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CN109343534A - 一种车辆无人驾驶系统及备份控制方法 - Google Patents

一种车辆无人驾驶系统及备份控制方法 Download PDF

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CN109343534A
CN109343534A CN201811343654.9A CN201811343654A CN109343534A CN 109343534 A CN109343534 A CN 109343534A CN 201811343654 A CN201811343654 A CN 201811343654A CN 109343534 A CN109343534 A CN 109343534A
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CN
China
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controller
adas
chassis
vehicle
decision making
Prior art date
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Pending
Application number
CN201811343654.9A
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Inventor
潘智慧
张韬
张雪松
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Tianjin Wise Technology Co Ltd
Original Assignee
Tianjin Wise Technology Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tianjin Wise Technology Co Ltd filed Critical Tianjin Wise Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种车辆无人驾驶系统及备份控制方法，系统结构上包括第一感知系统、第二感知系统、行为决策控制器、ADAS控制器、线控底盘主控制器、供电系统、行为执行控制器与安全辅助控制器与底盘执行系统；控制方法为：a.上电初始化、b.系统初始状态检测：如果检测状态为正常，则程序下行至执行无人驾驶任务阶段，如果检测状态为非正常，则进行相应的故障报警，且车辆禁止启动、c.执行无人驾驶任务、d.系统运行状态检测：如果检测状态为正常，则程序循环至步骤c，形成闭环；如果检测状态为故障，则启动对应的失效模式应对策略、e.结束等步骤，从而一方面避免在无人驾驶系统发生问题时车辆失控的问题，另一方面也进一步提升了无人驾驶系统的保护机制。

Description

一种车辆无人驾驶系统及备份控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆无人驾驶系统及备份控制方法，具体涉及一种具有安全备份的无人驾驶系统及备份控制方法。
背景技术
随着技术的发展与推进，无人驾驶越来越成为当下技术推进的热点，相关技术成果也不断的向市场推广。
常见的无人驾驶系统，往往采用一台自动驾驶控制器直接控制车辆底盘和动力系统，这种单一的、集中式的自动驾驶控制架构，一方面在自动驾驶控制器发生问题时，车辆将处于失控状态，另一方面自动驾驶控制技术相对不成熟，缺乏有效保护机制，同时无人驾驶系统直接使用整车低压电源，存在很大的供电隐患和潜在的驾驶安全风险。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种车辆无人驾驶系统及备份控制方法。
其包括：第一感知系统(100)、第二感知系统(200)、行为决策控制器(300)、ADAS控制器(400)、线控底盘主控制器(500)、供电系统(600)与底盘执行系统(900)，其中供电系统(600)为无人驾驶系统中各系统部件供电，第二感知系统(200)与行为决策控制器(300)通信连接，第一感知系统(100)中的融合设备(130)既与ADAS控制器(400)通信连接也与行为决策控制器通信连接(300)，行为决策控制器(300)与ADAS控制器(400)通信连接，ADAS控制器(400)与线控底盘主控制器(500)通信连接，线控底盘主控制器(500)控制底盘执行系统(900)；
为了进一步提升系统的安全可靠性，系统还包括行为执行控制器(700)，行为执行控制器(700)作为ADAS控制器的备份控制器与其通信，同时与线控底盘主控制器(500)连接；
更加优选的，系统还包括安全辅助控制器(800)，行为执行控制器(700)作为ADAS控制器(400)的备份控制器与其通信，安全辅助控制器(800)作为线控底盘主控制器的备份控制器与其连接，行为执行控制器(700)与安全辅助控制器(800)通信连接，安全辅助控制器(800)同样控制底盘执行系统(900)；
为了更进一步提高系统供电稳定性，供电系统(600)包括第一供电系统(610)与第二供电系统(620)，其中第一供电系统(610)为ADAS控制器(400)、第一感知系统100、安全辅助控制器(800)供电，第二供电系统为行为决策控制器(300)、行为执行控制器(700)、第二感知系统(200)、线控底盘主控制器(500)供电；不同于上述方案，供电系统(600)中的第一供电系统(610)与第二供电系统(620)也可同时为无人驾驶系统各感知、控制部件供电；
车辆无人驾驶系统的第一感知系统(100)包括前向视觉传感器(110)、前向毫米波雷达(120)、前向视觉毫米波融合设备(130)、侧向毫米波雷达(140)，第二感知系统(200)包括定位装置(210)、激光雷达(220)，但不仅限于这些传感装置；
更加优选的，底盘执行系统(900)包括第一底盘执行系统(910)与第二底盘执行系统(920)，其中线控底盘主控制器控制第一底盘执行系统(910)，安全辅助控制器(800)控制第二底盘执行系统(920)；
更加优选的，该车辆无人驾驶系统还可以设置有无线通信及存储装置(150)，无线通信及存储装置(150)与行为决策控制器(300)以及ADAS控制器(400)通信连接；
针对上述结构，本发明还公布了相应控制方法，包括：
a.上电初始化；
b.系统初始状态检测：
如果检测状态为正常，则程序继续运行，
如果检测状态为非正常，则进行相应的故障报警，且车辆禁止启动；
c.执行无人驾驶任务；
d.系统运行状态检测：
如果检测状态为正常，则程序巡行至e；
如果检测状态为故障，则启动对应的失效模式应对策略；
e.判断是否需要结束：
如果为是，则程序跳出；
如果为否，则程序循环至c
其中，所述的系统初始状态检测包括：
(a)底盘状态检测；
(b)ADAS模组状态检测；
(c)行为决策模组状态检测；
其中，所述的系统运行状态检测包括：
(a)底盘状态检测；
(b)ADAS模组状态检测；
(c)行为决策模组状态检测；
其中，所述的底盘状态检测包括：
检测到线控底盘主控制器(500)失效，所述的应对策略为：车辆依靠安全辅助控制器(800)进行车辆控制，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理，
检测到安全辅助控制器(800)失效，所述的应对策略为：车辆依靠线控底盘主控制器(500)进行车辆控制，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
其中，所述的ADAS模组检测包括：
当检测到ADAS控制器(400)失效时，行为决策控制器(300)接受第二感知系统(200)与第一感知系统(100)的融合设备(130)的信息，并通过对行为执行控制器(700)发送控制命令使行为执行控制器(700)控制安全辅助控制器(800)，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测到前向视觉毫米波融合设备(130)失效时，行为决策控制器(300)通过输出决策命令至ADAS控制器(400)，ADAS控制器(400)控制线控底盘主控制器(500)，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测到前向视觉传感器(110)失效时，行为决策控制器(300)通过输出决策命令至ADAS控制器(400)，ADAS控制器(400)控制线控底盘主控制器(500)，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测到前向毫米波雷达(120)失效时，行为决策控制器(300)通过输出决策命令至ADAS控制器(400)，ADAS控制器(400)控制线控底盘主控制器(500)，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测侧向毫米波雷达(140)失效时，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
其中，所述的行为决策模组状态检测包括：
当检测到行为决策控制器失效时，由第一感知系统(100)、无线通信及存储装置(150)与ADAS控制器(400)配合，立刻执行靠边停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理；
当检测到激光雷达(220)失效时，行为决策控制器通过输出决策命令至ADAS控制器，ADAS控制器控制线控底盘主控制器，立刻执行靠边停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理；
当检测定位装置失效时，行为决策控制器通过输出决策命令至ADAS控制器，ADAS控制器控制线控底盘主控制器，立刻执行靠边停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理；
当检测到无线通信及存储装置失效时，行为决策控制器通过输出决策命令至ADAS控制器，ADAS控制器控制线控底盘主控制器，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理。
附图说明
图1为车辆无人驾驶系统框架示意图
图2为双供电系统分开供电实施例示意图
图3为一种车辆无人驾驶系统控制方法流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的车辆无人驾驶系统进行详细说明。
图1为车辆无人驾驶系统框架示意图，其中第一感知系统100、第二感知系统200、行为决策控制器300、ADAS控制器400、线控底盘主控制器500、供电系统600、行为执行控制器700、安全辅助控制器800与底盘执行系统900，其中供电系统600分为第一供电系统610与第二供电系统620，底盘执行系统900分为第一底盘执行系统910与第二底盘执行系统920。
图2为双供电系统分开供电实施例示意图。
图3为一种车辆无人驾驶系统控制方法流程图
其中，行为决策控制器300在硬件上具备强大的运算性能，支持软件上完成感知信息融合、逻辑分析、决策规划、路径规划等功能；ADAS为高级辅助驾驶系统，该系统中的ADAS控制器400在硬件上具备一定的运算能力，具有更高级别的车规级安全性能，同时具备传统ADAS中所涵盖的AEB(自动紧急刹车)、ACC(自动巡航)、LKA(车道保持)、BSD(盲点监测)、TJA(堵车辅助)等功能，这些功能作为自动驾驶规划的具体执行单元，由ADAS自主选择其中安全性最高的行为；行为执行控制器700具备一定运算力，以及和ADAS控制器相同的车规级安全性能，能够实现简易的车辆动力学控制。
第二感知系统200与行为决策控制器300通信连接，第一感知系统100既与ADAS控制器400通信连接也与行为决策控制器通信连接300，第二感知系统200即参与到ADAS控制器400信息感知中，同时也将感知的到信息反馈给行为决策控制器300；行为决策控制器300与ADAS控制器400通信连接，ADAS控制器400与线控底盘主控制器500通信连接，线控底盘主控制器500控制底盘执行系统900；
为了进一步提升系统的安全可靠性，系统还包括行为执行控制器700，行为执行控制器700作为ADAS控制器的备份控制器与其通信，同时与线控底盘主控制器500连接；
另一种实施方案，还可以再增加行为执行控制器700的同时再增加安全辅助控制器800，安全辅助控制器800作为线控底盘主控制器的备份控制器与其连接，行为执行控制器700与安全辅助控制器800通信连接，安全辅助控制器800同样控制底盘执行系统900；
该种架构使行为决策控制器不能直接作用于底盘控制，而是通过给出ADAS控制器400行为要求命令，在ADAS控制器400的约束下对车辆底盘进行控制，进而对ADAS自动驾驶发出的命令是否合理进行判定，可靠有效后方可实施前向视觉传感器110与毫米波雷达传感装置120的方案设计，可以采用单一摄像头配单一毫米波雷达的方案，也可以采用多个摄像头配多个毫米波雷达的方案，本技术为了提供系统整体的稳定性，采用前向单一视觉传感器配毫米波雷达，同时在车辆的四角各放置一个侧向毫米波雷达140。第二感知系统200则是目前自动驾驶车辆常用的定位装置210加激光雷达220的方案，必要时也可以加上无线通信及存储装置150，无线通信及存储装置150一般为市面上常用的T-box，从而进一步提升自动驾驶感知能力，但不限于上述提到的传感装置。
为了更进一步提高系统供电稳定性，供电系统600第一供电系统610与第二供电系统620，两套独立的供电系统将大幅度提升自动驾驶系统的整体稳定性，第一供电系统610与第二供电系统620即可同时为感知及控制器件进行供电；也可以采用图2所示的方式进行分开供电，其中第一供电系统610为ADAS控制器400、第一感知系统100、无线通信及存储装置150、安全辅助控制器800供电，第二供电系统620为行为决策控制器300、行为执行控制器700、第二感知系统200、线控底盘主控制器500供电；不同于上述方案，供电系统600中的第一供电系统610与第二供电系统620也可同时为无人驾驶系统各感知、控制部件供电，无线通信及存储装置；
更加优选的，底盘执行系统900包括第一底盘执行系统910与第二底盘执行系统920，其中线控底盘主控制器控制第一底盘执行系统910，安全辅助控制器800控制第二底盘执行系统920；
更加优选的，该车辆无人驾驶系统还可以设置有无线通信及存储装置130，无线通信及存储装置130与行为决策控制器300及ADAS控制器400通信连接；
该套系统涉及方案，可以进一步避免单点故障对无人驾驶系统可靠性带来的安全风险，提供多重等级的失效安全防护。
与该实施例所对应的控制方法包括：
针对上述结构，本发明还公布了相应控制方法，包括：
a.上电初始化：当初始化发生异常时，则进行报警，不启动自动驾驶任务，如果初始化正常，工作中底层反馈失效则优先底盘自身安全机制处理，无人驾驶系统发出求助信号；
b.系统初始状态检测：
包括：
(a)底盘状态检测；
(b)ADAS模组状态检测；
(c)行为决策模组状态检测；
如果检测状态为正常，则程序下行至执行无人驾驶任务阶段，
如果检测状态为非正常，则进行相应的故障报警，且车辆禁止启动；
c.执行无人驾驶任务，当初始状态检测到无任何故障反馈时，则无人驾驶车辆正常启动，开始执行相应的无人驾驶任务；
d.系统运行状态检测：
如果检测状态为正常，则程序巡行至e；
如果检测状态为故障，则启动对应的失效模式应对策略；
其中对应的状态检测包括：
(a)底盘状态检测包括：
检测到线控底盘主控制器500失效，所述的应对策略为：车辆依靠安全辅助控制器800进行车辆控制，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理，
检测到安全辅助控制器800失效，所述的应对策略为：车辆依靠线控底盘主控制器500进行车辆控制，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
(b)ADAS模组检测包括：
当检测到ADAS控制器400失效时，行为决策控制器300接受第二感知系统200与第一感知系统100的融合设备130的信息，并通过对行为执行控制器700发送控制命令使行为执行控制器700控制安全辅助控制器800，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测到前向视觉毫米波融合设备130失效时，行为决策控制器300通过输出决策命令至ADAS控制器400，ADAS控制器400控制线控底盘主控制器500，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测到前向视觉传感器110失效时，行为决策控制器300通过输出决策命令至ADAS控制器400，ADAS控制器400控制线控底盘主控制器500，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测到前向毫米波雷达120失效时，行为决策控制器300通过输出决策命令至ADAS控制器400，ADAS控制器400控制线控底盘主控制器500，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测到侧向毫米波雷达140失效时，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
(c)行为决策模组状态检测包括：
当检测到行为决策控制器失效时，由第一感知系统100、无线通信及存储装置150与ADAS控制器400配合，立刻执行靠边停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理；
当检测到激光雷220达失效时，行为决策控制器通过输出决策命令至ADAS控制器，ADAS控制器控制线控底盘主控制器，立刻执行靠边停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理；
当检测定位装置210失效时，行为决策控制器通过输出决策命令至ADAS控制器，ADAS控制器控制线控底盘主控制器，立刻执行靠边停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理；
当检测到无线通信及存储装置150失效时，行为决策控制器300通过输出决策命令至ADAS控制器400，ADAS控制器400控制线控底盘主控制器500，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理。
e.判断是否需要结束：
如果为是，则程序跳出；
如果为否，则程序循环至c
本发明仅以上述实施例进行说明，控制器系统的耦合关系、线控底盘上各执行机构的布置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别控制器和部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种车辆无人驾驶系统，其特征在于包括：第一感知系统(100)、第二感知系统(200)、行为决策控制器(300)、ADAS控制器(400)、线控底盘主控制器(500)、供电系统(600)与底盘执行系统(900)，其中供电系统(600)为无人驾驶系统中各系统部件供电，第二感知系统(200)与行为决策控制器(300)通信连接，第一感知系统(100)既与ADAS控制器(400)通信连接也与行为决策控制器(300)通信连接，行为决策控制器(300)与ADAS控制器(400)通信连接，ADAS控制器(400)与线控底盘主控制器(500)通信连接，线控底盘主控制器(500)控制底盘执行系统(900)。
2.根据权利要求1所述的车辆无人驾驶系统，还包括行为执行控制器(700)与安全辅助控制器(800)，行为执行控制器(700)作为ADAS控制器(400)的备份控制器与其通信，安全辅助控制器(800)作为线控底盘主控制器的备份控制器与其连接，行为执行控制器(700)与安全辅助控制器(800)通信连接，安全辅助控制器(800)同样控制底盘执行系统(900)。
3.根据权利要求2所述的车辆无人驾驶系统，还设置有无线通信及存储装置(150)，无线通信及存储装置(150)与行为决策控制器(300)以及ADAS控制器(400)通信连接。
4.根据权利要求2或3所述的车辆无人驾驶系统，所述的底盘执行系统(900)包括第一底盘执行系统(910)与第二底盘执行系统(920)，其中线控底盘主控制器控制第一底盘执行系统(910)，安全辅助控制器(800)控制第二底盘执行系统(920)。
5.根据权利要求4所述的车辆无人驾驶系统，所述的供电系统(600)包括第一供电系统(610)与第二供电系统(620)，其中第一供电系统(610)为ADAS控制器(400)、第一感知系统(100)、无线通信及存储装置(150)、安全辅助控制器(800)供电，第二供电系统(620)为行为决策控制器(300)、行为执行控制器(700)、第二感知系统(200)、线控底盘主控制器(500)供电。
6.一种车辆无人驾驶系统备份控制方法，主要包括：
a.上电初始化；
b.系统初始状态检测：
如果检测状态为正常，则程序继续运行，
如果检测状态为非正常，则进行相应的故障报警，且车辆禁止启动；
c.执行无人驾驶任务；
d.系统运行状态检测：
如果检测状态为正常，则程序巡行至e，
如果检测状态为故障，则启动对应的失效模式应对策略；
e.判断是否需要结束：
如果为是，则程序跳出，
如果为否，则程序循环至c。
7.根据权利要求6所述的车辆无人驾驶系统备份控制方法，所述的系统运行状态检测包括：
(a)底盘状态检测；
(b)ADAS模组状态检测；
(c)行为决策模组状态检测。
8.根据权利要求7所述的车辆无人驾驶系统备份控制方法，所述的底盘状态检测包括：
检测到线控底盘主控制器(500)失效，所述的应对策略为：车辆依靠安全辅助控制器(800)进行车辆控制，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理，
检测到安全辅助控制器(800)失效，所述的应对策略为：车辆依靠线控底盘主控制器(500)进行车辆控制，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理。
9.根据权利要求7所述的车辆无人驾驶系统备份控制方法，所述的ADAS 模组检测包括：
当检测到ADAS控制器(400)失效时，行为决策控制器(300)接受第二感知系统(200)与第一感知系统(100)信息，并通过对行为执行控制器(700)发送控制命令使行为执行控制器(700)控制安全辅助控制器(800)，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测到前向视觉毫米波融合设备(130)失效时，行为决策控制器(300)通过输出决策命令至ADAS控制器(400)，ADAS控制器(400)控制线控底盘主控制器(500)，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测到前向视觉传感器(110)失效时，行为决策控制器(300)通过输出决策命令至ADAS控制器(400)，ADAS控制器(400)控制线控底盘主控制器(500)，限制车辆运动的最高速度，修正底盘控制指令，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测到前向毫米波雷达(120)失效时，行为决策控制器(300)通过输出决策命令至ADAS控制器(400)，ADAS控制器(400)控制线控底盘主控制器(500)，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理；
当检测到侧向毫米波雷达(140)失效时，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理。
10.根据权利要求7所述的车辆无人驾驶系统备份控制方法，所述的行为决策模组状态检测包括：
当检测到行为决策控制器失效时，由第一感知系统(100)、无线通信及存储装置(150)与ADAS控制器(400)配合，立刻执行靠边停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理；
当检测到激光雷达(220)失效时，行为决策控制器通过输出决策命令至ADAS控制器，ADAS控制器控制线控底盘主控制器，立刻执行靠边停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理；
当检测定位装置失效时，行为决策控制器通过输出决策命令至ADAS控制器，ADAS控制器控制线控底盘主控制器，立刻执行靠边停车，并发出报警信息与车辆位置，等候修理；
当检测到无线通信及存储装置失效时，行为决策控制器通过输出决策命令至ADAS控制器，ADAS控制器控制线控底盘主控制器，继续维持当前的行驶状态，发出报警信息，完成既定任务后停车等候修理。
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