CN113942510A - 一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器及其运行方法；控制器主要由电源管理模块、PDC模块、SOC图像处理模块、MCU车控处理模块组成；运行方法包括：初始化检测；车辆控制；自动换道；换道完成；本发明一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器及其运行方法，从组成上，硬件模块化，平台集成化，高功能安全，符合智能驾驶相关安全要求；从功能流程上，通过多项检测措施，并实时判断安全范围内车道情况，及时提醒驾驶人员，并协助驾驶人员最大程度的控制车辆安全；此发明极大的提高自动拨杆换道功能的安全及使用性能。此发明适用于不同车型不同工况，具有可扩展性。
Description
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器及其运行方法。
背景技术
近几十年来，智能驾驶技术作为一种前景广阔的技术取得了良好的发展，并已经有大量的技术产品投入应用。与人类相比，智能驾驶系统由于其快速操作，超出视觉范围的感知和准确的决策，极大提高驾驶安全性，舒适性，交通效率和能源经济性。其中智能驾驶自动拨杆换道功能通过驾驶人员拨动转向灯杆，车辆按拨杆方向实现自动换道功能。此功能极大地简化驾驶员的操作，用AI控制车辆换道，使出行更简单，随着自动拨杆换道功能的应用，自动拨杆换道控制器应市场需求从理论变为了现实，其性能、功能安全及功能扩展性成为了此控制器的核心要素。
自动拨杆换道功能作为智能驾驶L2+的功能，其技术要求、安全要求、使用要求非常高。目前仍存在自动拨杆换道控制器功能安全级别低、集成度差以及安全性、使用性未达到驾驶人员操作要求等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的自动拨杆换道控制器功能安全级别低、集成度差以及安全性、使用性未达要求等问题，提供了一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器及其运行方法。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：
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。
一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器，主要由电源管理模块、PDC模块、SOC图像处理模块、MCU车控处理模块组成；
所述电源管理模块：用于控制器供电；
所述PDC模块：用于将车辆与障碍物距离信号、故障信号转换为CAN信号，通过CAN将信息发送MCU车控处理模块；
所述SOC图像处理模块：用于对图像信息进行分类及学习，通过深度学习算法，识别车辆、行人、自行车，并通过SPI将识别信息发送MCU车控处理模块。
所述MCU车控处理模块：用于对PDC模块信息、SOC图像处理模块信息以及传感器信息，包括前向视觉单元、毫米波前向雷达、4个毫米波角雷达，进行信息确认、信息融合、相关控制器控制及通信。
进一步地，所述MCU车控处理模块通过CAN与相关控制器通信，包括EPS、ESP、HCU、BCM、IPC通信；具体通信如下：
与EPS进行故障监控、握手交互、车辆转向角度、车辆转向方向的指令控制；
与ESP进行故障监控、握手交互、车辆行驶制动加速度的指令控制；
与VCU进行故障监控、握手交互、车辆速度的指令控制；
与BCM进行故障监控、握手交互、警示灯控制、左侧转向灯控制、右侧转向灯控制；
与IPC进行故障监控、握手交互、仪表喇叭控制、仪表图标控制。
进一步地，所述电源管理模块与车载12V电源连接，采用双电源模块冗余架构。
进一步地，所述PDC模块是由12个超声波雷达信号通过LIN接入PDC模块。
进一步地，所述SOC图像处理模块核心芯片选用符合功能安全ASILD芯片，具备芯片监控及故障上传功能；4个环视摄像头通过LVDS接入到SOC图像处理模块；
进一步地，所述MCU车控处理模块核心芯片选用符合功能安全ASILD芯片，具备芯片监控及故障上传功能。
一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器的运行方法，包括以下步骤：
步骤一、初始化检测；自动拨杆换道控制器启动过程需要进行系统检测；
步骤二、车辆控制；自动拨杆换道控制器系统检测后，控制器功能运行，同时接管车辆控制，通过整车CAN通信，与相关控制器进行握手交互及需求指令，实现对EPS、ESP、VCU、BCM、IPC的实时控制；
步骤三、自动换道；通过驾驶员实际驾驶车辆变换车道，记录车速与方向盘转角的关系，获得一维数据表；自动拨杆换道控制器在变道过程中根据功能启动时的车速在线查一维表获得的方向盘角度，控制EPS按此角度转向，并控制车速保持不变；
驾驶员人为操作车辆换道，在过程中通过CAN记录设备记录换道过程中车速与转向角数据，并制作一维关系表。自动换道模拟人为换道过程中车速与转向角度的对应关系，并利用此一维表实现接近人为操作换道的驾驶性能。
自动拨杆换道过程中，实时检测安全距离内是否有车辆、自行车、行人等突然闯入；若有闯入，且原车道没有车辆、自行车、行人，控制器以CAN通信的方式将驾驶员接管信息通过仪表喇叭提示给驾驶员，车辆退回原车道；若有闯入，且原车道有车辆、自行车、行人等，控制器以CAN通信的方式将驾驶员接管信息通过仪表喇叭提示给驾驶员，并控制车辆减速，保持EPS转角为0度，双闪警告灯开启，直至驾驶员接管；
步骤四、换道完成；车辆进入待换车道后，通过前项摄像头对两侧车道线距离的实时测量，当车辆与两侧车道线距离相同时，自动换道完成。
进一步地，所述智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器启动过程需要进行系统检测，具体检测内容如下：
系统自检：包括控制器自检、传感器自检；
相关控制器状态检测：通过整车CAN通信，检测EPS、ESP、VCU、BCM、IPC控制器故障状态；
车速检测：通过整车CAN通信，检测车辆速度，要求车辆速度>40km/h；
车道线检测：通过车辆前向视觉单元识别车道线数量，并通过CAN通信发送给控制器，要求车道线数量被同时识别出3条及以上；
车道宽度检测：通过车辆前向视觉单元识别待换车道宽度，并通过CAN通信发送给控制器，要求车道宽度>3.5m；
前车检测：通过前向视觉单元判断前方是否有车辆以及前车行驶速度，通过毫米波前向雷达测量与前车距离，并通过CAN通信发送给控制器，要求若前方有车辆，安全距离>5m且前方车速>10km/h；
右侧换道检测：若换向右侧相邻车道，通过车辆前向视觉单元、环视摄像头、毫米波角雷达识别相邻右侧道路情况，要求右侧相邻车道车辆、行人、摩托车、自行车与本车后方相差>8m或与本车前方相差>15m；
左侧换道检测：若换向左侧相邻车道，通过车辆前向视觉单元、环视摄像头、毫米波角雷达识别相邻左侧道路情况，要求左侧相邻车道车辆、行人、自行车与本车后方相差>8m或与本车前方相差>15m；
后方车辆检测：若后方有车辆，通过环视摄像头、毫米波角雷达测量TTC碰撞时间值，要求TCC>2.4s。
进一步地，所述控制器自检是指：符合功能安全ASIL D图像处理芯片和车辆控制芯片冗余功能具备芯片监控及故障上传功能，芯片实时自检。
进一步地，所述传感器自检是指：毫米波前向雷达、毫米波角雷达，通过与控制器私有CAN通信，实时上传故障状态；超声波雷达以LIN的方式传输到PDC模块，PDC模块转换成CAN通信，实时上传故障状态；前向视觉单元，通过与控制器私有CAN通信，实时上传故障状态；环视摄像头通过LVDS接入到控制器中，控制器中图像接收模块判断环视摄像头是否故障。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器及其运行方法，从组成上，硬件模块化，平台集成化，高功能安全，符合智能驾驶相关安全要求；从功能流程上，通过多项检测措施，并实时判断安全范围内车道情况，及时提醒驾驶人员，并协助驾驶人员最大程度的控制车辆安全。此发明极大的提高自动拨杆换道功能的安全及使用性能。此发明适用于不同车型不同工况，具有可扩展性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为一种智能驾驶汽车拨杆换道控制器组成框图；
图2为一种智能驾驶汽车拨杆换道控制器运行方法工作流程框图；
图3为一种智能驾驶汽车拨杆换道控制器检测内容示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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，而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保护范围的限制。
下面结合附图对本发明作详细的描述：
参阅图1，本发明一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器，此控制器通过多传感器对车辆行驶道路情况的数据信息进行分类及深度学习、将图像数据与雷达信息融合，最后控制车辆执行自动拨杆换道。此发明具有高性能、高功能安全及可拓展性。其中传感器数据信息包括：
超声波雷达，12个，提供近距离障碍物距离信息；
毫米波角雷达，4个，提供后方(包括本车道及左右车道后方)车辆的距离信息和左右两侧车辆距离信息；
毫米波前向雷达，1个提供前方(包括本车道及左右车道前方)车辆的距离信息；
前向视觉单元，1个，提供车道线数量、车道宽度、前方(包括本车道及左右车道前方)车辆、摩托车、自行车、行人识别信息及速度、碰撞时间信息等；
环视摄像头，4个，提供后方(包括本车道及左右车道后方)及左右两侧车辆、摩托车、自行车、行人识别信息及速度信息。
本发明一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器，此控制器由电源管理模块、PDC模块、SOC图像处理模块、MCU车控处理模块组成。其具体说明如下：
电源管理模块：与车载12V电源连接，用于控制器供电，采用双电源模块冗余架构，保证功能安全。
PDC模块：12个超声波雷达信号通过LIN接入PDC模块，PDC模块将车辆与障碍物距离信号、故障信号转换为CAN信号，通过CAN将信息发送MCU车控处理模块。
SOC图像处理模块：4个环视摄像头通过LVDS接入到SOC图像处理模块，图像处理模块对图像信息进行分类及学习，通过深度学习算法，识别车辆、行人、自行车等，并通过SPI将识别信息发送MCU车控处理模块。SOC图像处理模块核心芯片选用符合功能安全ASILD芯片，具备芯片监控及故障上传功能。
MCU车控处理模块：用于对PDC模块信息、SOC图像处理模块信息以及传感器信息(包括前向视觉单元、毫米波前向雷达、4个毫米波角雷达)进行信息确认、信息融合、相关控制器控制及通信等。MCU车控处理模块核心芯片选用符合功能安全ASILD芯片，具备芯片监控及故障上传功能。
MCU车控处理模块通过CAN与相关控制器控制及通信，包括EPS、ESP、HCU、BCM、IPC通信。具体通信如下：
与EPS(转向控制器)进行故障监控、握手交互、车辆转向角度、车辆转向方向的指令控制等；
与ESP(制动控制器)进行故障监控、握手交互、车辆行驶制动加速度的指令控制等；
与VCU(整车控制器)进行故障监控、握手交互、车辆速度的指令控制等；
与BCM(车身控制器)进行故障监控、握手交互、警示灯控制、左侧转向灯控制、右侧转向灯控制等；
与IPC(仪表)进行故障监控、握手交互、仪表喇叭控制、仪表图标控制等
参阅图2，本发明一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器，具体工作流程如下：
步骤一、初始化检测。自动拨杆换道控制器启动过程需要进行系统检测，参阅图3，具体检测内容如下：
检测内容1：系统自检。包括控制器自检、传感器自检
控制器自检：符合功能安全ASIL D图像处理芯片和车辆控制芯片冗余功能具备芯片监控及故障上传功能，芯片实时自检。
传感器自检：毫米波前向雷达、毫米波角雷达，通过与控制器私有CAN通信，实时上传故障状态；超声波雷达以LIN的方式传输到PDC模块，PDC模块转换成CAN通信，实时上传故障状态；前向视觉单元，通过与控制器私有CAN通信，实时上传故障状态；环视摄像头通过LVDS接入到控制器中，控制器中图像接收模块判断环视摄像头是否故障。
检测内容2：相关控制器状态检测。通过整车CAN通信，检测EPS、ESP、VCU、BCM、IPC控制器故障状态。
检测内容3：车速检测。通过整车CAN通信，检测车辆速度，要求车辆速度>40km/h。
检测内容4：车道线检测。通过车辆前向视觉单元识别车道线数量，并通过CAN通信发送给控制器，要求车道线数量被同时识别出3条及以上。
检测内容5：车道宽度检测。通过车辆前向视觉单元识别待换车道宽度，并通过CAN通信发送给控制器，要求车道宽度>3.5m。
检测内容6：前车检测。通过前向视觉单元判断前方是否有车辆以及前车行驶速度，通过毫米波前向雷达测量与前车距离，并通过CAN通信发送给控制器，要求若前方有车辆，安全距离>5m且前方车速>10km/h。
检测内容7：右侧换道检测。若换向右侧相邻车道，通过车辆前向视觉单元、环视摄像头、毫米波角雷达识别相邻右侧道路情况，要求右侧相邻车道车辆、行人、摩托车、自行车与本车后方相差>8m或与本车前方相差>15m。
检测内容8：左侧换道检测。若换向左侧相邻车道，通过车辆前向视觉单元、环视摄像头、毫米波角雷达识别相邻左侧道路情况，要求左侧相邻车道车辆、行人、自行车与本车后方相差>8m或与本车前方相差>15m。
检测内容9：后方车辆检测。若后方有车辆，通过环视摄像头、毫米波角雷达测量TTC(碰撞时间)值，要求TCC>2.4s。
根据检测内容1至9，系统及相关控制器无故障，且满足相关要求，控制器检测通过，并具备工作条件。
步骤二、车辆控制。自动拨杆换道控制器系统检测后，控制器功能运行，同时接管车辆控制，通过整车CAN通信，与相关控制器进行握手交互及需求指令，实现对EPS、ESP、VCU、BCM、IPC的实时控制。
步骤三、自动换道。通过驾驶员实际驾驶车辆变换车道，记录车速与方向盘转角的关系，获得一维数据表。自动拨杆换道控制器在变道过程中根据功能启动时的车速在线查一维表获得的方向盘角度，控制EPS按此角度转向，并控制车速保持不变。
自动拨杆换道过程中，实时检测安全距离内是否有车辆、自行车、行人等突然闯入。若有闯入，且原车道没有车辆、自行车、行人等，控制器以CAN通信的方式将驾驶员接管信息通过仪表喇叭提示给驾驶员，车辆退回原车道；若有闯入，且原车道有车辆、自行车、行人等，控制器以CAN通信的方式将驾驶员接管信息通过仪表喇叭提示给驾驶员，并控制车辆减速，保持EPS转角为0度，双闪警告灯开启，直至驾驶员接管。
步骤四、换道完成。车辆进入待换车道后，通过前项摄像头对两侧车道线距离的实时测量，当车辆与两侧车道线距离相同时，自动换道完成。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器，其特征在于：主要由电源管理模块、PDC模块、SOC图像处理模块、MCU车控处理模块组成；
所述电源管理模块：用于控制器供电；
所述PDC模块：用于将车辆与障碍物距离信号、故障信号转换为CAN信号，通过CAN将信息发送MCU车控处理模块；
所述SOC图像处理模块：用于对图像信息进行分类及学习，通过深度学习算法，识别车辆、行人、自行车，并通过SPI将识别信息发送MCU车控处理模块。
所述MCU车控处理模块：用于对PDC模块信息、SOC图像处理模块信息以及传感器信息，进行信息确认、信息融合、相关控制器控制及通信。
2.根据权利要求1所述的一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器，其特征在于：
所述MCU车控处理模块通过CAN与相关控制器通信，包括EPS、ESP、HCU、BCM、IPC通信；具体通信如下：
与EPS进行故障监控、握手交互、车辆转向角度、车辆转向方向的指令控制；
与ESP进行故障监控、握手交互、车辆行驶制动加速度的指令控制；
与VCU进行故障监控、握手交互、车辆速度的指令控制；
与BCM进行故障监控、握手交互、警示灯控制、左侧转向灯控制、右侧转向灯控制；
与IPC进行故障监控、握手交互、仪表喇叭控制、仪表图标控制。
3.根据权利要求2所述的一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器，其特征在于：
所述电源管理模块与车载12V电源连接，采用双电源模块冗余架构。
4.根据权利要求3所述的一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器，其特征在于：
所述PDC模块是由12个超声波雷达信号通过LIN接入PDC模块。
5.根据权利要求4所述的一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器，其特征在于：
所述SOC图像处理模块核心芯片选用符合功能安全ASILD芯片，具备芯片监控及故障上传功能；4个环视摄像头通过LVDS接入到SOC图像处理模块；
6.根据权利要求5所述的一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器，其特征在于：
所述MCU车控处理模块核心芯片选用符合功能安全ASILD芯片，具备芯片监控及故障上传功能。
7.一种权利要求1所述的一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、初始化检测；自动拨杆换道控制器启动过程需要进行系统检测；
步骤二、车辆控制；自动拨杆换道控制器系统检测后，控制器功能运行，同时接管车辆控制，通过整车CAN通信，与相关控制器进行握手交互及需求指令，实现对EPS、ESP、VCU、BCM、IPC的实时控制；
步骤三、自动换道；通过驾驶员实际驾驶车辆变换车道，记录车速与方向盘转角的关系，获得一维数据表；自动拨杆换道控制器在变道过程中根据功能启动时的车速在线查一维表获得的方向盘角度，控制EPS按此角度转向，并控制车速保持不变；
自动拨杆换道过程中，实时检测安全距离内是否有车辆、自行车、行人等突然闯入；若有闯入，且原车道没有车辆、自行车、行人，控制器以CAN通信的方式将驾驶员接管信息通过仪表喇叭提示给驾驶员，车辆退回原车道；若有闯入，且原车道有车辆、自行车、行人等，控制器以CAN通信的方式将驾驶员接管信息通过仪表喇叭提示给驾驶员，并控制车辆减速，保持EPS转角为0度，双闪警告灯开启，直至驾驶员接管；
步骤四、换道完成；车辆进入待换车道后，通过前项摄像头对两侧车道线距离的实时测量，当车辆与两侧车道线距离相同时，自动换道完成。
8.根据权利要求7所述的一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器的运行方法，其特征在于：
所述智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器启动过程需要进行系统检测，具体检测内容如下：
系统自检：包括控制器自检、传感器自检；
相关控制器状态检测：通过整车CAN通信，检测EPS、ESP、VCU、BCM、IPC控制器故障状态；
车速检测：通过整车CAN通信，检测车辆速度，要求车辆速度>40km/h；
车道线检测：通过车辆前向视觉单元识别车道线数量，并通过CAN通信发送给控制器，要求车道线数量被同时识别出3条及以上；
车道宽度检测：通过车辆前向视觉单元识别待换车道宽度，并通过CAN通信发送给控制器，要求车道宽度>3.5m；
前车检测：通过前向视觉单元判断前方是否有车辆以及前车行驶速度，通过毫米波前向雷达测量与前车距离，并通过CAN通信发送给控制器，要求若前方有车辆，安全距离>5m且前方车速>10km/h；
右侧换道检测：若换向右侧相邻车道，通过车辆前向视觉单元、环视摄像头、毫米波角雷达识别相邻右侧道路情况，要求右侧相邻车道车辆、行人、摩托车、自行车与本车后方相差>8m或与本车前方相差>15m；
左侧换道检测：若换向左侧相邻车道，通过车辆前向视觉单元、环视摄像头、毫米波角雷达识别相邻左侧道路情况，要求左侧相邻车道车辆、行人、自行车与本车后方相差>8m或与本车前方相差>15m；
后方车辆检测：若后方有车辆，通过环视摄像头、毫米波角雷达测量TTC碰撞时间值，要求TCC>2.4s。
9.根据权利要求8所述的一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器的运行方法，其特征在于：
所述控制器自检是指：符合功能安全ASIL D图像处理芯片和车辆控制芯片冗余功能具备芯片监控及故障上传功能，芯片实时自检。
10.根据权利要求8所述的一种智能驾驶汽车自动拨杆换道控制器的运行方法，其特征在于：
所述传感器自检是指：毫米波前向雷达、毫米波角雷达，通过与控制器私有CAN通信，实时上传故障状态；超声波雷达以LIN的方式传输到PDC模块，PDC模块转换成CAN通信，实时上传故障状态；前向视觉单元，通过与控制器私有CAN通信，实时上传故障状态；环视摄像头通过LVDS接入到控制器中，控制器中图像接收模块判断环视摄像头是否故障。
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