L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制方法、系统及车辆

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制方法、系统及车辆。

背景技术

智能化是汽车行业发展的重要趋势之一，自动驾驶功能作为智能化的关键技术在行业内备受追捧，无论是各大传统主机厂、供应商还是造车新势力，甚至广大科研院所、技术服务机构都积极参与自动驾驶的技术竞争，推动着自动驾驶功能的快速落地。众所周知，要实现自动驾驶的商用，安全性是必须解决的最关键问题之一。针对汽车安全行业已建立了众多标准，其中道路车辆功能安全标准GB/T 34590为解决如何避免因车载电子电器系统故障而导致的安全性问题提供了指导。目前整个行业对功能安全的研究如火如荼，尤其针对自动驾驶系统的功能安全实施也成为必争高地，能够做出符合功能安全的自动驾驶产品俨然已成为未来市场竞争的巨大技术优势。

中国汽车行业针对自动驾驶的研究和商用推广主要集中在L3级水平，其定义驾驶员在功能运行的过程中可脱手、脱脚、脱眼，但需要在系统报警的时候及时响应请求接管，自动驾驶系统应该保持一定的控制能力以使用户具有充分的时间反应并接管控制。为了达到上述受控的安全状态，行业主流的方案是针对感知、控制、执行三部分采用完全冗余或部分冗余设计，其硬件成本之高却成为自动驾驶商用化不可承受之重。

对自动驾驶系统可能出现的众多失效模式之中，错误的横向控制是其中最严重的失效之一。传感器作为整个自动驾驶系统的“眼睛”，对功能的安全运行起着至关重要的作用，对感知系统进行再多的冗余设计都不为过，但为了能够实现商用落地，满足功能安全的同时优化成本也是不得不考虑的现实问题，这方面行业恰恰没有给出很好的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制方法、系统及车辆，不仅能实现本车道内横向控制ASIL D的感知能力，还能提升L3级自动驾驶的横向感知驾驶的安全性。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制方法，包括以下步骤：

(S1)通过感知模块1获取横向感知数据，控制本车在本车道内行驶；其中，横向感知数据包括侧向目标信息、路沿/护栏信息和本车道线信息；侧向目标包括侧向运动物体和侧向静置物体；

(S2)根据横向感知数据判断本车处于哪个车道，车道包括最左车道、最右车道和中间车道；若是最左车道或最右车道，则执行步骤(S31)-步骤(S34)；若是在中间车道，则执行步骤(S41)-步骤(S44)；

(S31)判断本车道线是否完整，若完整，则执行步骤(S32)；否则，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；

(S32)判断路沿/护栏是否完整，若完整，则执行步骤(S33)；否则，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；

(S33)判断本车道线和路沿/护栏信息的曲率是否一致，若是，则执行步骤(S34)，否则，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；

(S34)基于本车道线和路沿/护栏信息进行横向控制算法计算，输出横向控制指令并执行横向控制，流程结束；

(S41)判断本车道线是否完整，若完整，则执行步骤(S42)；否则，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；

(S42)判断是否存在有碰撞风险的侧向目标，若是，则执行步骤(S43)；否则，则返回步骤(S1)；

(S43)基于本车道线和侧向目标信息判断是否能导致系统无法控制本车在本车道内跟线行驶；若不能导致，则执行步骤(S44)；若能导致，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；

(S44)基于侧向目标信息判断是否会导致原有的行驶路径改变；若会导致，则基于车道线和侧向碰撞目标信息，重新计算行驶路径，执行横向控制，流程结束；若不会导致，则返回步骤(S1)。

进一步，在步骤(S1)之前还执行以下步骤：

检测感知模块(1)是否发生故障，若是，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；否则，执行步骤(S1)。

进一步，所述感知模块包括1个高清摄像头、1个第一毫米波雷达和4个第二毫米波雷达，所述高清摄像头和第一毫米波雷达设置在车辆前端，第二毫米波雷达分布设置在车辆四个角处。

进一步，所述根据横向感知数据判断本车行驶在哪个车道，车道包括左车道、右车道和中间车道；若是左车道或右车道，则执行步骤(S3)；若是在中间车道，则执行步骤(S4)，具体执行以下步骤：

若左侧护栏/路沿与本车道的距离小于第一固定值，右侧护栏/路沿与本车道的距离大于第二固定值，则本车处于最左侧车道，其中第二固定值大于第一固定值；

若左侧护栏/路沿与本车道的距离大于第二固定值，右侧护栏/路沿与本车道的距离小于第一固定值，则本车处于最右侧车道；

若左侧护栏/路沿与本车道的距离大于第二固定值，右侧护栏/路沿与本车道的距离大于第二固定值，则本车处于中间车道。

本发明还提供一种基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制系统，利用所述的基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制方法，包括：

感知模块，用于获取横向感知数据；

控制模块，用于根据横向感知数据分析判断是否发出横向控制或紧急制动或接管报警的指令；

执行模块，用于执行横向控制或接管报警或紧急制动的指令；

所述控制模块与感知模块连接，所述执行模块与控制模块连接；

进一步，所述执行模块包括转向装置、制动装置和报警装置。

进一步，所述感知模块包括包括1个高清摄像头、1个第一毫米波雷达和4个第二毫米波雷达，所述高清摄像头和第一毫米波雷达设置在车辆前端，第二毫米波雷达分布设置在车辆四个角处。

本发明还提供一种车辆，包括所述的基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制系统。

本发明与现有技术相比较具有以下优点：

本发明的基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制系统、方法及车辆，通过道路信息和环境条件设定合适的边界，通过对本车侧向的运动物体或静止物体信息、路沿/护栏信息、本车道线信息进行组合，实现了本车道内横向控制ASIL D的感知能力及保证了行驶安全性；去掉了传统经典感知方案中含“金”量之最的激光雷达，并减少其他传感器的数量，能够实现应用最少的传感器硬件资源的情况下满足功能安全标准的要求，实现成本和安全的最优化，大大降低了成本，并能够实现大规模商用；基于感知模块不同的故障模式，在故障发生时系统发出并展示接管报警或紧急制动，提升了L3级自动驾驶的横向感知驾驶的安全性。

附图说明

图1为本发明基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制方法的流程图；

图2为本发明基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制系统的结构示意图。

图中：

1-感知模块，11-高清摄像头，12-第一毫米波雷达，13-第二毫米波雷达；2-控制模块；3-执行模块，31-转向装置，32-制动装置，33-报警装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明针对的是L3级自动驾驶，限定设计运行区域为高速路、城市快速路等结构化道路下的拥堵工况，限定设计运行速度≤60km/h。驾驶员无需实施在线监控驾驶环境，但需要在系统提示接管时能够及时响应系统的接管请求。

参见图1所示，本实施例公开了一种基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制方法，包括以下步骤：

(S1)通过感知模块1获取横向感知数据，控制本车在本车道内行驶；其中，横向感知数据包括侧向目标信息、路沿/护栏信息和本车道线信息；侧向目标包括侧向运动物体和侧向静置物体；

(S2)根据横向感知数据判断本车处于哪个车道，车道包括最左车道、最右车道和中间车道；若是最左车道或最右车道，则执行步骤(S31)-步骤(S34)；若是在中间车道，则执行步骤(S41)-步骤(S44)；

(S31)判断本车道线是否完整，若完整，则执行步骤(S32)；否则，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；

(S32)判断路沿/护栏是否完整，若完整，则执行步骤(S33)；否则，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；

(S33)判断本车道线和路沿/护栏信息的曲率是否一致，若是，则执行步骤(S34)，否则，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；

(S34)基于本车道线和路沿/护栏信息进行横向控制算法计算，输出横向控制指令并执行横向控制，流程结束；

(S41)判断本车道线是否完整，若完整，则执行步骤(S42)；否则，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；

(S42)判断是否存在有碰撞风险的侧向目标，若是，则执行步骤(S43)；否则，则返回步骤(S1)；

(S43)基于本车道线和侧向目标信息判断是否能导致系统无法控制本车在本车道内跟线行驶；若不能导致，则执行步骤(S44)；若能导致，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；

(S44)基于侧向目标信息判断是否会导致原有的行驶路径改变；若会导致，则基于车道线和侧向碰撞目标信息，重新计算行驶路径，执行横向控制，流程结束；若不会导致，则返回步骤(S1)。跟线行驶就是本车按照本车道线的曲率进行控制的对中行驶过程，跟线行驶即对中行驶或正常行驶。

在本实施例中，在步骤(S1)之前还执行以下步骤：检测感知模块1是否发生故障，若是，则发出接管报警或紧急制动，并展示接管报警或紧急制动的信息，流程结束；否则，执行步骤(S1)。依据功能安全标准，当感知模块1出现故障，需要定义整车的安全状态，对L3级自动驾驶功能，应该实现报警请求用户接管及紧急制动。

在本实施例中，所述感知模块1包括至少1个高清摄像头11、至少1个第一毫米波雷达12和至少4个第二毫米波雷达13，所述高清摄像头11和第一毫米波雷达12设置在车辆前端，第二毫米波雷达13分布设置在车辆四个角处。

在本实施例中，所述高清摄像头11和第一毫米波雷达12数量均为1个，所述第二毫米波雷达13的数量为4个。

在本实施例中，所述根据横向感知数据判断本车行驶在哪个车道，车道包括左车道、右车道和中间车道；若是左车道或右车道，则执行步骤(S3)；若是在中间车道，则执行步骤(S4)，具体执行以下步骤：

若左侧护栏/路沿与本车道的距离小于第一固定值，右侧护栏/路沿与本车道的距离大于第二固定值，则本车处于最左侧车道，其中第二固定值大于第一固定值；

若左侧护栏/路沿与本车道的距离大于第二固定值，右侧护栏/路沿与本车道的距离小于第一固定值，则本车处于最右侧车道；

若左侧护栏/路沿与本车道的距离大于第二固定值，右侧护栏/路沿与本车道的距离大于第二固定值，则本车处于中间车道。

参见图2所示，本实施例公开了一种基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制系统，利用上述的基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制方法，包括：

感知模块1，用于获取横向感知数据；

控制模块2，用于根据横向感知数据分析判断是否发出横向控制或紧急制动或接管报警的指令；

执行模块3，用于执行横向控制或接管报警或紧急制动的指令；

所述控制模块2与感知模块1连接，所述执行模块3与控制模块2连接。所述执行模块3包括转向装置31、制动装置32和报警装置33。

在本实施例中，所述感知模块1包括包括至少1个高清摄像头11、至少1个第一毫米波雷达12和至少4个第二毫米波雷达13，所述高清摄像头11和第一毫米波雷达12设置在车辆前端，第二毫米波雷达13分布设置在车辆四个角处。高清摄像头，布置在车辆前端以实现本车道线的探测，提供准确的本车道线数据，以及前方一定区域内运动物体、静止物体或远距离护栏信息的探测数据探测；第一毫米波雷达，用于布置在车辆前端以实现本车道前方一定区域内运动物体、静止物体或远距离护栏信息的探测，以及侧向运动物体或静止物体数据探测；第二毫米波雷达，用于布置在车辆四角以实现对车身侧面前后一定区域内路沿/护栏的探测，以及侧向目标的探测，通过高清摄像头、第一毫米波雷达和第二毫米波雷达能够实现ASILB的安全标准。所述高清摄像头和第一毫米波雷达的数量均为1个，第二毫米波雷达的数量为4个且分别设置在车辆的四个角位置。其中，第一毫米波雷达和高清摄像头能够保障前方一定区域内运动物体或静止物体探测，作为纵向控制用。

L3自动驾驶控制单元在收到高清摄像头、第一毫米波雷达和四个第二毫米波雷达的任何一个传感器故障状态后，应该在一定时间内发出请求驾驶员接管车辆的报警信息，且报警装置在收到请求驾驶员接管车辆的报警信息后，应该在一定时间内将报警信息展示给驾驶员；或者发出紧急制动请求，制动装置在收到紧急制动请求后，应该在一定时间内执行紧急制动动作，从而实现了ASILD的安全标准。本发明涉及的传感器组合，无法满足系统在激活过程中判断运行区域及环境条件是否符合的要求，因此要求驾驶员在激活L3自动驾驶功能前主动检查运行区域及环境条件，如不在应急车道激活。报警装置包括仪表，通过仪表在一定时间内发出请求驾驶员接管车辆的报警信息，在某些实施例中，报警装置还包括灯带、方向盘震动和座椅震动，以进一步保证驾驶员能够在一定时间内接管车辆。

本实施例还公开了一种车辆，包括上述的基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制系统。

适用于本发明涉及的安全目标如下：

SG01：避免转向过大导致的横向偏移超差，ASIL C。

SG02：避免转向不足导致的横向偏移超差，ASIL C。

SG03：避免非预期转向导致的横向偏移超差，ASIL D。

SG04：避免反向转向导致的横向偏移超差，ASIL C。

SG05：避免转向卡滞导致横向偏移超差，ASIL C。

首先，本发明为了达到ASIL D的横向感知能力，感知模块1探测的数据作为控制的输入，对进行精确的控制起着决定作用，由于感知模块的数据错误将导致上述安全目标的直接违背，因此感知模块应该提供确保控制器进行准确横向控制的数据。其次，从横向控制危害发生的角度，需要规避如下两种情况的危害：第一种是车速较高时横向控制转向过大导致的车辆失稳；第二种是车辆非失稳情况下的侧向碰撞。如果保证以上两种危害能够合理规避，能够实现上述横向控制的5个安全目标。针对第一种危害，通过执行器端在不同的车速情况下进行转向幅度限定即可实现，行业已成共识，本发明不做赘述；针对第二种危害，只要保证感知模块对侧向有碰撞风险的目标进行准确探测，控制模块进行合理的横向控制也可实现。由于本发明基于横向控制的控制模块能够满足以下功能：控制模块依据感知模块提供的本车道线数据确保本车在一定的偏差范围内保持在本车道中行驶；控制模块依据感知模块提供的路沿/护栏数据确保本车行驶过程中免于与路沿/护栏发生碰撞；控制模块依据感知模块提供的侧向运动物体或静止物体数据确保本车行驶过程中免于与侧向运动物体或静止物体发生碰撞。因此，本发明能够给合理规避以上两种危害，实现了上述横向控制的5个安全目标。

本发明的基于L3级自动驾驶的横向感知安全驾驶控制系统、方法及车辆，通过道路信息和环境条件设定合适的边界，通过对本车侧向的运动物体或静止物体信息、路沿/护栏信息、本车道线信息进行组合，实现本车道内横向控制ASIL D的感知能力且保证了行驶安全性；去掉了传统经典感知方案中含“金”量之最的激光雷达，并减少其他传感器的数量，能够实现应用最少的传感器硬件资源的情况下满足功能安全标准的要求，实现成本和安全的最优化，大大降低了成本，并能够实现大规模商用；基于感知模块不同的故障模式，在故障发生时系统发出并展示接管报警或紧急制动，提升了L3级自动驾驶的横向感知驾驶的安全性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。