CN114348020B - 一种5g远程与自动驾驶安全冗余系统及控制方法 - Google Patents

一种5g远程与自动驾驶安全冗余系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明所设计的5G远程及自动驾驶安全冗余系统，通过5G远程和自动驾驶模式冗余备份，实现整车双驾驶模式切换。5G远程驾驶系统通过对状态监控，来制定安全逻辑，保证了远程驾驶系统运行可靠。自动驾驶安全系统通过传感器冗余、软件算法备份等策略，来保证自动驾驶系统自身环境监测和决策控制的安全性，制定的安全策略，保证系统的可靠性。智能底盘系统通过制动系统安全备份及VCU、EPS的故障监测功能，实现对上层智能驾驶数据安全有效监控和处理，保障车辆最后的安全保障。通过上述综合的系统级、部件级安全策略，最终提升整车行驶的安全性和车辆使用的可靠性，优化了驾驶体验，取得了不错的经济效益。

Description

一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统及控制方法
技术领域
本发明涉及5G远程驾驶及自动驾驶汽车技术领域，具体的是设计一套具备5G远程驾驶及L4级自动驾驶双驾驶模式的安全冗余系统，并在量产Sharing-VAN车型上进行搭载。
背景技术
随着5G技术的快速发展，5G通信技术在汽车上的应用得到了广泛的应用。通过5G数据传输通道，将车辆周围的摄像头获取的环境信息进行实时传输，实现异地远程驾驶功能成为最近5G研究应用的一个热点。5G传输具备网络吞吐量大、速率快等优势，很好解决4G通信模式下，高清视频数据实时传输的负载拥塞问题，但依旧无法解决网络质量不稳定情况下安全驾驶问题。高阶自动驾驶车辆，通过丰富的传感器系统，来精准获取环境信息，来到达智能感知和智慧决策，达到车辆自主控制行驶，但单自动驾驶系统无法很好解决传感器失效、决策系统故障导致车辆无法正常行驶。通过将5G远程驾驶和L4级自动驾驶结合起来，并增加底盘的安全控制策略，实现车辆双驾驶模式备份，到达安全冗余备份效果，实现车辆安全控制，达到提高整车控制的安全性。
发明内容
本发明的目的就是要设计一套带5G远程及L4级自动驾驶双驾驶模式的安全冗余系统。为实现此目的，本发明所设计的自动5G远程驾驶和自动驾驶安全系统能够通过车载HMI进行模式切换，实现驾驶模式智能切换，并且在5G远程或者自动驾驶模式行驶过程中，备份系统对运行系统进行监控，紧急情况下，触发安全机制，实现车辆安全保护。其具体技术方案如下所述。
作为第一方面，本发明提供了一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统，所述系统包括：5G远程安全驾驶系统、自动驾驶安全系统、底盘冗余控制系统，其中：
5G远程安全驾驶系统包括远程驾驶台架、5G网络通道、车载远程驾驶控制器，车端数据通过接口进入车载远程驾驶控制器，并利用5G通道上传到远程驾驶台架，远程驾驶台架的模拟驾驶信号通过5G网络通道传输到车载远程驾驶控制器，对车辆进行远程控制，当数据异常时，触发安全机制，对车辆进行制动控制。
5G远程驾驶过程中，其自身系统的安全策略包括车速限制、网络状态监测、感知摄像头状态监测、底盘执行器状态监控。在出现异常后，5G远程安全驾驶系统会触发响应的保护机制，保障车辆安全减速或停车。
自动驾驶安全系统，用于根据5G远程安全驾驶系统的模拟驾驶信号进行自动驾驶，自动驾驶安全系统包含自动驾驶系统传感器（激光雷达、摄像头、毫米波、超声波、组合惯导）、自动驾驶系统控制器，自动驾驶系统控制器对自动驾驶安全系统的内部通信和自动驾驶系统传感器、底盘冗余控制系统状态进行监控，当数据出现异常时，触发安全机制，对车辆进行制动控制；自动驾驶系统传感器安装于车辆的四周，用于收集车辆周围目标物信息供自动驾驶安全系统分析、使用。
通过多传感器的冗余设计来实现同一目标的覆盖，保障感知系统检测的有效覆盖和准确性。并且在软件算法上进行备份和智能切换设计，当某一传感器发生故障时，实现安全停车。并且实时监测底盘冗余控制系统和5G远程安全驾驶系统数据，当数据异常时，触发安全机制，实现减速或者停车。
底盘冗余控制系统，包括制动冗余控制系统、驱动系统，驱动系统实时监控5G远程安全驾驶系统和自动驾驶安全系统的状态，当系统故障或者异常，则不再响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的指令，且触发制动冗余控制系统；制动冗余控制系统，用于根据制动冗余控制策略对Ebooster电动刹车系统、ESC电子稳定系统及EPB电子驻车系统进行控制，对车辆进行制动。
按照优先级，当车辆需要制动时，依次启用Ebooster电动刹车系统、ESC电子稳定系统及EPB电子驻车系统，若前一优先级的系统出现故障则顺延启动下一优先级的系统，从而对车辆进行制动。
结合第一方面，在其可能发生的任意一种情况下的第一种情况为，5G远程安全驾驶系统对网络时延、底盘状态、摄像头数据链路进行监控，当数据异常时触发如下安全机制：
当5G通信网络断开或者网络延时≥200ms时，5G远程安全驾驶系统通过CAN网络下发预设的减速度，实现刹车和车辆停止，并退出远程驾驶模式，并且在网络恢复正常后，重新使能启动5G远程安全驾驶系统；
当车端数据丢失或者车载摄像头故障时，系统下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，并退出远程驾驶模式；
5G远程安全驾驶系统监控自动驾驶安全系统状态，当自动驾驶安全系统故障或者障碍物误判断出现碰撞风险，5G远程安全驾驶系统下发刹车指令，将车辆控制权切换至5G远程安全驾驶系统。
结合第一方面或上述第一种情况，在其可能发生的任意一种情况下的第二种情况为，自动驾驶系统控制器对自动驾驶安全系统内部通信、自动驾驶系统传感器、底盘执行器状态进行监控，当数据出现异常时，触发如下安全机制：
当自动驾驶安全系统内部通信数据丢失超过5个周期，通过MCU下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，并退出自动驾驶模式；故障恢复时，重新使能启动自动驾驶安全系统；
当自动驾驶系统传感器数据丢失超过5个周期或出现故障时，系统下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，故障恢复时，重新使能启动自动驾驶系统传感器；
当自动驾驶安全系统监测到5G远程安全驾驶系统故障时，系统下发油门清空和刹车指令，将车辆控制权切换至自动驾驶安全系统。
结合第一方面或上述第一、二种情况，在其可能发生的任意一种情况下的第三种情况为，制动冗余控制系统由Ebooster电动刹车系统、ESC电子稳定系统及EPB电子驻车系统组成冗余备份，所述制动冗余控制策略为：Ebooster作为第一制动系统，响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的刹车指令，实现刹车和车辆停止；当Ebooster系统出现故障或者无法通信时，切换至ESC电子稳定系统来响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的刹车指令；在Ebooster和ESC均发生故障时，则使能EPB电子驻车系统，根据预设的制动减速度，实现刹车和车辆停止。
结合第一方面或上述第一至三种情况的其中任意一种，在其可能发生的任意一种情况下的第四种情况为，底盘冗余控制系统还包括EPS电动助力转向系统，当监控到EPS电动助力转向系统/Ebooster电动刹车系统/VCU整车控制系统的任何一个系统的CAN报文丢失超过10个周期，或者报文的信号累计器Rollingcount/信号校验码Checksum发生错误，将下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，退出自动驾驶模式。
结合第一方面或上述第一至四种情况的其中任意一种，在其可能发生的任意一种情况下的第五种情况为，所述5G远程与自动驾驶安全冗余系统还包括组合定位系统，其中：
组合定位系统包括组合惯导系统、NDT点云匹配系统、视觉监测系统及高精度地图系统，根据组合惯导GPS质量和NDT点云匹配效果，择优选择其中一个系统进行车辆的定位，当组合惯导GPS质量和NDT点云匹配均发生故障时，选择高精度地图系统进行车辆的定位，并依靠视觉监测系统对车道线及道路边界识别，对车辆行驶偏移进行控制。
结合第一方面或上述第一至五种情况的其中任意一种，在其可能发生的任意一种情况下的第六种情况为，所述5G远程与自动驾驶安全冗余系统还包括驾驶模式切换系统，用于通过HMI实现5G远程安全驾驶系统和自动驾驶安全系统之间的车辆控制权切换。切换过程中，5G远程驾驶和自动驾驶安全系统会相互进行控制权交接确认，条件全部满足后，平稳切换到目标驾驶模式。
作为第二方面，本发明提供了一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统的控制方法，上述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统依照该控制方法进行运行，其步骤如下：
步骤S1，整车系统启动，且权利要求6或7所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统使能启动后；选择远程驾驶控制模式，则执行步骤S2，选择自动驾驶控制模式，则执行步骤S3；
步骤S2，5G远程安全驾驶系统接管车辆，对网络时延、底盘状态、摄像头数据链路进行监控，当数据异常时触发如下安全机制：
当5G通信网络断开或者网络延时≥200ms时，5G远程安全驾驶系统通过CAN网络下发预设的减速度，实现刹车和车辆停止，并退出远程驾驶模式，并且在网络恢复正常后，重新使能启动5G远程安全驾驶系统；
当车端数据丢失或者车载摄像头故障时，下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，并退出远程驾驶模式；
当自动驾驶安全系统监控到5G远程安全驾驶系统故障时，自动驾驶安全系统下发油门清空和刹车指令，将车辆控制权切换至自动驾驶安全系统；
步骤S3，自动驾驶安全系统接管车辆，自动驾驶系统控制器对自动驾驶安全系统内部通信、自动驾驶系统传感器、底盘执行器状态进行监控，当数据出现异常时触发如下安全机制：
当自动驾驶安全系统内部通信数据丢失超过5个周期，通过MCU下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，并退出自动驾驶模式，故障恢复时，重新使能启动自动驾驶安全系统；
当自动驾驶系统传感器数据丢失超过5个周期或出现故障时，系统下发刹车指令，实现刹车和车辆停止；故障恢复时，重新使能启动自动驾驶系统传感器；
5G远程安全驾驶系统监控自动驾驶安全系统状态，当自动驾驶安全系统故障或者障碍物误判断出现碰撞风险，5G远程安全驾驶系统下发刹车指令，将车辆控制权切换至5G远程安全驾驶系统。
结合第二方面，在其可能发生的任意一种情况下的第七种情况为，步骤S1中的整车系统启动，且权利要求6或7所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统使能启动后，实时执行如下监控：
监控Ebooster电动刹车系统、ESC电子稳定系统及EPB电子驻车系统的运行状态，并依据不同状态进行控制，其控制逻辑如下：
Ebooster作为第一制动系统，响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的刹车指令，实现刹车和车辆停止；
当Ebooster系统出现故障或者无法通信时，切换至ESC电子稳定系统来响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的刹车指令，，实现刹车和车辆停止；
在Ebooster和ESC均发生故障时，则使能EPB电子驻车系统，根据预设的制动减速度，实现刹车和车辆停止；
监控EPS电动助力转向系统/Ebooster电动刹车系统/VCU整车控制系统的运行状态，并依据不同状态进行控制，其控制逻辑如下：
EPS电动助力转向系统/Ebooster电动刹车系统/VCU整车控制系统的任何一个系统的CAN报文丢失超过10个周期，或者报文的信号累计器Rollingcount/信号校验码Checksum发生错误，将下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，退出自动驾驶模式。
监控组合惯导系统、NDT点云匹配系统、视觉监测系统及高精度地图系统的运行状态，并依据不同状态进行控制，其控制逻辑如下：
在组合惯导GPS定位结果和NDT点云匹配定位结果中择优选择其中一个系统作为车辆的主定位系统，并根据两个系统的定位结果的优劣转换，在上述两个系统中进行智能切换；
当组合惯导GPS质量和NDT点云匹配均发生故障时，选择高精度地图系统进行车辆的定位，并依靠视觉监测系统对车道线及道路边界识别，对车辆行驶偏移进行控制。
作为第三方面，本发明提供了一种车辆，所述车辆安装有上述的5G远程与自动驾驶安全冗余系统，且所述车辆的头部的两端分别安装有2路超声波雷达，头部的中间分别安装有1路毫米波雷达、1路摄像头、1路激光雷达；所述车辆的左右两侧的前端分别安装有2路摄像头、1路激光雷达、1路超声波雷达，所述车辆的左右两侧的后端分别安装有1路超声波雷达；所述车辆的尾部的两端分别安装有2路超声波雷达，尾部的中间分别安装有1路摄像头、1路激光雷达。
本发明的有益效果是：
本发明所设计的自动5G远程驾驶和自动驾驶系统能够通过车载HMI进行模式切换，实现驾驶模式智能切换，并且在5G远程或者自动驾驶模式行驶过程中，备份系统对运行系统进行监控，紧急情况下，触发安全机制，实现车辆安全保护。智能底盘系统通过制动系统安全备份及VCU、EPS的故障监测功能，实现对上层智能驾驶数据安全有效监控和处理，保障车辆最后的安全保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明5G远程安全驾驶系统示意图
图2为本发明自动驾驶安全系统示意图
图3为本发明自动驾驶安全定位系统示意图
图4为智能底盘安全制动系统执行流程图
图5 为5G远程和自动驾驶智能切换流程图；
图6为本发明的自动安全驾驶传感器在车辆上的布局示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例。
实施例1
本发明的目的就是要设计一套带5G远程及L4级自动驾驶双驾驶模式的安全冗余系统。为实现此目的，本发明所设计的自动5G远程驾驶和自动驾驶系统能够在5G远程或者自动驾驶模式行驶过程中，备份系统对运行系统进行监控，紧急情况下，触发安全机制，实现车辆安全保护。
本发明提供的5G远程与自动驾驶安全冗余系统主要包括4个方面：
（1）5G远程安全驾驶系统：包含远程驾驶台架、远程驾驶控制器、5G通信网络、5G远程驾驶车载摄像头等。5G远程驾驶过程中，其自身的安全策略包括车速限制、网络状态监测、感知摄像头状态监测、底盘执行器状态监控，在出现异常后，远程驾驶会触发响应的保护机制，保障车辆安全减速或停车。
（2）自动驾驶安全系统：包含自动驾驶传感器（激光雷达、摄像头、毫米波、超声波、组合惯导）、自动驾驶控制器等。自动驾驶通过多传感器的冗余设计来实现同一区域的覆盖，并且在软件算法上进行备份和智能切换设计，当某一传感器发生故障时，实现安全停车。并且实时监测底盘传感器和远程驾驶系统数据，当数据异常时，触发安全机制，实现减速或者停车。
（3）底盘冗余控制系统：制动系统采用Ebooster+ESC+EPB冗余备份机制，其制动冗余控制策略为：正常情况下优先通过优先级最高的Ebooster电子刹车系统进行制动。当其出现故障时，可以通过使能下一优先级的ESC电子稳定系统进行刹车。当Ebooster和ESC均失效，可以通过使能EPB电子驻车系统实施紧急制动，并在车辆上设置紧急制动按钮，直接控制Ebooster进行制动。转向和动力控制系统会实时监控智能驾驶系统（5G远程+自动驾驶）状态，当系统故障或者异常，会进入安全保护逻辑，不再响应上层指令，自动执行制动控制，保障车辆安全减速或者停车。
（4）驾驶模式切换系统：可以通过HMI实现5G远程和自动驾驶的模式智能切换。切换过程中，5G远程驾驶系统和自动驾驶系统会相互进行控制权交接确认，条件全部满足后，平稳切换到目标驾驶模式。
上述系统均设有冗余备份及相互间的状态、数据监控，从而形成一个多重冗余结构设计，保障车辆的安全行驶及预见故障时的决策能力和执行能力，保证车辆和司乘人员的安全。
以下结合附图和具体实施对上述系统及安全机制、控制策略作进一步的详细说明。
一、5G远程安全驾驶系统
如图1所示，它由远程驾驶台架、5G网络通道、车载远程驾驶控制器及车载摄像头组成。远程驾驶启动，作为车辆端的车端数据之一的摄像头数据通过接口进入远程驾驶控制器，并利用5G通道上传到远程驾驶台架服务器，通过摄像数据界面，在台架的显示屏上进行显示。远程驾驶台架的模拟驾驶信号（包括方向盘转角、油门踏板开度、刹车踏板开度、档杆档位信息），通过5G通道传输到车载远程驾驶控制器，并通过内部处理，通过CAN网络通道发送整车CAN网络上，底盘冗余控制系统收到CAN控制指令，完成车辆方向转角、油门开度、刹车开度、目标档位等控制，实现车辆行驶。
远程驾驶过程中，远程驾驶系统对网络时延、底盘状态、摄像头数据链路进行监控，当数据异常时触发安全机制：
（1）当5G通信网络断开或者网络延时≥200ms时，远程驾驶系统会通过CAN网络下发-5m/s2的期望减速度，实现刹车和车辆停止，车辆进入P档，并退出远程驾驶模式。并且在网络恢复正常后，需要重新使能，方能再次进入远程驾驶模式；
（2）当摄像头数据丢失或者摄像头故障，首先会在远程驾驶台架显示屏上进行提示，进而下发刹车，直到车辆停止后，退出自动驾驶模式；
（3）当EPS/Ebooster/VCU任何一个系统CAN报文丢失超过10个周期，或者报文的Rollingcount（信号累计器）/Checksum（信号校验码）发生错误，将下发刹车，直到车辆停止后，退出远程驾驶模式；
（4）可以对速度在程序中进行限制，防止车速过大造成危险；
（5）自动驾驶安全系统监控远程驾驶系统状态，在检测到远程驾驶系统故障时，自动驾驶安全系统会下发油门清空和刹车指令，保障车辆安全停靠，并且可以通过切换实现自动驾驶接管。
二、自动驾驶安全系统
以自动驾驶控制器为核心，连接5路激光雷达、8路摄像头、16个超声波雷达、1个毫米波雷达及1个组合导航设备，如图2所示。通过多传感器的融合设计，实现了同一目标的覆盖，保障感知系统检测的有效覆盖和准确性。同时在软件上，采用了GPS组合惯导定位和激光雷达NDT点云匹配定位的冗余备份以及车道边界检测结合高精地图的组合，保证在不通环境下车辆定位的智能切换及安全，实现车辆安全可靠控制。
自动驾驶过程中，自动驾驶控制器会对自动驾驶安全系统内部通信、自动驾驶系统传感器、底盘执行器状态进行监控，当数据出现异常时，触发安全机制：
（1）当自动驾驶软件系统感知、决策、规划、控制等模块内部通信数据丢失超过5个周期，会通过MCU下发刹车指令，保障车辆安全停车，并在HMI人机交互界面上提示系统故障，并退出自动驾驶模式；故障恢复时，需重新使能进入自动驾驶模式；
（2）当传感器数据中断如激光雷达、前视相机等数据丢失超过5个周期，系统下发刹车，保障车辆安全减速或者停车，并在HMI人机交互界面上提示故障信息；故障恢复时，需重新使能进入自动驾驶模式；
（3）当EPS/Ebooster/VCU 任何一个系统CAN报文丢失超过10个周期，或者报文的Rollingcount（信号累计器）/Checksum（信号校验码）发生错误，将下发刹车，直到车辆停止后，退出自动驾驶模式；
（4）5G远程安全驾驶系统监控自动驾驶安全系统状态，当自动驾驶安全系统故障或者障碍物误判断出现碰撞风险，远程驾驶下发刹车指令，并通过后台提示安全员进行远程驾驶接管。
另外，自动驾驶安全系统还包括采用冗余备份设计的组合定位系统，组合定位系统结合GPS组合惯导定位系统、NDT点云匹配定位系统、视觉检测系统及高精度地图系统，实现自动驾驶模式中的定位方式的智能切换，如图3所示：
（1）GPS组合惯导定位系统和NDT点云匹配定位系统同步运行并输出对应的定位结果，根据GPS组合惯导定位系统和NDT点云匹配定位系统的定位结果，择优选取最佳定位结果，从而实现动态的定位系统切换，保障车辆运行过程平稳。
（2）车辆在GPS和NDT均失效时，视觉检测系统及高精度地图系统作为备份定位系统，视觉检测系统对道路及道路边界进行识别，保证车辆不出道路边界。高精地图用于提供定位，从而保障自动驾驶模式下的行车安全。
三、底盘冗余控制系统
包括制动冗余系统和驱动系统；制动冗余系统设计上采用了Ebooster电动刹车系统、ESC电子稳定系统及EPB电子驻车系统的三重冗余设计。正常情况下，Ebooster作为优先级最高的主制动系统，响应5G远程驾驶或者自动驾驶下发的制动减速度请求，进行刹车动作。当Ebooster系统出现故障或者无法通信时，下一优先级的ESC可作为制动系统来响应上层制动减速度请求；在Ebooster和ESC均故障时，可以使能EPB，下发较大的制动减速度，保障车辆安全停车，制动系统处理流程如图4所示；
驱动系统VCU整车控制器会根据实际需求进行扭矩输出控制，来将车速进行限定，防止上层错误请求，导致车速过多，出现危险；
并且在行驶过程中，VCU、制动系统和EPS电子助力系统全程对智能驾驶系统工作状态进行监控，当检测了智能驾驶系统故障、智能驾驶控制的报文丢失超过10个周期、或者报文的Rollingcount（信号累计器）/Checksum（信号校验码）发生错误时，VCU和EPS将不接受上层控制指令，整车将会抛油门，挂入N档、保持当前的转向角度、进行安全制动处理，直到车速到达0km/后，自动挂入P档，拉起EPB。
四、驾驶模式切换系统
5G远程安全驾驶系统和自动驾驶安全系统可以通过云平台及车辆HMI交互系统进行模式切换，可以保障车辆在一种驾驶模式故障情况下，另外一驾驶模式平稳切换，建立了车辆决策层的冗余备份。保障系统整体的可靠性。
5G远程驾驶安全系统和自动驾驶安全系统接收后台及HMI下发的模式切换指令，并根据自身的状态检查及状态切换请求校验，来实现车辆控制器交接，如图5所示。
本发明中，通过5G远程和自动驾驶模式冗余备份，实现整车双驾驶模式切换，提供整车驾驶系统的可靠性。5G远程驾驶系统通过对网络时延监测、车速限制、摄像头数据监测、底盘执行器状态监控等，来制定安全的降速、停车的安全逻辑，来保证了远程驾驶系统运行可靠，此过程中自动驾驶全程监控，能实现智能切换，综合提升远程驾驶模式下的安全性。自动驾驶安全系统通过传感器冗余、软件算法备份等策略，来保证自动驾驶系统自身环境检测和决策控制的安全性，并对内部软件模块通信、车辆底盘数据进行监控，制定的安全策略，保证系统的可靠性，且该过程中远程驾驶实时监控和安全提示，能够解决自动驾驶系统故障后，车辆安全行驶问题。智能底盘系统通过制动系统安全备份及VCU、EPS的故障监测功能，实现对上层智能驾驶数据安全有效监控和处理，保障车辆最后的安全保障。通过上述综合的系统级、部件级安全策略，最终提升整车行驶的安全性和车辆使用的可靠性，优化了驾驶体验，取得了不错的经济效益。
实施例2
本发明提供了一种供上述一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统有效运行的控制方法。其方法主要分为两部分：
第一部分，根据车辆当前的驾驶模式所对应的系统按照相应的控制方法进行运行。
当5G远程安全驾驶系统接管车辆时，对网络时延、底盘状态、摄像头数据链路进行监控，当数据异常时触发如下安全机制：
当5G通信网络断开或者网络延时≥200ms时，5G远程安全驾驶系统通过CAN网络下发-5m/s2的期望减速度，实现刹车和车辆停止，车辆进入P档，并退出远程驾驶模式。并且在网络恢复正常后，需要重新使能，方能再次进入远程驾驶模式。
当车端数据丢失或者车载摄像头故障时，首先会在远程驾驶台架显示屏上进行提示，进而下发刹车，直到车辆停止后，退出远程驾驶模式。
当自动驾驶安全系统监控到5G远程安全驾驶系统故障时，自动驾驶安全系统下发油门清空和刹车指令，保障车辆安全停靠，并将车辆控制权切换至自动驾驶安全系统。
当自动驾驶安全系统接管车辆时，自动驾驶系统控制器对自动驾驶安全系统内部通信、自动驾驶系统传感器、底盘执行器状态进行监控，当数据出现异常时触发如下安全机制：
当自动驾驶安全系统内部通信数据丢失超过5个周期，通过MCU下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，并退出自动驾驶模式。故障恢复时，重新使能启动自动驾驶安全系统。
当自动驾驶系统传感器数据丢失超过5个周期或出现故障时，系统下发刹车指令，实现刹车和车辆停止。故障恢复时，重新使能启动自动驾驶系统传感器。
5G远程安全驾驶系统监控自动驾驶安全系统状态，当自动驾驶安全系统故障或者障碍物误判断出现碰撞风险，5G远程安全驾驶系统下发刹车指令，将车辆控制权切换至5G远程安全驾驶系统。
另外，在整车系统启动后，整车系统实时进行如下监控：
1）监控Ebooster电动刹车系统、ESC电子稳定系统及EPB电子驻车系统的运行状态，并依据不同状态进行控制，其控制逻辑如下：
Ebooster作为第一制动系统，响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的刹车指令，实现刹车和车辆停止；
当Ebooster系统出现故障或者无法通信时，切换至ESC电子稳定系统来响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的刹车指令，实现刹车和车辆停止；
在Ebooster和ESC均发生故障时，则使能EPB电子驻车系统，根据预设的制动减速度，实现刹车和车辆停止；
2）监控EPS电动助力转向系统/Ebooster电动刹车系统/VCU整车控制系统的运行状态，并依据不同状态进行控制，其控制逻辑如下：
EPS电动助力转向系统/Ebooster电动刹车系统/VCU整车控制系统的任何一个系统的CAN报文丢失超过10个周期，或者报文的信号累计器Rollingcount/信号校验码Checksum发生错误，将下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，退出自动驾驶模式。
3）监控组合惯导系统、NDT点云匹配系统、视觉监测系统及高精度地图系统的运行状态，并依据不同状态进行控制，其控制逻辑如下：
在组合惯导GPS定位结果和NDT点云匹配定位结果中择优选择其中一个定位系统作为车辆的主定位系统，并根据两个系统的定位结果的优劣转换，在上述两个系统中进行智能切换。
当组合惯导GPS质量和NDT点云匹配均发生故障时，选择高精度地图系统进行车辆的定位，并依靠视觉监测系统对车道线及道路边界识别，对车辆行驶偏移进行控制，保证车辆在道路边界内行驶，保障行车安全。
实施例3
本发明提供了一种车辆，车辆安装有上述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统，以及安装有存储了供系统运行的计算机程序指令的计算机存储装置。并且如图6所示，车辆的周身还安装了5路激光雷达、8路摄像头、16个超声波雷达、1个毫米波雷达及1个组合导航设备，上述设备均于自动驾驶安全系统的自动驾驶控制器连接。自动驾驶安全系统传感器布置如下表所示：
应理解，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解为在阅读本发明的内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统，其特征在于，所述系统包括：5G远程安全驾驶系统、自动驾驶安全系统、底盘冗余控制系统，其中：
5G远程安全驾驶系统包括远程驾驶台架、5G网络通道、车载远程驾驶控制器，车端数据通过接口进入车载远程驾驶控制器，并利用5G通道上传到远程驾驶台架，远程驾驶台架的模拟驾驶信号通过5G网络通道传输到车载远程驾驶控制器，对车辆进行远程控制，当数据异常时，触发安全机制，对车辆进行制动控制；
自动驾驶安全系统，用于根据5G远程安全驾驶系统的模拟驾驶信号进行自动驾驶，自动驾驶安全系统包含自动驾驶系统传感器、自动驾驶系统控制器，自动驾驶系统控制器对自动驾驶安全系统的内部通信和自动驾驶系统传感器、底盘冗余控制系统状态进行监控，当数据出现异常时，触发安全机制，对车辆进行制动控制；自动驾驶系统传感器安装于车辆的四周，用于收集车辆周围目标物信息供自动驾驶安全系统分析、使用；
底盘冗余控制系统，包括制动冗余控制系统、驱动系统，驱动系统实时监控5G远程安全驾驶系统和自动驾驶安全系统的状态，当系统故障或者异常，则不再响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的指令，且触发制动冗余控制系统；制动冗余控制系统，用于根据制动冗余控制策略对Ebooster电动刹车系统、ESC电子稳定系统或EPB电子驻车系统进行控制，对车辆进行制动。
2.根据权利要求1所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统，其特征在于，5G远程安全驾驶系统对网络时延、底盘状态、摄像头数据链路进行监控，当数据异常时触发如下安全机制：
当5G通信网络断开或者网络延时≥200ms时，5G远程安全驾驶系统通过CAN网络下发预设的减速度，实现刹车和车辆停止，并退出远程驾驶模式，并且在网络恢复正常后，重新使能启动5G远程安全驾驶系统；
当车端数据丢失或者摄像头故障时，系统下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，退出远程驾驶模式；
5G远程安全驾驶系统监控自动驾驶安全系统状态，当自动驾驶安全系统故障或者障碍物误判断出现碰撞风险，5G远程安全驾驶系统下发刹车指令，将车辆控制权切换至5G远程安全驾驶系统。
3.根据权利要求1所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统，其特征在于，自动驾驶系统控制器对自动驾驶安全系统内部通信、自动驾驶系统传感器、底盘执行器状态进行监控，当数据出现异常时，触发如下安全机制：
当自动驾驶安全系统内部通信数据丢失超过5个周期，通过MCU下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，并退出自动驾驶模式；故障恢复时，重新使能启动自动驾驶安全系统；
当自动驾驶系统传感器数据丢失超过5个周期或出现故障时，系统下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，故障恢复时，重新使能启动自动驾驶系统传感器；
当自动驾驶安全系统监测到5G远程安全驾驶系统故障时，系统下发油门清空和刹车指令，将车辆控制权切换至自动驾驶安全系统。
4.根据权利要求1所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统，其特征在于，制动冗余控制系统由Ebooster电动刹车系统、ESC电子稳定系统及EPB电子驻车系统组成冗余备份，所述制动冗余控制策略为：Ebooster作为第一制动系统，响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的刹车指令，实现刹车和车辆停止；当Ebooster系统出现故障或者无法通信时，切换至ESC电子稳定系统来响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的刹车指令；在Ebooster和ESC均发生故障时，则使能EPB电子驻车系统，根据预设的制动减速度，实现刹车和车辆停止。
5.根据权利要求1所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统，其特征在于，底盘冗余控制系统还包括EPS电动助力转向系统，当监控到EPS电动助力转向系统/Ebooster电动刹车系统/VCU整车控制系统的任何一个系统的CAN报文丢失超过10个周期，或者报文的信号累计器Rollingcount/信号校验码Checksum发生错误，将下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，退出自动驾驶模式。
6.根据权利要求1或5其中任意一项所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统，其特征在于，所述5G远程与自动驾驶安全冗余系统还包括组合定位系统，其中：
组合定位系统包括GPS组合惯导系统、NDT点云匹配系统、视觉监测系统及高精度地图系统，择优选取定位效果好的GPS组合惯导系统或NDT点云匹配系统作为车辆的主定位系统，并根据两个系统的实时定位结果的优劣转换，在上述两个系统中进行切换；当GPS组合惯导系统和NDT点云匹配系统均发生故障时，选择高精度地图系统进行车辆的定位，并依靠视觉监测系统对车道线及道路边界识别，对车辆行驶偏移进行控制。
7.根据权利要求1或5其中任意一项所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统，其特征在于，所述5G远程与自动驾驶安全冗余系统还包括驾驶模式切换系统，用于通过HMI实现5G远程安全驾驶系统和自动驾驶安全系统之间的车辆控制权切换。
8.一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统的控制方法，其特征在于，所述权利要求6或7所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统依照该控制方法进行运行，其步骤如下：
步骤S1，整车系统启动，且权利要求6或7所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统使能启动后；选择远程驾驶控制模式，则执行步骤S2，选择自动驾驶控制模式，则执行步骤S3；
步骤S2，5G远程安全驾驶系统接管车辆，对网络时延、底盘状态、摄像头数据链路进行监控，当数据异常时触发如下安全机制：当5G通信网络断开或者网络延时≥200ms时，5G远程安全驾驶系统通过CAN网络下发预设的减速度，实现刹车和车辆停止，并退出远程驾驶模式，并且在网络恢复正常后，重新使能启动5G远程安全驾驶系统；
当车端数据丢失或者车载摄像头故障时，系统下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，退出远程驾驶模式；
当自动驾驶安全系统监控到5G远程安全驾驶系统故障时，自动驾驶安全系统下发油门清空和刹车指令，将车辆控制权切换至自动驾驶安全系统；
步骤S3，自动驾驶安全系统接管车辆，自动驾驶系统控制器对自动驾驶安全系统内部通信、自动驾驶系统传感器、底盘执行器状态进行监控，当数据出现异常时触发如下安全机制：
当自动驾驶安全系统内部通信数据丢失超过5个周期，通过MCU下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，并退出自动驾驶模式，故障恢复时，重新使能启动自动驾驶安全系统；
当自动驾驶系统传感器数据丢失超过5个周期或出现故障时，系统下发刹车指令，实现刹车和车辆停止；故障恢复时，重新使能启动自动驾驶系统传感器；
5G远程安全驾驶系统监控自动驾驶安全系统状态，当自动驾驶安全系统故障或者障碍物误判断出现碰撞风险，5G远程安全驾驶系统下发刹车指令，将车辆控制权切换至5G远程安全驾驶系统。
9.根据权利要求8所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统的控制方法，其特征在于，步骤S1中的整车系统启动，且权利要求6或7所述的一种5G远程与自动驾驶安全冗余系统使能启动后，实时执行如下监控：
监控Ebooster电动刹车系统、ESC电子稳定系统及EPB电子驻车系统的运行状态，并依据不同状态进行控制，其控制逻辑如下：
Ebooster作为第一制动系统，响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的刹车指令，实现刹车和车辆停止；
当Ebooster系统出现故障或者无法通信时，切换至ESC电子稳定系统来响应5G远程安全驾驶系统或者自动驾驶安全系统下发的刹车指令，实现刹车和车辆停止；
在Ebooster和ESC均发生故障时，则使能EPB电子驻车系统，根据预设的制动减速度，实现刹车和车辆停止；
监控EPS电动助力转向系统/Ebooster电动刹车系统/VCU整车控制系统的运行状态，并依据不同状态进行控制，其控制逻辑如下：
EPS电动助力转向系统/Ebooster电动刹车系统/VCU整车控制系统的任何一个系统的CAN报文丢失超过10个周期，或者报文的信号累计器Rollingcount/信号校验码Checksum发生错误，将下发刹车指令，实现刹车和车辆停止，退出自动驾驶模式；
监控GPS组合惯导系统、NDT点云匹配系统、视觉监测系统及高精度地图系统的运行状态，并依据不同状态进行控制，其控制逻辑如下：
实时监控GPS组合惯导系统和NDT点云匹配系统的定位结果，将生产最优定位结果的系统作为车辆的主定位系统，并根据两个系统的实时定位结果的优劣转换，在上述两个系统中进行切换；
当GPS组合惯导系统和NDT点云匹配系统均发生故障时，选择高精度地图系统进行车辆的定位，并依靠视觉监测系统对车道线及道路边界识别。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆安装有权利要求1-7其中任意一项所述的系统，且所述车辆的头部的两端分别安装有2路超声波雷达，头部的中间分别安装有1路毫米波雷达、1路摄像头、1路激光雷达；所述车辆的左右两侧的前端分别安装有2路摄像头、1路激光雷达、1路超声波雷达，所述车辆的左右两侧的后端分别安装有1路超声波雷达；所述车辆的尾部的两端分别安装有2路超声波雷达，尾部的中间分别安装有1路摄像头、1路激光雷达。
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