CN116039620A - 基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，包括，距离感知模块，以分布式安装方式布置于自动驾驶车辆上；数据处理模块，获取距离感知模块所传输的数据并测算车辆前方障碍物距离，结合底盘反馈和状态对前方障碍物进行安全判别分析；安全停车模块，控制车辆移动方向以实现安全停车。本申请的有益之处：提供一种针对于自动驾驶感知的安全冗余解决方案，通过底盘反馈和状态对前方障碍物安全性判断，用以在作业中保障操作自动驾驶的人身财产安全。

Description

基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统
技术领域
本申请涉及自动驾驶辅助系统技术领域，尤其涉及一种基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统。
背景技术
无人集装箱平板运输车在作业过程中，安全冗余模块是保证自动驾驶工作的重中之重，在作业中为保障港口人身安全和财产安全，为此需要保证：
1)需要做到车身周围360°无死角的感知解决方案。
2)在每个方向，同一个位置至少有2种以上的感知手段保证系统安全。
3)在安全防护策略上，通过硬件冗余与软件冗余，尽可能的保护自动驾驶行为的安全性。
因此需要从无人集装箱平板运输车硬件冗余、软件冗余、降本增效等方面考虑，来尽可能的提高无人驾驶的系统全兴。目前既有的系统/方案主要通过毫米波雷达与摄像头，存在的问题如下：
1.毫米波雷达与摄像头冗余系统受到天气的影响很大，尤其针对于港口多发的台风，降雨，雾霾时更为严重。
2.毫米波器件昂贵，波导器件中的损耗大，用材消耗大，成本增加，目前自动驾驶与辅助驾驶难以普及的一个重要原因就是硬件价格过于昂贵。
3.摄像头的深度学习策略，在实际使用中遇到问题，由于深度学习的黑盒性，自动驾驶从业人员很难通过其中的数据流来回测问题出现的原因。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，用以在作业中保障操作自动驾驶的人身财产安全。
本申请实施例提供了一种基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，可包括：
距离感知模块，以分布式安装方式布置于自动驾驶车辆上；
数据处理模块，获取距离感知模块所传输的数据并测算车辆前方障碍物距离，结合底盘反馈和状态对前方障碍物进行安全判别分析；
安全停车模块，控制车辆移动方向以实现安全停车。
进一步地，所述距离感知模块采用超声波传感器和激光雷达传感器。
进一步地，所述超声波传感器至少分布于车前悬梁处以用于填补车前的盲区的探测。
进一步地，所述超声波传感器和激光雷达传感器的处理器相互独立。
进一步地，超声波传感器作为补充前方摄像头的冗余传感器，车身方向由车顶和车左右侧的激光雷达传感器负责冗余感知。
进一步地，所述数据处理模块包括：
车头障碍物测距单元，基于超声波传感器发射不同的波段对前方障碍物距离进行测算，以判断探测范围内是否存在障碍物；
障碍物判别单元，基于所述车头障碍物测距单元所输出的距离和车辆底盘序列的输出对障碍物进行安全判别分析。
进一步地，在所述车头障碍物测距单元探测范围内存在障碍物的情况下，所述障碍物判别单元获取车辆底盘反馈，根据方向盘输出序列以及底盘控制序列预估车辆在未来预设时间段内的位姿以判断是否存在碰撞障碍物的风险。
进一步地，所述安全停车模块利用超声波传感器与激光雷达传感器的感知融合策略校正，判定定位偏移带危险并安全停车。
进一步地，所述安全停车模块在激光雷达传感器失效导致点云数据丢失过多或障碍物置信度判定过低的情况下依靠超声波传感器探测距离以实现安全停车。
进一步地，进一步地障碍物置信判断基于感知模块的卷积神经网络，通过深度学习对点云的准确度判断，一般＞90即认为是可信的。
进一步地，所述安全停车采用保守策略，根据错误等级，横向保持正常情况时的方向盘，追踪一个减速度进行刹车停车。
本申请的有益之处：提供一种针对于自动驾驶感知的安全冗余解决方案，通过底盘反馈和状态对前方障碍物安全性判断，用以在作业中保障操作自动驾驶的人身财产安全。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的系统模块图；
图2是本申请实施例提供的距离感知模块的分布示意图；
图3是本申请的超声波测距原理示意图；
图4是本申请中障碍物判别单元对车辆位姿的预估演示图；
图5是本申请的安全冗余处理系统的运作流程图。
图中附图标记的含义：
11-1号超声波传感器，12-2号超声波传感器，13-3号超声波传感器，14-4号超声波传感器，2-IMU，3-激光雷达传感器。
具体实施方式
为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
本申请所涉及的基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，包含有距离感知模块、数据处理模块和安全停车模块，如图1所示。
其中，如图2所示，距离感知模块以分布式安装方式布置于自动驾驶车辆上。一般情况下，距离感知模块采用超声波传感器和激光雷达传感器两类，超声波传感器至少分布于车前悬梁处以用于填补车前的盲区的探测。超声波传感器和激光雷达传感器的处理器相互独立以实现硬件冗余和软件冗余。
作为一个具体的实施例，在车前悬梁处并排安全4个超声波传感器用于填补两侧激光雷达出案昂起针对于车前的盲区，实现共同补盲，并互相校验安全性。
如图3所示，根据不同波段传感器收到新号的时间来计算障碍物距离，1-4号传感器间隔70cm进行安装，如2号传感器可以接受到1号发出的波段1-2(由1号发射的波段1-1反弹形成)和3号发出的波段2-3(由2号发射的波段2-2反弹形成)，同样的1号只能接收到自己和2号发出的波段，3号可以接收2号和4号的波段，4号只能接收到自己和3号发出的波段，通过余弦定理来计算障碍物所在位置和边界，同时结合各个传感器的反馈校验有效性。
数据处理模块，获取距离感知模块所传输的数据并测算车辆前方障碍物距离，结合底盘反馈和状态对前方障碍物进行安全判别分析；
作为一个具体的实施例，数据处理模块分为车头障碍物测距单元和障碍物判别单元。
车头障碍物测距单元基于超声波传感器发射不同的波段对前方障碍物距离进行测算，以判断探测范围内是否存在障碍物。
障碍物判别单元基于车头障碍物测距单元所输出的距离，并根据车身底盘反馈信息和方向盘控制序列利用车辆运动学模型以及卡尔曼估计的手段对车未来姿态进行计算，并判定前方障碍物的安全性，避免转弯或数据丢失造成的误检和漏检。
作为一个具体的实施例，障碍物判别单元根据底盘反馈和方向盘控制序列及油门控制序列预估出未来自动驾驶车辆的位姿，判定障碍物是否安全，进而判断是否有紧急停车的必要性。同时超声波传感器还需要接收来自激光雷达与前置摄像头的反馈和置信度信息，在车辆前方5m区域有三重安全冗余防护，硬件与软件双重冗余，极大的提升了港口自动驾驶车辆的安全性。
安全停车模块利用超声波传感器与激光雷达传感器的感知融合策略校正，判定定位偏移带危险并安全停车。安全停车模块在激光雷达传感器失效导致点云数据丢失过多或障碍物置信度判定过低的情况下依靠超声波传感器探测距离以实现安全停车。
如图5所示，本系统运行时候，首先获取各个传感器的数据以判断各个传感器的状态是否正常，若不正常触发报警进行维修，在各个传感器都正常运行的状态下，车头障碍物测距单元基于超声波传感器发射不同的波段对前方障碍物距离进行测算以判断探测范围内是否存在障碍物。
一旦获取到存在障碍物的数据，障碍物判别单元基于车头障碍物测距单元所输出的距离，并根据车身底盘反馈信息和方向盘控制序列利用车辆运动学模型以及卡尔曼估计的手段对车未来姿态进行计算，并判定前方障碍物的安全性，避免转弯或数据丢失造成的误检和漏检。整个系统基于这里的判断结果执行安全停车策略，安全停车采用保守策略，根据错误等级，横向保持正常情况时的方向盘，追踪一个减速度进行刹车停车。超声波传感器还需要接收来自激光雷达与前置摄像头的反馈和置信度信息，在车辆前方5m区域有三重安全冗余防护，硬件与软件双重冗余，极大的提升了港口自动驾驶车辆的安全性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。

Claims (8)

1.一种基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，其特征在于，包括：
距离感知模块，以分布式安装方式布置于自动驾驶车辆上；
数据处理模块，获取距离感知模块所传输的数据并测算车辆前方障碍物距离，结合底盘反馈和状态对前方障碍物进行安全判别分析；
安全停车模块，控制车辆移动方向以实现安全停车。
2.根据权利要求1所述的基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，其特征在于，所述距离感知模块采用超声波传感器和激光雷达传感器。
3.根据权利要求2所述的基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，其特征在于，所述超声波传感器至少分布于车前悬梁处以用于填补车前的盲区的探测。
4.根据权利要求3所述的基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，其特征在于，所述超声波传感器和激光雷达传感器的处理器相互独立。
5.根据权利要求2所述的基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：
车头障碍物测距单元，基于超声波传感器发射不同的波段对前方障碍物距离进行测算，以判断探测范围内是否存在障碍物；
障碍物判别单元，基于所述车头障碍物测距单元所输出的距离和车辆底盘序列的输出对障碍物进行安全判别分析。
6.根据权利要求5所述的基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，其特征在于，在所述车头障碍物测距单元探测范围内存在障碍物的情况下，所述障碍物判别单元获取车辆底盘反馈，根据方向盘输出序列以及底盘控制序列预估车辆在未来预设时间段内的位姿以判断是否存在碰撞障碍物的风险。
7.根据权利要求6所述的基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，其特征在于，所述安全停车模块利用超声波传感器与激光雷达传感器的感知融合策略校正，判定定位偏移带危险并安全停车。
8.根据权利要求7所述的基于自动驾驶感知的安全冗余处理系统，其特征在于，所述安全停车模块在激光雷达传感器失效导致点云数据丢失过多或障碍物置信度判定过低的情况下依靠超声波传感器探测距离以实现安全停车。
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