用于智能驾驶车辆的控制系统及方法与流程

1.本公开属于智能驾驶控制领域，尤其涉及一种用于智能驾驶车辆的控制系统和控制方法。


背景技术：

2.众多技术已被应用于智能驾驶的变道控制。例如，驾驶系统被设置为能够根据驾驶员设置的目标车速或者导航信息，结合传感器感知的自车所在道路情况（如车道线类型、其他车辆的距离、车速和加速度等），决策是否变道。此外，在交通情况复杂时，还可以采用机器学习的方式，将自车参数和它车参数输入到神经网络中，得到变道前的预备加减速，从而调节自车车速，寻找安全的变道时机。甚至，除自车的感知外，还可以将多个车辆联网通信，互相汇报状态及意图，各车辆之间协调运行，以达到安全变道的目的。
3.上述技术虽然均已获得不同程度的准确性，但是鉴于车辆内在的技术风险和外在道路的复杂环境可能存在众多不可预知或控制的意外状况，当前智能驾驶车辆的硬件和软件系统仍可能发生故障或者失效。为此，有必要为智能驾驶提供更全面、简单、可靠的变道安全技术。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种用于智能驾驶车辆的控制系统，包括：变道规划模块，其规划车辆变道策略，并向执行端发出关于变道提醒的请求；变道监控模块，其包括变道允许决策子模块，该变道允许决策子模块接收关于执行端正确执行所述变道提醒的反馈信息，并在所述反馈信息符合预设标准时发出允许执行所述变道策略的变道允许标志。
5.有益的是，所述变道监控模块还包括变道错误监控子模块，其中，当变道错误监控子模块判断变道规划模块发生故障时，发出停止执行所述变道策略的控制信息。
6.有益的是，在变道允许决策子模块未发出变道允许标志时，如果变道规划模块发出变道指令，则变道错误监控子模块判断变道规划模块发生故障。
7.有益的是，在变道允许决策子模块发出变道允许标志时，如果变道策略所包含的转向扭矩、转向扭矩变化率、转角或转角变化率中的一项或多项超出相应的安全边界，变道错误监控子模块判断变道规划模块发生故障。
8.有益的是，所述转向扭矩的安全边界为其中，v为车辆当前车速。
9.有益的是，当变道规划模块发生故障时，变道错误监控子模块指示将车辆的转向
扭矩或转角请求设置为0，并提示驾驶员接管车辆。
10.有益的是，所述变道提醒包括转向灯点亮、方向盘震动和车机提示，当方向盘震动、转向灯点亮、车机提示中的至少两个被正确执行时，变道允许决策子模块发出允许执行所述变道策略的变道允许标志。
11.本公开还提供了一种用于智能驾驶车辆的控制方法，其包括：规划车辆变道策略，并向执行端发出变道提醒；接收关于执行端正确执行所述变道提醒的反馈信息，并在所述反馈信息符合预设标准时发出允许执行所述变道策略的变道允许标志；在未发出变道允许标志时，如果发生变道指令，判断发生变道故障，并发出停止执行所述变道策略的控制信息；在发出变道允许标志时，如果变道策略所包含的转向扭矩、转向扭矩变化率、转角或转角变化率中的一项或多项超出相应的安全边界，判断发生变道故障，并发出停止执行所述变道策略的控制信息。
12.本公开还提供了一种电子设备，包括：处理器；存储器，其存储有由所述处理器执行的指令；其中，所述指令被所述处理器执行时实现所述的用于智能驾驶车辆的控制方法。
13.本公开还提供了一种存储介质，其存储有应用程序，当所述应用程序被处理器执行时，实现所述的用于智能驾驶车辆的控制方法。
附图说明
14.图1为一种例示的用于智能驾驶车辆的变道控制系统的示意图。
15.图2为用于变道控制系统的一种例示的控制模块的示意图。
16.图3为转向扭矩的安全边界的绝对值随车速变化的关系图。
17.图4为用于智能驾驶车辆的一种例示的变道方法的流程图。
具体实施方式
18.以下将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释，而非对发明的限定。此外，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的局部而非全部结构或步骤。
19.图1为一种例示的用于智能驾驶车辆的变道控制系统的示意图，其整体上包括感知端、计算平台和执行端三部分。
20.感知端可以包括相机、毫米波雷达和激光雷达等感知传感器、高精地图和全球卫星导航系统等，用于获取道路信息（如车道线类型、曲率和前方路口距离等）、自车在道路中的位置、它车信息（相对自车的距离和速度）等等，作为关键的控制输入信息。
21.计算平台可以包括众多的硬件和软件，其中包括变道规划模块和变道监控模块，其根据感知端所传送的感知信号和场景信息，对行驶路径进行规划，制定变道策略，最终输出指令给执行端完成驾驶员提醒和转向等作动。
22.执行端包括转向系统和车机系统，其响应计算平台所输出的控制指令，通过语音、
图像或者震动等方式提示驾驶员即将变道，并在允许变道时执行转向等。所述转向系统例如包括车辆底盘控制系统、转向电机、转向灯、车机控制系统、车内显示屏和扬声器等。所述执行端的执行情况将作为反馈信号传输至控制器，以实现变道监控和保护。所述反馈信号比如包括方向盘震动状态反馈、转向灯状态反馈、车机提示反馈等。
23.图2为计算平台中的控制模块的示意图，其中包括变道规划模块、变道监控模块等。
24.所述变道规划模块被设置为规划车辆变道策略，并向执行端发出变道指令和变道提醒。例如，变道规划模块从感知系统或者云端获取关于车辆自身以及周边环境的感知信息、位置信息和自车运行状态、自车所处场景等，判断当前是否需要变道。如果判断需要超车、下匝道或者变换道路等，则在执行变道前请求点亮转向灯、震动方向盘和发出变道图像和语音等，提醒驾驶员即将进行变道。
25.变道监控模块被设置为对车辆变道进行监控和保护，包括输入信号处理子模块、变道允许决策子模块、变道错误监控子模块、输出信号处理子模块等。
26.所述输入信号处理子模块例如从车辆底盘控制系统通过can、lin或者ethernet等方式接收安全变道监控所需的信息，解析出相关信号，并进行校验，确保相关信号可信。校验方法例如包括：alive校验、crc校验等，其中alive校验检查信号是否正常更新，crc校验检查在传输过程中相关信号值是否发生错误改变。
27.变道允许决策子模块基于从输入信号处理子模块获得的信息，如方向盘震动状态、转向灯状态、车机提示状态等，判断是否允许进行变道。如果允许变道，则向变道规划模块发出变道允许标志位，以允许变道规划模块向执行端发出变道指令。例如，在一个或多个实施例中，当方向盘震动、转向灯点亮、车机提示中的至少两个被正确执行时，变道允许决策子模块发出允许执行所述变道策略的变道允许标志。
28.变道错误监控子模块对变道执行进行监控，当变道错误监控子模块判断变道规划模块发生故障时，发出停止执行变道策略的控制信息。
29.在一个或多个实施例中，当变道允许决策子模块不允许变道或者未发出变道允许标志时，如果变道规划模块仍执行变道控制，则判断变道规划模块发生故障。此外，在一个或多个实施例中，当变道允许决策子模块允许变道时，如果变道规划模块请求的转向扭矩、转向扭矩变化率、转角或转角变化率中的至少一项超出相应的安全边界，则判断变道规划模块发生故障。
30.所述安全边界值与速度呈负相关关系，即车速越高，所允许的最大转向扭矩、最大转向扭矩变化率、最大转角或最大转角变化率越小。在高车速情况下，驾驶员紧急接管车辆所要求的驾驶技术要求更高，此时急转向容易造成车辆失稳而失去对车辆的控制。为此，高车速时安全边界值较小。
31.在一个或多个实施例中，可以根据不同车型所具备的功能特性进行仿真和实际道路测试，确定所述安全边界值。在不同车速情况下通过注入故障的方式模拟发生非期望变道，测试不同转向扭矩、转向扭矩变化率、转角或转角变化率情况下车辆的非期望横向运动表现或驾驶员接管避免危害发生的可控性。
32.以odd（operational design domain）为高速公路的noa(navigate on autopilot)功能的实际道路测试为例，首先基于实际情况和经验对复杂道路工况进行合理
简化，分析得到测试评判标准。假设一种场景，高速公路车道宽度为3.75m，自车车宽为1.85m，自车行驶在车道居中位置，某侧为护栏或者相邻车道的他车（且该车行驶轨迹紧靠两车之间的车道线），此场景相对常见且在自车发生非期望变道时较危险，且假设驾驶员在发生非期望变道后反应过来接管车辆避免危害发生的反应时间为1.2s。基于上述场景，在发生非期望变道时，若在1s时间内自车发生的横向位移不超过60cm，则认为可以避免危害发生，即以此作为安全转向扭矩的评判标准。测试时，在不同的车速下直线行驶，随后通过测试工具给车辆转向系统发送不同的转向扭矩以制造非期望转向，记录测试过程中的车速和横摆角速度等车辆运动状态参数，通过车速和横摆角速度即可计算得到在注入故障之后的1s时间内自车的横向偏移距离，以60cm为标准便可以得到不同车速下允许的最大转向扭矩。
33.或者，通过如上所述的测试场景和故障注入方式，让多名不同驾驶经验的普通驾驶员在发生非期望变道时对车辆进行接管，通过最大的横向偏移距离和驾驶员的接管感受来确定最大允许的转向扭矩。转向扭矩变化率、转角变化率也可利用类似的方法来确定。
34.在一个或多个实施例中，转角的安全边界例如通过车辆运动学和车辆动力学理论计算或者仿真得到不同车速下最大允许的转角，超出该转角将导致车辆失控。
35.在一个或多个实施例中，所述最大允许转向扭矩以如下公式予以计算和确定：其中，v为车辆的当前行驶速度。附图3示出了不同车速下最大允许的转向扭矩绝对值随车速的变化关系。
36.变道监控模块还包括输出信号处理子模块，其被设置为对变道规划模块、变道允许决策子模块、变道错误监控子模块等所发出的信号做出处理，并发出相应的控制指示。例如，当变道规划模块发生故障时，基于变道错误监控子模块发出的变道故障标志，将转向扭矩（或转角）请求设置为0，不再对车辆的横向进行控制，且提示驾驶员发生故障，注意接管车辆。再如，在允许变道时，输出用于执行变道的转向扭矩或转角请求等。
37.在一个或多个实施例中，当车辆的变道监控模块判断允许变道时，变道规划模块根据实际情况至少在2s后请求转向扭矩(或转角)进行变道，并将转向扭矩(或转角)和变道请求状态输出到变道错误监控子模块，以便驾驶员观察自车周围、尤其是意向变道车道的情况，从而在危险情况下接管车辆，避免发生交通事故。例如，当变道错误监控子模块判断发生故障时，将转向扭矩（或转角）请求置为0，且提示驾驶员发生故障注意接管车辆。所述故障的发生原因例如可能为智能驾驶域控制器出现严重故障，此时抑制变道，且提醒驾驶员发生了故障进行接管，可有效避免危害发生。如果变道错误监控子模块判断没有发生故障，则可以认为在变道前已经提醒了驾驶员且方向盘转角变化率在安全范围内，即便因为感知的局限性造成潜在危险，驾驶员也能及时接管车辆避免交通事故的发生。
38.图4为用于智能驾驶车辆的一种例示的变道方法的流程图，包括以下步骤：s1：规划车辆变道策略，并向执行端发出变道提醒。
39.在一个或多个实施例中，变道规划模块获取感知信息、位置信息和自车运行状态，
识别自车所处场所，确定是否需要和可以变道以及变道操作所需的运动和动力控制参数等，例如转向扭矩、转向扭矩变化率、转角或转角变化率等。如果判断需要超车、下匝道或者变换道路，则在执行变道前请求点亮转向灯、震动方向盘和发出变道图像和语音，提醒驾驶员即将进行变道。
40.s2：接收关于执行端正确执行所述变道提醒的反馈信息，并在所述反馈信息符合预设标准时发出允许执行所述变道策略的指示。
41.在一个或多个实施例中，变道监控模块的输入信号处理子模块通过解析得到方向盘震动状态、转向灯状态、语音提示状态后，对相关信号进行安全校验，判断该状态信号是否已更新、是否在通信过程中信号值发生错误改变。若信号未更新或者通信过程中被改变，则认为信号不可信，输出信号错误标志，并认定为对应变道变道提醒未正确执行。例如，当方向盘震动、转向灯、车机提示三者中有两个已被正确执行，变道允许决策子模块判定允许变道，输出变道允许标志给变道规划模块和变道错误监控子模块，反之则不允许变道。
42.所述实施例的变道允许判断逻辑真值表如表1所示，其中f表示未执行提示或者不允许变道，t表示已执行提示或者允许变道。
43.表1变道允许判断逻辑真值表s3：监视变道状态，并停止执行错误变道。
44.在一个或多个实施例中，变道监控模块包括变道错误监控子模块，其中，当变道错误监控子模块判断变道规划模块发生故障时，发出停止执行所述变道策略的控制信息。例如，当发出变道允许标志，如果变道策略所请求的转向扭矩、转向扭矩变化率、转角或转角变化率超出允许的安全边界，则判断发生变道故障，并发出停止执行所述变道策略的控制信息。又如，当未发出变道允许标志，如果监视到有变道指令发出，则判断发生变道故障，发出停止执行变道策略的控制信息。
45.在一个或多个实施例中，当判断发生变道故障时，转向扭矩或转角请求被设置为0，且提示驾驶员发生故障并接管车辆。
46.本安全变道技术方案同时具有可靠和低成本的优点。首先，本发明的实现借助大部分车辆都具备的装置，如转向电机、转向灯和车机来获得判断信息，并且依赖车辆原有通信网络即可实现信号传输到智能驾驶域控制器中，诸如can、lin或者ethernet。所以，本发明只要通过软件算法便可实现上述方案。当然，本发明也可以通过软件算法和硬件结合的方式予以实现。
47.本技术方案的实现成本低。本技术方案在现有的整车架构上，无需新增零部件，只需要在算法层面进行实现，既能实现安全变道，成本低。
48.本发明尤其适用于l3级别以下的智能驾驶要求。本技术方案巧妙地基于驾驶员需要在紧急状态下对车辆进行接管的前提下，设计了一个简单、成本低、但是可行之有效的方案。例如，通过以驾驶员是否被有效提示变道作为变道执行的输入条件之一，且进一步对转向扭矩或转角进行安全监控，从而提高变道的安全性。
49.本公开还涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序(或称为计算机可执行指令)，该程序被处理器执行时用于执行本公开涉及的用于智能驾驶车辆的变道控制方法，该方法包括：规划车辆变道策略，并向执行端发出关于变道提醒的请求；接收关于执行端正确执行所述变道提醒的反馈信息，并在所述反馈信息符合预设标准时发出允许执行所述变道策略的变道允许标志。有益的是，在未发出变道允许标志时，如果发生变道指令，判断发生变道故障，并发出停止执行所述变道策略的控制信息；在发出变道允许标志时，如果变道策略所包含的转向扭矩、转向扭矩变化率、转角或转角变化率超出相应的安全边界，判断发生变道故障，并发出停止执行所述变道策略的控制信息。
50.所述计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者以上任意的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
51.计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括而不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
52.计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
53.可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明实施例操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(lan)或广域网(wan)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

技术特征：
1.一种用于智能驾驶车辆的控制系统，包括：变道规划模块，其规划车辆变道策略，并向执行端发出关于变道提醒的请求；变道监控模块，其包括变道允许决策子模块，该变道允许决策子模块接收关于执行端正确执行所述变道提醒的反馈信息，并在所述反馈信息符合预设标准时发出允许执行所述变道策略的变道允许标志。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述变道监控模块还包括变道错误监控子模块，其中，当变道错误监控子模块判断变道规划模块发生故障时，发出停止执行所述变道策略的控制信息。3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，在变道允许决策子模块未发出变道允许标志时，如果变道规划模块发出变道指令，则变道错误监控子模块判断变道规划模块发生故障。4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，在变道允许决策子模块发出变道允许标志时，如果变道策略所包含的转向扭矩、转向扭矩变化率、转角或转角变化率中的一项或多项超出相应的安全边界，变道错误监控子模块判断变道规划模块发生故障。5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述转向扭矩的安全边界为其中，v为车辆当前车速。6.根据权利要求2-5中任一项所述的控制系统，其特征在于，当变道规划模块发生故障时，变道错误监控子模块指示将车辆的转向扭矩请求设置为0，并提示驾驶员接管车辆。7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述变道提醒包括转向灯点亮、方向盘震动和车机提示，当方向盘震动、转向灯点亮、车机提示中的至少两个被正确执行时，变道允许决策子模块发出允许执行所述变道策略的变道允许标志。8.一种用于智能驾驶车辆的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：规划车辆变道策略，并向执行端发出关于变道提醒的请求；接收关于执行端正确执行所述变道提醒的反馈信息，并在所述反馈信息符合预设标准时发出允许执行所述变道策略的变道允许标志；在未发出变道允许标志时，如果发生变道指令，判断发生变道故障，并发出停止执行所述变道策略的控制信息；在发出变道允许标志时，如果变道策略所包含的转向扭矩、转向扭矩变化率、转角或转角变化率中的一项或多项超出相应的安全边界，判断发生变道故障，并发出停止执行所述变道策略的控制信息。9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器；存储器，其存储有由所述处理器执行的指令；其中，所述指令被所述处理器执行时实现如权利要求8所述的用于智能驾驶车辆的控制方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有应用程序，当所述应用程序被处理器执行时，实现如权利要求8所述的用于智能驾驶车辆的控制方法。

技术总结
本公开提供了一种用于智能驾驶车辆的控制系统，包括：变道规划模块，其规划车辆变道策略，并向执行端发出关于变道提醒的请求；变道监控模块，其包括变道允许决策子模块，该变道允许决策子模块接收关于执行端正确执行所述变道提醒的反馈信息，并在所述反馈信息符合预设标准时发出允许执行所述变道策略的变道允许标志。本公开还提供了一种用于智能驾驶车辆的控制方法。本公开的技术方案具有可靠和低成本的优点，尤其适用于L3级别以下的智能驾驶要求。求。求。


技术研发人员：吴永洪 谢亮 陈驰 乐新宇 纪元 崔磊 马超
受保护的技术使用者：北京宏景智驾科技有限公司
技术研发日：2022.04.22
技术公布日：2022/5/25