感知融合模块、预测模块、决策和规划控制模块和控制模块。

2.如权利要求1所述的一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统，其特征在于，所述感知检测单元与自动驾驶控制器接收同样的感知系统信号，感知检测单元与自动驾驶控制器串联，感知检测单元相关信号直接输出给自动驾驶控制器；

3.如权利要求1所述的一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统，其特征在于，所述传感器包含5-6个毫米波雷达、10-13个超声波雷达、4-5个组合惯导以及5-6个摄像头等，主要用于采集车辆周边道路、行人等相关信息，所述传感器控制器主要用于简单控制、分析各传感器数据。

4.如权利要求1所述的一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统，其特征在于，所述感知融合模块用于对各个传感器采集的数据进行感知融合；所述预测模块用于对车辆周边动态事物行动轨迹进行预测；所述决策和规划模块用于结合车辆周边环境信息以及预测的其他事物行动轨迹后，对车辆的运行轨迹及车速进行规划、决策；所述控制模块用于实现车辆的具体控制，包括VCU扭矩输出控制、EPS转向角度控制、eBooster行车制动控制以及EPB驻车制动控制等。

5.如权利要求2所述的一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统，其特征在于，所述故障诊断模块用于感知系统的故障诊断，故障诊断模块判断出的信息会发给信息处理模块。

6.如权利要求2所述的一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统，其特征在于，所述信息处理模块主要用于收到故障诊断模块信息后对消息进行处理，并根据不同情况对自动驾驶控制器下发不同指令。

7.一种应用于如权1-6的一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统的控制方法，包括：

8.如权利要求7所述的一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统控制方法，其特征在于，所述步骤3中，所述感知系统无任何故障，信息处理模块反馈正常，自动驾驶控制器按自身逻辑控制车辆。

9.如权利要求7所述的一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统控制方法，其特征在于，所述步骤4中，所述感知系统存在可能影响车辆运行安全的故障，但感知系统未全部失效，在一定风险范围内仍可通过自动驾驶控制器控制车辆运行，则信息处理模块反馈一级故障，自动驾驶控制器在控制车辆时需考虑减速行驶并停用危险系数较高的如动态超车等功能。

10.如权利要求7所述的一种无人驾驶车辆感知系统安全冗余系统控制方法，其特征在于，所述步骤5中，所述感知系统严重故障，可严重影响车内乘客及车外其他车辆或行人生命安全的，则信息处理模块反馈二级故障，直接发出指令并由自动驾驶控制器的控制模块控制车辆立刻减速并靠路边停车。