一种车辆环境感知系统及故障诊断方法与流程

1.本发明属于汽车自动驾驶的技术领域，具体涉及一种车辆环境感知系统及故障诊断方法。


背景技术：

2.汽车自动驾驶技术是当下热门的研究方向，搭载于车辆上的各种传感器构成车辆环境感知系统，车辆环境感知系统作为车辆自动驾驶系统的核心部分，车辆自动驾驶系统依靠车辆环境感知系统中大量的传感器对车辆周围的环境进行感知，为车辆自动驾驶系统提供丰富的环境和道路信息，使车辆自动驾驶系统在对车辆进行自动驾驶控制时，更加安全、可靠。
3.因此，为使当车辆环境感知系统中的传感器出现故障时，能够及时提醒驾驶人员或车辆自动驾驶系统及时的做出相应的操作控制，保证车辆和人员的安全，车辆环境感知系统需要具备对传感器进行实时监控和故障诊断的能力；目前，用于环境感知的传感器故障主要包括如下几种情况：1、传感器硬件故障，主要体现在硬件损坏，遮挡，过热等；2、传感器通信故障，主要体现在传输通道堵塞，信号发送与接收超时；3、传感器滚动校验与循环冗余校验，主要体现在信号丢失，信号卡死，信号发送与接收长度不一致。
4.中国专利cn202111255912.x 一种基于自动驾驶系统的安全冗余与故障诊断系统及方法，该方案主要通过mcu和vcu分层的安全控制，对于传感器故障诊断的手段较为单一，且系统结构复杂。而随着传感器的复杂化多样化，仅仅从单个方面对传感器进行故障诊断已无法满足车辆自动驾驶系统的要求，因此，需要提出更加合适的车辆自动驾驶系统和故障诊断方法来解决上述问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种车辆环境感知系统及故障诊断方法，解决目前车辆环境感知系统存在不能对传感器进行故障诊断或诊断手段单一的问题，取得提高故障诊断准确性、车辆自动驾驶安全性的效果。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种车辆环境感知系统，包括传感融合控制器和与传感融合控制器电连接的传感器；传感融合控制器用于接收来自传感器的报文信息，根据报文信息诊断传感器故障并将传感器的故障状态发送至自动驾驶系统。
7.进一步地，传感融合控制器通过can fd总线获取传感器的报文信息，传感器包括摄像头、毫米波雷达、超声波雷达。
8.进一步地，报文信息包括硬件故障值、滚动校验码和循环冗余校验码。
9.进一步地，故障状态包括超时故障、硬件故障和数据故障。
10.进一步地，传感融合控制器包括超时诊断模块、硬件故障诊断模块、滚动校验与循环冗余校验诊断模块、系统状态诊断模块和系统故障发送模块；
超时诊断模块用于根据报文信息的接收时间判断传感器是否存在传输超时的情况，若是，则判断传感器为超时故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块；硬件故障诊断模块用于根据故障值判断传感器是否存在故障，若是，则判断传感器为硬件故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块；滚动校验与循环冗余校验诊断模块用于根据滚动校验码和循环冗余校验码判断传感器是否存在滚动校验故障或/和循环冗余检验故障，若是，则判断传感器为数据故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块；系统状态诊断模块用于接收滚动校验与循环冗余校验诊断模块、超时诊断模块和硬件故障诊断模块输出的故障信息、用于将故障信息传输至系统故障发送模块；系统故障发送模块用于将故障信息输出至自动驾驶系统以便自动驾驶系统根据当前的故障信息做出相应的响应。
11.本发明还包括如上所述一种车辆环境感知系统的故障诊断方法，包括如下步骤：1）传感融合控制器接收来自传感器的报文信息；2）传感融合控制器根据报文信息诊断传感器故障；3）传感融合控制器生成故障信息并输出至自动驾驶系统。
12.进一步地，步骤2）包括如下子步骤：21）超时诊断模块根据报文信息的接收时间判断传感器是否存在传输超时的情况，若是，则判断传感器为超时故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，跳转执行步骤24）；否则执行步骤22）；22）硬件故障诊断模块根据硬件故障值判断传感器是否存在硬件故障，若是，则判断传感器为硬件故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，跳转执行步骤24）；否则执行步骤23）；23）滚动校验与循环冗余校验诊断模块根据滚动校验码和循环冗余校验码判断传感器是否存在滚动校验故障或/和循环冗余检验故障，若是，则判断传感器为数据故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，执行步骤24）；24）系统状态诊断模块对应接收滚动校验与循环冗余校验诊断模块、超时诊断模块或硬件故障诊断模块输出的故障信息；25）系统状态诊断模块通过系统故障发送模块将故障信息发送至自动驾驶系统以便自动驾驶系统根据当前的故障信息做出相应的响应。
13.进一步地，步骤21）包括如下子步骤：211）超时诊断模块记录相邻两次报文信息的接收时间并做减法运算，得到相邻两次报文信息的接收时间的时间间隔；212）判断所述时间间隔是否大于预设的周期阈值；当所述时间间隔大于预设的周期阈值时，累计一次超时故障次数，并判断超时故障次数是否大于预设的超时故障次数阈值，若是，则判断传感器为超时故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，跳转执行步骤24），否则跳转执行步骤211）；当所述时间间隔小于预设的周期阈值时，执行步骤22）。
14.进一步地，步骤22）包括如下子步骤：221）硬件故障诊断模块从报文信息中获取硬件故障值；
222）硬件故障诊断模块判断硬件故障值是否与预设的硬件故障值相符；当硬件故障值与预设的硬件故障值不相符时，累计一次硬件故障次数，并判断硬件故障次数是否大于预设的硬件故障次数阈值，若是，则判断传感器为硬件故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，跳转执行步骤24），否则跳转执行步骤221）；当硬件故障值与预设的硬件故障值相符时，执行步骤23）。
15.进一步地，步骤23）包括如下子步骤：231）滚动校验与循环冗余校验诊断模块从报文信息中直接获取滚动校验码和循环冗余校验码，滚动校验与循环冗余校验诊断模块解析滚动校验码获得计数值；232）滚动校验与循环冗余校验诊断模块记录相邻两次报文信息对应的计数值并做减法运算，得到相邻两次报文信息对应的计数值的差值，判断所述差值是否为1；滚动校验与循环冗余校验诊断模块根据报文信息计算出循环冗余校验码，判断根据报文信息计算出的循环冗余校验码是否与从报文信息中直接获取的循环冗余校验码一致；当所述差值不为1时，累计一次滚动校验故障次数，并判断滚动校验故障次数是否大于预设的滚动校验故障次数阈值，若是，则判断传感器为数据故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，执行步骤24）；当根据报文信息计算出的循环冗余校验码与从报文信息中直接获取的循环冗余校验码不一致时，累计一次循环冗余校验故障次数，并判断循环冗余校验故障次数是否大于预设的循环冗余校验故障次数阈值，若是，则判断传感器为数据故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，执行步骤24）；当滚动校验故障次数小于预设的滚动校验故障次数阈值，且循环冗余校验故障次数小于预设的循环冗余校验故障次数阈值时，跳转执行步骤231）。
16.相比现有技术，本发明的有益效果如下：1、本发明通过传感融合控制器中的三种故障诊断模块对传感器的故障较为全面的诊断，可准确判断出传感器的故障状态，并将传感器的故障状态发送给自动驾驶系统以便自动驾驶系统根据当前传感器的故障状态做出相应的响应，从而解决目前车辆环境感知系统存在不能对传感器进行故障诊断或诊断手段单一的问题，可取得提高故障诊断准确性、车辆自动驾驶安全性的效果。
17.2、本发明中所述传感融合控制器按传感器故障状态的优先级对传感器进行诊断，优先诊断传感器是否存在较为严重的故障，以便于自动驾驶系统尽早做出响应，从而提高自动驾驶的安全性。
附图说明
18.图1为实施例的一种车辆环境感知系统的结构框图；图2为实施例的一种车辆环境感知系统的故障诊断方法的流程图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
20.实施例：请参见图1，一种车辆环境感知系统，包括传感融合控制器和传感器，融合控制器
通过can fd总线与传感器连接；传感融合控制器用于接收来自传感器的报文信息，根据报文信息诊断传感器故障并将传感器的故障状态发送至自动驾驶系统。
21.其中，传感器包括摄像头、毫米波雷达、超声波雷达；报文信息包括硬件故障值、滚动校验码和循环冗余校验码；故障状态包括超时故障、硬件故障和数据故障；传感融合控制器包括超时诊断模块、硬件故障诊断模块、滚动校验与循环冗余校验诊断模块、系统状态诊断模块和系统故障发送模块。
22.传感融合控制器中，超时诊断模块用于根据报文信息的接收时间判断传感器是否存在传输超时的情况，若是，则判断传感器为超时故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块；硬件故障诊断模块用于根据故障值判断传感器是否存在故障，若是，则判断传感器为硬件故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块；滚动校验与循环冗余校验诊断模块用于根据滚动校验码和循环冗余校验码判断传感器是否存在滚动校验故障或/和循环冗余检验故障，若是，则判断传感器为数据故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块；系统状态诊断模块用于接收滚动校验与循环冗余校验诊断模块、超时诊断模块和硬件故障诊断模块输出的故障信息、用于将故障信息传输至系统故障发送模块；系统故障发送模块用于将故障信息发送到自动驾驶系统以便自动驾驶系统根据当前的故障信息做出相应的响应。
23.本实施例所述车辆环境感知系统中，摄像头为五个，毫米波雷达为五个，超声波雷达为十二个，传感融合控制器为一个，还包括线束和给各传感器以及传感融合控制器供电的电源；五个毫米波雷达分别安装在车辆的前保险杠左侧、前保险杠中心、前保险杠右侧、后保险杠左侧和后保险杠右侧；五个摄像头分别安装在车辆驾驶台挡风玻璃中心、两个后视镜下方、和后背箱中心；十二个超声波雷达分布于车辆前包围、车辆后包围和车身左右两侧。
24.本发明所述一种车辆环境感知系统，通过传感融合控制器中的三种故障诊断模块对传感器的故障较为全面的诊断，可准确判断出传感器的故障状态，并将传感器的故障状态发送给自动驾驶系统以便自动驾驶系统根据当前传感器的故障状态做出相应的响应，从而解决目前车辆环境感知系统存在不能对传感器进行故障诊断或诊断手段单一的问题，可取得提高故障诊断准确性、车辆自动驾驶安全性的效果。
25.请参见图2，本发明还包括如上所述一种车辆环境感知系统的故障诊断方法，包括如下步骤：1）传感融合控制器接收来自传感器的报文信息。
26.21）超时诊断模块根据报文信息的接收时间判断传感器是否存在传输超时的情况，若是，则判断传感器为超时故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，跳转执行步骤24）；否则执行步骤22）；具体包括如下子步骤：211）超时诊断模块记录相邻两次报文信息的接收时间并做减法运算，得到相邻两次报文信息的接收时间的时间间隔；212）判断所述时间间隔是否大于预设的周期阈值；
当所述时间间隔大于预设的周期阈值时，累计一次超时故障次数，并判断超时故障次数是否大于预设的超时故障次数阈值，若是，则判断传感器为超时故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，跳转执行步骤24），否则跳转执行步骤211）；当所述时间间隔小于预设的周期阈值时，执行步骤22）。
27.22）硬件故障诊断模块根据硬件故障值判断传感器是否存在硬件故障，若是，则判断传感器为硬件故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，跳转执行步骤24）；否则执行步骤23）；具体包括如下子步骤：221）硬件故障诊断模块从报文信息中获取硬件故障值；222）硬件故障诊断模块判断硬件故障值是否与预设的硬件故障值相符；当硬件故障值与预设的硬件故障值不相符时，累计一次硬件故障次数，并判断硬件故障次数是否大于预设的硬件故障次数阈值，若是，则判断传感器为硬件故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，跳转执行步骤24），否则跳转执行步骤221）；当硬件故障值与预设的硬件故障值相符时，执行步骤23）。
28.23）滚动校验与循环冗余校验诊断模块根据滚动校验码和循环冗余校验码判断传感器是否存在滚动校验故障或/和循环冗余检验故障，若是，则判断传感器为数据故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，执行步骤24）；具体包括如下子步骤：231）滚动校验与循环冗余校验诊断模块从报文信息中直接获取滚动校验码和循环冗余校验码，滚动校验与循环冗余校验诊断模块解析滚动校验码获得计数值；232）滚动校验与循环冗余校验诊断模块记录相邻两次报文信息对应的计数值并做减法运算，得到相邻两次报文信息对应的计数值的差值，判断所述差值是否为1；滚动校验与循环冗余校验诊断模块根据报文信息计算出循环冗余校验码，判断根据报文信息计算出的循环冗余校验码是否与从报文信息中直接获取的循环冗余校验码一致；当所述差值不为1时，累计一次滚动校验故障次数，并判断滚动校验故障次数是否大于预设的滚动校验故障次数阈值，若是，则判断传感器为数据故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，执行步骤24）；当根据报文信息计算出的循环冗余校验码与从报文信息中直接获取的循环冗余校验码不一致时，累计一次循环冗余校验故障次数，并判断循环冗余校验故障次数是否大于预设的循环冗余校验故障次数阈值，若是，则判断传感器为数据故障并生成故障信息输出至系统故障发送模块，执行步骤24）；当滚动校验故障次数小于预设的滚动校验故障次数阈值，且循环冗余校验故障次数小于预设的循环冗余校验故障次数阈值时，跳转执行步骤231）。
29.24）系统状态诊断模块对应接收滚动校验与循环冗余校验诊断模块、超时诊断模块或硬件故障诊断模块输出的故障信息。
30.25）系统状态诊断模块通过系统故障发送模块将故障信息发送至自动驾驶系统以便自动驾驶系统根据当前的故障信息做出相应的响应。
31.本发明所述一种车辆环境感知系统的故障诊断方法，该方法基于上述一种车辆环境感知系统进行，所述传感融合控制器按传感器故障状态的优先级对传感器进行诊断，优
先诊断传感器是否存在较为严重的故障，以便于自动驾驶系统尽早做出响应，从而提高自动驾驶的安全性。本实施例中传感融合控制器的三种故障诊断模块按超时故障、硬件故障和数据故障的顺序依次对传感器的故障进行诊断，当传感器只要被判定为任一种故障状态，传感融合控制器就立即将故障状态发送至自动驾驶系统，这样将更为严重的故障诊断排在前面，使自动驾驶系统能够更快掌握传感器的故障状态，从而提高自动驾驶系统的安全性，可以理解地，可针对不同种类的传感器对超时故障、硬件故障和数据故障的诊断顺序进行调整。
32.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。