一种服务于CVCS的车载智能单元及其控制方法与流程

一种服务于cvcs的车载智能单元及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及自动驾驶技术领域，特别是涉及一种服务于cvcs的车载智能单元及其控制方法。


背景技术：

2.智能网联车辆cav的部署受到高成本(例如，资本和/或能源成本)与智能网联车辆cav上提供的大量传感器和计算设备的相关技术复杂性的限制，并且受到车辆常规车辆控制系统cvcs的功能能力不足的限制，为了解决现有技术的问题需要提供与自动驾驶相关的技术，为提升cvcs车辆运行和控制自动驾驶功能，管理、控制车辆cvcs与协同自动驾驶系统cads之间的信息交互，管理和/或控制cav的横向和纵向运动，因此亟需一种服务于常规车辆控制系统cvcs的车载智能单元viu成为当今研究人员关注的热点问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种服务于cvcs的车载智能单元及其控制方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种服务于cvcs的车载智能单元，包括以下一个或多个子系统：
6.信息感知子系统：用于接收感知数据和信息，并将所述接收的感知数据和信息进行融合，并进行目标识别和交通态势识别，提供感知融合信息和识别结果，并发送至内外系统指定模块；
7.地图定位子系统：用于为车辆提供定位和导航信息；
8.协同处理子系统：用于与协同式自动驾驶系统协作，实现车辆的自动驾驶功能；
9.支撑子系统：用于为所述信息感知子系统、地图定位子系统和协同处理子系统提供的信息进行冗余验证，维护通信网络和车载智能单元的安全，并提供电源；
10.所述信息感知子系统、地图定位子系统和协同处理子系统分别与支撑子系统连接；
11.所述支撑子系统还包括冗余验证模块，所述冗余验证模块用于验证信息的传输、感知信息融合结果、驾驶决策，并解决信息类型之间的重复、异质及矛盾。
12.优选地，所述信息感知子系统包括：
13.第一信息转换模块：用于提供信息编码、信息解码、信息翻译和信息转换，实现车载智能单元和外部系统之间的信息交换；
14.第一融合识别模块：用于接收从车辆cvcs和/或外部系统感知的数据和信息，并对所述感知的数据和信息进行数据融合，进行目标识别和交通态势识别，经冗余验证得到感知融合结果，所述感知融合结果用于服务车辆的自动驾驶，并经所述第一信息转换模块发送至cads系统并进行备份。
15.优选地，所述车辆cvcs和/或外部系统感知的数据和信息包括：高精地图信息、交
通信息、来自周围车辆的驾驶信息、路线规划信息和驾驶决策指令。
16.优选地，所述地图定位子系统包括：
17.第二信息转换模块：用于对交互信息提供信息编码、信息解码、信息翻译和信息转换，实现车载智能单元和外部系统之间的信息交换；
18.第一高精度地图和定位模块：用于使用高精度地图、卫星导航和卫星网络、物联网设备和地理标签来提供定位，为车辆提供高精度地图和定位功能，并经所述第二信息转换模块发送至cads系统并进行备份。
19.优选地，所述第一高精度地图和定位模块能够获取高精地图信息，识别当前驾驶场景、道路的状况信息、位置速度变化及危险情况。
20.优选地，所述车载智能单元通过所述第一高精度地图和定位模块向所述协同式自动驾驶系统cads的系统地图报告原点和目的地信息，并向所述车载智能单元的系统地图提出定位和导航要求。
21.优选地，所述协同处理子系统包括：
22.第三信息转换模块：用于对所述感知融合结果提供信息编码、信息解码、信息翻译和信息转换，实现车载智能单元和外部系统之间的信息交换；
23.第二高精度地图和定位模块：用于使用高精度地图、卫星导航和卫星网络、物联网设备和地理标签来提供定位，为车辆提供高精度地图和定位功能；
24.第二融合识别模块：用于接收从车辆和/或外部系统感知的数据和信息，并对所述感知的数据和信息进行数据融合，进行目标识别和交通态势识别，经冗余验证得到感知融合结果，并经所述第三信息转换模块发送至cads系统并进行备份；
25.协同决策模块：用于接收所述感知融合结果并使用所述感知融合结果进行轨迹规划决策和驾驶决策，经冗余验证后得到最终决策方案。
26.优选地，所述车载智能单元能够与cvcs系统形成并行、串行和交叉架构关系，用于信息处理、共享信息、数据和/或资源，实现对车辆cvcs系统在信息交互、感知融合、决策控制等功能的补充，增强和冗余备份。
27.一种服务于cvcs的车载智能单元的控制方法，包括以下步骤：
28.s1、接收从车辆和/或外部系统感知的数据和信息，对感知的数据和信息进行数据融合，进行目标识别和交通态势识别，得到感知融合结果，并对所述感知融合结果提供信息编码、信息解码、信息翻译和信息转换；
29.s2、使用高精度地图、卫星导航和卫星网络、物联网设备和地理标签为车辆提供定位和导航信息；
30.s3、对所述感知融合结果和所述定位和导航信息进行冗余验证和确认，做出决策指令并与外部系统进行共享，最终得到车载和外部系统的决策结果和综合控制指令，并发送给车辆。
31.本发明的有益效果为：
32.本发明提供的车载智能单元viu通过提供与cads及相关联的智能网联道路和智能道路设施系统的接口，降低了车辆实现自动驾驶的成本，并提高了车辆自动驾驶功能与安全性。在车载智能单元viu被配置安装在车辆中，并提供与cads的接口，以提高车辆的自动驾驶功能和智能级别。通过为车辆提供cads服务，车载智能单元viu显著降低了常规车辆控
制系统的成本和负担，并为各种智能级别或自动化水平的车辆提供自动驾驶功能。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明车载智能单元模块示意图；
35.图2为本发明实施例中各子系统和模块的第一示例性子组合的示意图。
36.图3为本发明实施例中各子系统和模块的第二示例性子组合的示意图；
37.图4为本发明实施例中各子系统和模块的第三示例性子组合的示意图；
38.图5为本发明实施例中一种服务于cvcs的车载智能单元的控制方法流程图。
具体实施方式
39.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.车载智能单元viu是安装在车辆中，为车辆提供协同自动驾驶系统(cads)的车载子系统。viu为车辆提供cads功能，帮助或使车辆能够完成自动驾驶任务。viu通过信息转换系统在cads和车辆之间提供信息交换、数据处理和控制命令生成。所述车载智能单元viu的智能级别包括但不限于第1级别、第2级别、第3级别、第4级别和第5级别，车载智能单元viu能够与智能级别为第1、第2、第3、第4和第5级别的智能道路设施系统iris合作，用于提供智能级别为第1、第2、第3、第4或第5级别的cads。
42.cvcs系统是车辆控制和执行器系统，和用于自动驾驶车辆执行自动驾驶功能的“大脑”。cvcs装备在不同智能等级的车辆上，并提供使车辆能够在手动和/或自动驾驶模式下安全运行的技术。这些技术包括传感(如照相机、雷达、激光雷达)、监视、全球定位、计算、人工智能以及无线和有线通信(如车载移动互联网、车间通信网络、车内通信网络)。
43.车载智能单元viu包括，如附图1所示：
44.信息感知子系统：用于接收感知数据和信息，并将所述接收的感知数据和信息进行融合，进行目标识别和交通态势识别，提供感知和识别功能；
45.地图定位子系统：用于为车辆提供定位和导航信息；
46.协同处理子系统：用于与协同式自动驾驶系统协作，实现车辆的自动驾驶功能；
47.所述信息感知子系统、地图定位子系统和协同处理子系统分别与支撑模块连接，所述支撑模块用于为各个子系统提供电源，并维护系统的安全性。
48.车载智能单元的交互子系统收集自动驾驶任务相关的感知和其他信息，这些感知信息和自动驾驶任务相关的其他信息被发送到感知子系统。感知子系统通过融合和集成来
自交互子系统的信息来获得内部环境信息和/或外部环境信息。基于感知子系统的结果，决策子系统产生车辆控制(例如，执行车辆控制指令)的驾驶决策，支撑子系统为每个模块和子系统提供诸如电源之类的资源，并维护系统安全。
49.在一些实施例中，viu包括viu的子系统和/或模块之间的数据流。viu中的交互子系统收集自动驾驶任务相关的感知和其他信息，这些感知信息和自动驾驶任务相关的其他信息被发送到感知子系统。感知子系统通过融合和集成来自交互子系统的信息来获得内部环境信息和/或外部环境信息。基于感知子系统的结果，决策子系统产生车辆控制(例如，执行车辆控制指令)的驾驶决策，支撑子系统为每个模块和子系统提供通信支持及信息冗余验证，以及诸如电源之类的资源，并维护系统安全。
50.车载智能单元中的一个或多个模块和功能被灵活地组合和/或配置为按照cvcs和驾驶任务需求完成部分或全部自动驾驶功能。viu可以由为完成自动驾驶功能的子系统和模块组成。例如，如图2所示，viu由第一信息转换模块、第一融合识别模块组成，这些模块由支撑子系统相关模块提供支持。因此，viu被配置为车辆提供感知融合功能。
51.在一些实施例中，例如，如图3所示，viu由第二信息转换模块及第一高精度地图和定位模块组成，这些模块由支撑子系统相关模块模块支持。相应地，viu配置为为车辆提供高精度地图和定位功能。
52.在一些实施例中，例如，如图4所示，viu由第三信息转换模块、第二融合识别模块、第二高精度地图和定位模块以及协同决策模块组成，这些模块由支撑子系统相关模块支持。相应地，viu配置为为车辆提供感知融合功能、高精度地图和定位功能以及协同决策功能。
53.车载传感器接入和信息处理模块被配置成接收和/或接收由车载传感器收集的信息并处理该信息。
54.通信模块被配置成在车辆的车载系统和外部系统(例如，车辆外部的cads的基础设施和组件)之间交换和/或交换信息、决策和综合控制指令。通信模块为viu的操作提供通信功能和网络支持。通信模块提供有线通信和/或无线通信，用于viu(例如，包括viu的车辆)、和其他车辆之间的信息共享和交换。
55.在一些实施例中，通信技术包括一个或多个通信技术，包括4g、5g、6g、7g、专用短程通信(dsrc)、ieee 802.11p和/或蜂窝v2x(c-v2x)技术。
56.在一些实施例中，信息转换模块(iics)被配置为提供和/或提供信息编码、信息解码、信息翻译和/或信息转换，用于车载子系统(例如，viu和/或车辆子系统)和外部系统(例如，cads子系统)之间的信息交换。
57.在一些实施例中，信息转换模块包括内置编码字典和通信协议。
58.在一些实施例中，信息转换模块被配置成在不同道路(例如，不同道路基础设施逻辑和/或物理组件)、不同车辆、不同通信协议、不同环境之间转换和/或转换信息(例如，转换信息格式和/或标准)，和/或不同的通信条件。因此，iics模块接收、编译、转换和/或发送用于在cads的子系统之间交换的信息，例如车载系统、其他车辆、iris或其子系统(例如irt或riu)和其他自动驾驶系统。
59.在一些实施例中，信息转换模块提供信息编码功能，其使用编码字典对用于cav的自动驱动任务的信息和数据进行编码。信息交换包括上传(例如，由cav)cav的驾驶需求、驾
驶信息和/或车辆环境信息到cads的协同管理系统。交互子系统从其它cads子系统接收信息，并且该信息被传送到viu子系统以用于感知数据的融合和viu的协作决策。交互子系统将自主驾驶的实时性能数据上传到cads的协同管理系统。
60.在一些实施例中，融合识别模块融合车载子系统和外部系统的感知和感知信息，并进行目标识别和交通态势识别。
61.在一些实施例中，融合识别模块将车载和环境感知的融合结果输出到viu的协同决策模块。
62.在一些实施例中，协同决策模块被配置为基于融合感知信息提供和/或提供决策、路径规划、安全标识和/或输出控制指令。
63.在一些实施例中，高精度地图和定位模块被配置为加载和/或加载由车辆或cads提供的高精度地图，并且使用高精度地图、卫星导航和网络、物联网(iot)设备和/或地理标签来执行定位。
64.在一些实施例中，支撑模块被配置为管理和/或管理对每个模块的供电。支撑模块管理对每个模块的电源供应，以确保每个模块接收电源以充分工作。在一些实施例中，支撑模块被配置为维护和/或维护通信网络和viu系统的安全性。
65.当驾驶员驾驶配有车载智能单元的智能网联车辆时，驾驶员输入目的地信息并选择自动驾驶功能(例如，自动跟驰、自适应巡航控制、自动换道或全自动驾驶模式等)，使用viu的人机交互模块(例如，使用麦克风输入语音命令、使用功能选择按键、使用触摸屏等)。
66.viu与配有例如，路侧激光雷达、摄像机、雷达、边缘计算设备、路侧感知结果生成设备、路侧通信设备、具有交通控制和操作功能的智能路侧设备和/或智能交通信号灯等的智能网联道路的路侧服务器通过通信网络(例如，4g、5g、6g、7g蜂窝网络；专用短程通信技术dsrc或c-v2x等)建立连接并登录云系统。viu的支撑模块最大化确保通信网络和用户隐私的安全性和可靠性，并保证viu每个模块的可靠和稳定供电。viu的通信模式使用4g、5g、6g和/或7g蜂窝网络；专用短程通信技术(dsrc)；和/或c-v2x技术，用于与配有viu子系统和/或云系统的其他车辆进行通信和/或交互。
67.viu的信息转换模块对不同车路环境下的信息进行协议转换，根据内置的编码字典(如nrz编码、manchester编码、miller编码、矩阵编码等)对通信模块获得的信息进行编码，并将信息发送到相关模块进行处理。
68.驾驶员选择自动驾驶功能，通过人机交互模块输入目的地信息。viu的高精地图和定位模块通过使用通信网络(例如4g、5g、6g、7g蜂窝网络；专用短程通信技术dsrc或c-v2x等)，读取来自云系统的高精度地图和定位导航信息(例如，包含关于车辆、建筑物、行人、车辆的实时地理坐标、出发地和目的地的地理坐标以及导航路线等信息的地图)，并将高精度地图和定位导航信息发送给融合识别模块。
69.车载传感器获取viu信息处理模块的数据，这些数据包括激光雷达采集的点云数据、毫米波雷达或微波雷达采集的距离数据、车载摄像头采集的图像数据和/或通过can总线或以太网来自其他车辆传感器的电信号，经处理后将数据和信息发送给融合识别模块。
70.viu的融合识别模块接收由车载控制系统通过can总线产生的车辆感知结果(例如，车辆速度；加速和/或减速；车辆位置、车辆附近其他车辆的存在、行人或障碍物；车道识别；路线上交通灯的颜色识别等)，并接收来自cads子系统(例如irt或riu)的环境感知结
果，包括例如天气状况、道路拥堵数据、道路上其他车辆的位置和速度、通过换道或转弯以避让的其他车辆的存在、道路上行人的存在、交通灯的状态(例如颜色)，道路一侧或两侧的阻挡视线高大建筑物的存在，道路标志的存在和可见性(例如，有泥土、雨水或积雪覆盖道路标记)，道路上障碍物的存在，道路上紧急情况的存在等。
71.viu的融合识别模块从高精地图和定位模块获得高清晰度地图信息。高精地图和定位模块提供与识别当前驾驶场景(例如，拥挤的城市、繁忙的十字路口或长和/或繁忙的高速公路等)相关的信息；车辆感知范围之外和/或驾驶员视线之外的道路的状况信息；天气对交通的影响；车辆在道路上的位置；速度的实时变化；导航路线；车辆前进方向交通灯的倒计时时间；车辆换道时目标车道中其他车辆的位置和速度的改变；危险情况的预测等。
72.viu使用通信模块和信息转换模块将感知融合结果(例如，包括车辆的驾驶数据和道路的周围环境感知信息)发送到cads的云平台，云平台执行路径规划并做出驾驶决策，并使用通信模块将驾驶决策结果发送到viu。
73.viu的协同决策模块接收来自融合识别模块的融合结果，基于图像识别和其他技术确定可驾驶区域并规划路线。基于从外部系统接收的感知信息，协同决策模块还能够识别和预测驾驶环境的变化，并生成驾驶决策(例如，驾驶路线和车辆控制命令的决策和规划，其用于调整发动机的参数和控制执行器，例如加速器、制动器、转向器、转向信号等)，其被发送到智能控制指令/辅助模块。
74.viu的冗余验证模块对内外系统部交互信息、所述融合感知信息、所述驾驶决策和所述综合控制指令进行冗余验证，所述冗余验证包括消除并最小化错误，验证解决信息处理和传输的矛盾；冗余验证模块还用于对所述常规车辆控制系统cvcs发出的控制指令和所述车载智能单元发出的综合控制指令信息备份。
75.viu的人机交互模块使用图像和语音生成技术向驾驶员显示融合结果、viu工作状态、车辆驾驶状态和其他信息，并使用语音识别技术收集驾驶员语音命令，以及面部和动作识别技术确定驾驶员的状态。
76.车载智能单元还能够与cvcs形成并行、串行和交叉架构关系，用于信息处理，包括集成和/或融合viu和cvcs的功能模块。包括感知融合信息、智能决策信息和车辆控制信息。viu和cvcs共享信息、数据和/或资源，以提供viu补充、增强、备份、提升和取代功能。
77.在一些实施例中，viu为cvcs的车辆感知、决策和控制功能提供补充、增强和备份功能。在一些实施例中，viu提高了由sae定义的智能级别或自动化水平。在一些实施例中，例如在紧急情况下，viu功能部分或完全替代cvcs功能，以提供自动驾驶功能。
78.在一些实施例中，viu补充了cvcs的车辆感知、决策和/或控制功能，以完成cvcs提供的车辆感知、决策和/或控制功能。
79.在一些实施例中，viu改进了由cvcs提供的车辆的自动驾驶功能(例如，感知、预测、规划和控制)。
80.在一些实施例中，例如，在cvcs和/或cvcs的组件发生故障的情况下，viu提供cvcs的功能的备份支持。
81.在一些实施例中，viu将车辆智能级别(例如，由sae定义的)从较低智能级别提升到较高智能级别。
82.在一些实施例中，viu部分地或完全地代替cvcs，为车辆提供部分或完全的自动驾
驶功能。
83.因此，在一些实施例中，该技术提供的viu包括一个或多个车载传感器接入和信息处理模块、通信模块、信息转换模块、融合识别模块、协同决策模块、高精度地图和定位模块、智能控制指令/辅助模块、冗余验证模块、人机交互模块、和/或支撑模块。在一些实施例中，viu被配置为安装在车辆中，并为车辆提供部分或全部自动驾驶功能。
84.本发明实施例还提供了一种服务于cvcs的车载智能单元的控制方法，如图5所示，包括以下步骤：
85.s1、接收从车辆和/或外部系统感知的数据和信息，对所述感知的数据和信息进行数据融合，进行目标识别和交通态势识别，得到感知融合结果，并对所述感知融合结果提供信息编码、信息解码、信息翻译和信息转换；
86.车辆viu中的融合识别模块(例如，在智能等级1，2，3，4或者5)为驾驶员提供补充感知信息和不同程度的监控替换。此外，融合识别模块主要负责纵向和横向轨迹的规划和控制，并将信息发送给规划模块。驾驶员或viu可能接管并向协同决策模块发送信息，以降低长尾操作设计领域(odd)风险，并提供更精确的动态hd地图、更宽范围的环境感知、路线规划信息和驾驶决策。
87.s2、使用高精度地图、卫星导航和卫星网络、物联网设备和地理标签为车辆提供定位和导航信息；
88.冗余验证模块从协同决策模块、融合识别模块、高精度地图和定位模块，以及车载传感器接入和信息处理模块收集信息(例如，感知和感知结果、决策信息和其他信息)。感知信息从车载感知和感知层发送到viu(例如，通过通信模块)。viu的车载传感器接入和信息处理模块从感知和感知层接收感知信息。
89.s3、对所述感知融合结果和所述定位和导航信息进行验证和确认，做出决策指令并与外部系统进行共享，最终得到车载和外部系统的综合控制指令；
90.信息/决策/控制指令经由通信模块和信息转换模块从外部系统(例如，基础设施和其他系统)传输到viu。然后，融合识别模块和高精度地图和定位模块处理该信息。冗余验证模块与融合识别模块交互，验证和确认来自车载和外部系统的感知信息和融合的感知结果。此外，冗余验证模块与高精度地图和定位模块交互，并验证和确认到云(外部系统)的定位请求和来自云(外部系统)的hd定位信息。
91.协同决策模块使用融合的感知结果和指令来生成viu的决策指令。冗余验证模块与协同决策模块交互并共享来自外部系统的融合感知结果和决策。然后，冗余验证模块验证并确认viu作出的决策指令。此外，该决策结果和控制决策/指令与cvcs和外部系统共享。
92.本发明提供的车载智能单元viu通过提供与cads及相关联的智能网联道路和智能道路设施系统的接口，降低了智能网联车辆的成本并提高了智能网联车辆的功能与能力。在车载智能单元viu被配置安装在车辆中，并提供车辆与cads交互的接口，以提高车辆的自动驾驶功能和智能级别。通过为车辆提供cads服务，车载智能单元viu显著降低了常规车辆控制系统的成本和负担，并为各种智能级别或自动化水平的车辆提供自动驾驶功能。
93.以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。