CN114940183A - 一种满足自动驾驶分布式动力备份控制***及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种满足自动驾驶分布式动力备份控制***及车辆，包括第一区域控制器、第二区域控制器、动力控制单元、电驱控制单元和自动驾驶控制单元；在第一区域控制器中冗余备份动力控制单元。针对高级别自动驾驶对动力***出现异常时能够进行必要的动力输出，实现靠边停车或安全区域停车的需求，依托整车区域控制器，分布式实现动力冗余备份控制，从而保证主动力控制***失效时，冗余备份动力控制***能够提供基本的动力控制输出，确保自动驾驶车辆安全设计目标达成。

Description

一种满足自动驾驶分布式动力备份控制***及车辆
技术领域
本发明属于自动驾驶控制技术领域，具体涉及一种满足自动驾驶分布式动力备份控制***及车辆。
背景技术
目前， L3（驾驶员在环自动驾驶）和L4、L5（全自动驾驶）以上的自动驾驶还处于研发过程中，在自动驾驶状态下，控制过程一般分为环境感知、路径规划和控制执行三个部分，因此需要对传感、控制、执行进行全冗余设计以保证安全。当前，动力控制单元存在一定的安全隐患，当本身出现部分失效模式时，能够进入跛行模式；但是如果出现断电、总线丢失、损坏等完全失去控制能力的故障时，则完全丧失控制动力。在自动驾驶过程中，如果在车流量较大、路边进行维修或右侧有故障车的道路，动力的丢失无法保证车辆能够靠边停车，车辆只有停在高速公路上，如果不设计动力冗余***，则动力失效存在重大的潜在安全风险点。
对此，本领域技术人员对此进行了大量的研发。例如：CN202110694612.5公开了一种自动驾驶冗余控制***及方法，包括：主控制子***和备份控制子***，在监测到驾驶员误作用或主感知设备、主执行设备、备份控制器、备份执行设备中任意一个或多个处于故障状态时进入最小风险化机制，由主控制器进行路径规划、并向主执行设备发送控制指令和/或通过备份控制器向备份执行设备发送控制指令；在监测到主控制器处于故障状态时进入最小风险化机制，主执行设备终止响应主控制器发送的控制指令，备份控制器接收主感知设备探测的实时行车环境信息、进行路径规划、并向备份执行设备发送控制指令。于此，可以实现本车道安全停车、应急车道安全停车，本车道减速，避障减速等多种最小风险化机制。但是，该技术主要涉及自动驾驶控制器冗余以及转向、制动的冗余控制策略，并不涉及解决动力异常后如何保证动力冗余输出的问题。又如CN202010165744.4公开一种驻车冗余控制方法、自动驾驶***和驾驶设备，包括：通过自动驾驶主控制器以及自动驾驶辅控制器同时向主制动控制器发送第一安全驻车请求；判断自动驾驶***中的各部件是否正常；若判断结果为是，则主制动控制器基于第一安全驻车请求向电子驻车控制器发送电子驻车请求，以及向P挡控制器发送P挡请求，以使自动驾驶***完成车辆驻车动作；若判断结果为否，则执行驻车冗余响应。并且，在不额外增加硬件机构的情况下，在车辆处于自动驾驶行驶状态时且驾驶员接管车辆之前，车辆能够进行安全驻车。但是，该技术同样未解决动力失效时如何保证安全问题。
因此，如何解决自动驾驶汽车动力***出现异常时，保证车辆能够安全的靠边停车或行驶到安全地带，并实现低成本的解决方案是本领域技术人员急待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种满足自动驾驶分布式动力控制冗余备份的设计方法，解决当动力***出现异常时，无法保证车辆能够安全的靠边停车或行驶到安全地带停车的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种满足自动驾驶分布式动力备份控制***，包括第一区域控制器、第二区域控制器、动力控制单元、电驱控制单元和自动驾驶控制单元；在第一区域控制器中冗余备份动力控制单元。
进一步，所述第一区域控制器及其冗余备份动力控制单元通过CAN1连接自动驾驶控制单元，自动驾驶控制单元通过CAN２与第二区域控制器相连；第一区域控制器及其冗余备份动力控制单元通过CAN4与驱控制单元连接；第二区域控制器通过CAN3与第一区域控制器及其冗余备份动力控制单元、动力控制单元、电驱控制单元连接。
进一步，所述第一区域控制器监控CAN3通信是否正常，监控第二区域控制器扭矩转发是否正常，转发自动驾驶控制单元从CAN1发送的冗余扭矩请求到CAN3，监控动力控制单元发出的电驱命令和状态是否正常；在出现主动力丢失后，基于冗余动力控制单元通过CAN4直接控制电驱控制单元；
所述第二区域控制器转发自动驾驶控制单元从CAN2发送的扭矩请求到CAN3；
所述动力控制单元负责将接收到的扭矩控制命令转换为电驱控制单元的电驱命令；
所述电驱控制单元负责执行动力控制单元的驱动命令，执行车辆动力输出；主动力失效情况下负责接收冗余电驱命令执行相应动力输出；
所述自动驾驶控制单元自动驾驶状态下负责输出扭矩请求，实现对车辆加减速控制；基于反馈的动力状态信息，进行相应的控制。
进一步，所述冗余备份动力控制单元为软件模块，集成在第一区域控制器中，监控到主动力***无法正常输出后，根据自动驾驶扭矩请求，通过CAN4直接向电驱发出命令，保证自动驾驶动力输出。
进一步，本发明满足自动驾驶分布式动力备份控制***的工作流程如下：
正常情况下，自动驾驶控制单元将扭矩控制信号通过CAN2发送给第二区域控制器，第二区域控制器通过CAN3转发给动力控制单元，再转化为电驱命令发送给电驱控制单元执行；同时，第一区域控制器通过CAN1接受自动驾驶控制单元发送的冗余控制信息，通过CAN3监控第二区域控制器转发自动驾驶控制单元扭矩控制信号、动力控制单元发出的电驱命令以及自身状态信息、CAN总线通信是否正常。
当出现由于动力控制单元导致的动力丢失或异常、自动驾驶控制单元扭矩控制信号转发异常或CAN3通信异常时：
S1、第一区域控制器监控到上述失效发生后，激活冗余备份动力模块；
S2、冗余备份动力模块监控到失效后，发出动力接管信号给自动驾驶控制器与电驱控制单元，并基于自动驾驶控制器发出的扭矩控制命令转化为动力控制命令输出给电驱控制单元执行；
S3、冗余备份动力模块接管动力控制单元并监控主动力是否恢复正常；
S4、第一区域控制器监控主动力***是否恢复正常且持续一定时间；
如果恢复正常，则***切换回主动力控制；
S5、主动力***确认恢复正常，则冗余备份动力模块发可退出状态给自动驾驶控制器与电驱控制单元；
S6、冗余备份动力模块接收到自动驾驶控制器与电驱控制单元反馈的确认可退出冗余动力控制状态后，退出冗余动力控制，实现***无缝切换回主动力控制***；
否则，冗余备份动力模块基于自动驾驶控制单元扭矩命令执行，直到完成安全停车。
进一步，所述S4***恢复正常后，冗余动力模块发出可切换正常动力控制的信息给自动驾驶控制单元；自动驾驶控制单元反馈可切换回主动力***后，冗余控制单元发出退出冗余控制命令给电驱控制单元，切换回正常控制。
本发明满足自动驾驶分布式动力备份控制***，工作流程如下：
正常情况下，自动驾驶控制单元将扭矩控制信号通过CAN2发送给第二区域控制器后，第二区域控制器通过CAN3转发给动力控制单元，再转化为电驱命令发送给电驱控制单元执行；同时，第一区域控制器（含动力控制备份单元）通过CAN1接受自动驾驶控制单元发送的冗余控制信息，通过CAN3监控动力控制单元发出的扭矩信息是否正常、CAN总线通信是否正常，当出现动力丢失或CAN3通信异常时，通过CAN1发送动力接管信息给自动驾驶控制单元，同时通过CAN4发送扭矩控制命令给电驱控制单元执行相应的动力备份控制；在此过程中，如果动力控制单元恢复正常，则切换回主动力***控制，否则基于自动驾驶命令进行车道安全停车或应急车道安全停车。
本发明还提供一种自动驾驶车辆，采用上述满足分布式动力备份控制***，依托整车电子电器架构区域控制器，分布式实现动力冗余备份控制，从而保证主动力控制***失效时，冗余备份动力控制***能够提供基本的动力控制输出，确保自动驾驶车辆安全设计目标达成，从而保证车辆与用户安全。针对高级别自动驾驶对动力控制***出现异常时能够进行必要的动力控制输出，实现靠边停车或安全区域停车的需求。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过依托当前整车电子电器架构，在区域控制器中部署冗余备份动力控制单元，并通过软件实现基本的动力控制，从而实现在主动力***中断情况下，冗余动力控制输出的低成本解决方案，确保高级自动驾驶安全要求达成；并且，依托架构已有的控制器，不对当前动力控制器产生任何影响。
2、本发明避免使用完全冗余的动力控制***，降低了开发成本。
3、本发明是满足高级自动驾驶分布式动力备份的设计方法，针对高级别自动驾驶对动力控制***出现异常时能够进行必要的动力控制输出，实现靠边停车或安全区域停车的需求。依托整车电子电器架构区域控制器，分布式实现动力冗余备份控制，从而保证主动力控制***失效时，冗余备份动力控制***能够提供基本的动力控制输出，确保自动驾驶车辆安全设计目标达成，从而保证车辆与用户安全。
附图说明
图1是本发明满足自动驾驶分布式动力备份控制***方框组成图；
图2是本发明满足自动驾驶分布式动力备份控制流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地描述。显然，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。通常在此处附图中描述和显示的本发明实施例的组合可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
本发明的目的在于满足自动驾驶分布式动力备份控制***设计的要求，依托现有整车电子电器架构，在区域控制器内部署冗余的动力控制单元并与电机控制器直接连接，实现主动力控制***失效情况下，冗余动力控制单元能够及时监控并通过冗余回路控制电驱单元进行基本的动力控制，实现自动驾驶***靠边或安全区域的要求，同时保证成本最低。
参见图1，本发明满足自动驾驶分布式动力备份控制***包括：第一区域控制器1、第二区域控制器2、动力控制单元3、电驱控制单元4和自动驾驶控制单元5。其中，第一区域控制器1冗余动力控制备份单元，并通过CAN1与自动驾驶控制单元5连接；第一区域控制器1、第二区域控制器2、动力控制单元3、电驱控制单元4和第二区域控制器2通过CAN3连接；第一区域控制器1通过CAN4与驱控制单元4连接；第二区域控制器2通过CAN2与自动驾驶控制单元5连接。
所述第一区域控制器1监控CAN3通信是否正常，监控区域控制器2扭矩转发是否正常，转发自动驾驶控制单元5从CAN1发送的冗余扭矩请求到CAN3，监控动力控制单元4发出的电驱命令和状态是否正常；在出现主动力丢失后，基于冗余动力控制单元通过CAN4直接控制电驱控制单元4；
所述第二区域控制器2转发自动驾驶控制单元5从CAN2发送的扭矩请求到CAN3；
所述动力控制单元3负责将接收到的扭矩控制命令转换为电驱控制单元4的电驱命令；
所述电驱控制单元4负责执行动力控制单元3的驱动命令，执行车辆动力输出；主动力失效情况下负责接收冗余电驱命令执行相应动力输出；
所述自动驾驶控制单元5自动驾驶状态下负责输出扭矩请求，实现对车辆加减速控制；基于反馈的动力状态信息，进行相应的控制；
所述冗余备份动力控制单元为软件模块，集成在第一区域控制器中，监控到主动力***无法正常输出后，根据自动驾驶扭矩请求，通过CAN4直接向电驱发出命令，保证自动驾驶动力输出。
参见图2，当出现由于动力控制单元导致的动力丢失或异常、自动驾驶控制单元扭矩控制信号转发异常或CAN3通信异常时：
S1、第一区域控制器1监控到上述失效发生后，激活冗余备份动力模块；
S2、冗余备份动力模块监控到失效后，发出动力接管信号给自动驾驶控制器5与电驱控制单元4，并基于自动驾驶控制器5发出的扭矩控制命令转化为动力控制命令输出给电驱控制单元4执行；
S3、冗余备份动力模块接管动力控制单元3并监控主动力是否恢复正常；
S4、第一区域控制器1监控主动力***是否恢复正常且持续一定时间；
如果恢复正常，则***切换回主动力控制；
S5、主动力***确认恢复正常，则冗余备份动力模块发可退出状态给自动驾驶控制器5与电驱控制单元4；
S6、冗余备份动力模块接收到自动驾驶控制器5与电驱控制单元4反馈的确认可退出冗余动力控制状态后，退出冗余动力控制，实现***无缝切换回主动力控制***；
否则，冗余备份动力模块基于自动驾驶控制单元5扭矩命令执行，直到完成安全停车。
进一步，所述S4***恢复正常后，冗余动力模块发出可切换正常动力控制的信息给自动驾驶控制单元5；自动驾驶控制单元5反馈可切换回主动力***后，冗余控制单元发出退出冗余控制命令给电驱控制单元4，切换回正常控制。
本发明***的工作流程为：
第一区域控制器1通过CAN3监控动力控制单元3动力丢失、第二区域控制器2转发自动驾驶扭矩控制异常或总线CAN3瘫痪后，通过CAN1发送动力接管信息给自动驾驶控制单元5，通过CAN4发出动力接管信息给电驱控制单元4；自动驾驶控制单元5接收到接管信息后进行必要安全降级并继续通过CAN1将冗余扭矩控制命令发送给第一区域控制器1；
同时第一区域控制器1中的冗余备份动力控制单元通过CAN4发送根据自动驾驶控制单元5扭矩控制命令给电驱控制单元4执行相应的动力备份控制，继续控制电驱动力输出；
第一区域控制器1监控主动力***是否恢复正常且持续一定时间；
如果恢复正常，则***切换回原模式进行控制；
如果不恢复正常，则根据自动驾驶控制命令执行直到安全停车完成。
本发明根据高级自动驾驶的***设计要求，对传感、控制、执行进行全冗余设计，通过依托当前整车电子电器架构，即利用现有整车电子电器架构中的区域控制器，分布动力监控单元，在区域控制器中部署冗余备份动力控制单元，实现基本的动力控制，实现自动驾驶情况下对主动力***的监控，当主控制单元出现动力丢失异常时，实现动力的冗余控制，保证自动驾驶安全状态达成；同时大幅降低了冗余动力控制***的成本。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种满足自动驾驶分布式动力备份控制***，其特征在于，包括第一区域控制器（1）、第二区域控制器（2）、动力控制单元（3）、电驱控制单元（4）和自动驾驶控制单元（5）；在第一区域控制器（1）中冗余备份动力控制单元。
2.根据权利要求1所述满足自动驾驶分布式动力备份控制***，其特征在于，所述第一区域控制器（1）及其冗余备份动力控制单元通过CAN1连接自动驾驶控制单元（5），自动驾驶控制单元（5）通过CAN２与第二区域控制器（2）相连；第一区域控制器（1）及其冗余备份动力控制单元通过CAN4与驱控制单元（4）连接；第二区域控制器（2）通过CAN3与第一区域控制器（1）及其冗余备份动力控制单元、动力控制单元（3）、电驱控制单元（4）连接。
3.根据权利要求1或2所述满足自动驾驶分布式动力备份控制***，其特征在于，所述第一区域控制器（1）监控CAN3通信是否正常，监控区域控制器（2）扭矩转发是否正常，转发自动驾驶控制单元（5）从CAN1发送的冗余扭矩请求到CAN3，监控动力控制单元（4）发出的电驱命令和状态是否正常；在出现主动力丢失后，基于冗余动力控制单元通过CAN4直接控制电驱控制单元（4）；
所述第二区域控制器（2）转发自动驾驶控制单元（5）从CAN2发送的扭矩请求到CAN3；
所述动力控制单元（3）负责将接收到的扭矩控制命令转换为电驱控制单元（4）的电驱命令；
所述电驱控制单元（4）负责执行动力控制单元（3）的驱动命令，执行车辆动力输出；主动力失效情况下负责接收冗余电驱命令执行相应动力输出；
所述自动驾驶控制单元（5）自动驾驶状态下负责输出扭矩请求，实现对车辆加减速控制；基于反馈的动力状态信息，进行相应的控制。
4.根据权利要求3所述满足自动驾驶分布式动力备份控制***，其特征在于，所述冗余备份动力控制单元为软件模块，集成在第一区域控制器中，监控到主动力***无法正常输出后，根据自动驾驶扭矩请求，通过CAN4直接向电驱发出命令，保证自动驾驶动力输出。
5.根据权利要求4所述满足自动驾驶分布式动力备份控制***，其特征在于，所述***的工作流程如下：
正常情况下，自动驾驶控制单元（5）将扭矩控制信号通过CAN2发送给第二区域控制器（2），第二区域控制器（2）通过CAN3转发给动力控制单元（3），再转化为电驱命令发送给电驱控制单元（4）执行；同时，第一区域控制器（1）通过CAN1接受自动驾驶控制单元（5）发送的冗余控制信息，通过CAN3监控第二区域控制器（2）转发自动驾驶控制单元（5）扭矩控制信号、动力控制单元（３）发出的电驱命令以及自身状态信息、CAN总线通信是否正常。
6.根据权利要求5所述满足自动驾驶分布式动力备份控制***，其特征在于，当出现由于动力控制单元导致的动力丢失或异常、自动驾驶控制单元扭矩控制信号转发异常或CAN3通信异常时：
S1、第一区域控制器（1）监控到上述失效发生后，激活冗余备份动力模块；
S2、冗余备份动力模块监控到失效后，发出动力接管信号给自动驾驶控制器（5）与电驱控制单元（4），并基于自动驾驶控制器（5）发出的扭矩控制命令转化为动力控制命令输出给电驱控制单元（4）执行；
S3、冗余备份动力模块接管动力控制单元（3）并监控主动力是否恢复正常；
S4、第一区域控制器（1）监控主动力***是否恢复正常且持续一定时间；
如果恢复正常，则***切换回主动力控制；
S5、主动力***确认恢复正常，则冗余备份动力模块发可退出状态给自动驾驶控制器（5）与电驱控制单元（4）；
S6、冗余备份动力模块接收到自动驾驶控制器（5）与电驱控制单元（4）反馈的确认可退出冗余动力控制状态后，退出冗余动力控制，实现***无缝切换回主动力控制***；
否则，冗余备份动力模块基于自动驾驶控制单元（5）扭矩命令执行，直到完成安全停车。
7.根据权利要求6所述满足自动驾驶分布式动力备份控制***，其特征在于，所述S4***恢复正常后，冗余动力模块发出可切换正常动力控制的信息给自动驾驶控制单元（5）；自动驾驶控制单元（5）反馈可切换回主动力***后，冗余控制单元发出退出冗余控制命令给电驱控制单元（4），切换回正常控制。
8.一种自动驾驶车辆，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述分布式动力备份控制***。
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