一种自动驾驶冗余功能的轨迹合理性校验方法与流程

1.本发明涉及l3级车辆智能驾驶控制，具体涉及一种自动驾驶冗余功能的轨迹合理性校验方法。属于车联网、智能驾驶技术领域。


背景技术：

2.当前移动互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能为代表的信息计算的运用促进社会向智能化发展，汽车交通领域智能化成为科技发展的必然趋势，高级驾驶辅助系统adas（advanced driver assistance system）是汽车领域创新应用的重点。目前汽车自动化分为5个等级，其中l3级智能驾驶为有条件智能驾驶。l3级智能驾驶运行过程中用户以适当的方式执行动态驾驶任务接管。
3.智能驾驶算法开发过程中需要基于功能安全的前提进行开发。例如，cn202110025079.3公开一种车辆行驶轨迹预测和轨迹偏离危险度评估的系统与方法，基于车辆动力学模型，设计传感器滤波融合估计算法和卡尔曼预报器，估计、预测车辆的运动和位姿；结合目标轨迹，根据实际轨迹控制器设计预测用的轨迹控制算法、预测下一步控制动作，输入卡尔曼预报器，获得下一步预测结果，然后估计和预测车辆模型干扰，进一步修正轨迹预测结果，并重复直至完成剩余步数的轨迹预测；根据车辆位姿预测和目标轨迹，计算车辆角点与目标轨迹车道线距离的预测值与预测误差的方差，评估得到车辆轨迹偏离危险度。该方案可克服传统算法限定条件严格、未考虑闭环控制引起的准确度不足，提高车辆轨迹预测精度，得到的轨迹偏离危险度可用于自动驾驶紧急干预的依据。又如，cn202110873920.4公开一种基于车辆转弯半径的车道线校验方法、系统及车辆，方案是通过收集传感器、本车信息数据，利用本车信息动态计算车辆转弯半径，在转弯半径上取若干个点，拟合成三次曲线，对比拟合出的三次曲线与传感器输出或地图获取的差异，作为合理性校验依据，根据合理性校验依据，形成一套方法，提升车道线适应性、鲁棒性，由此解决自动驾驶车辆视觉检测车道线不准、地图地位不准时，传感器输出的车道线误差大，无法满足控制需求的问题。
4.然而，现有技术没有针对轨迹进行合理性校验的方案；因此，如何精准对智能驾驶汽车轨迹合理性校验，及时识别出潜在的危险状态使系统进入安全状态，以保证智能驾驶的安全性是本领域技术人员急待解决的问题。


技术实现要素：

5.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自动驾驶冗余功能的轨迹合理性校验方法，以精准对智能驾驶汽车的轨迹进行合理性校验。
6.实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种自动驾驶冗余功能的轨迹合理性校验方法，在智能驾驶控制器的芯片内部署一个校验轨迹的冗余模块；基于当前的车辆行驶状态，该冗余模块根据智能驾驶控制器的关键输入信号、过程信号和输出指令依次按检查输入信号、车道线校验、对中判定、侧方碰
撞判定进行校验；如果检验通过，则重复循环此过程；如果任何一个环节检验失败，则向整车功能冗余模块发出信息，由整车功能冗余模块根据校验不通过的原因进行分等级处理，选择不同的保证车辆安全的策略：发出故障报警，并提示驾驶员接管；故障等级高的话会执行紧急停车，并亮起双闪；如果驾驶员接管车辆，功能冗余模块将退出安全状态，不再干预驾驶；当控制器发生硬件故障或者控制器关键信号超出安全允许范围，整车功能冗余模块将接替主功能执行安全措施，使车辆进入安全状态。
7.进一步，所述冗余模块对智能驾驶控制器的关键输入信号、过程信号和输出指令进行校验计算，包括对传感器信息、故障状态、整车信息状态和驾驶员行为状态信息；基于当前的车辆行驶状态，对智能驾驶控制器输出的横向、纵向控制指令进行校验，判断方向盘转速是否过大，在本车道前方有目标时，是否还有加速请求没有保持一定的安全距离等。
8.进一步，所述校验轨迹的冗余模块自上电后启动，实时监控主功能的运行状态和芯片工作状态。
9.进一步，所述冗余模块校验方法，包括输入信号检查、车道线校验、对中判定和侧方碰撞判定；其中任一校验不通过，则校验失败，不再进行下一步的校验，然后重新开始校验。
10.本发明自动驾驶冗余功能的轨迹合理性校验方法，具体包括如下步骤：s1、校验轨迹的冗余模块上电后轨迹合理性校验进入初始化状态，此时不进行校验；s2、输入信号检查：包括原始车道线、融合车道线、路沿、护栏的车道线到本车横向偏置距离、车道线与本车夹角、车道线曲率、车道线曲率变化率检查；当超过一定的有效范围，其中任一信号检查不通过，则校验失败，不进行后续的检查校验；输入信号检查还包括对最终输出轨迹的方程系数范围检查，检查最大最小值、变化率限值、故障等；其中任一信号检查超过一定的范围则校验失败，不进行后续的检查校验。
11.s3、车道线校验：先进行原始车道线和融合车道线的有效性检查；具体为：s31、比较原始左车道线的近端横向距离(车道线到本车横向偏置距离)和融合生成的左车道线的近端横向距离(车道线到本车横向偏置距离)的差值的绝对值是否小于设定值；如果小于，则该条件满足；s32、基于原始左车道线远端端纵向距离和融合生成的左车道线可视距离的最小值，根据车道线方程分别得出原始左车道线和融合生成的左车道线的远端横向距离；判断两者的差值的绝对值满足小于设定值；如果小于，则该条件满足；s33、比较原始右车道线的近端横向距离（车道线到本车横向偏置距离)和融合生成的右车道线的近端横向距离(车道线到本车横向偏置距离)的差值的绝对值是否小于设定值；如果小于，则该条件满足；s34、基于原始右车道线远端端纵向距离和融合生成的右车道线可视距离的最小值，根据车道线方程分别得出原始右车道线和融合生成的右车道线的远端横向距离；两者
的差值的绝对值满足小于一定值；如果小于则该条件满足。
12.s35、 如果s31和s32或者s33和s34同时满足，则车道线校验通过；然后进行对中判定；如果不同时满足，持续一定时间后车道线校验失败，然后重新进入初始化状态再次开始校验。
13.s4、对中判定：计算轨迹上点到车道线两边距离之差是否在允许范围内；取三个点分别为车道线到本车横向偏置距离a0， min{融合左车道线可视距离，融合右车道线可视距离}/2为a1， min{融合左车道线可视距离，融合右车道线可视距离}/3为 a2；具体为：s41、分别计算轨迹方程的车道线a0值和融合生成的左右车道线方程的a0值的差值的绝对值；比较距离之差是否小于一定值；如果小于，则该条件满足；s42、基于a1，分别计算轨迹方程的横向位移和融合生成的左右车道线方程的横向位移的差值的绝对值；比较距离之差是否在一定范围内；如果小于，则该条件满足；s43、基于a2，分别计算轨迹方程的横向位移和融合生成的左右车道线方程的横向位移的差值的绝对值；比较距离之差是否在一定范围内；如果小于则该条件满足；s44、如果s41、s42、s43同时成立，对中判定通过；然后进行侧方碰撞判定；如果不同时满足，持续一定时间后对中判定失败；然后重新进入初始化状态再次开始校验。
14.s5、侧方碰撞判定，具体包括：s51、判断沿轨迹行驶是否会与路沿发生碰撞；如果左右路沿有任一校验失败，持续一定时间后路沿校验失败。然后重新进入初始化状态再次开始校验。
15.s52、判断沿轨迹行驶是否会与护栏发生碰撞。
16.如果左右护栏校验有任一校验失败，则护栏校验失败；持续一定时间后护栏校验失败；然后重新进入初始化状态再次开始校验；如果校验成功，则轨迹合理性校验成功。
17.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：1、本发明创造性地提出在智能驾驶控制器的芯片内部署一个校验轨迹的冗余模块，该冗余模块对智能驾驶控制器的关键输入信号、过程信号和输出指令进行校验计算；当控制器发生硬件故障或者控制器关键信号超出安全允许范围，由整车功能冗余模块将接替主功能执行安全措施，使系统进入安全状态；功能冗余模块自上电后启动，实时监控主功能的运行状态和芯片工作状态。
18.2、本发明冗余模块对主功能的传感器信息、故障状态、整车信息状态和驾驶员行为状态等进行合理性校验，判断校验是否成功；如果失败，根据校验的信息由整车功能冗余模块进行分等级处理。进一步，整车冗余模块会发出故障报警，并提示驾驶员接管，故障等级高的话会执行紧急停车，并亮起双闪；在此过程中，如果驾驶员接管车辆，由整车功能冗余模块将退出安全状态，不再干预驾驶。
19.3、本发明为基于车道线规划的轨迹进行合理性校验，主要针对智能驾驶控制器的功能进行校验，在此基础上提出一种轨迹合理性校验的方法完全独立于主功能运行。主要是考虑主功能失效后，冗余功能采取安全措施把车辆带入安全状态。
附图说明
20.图1是本发明自动驾驶冗余功能的轨迹合理性校验方法流程图；图2是实施例1车道线校验示意图；图3是实施例1车道线横向位置判断示意图；图4是实施例1对中判断示意图；图5实施例1侧方碰撞判断示意图。
具体实施方式
21.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示出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作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。
22.参见图1，本发明提供一种自动驾驶冗余功能的轨迹合理性校验方法，包括输入信号检查、车道线校验、对中判定、侧方碰撞判定。
23.其中，任一校验不通过，则校验失败，不再进行下一步的校验，然后重新开始校验；具体包括如下步骤：s1、校验轨迹的冗余模块上电后轨迹合理性校验进入初始化状态，此时不进行校验。待主功能激活后进入校验状态。
24.s2、输入信号检查：包括原始车道线、融合车道线、路沿、护栏的车道线到本车横向偏置距离、车道线与本车夹角、车道线曲率、车道线曲率变化率检查；同时，对最终输出轨迹的方程系数范围检查，包括最大最小值检查、变化率限值检查、故障检查等。其中任一信号检查不通过，则校验失败。不进行后续的检查校验。
25.s3、车道线校验：先进行原始车道线和融合车道线的有效性检查；主要针对高质量的车道线，在检查通过后进行车道线和融合车道线的校验；具体步骤包括：s31、比较原始左车道线的近端横向距离(车道线到本车横向偏置距离)和融合生成的左车道线的近端横向距离(车道线到本车横向偏置距离)的差值的绝对值是否小于设定值；如果小于，则该条件满足；s32、基于原始左车道线远端端纵向距离和融合生成的左车道线可视距离的最小值，根据车道线方程分别得出原始左车道线和融合生成的左车道线的远端横向距离；判断两者的差值的绝对值满足小于设定值；如果小于，则该条件满足；s33、比较原始右车道线的近端横向距离（车道线到本车横向偏置距离)和融合生成的右车道线的近端横向距离(车道线到本车横向偏置距离)的差值的绝对值是否小于设定值；如果小于，则该条件满足；s34、基于原始右车道线远端端纵向距离和融合生成的右车道线可视距离的最小值，根据车道线方程分别得出原始右车道线和融合生成的右车道线的远端横向距离。两者的差值的绝对值满足小于一定值。如果小于则该条件满足。
26.s35、 如果s31和s32或者s33和s34同时满足，则车道线校验通过；然后进行对中判定；如果不同时满足，持续一定时间后车道线校验失败，然后重新进入初始化状态再次开始校验。
27.s4、进行对中判定：计算轨迹上点到车道线两边距离之差是否在允许范围内；取三个点分别为a0(车道线到本车横向偏置距离)，a1(min{融合左车道线可视距离，融合右车道线可视距离}/2)，a2(min{融合左车道线可视距离，融合右车道线可视距离}/3)；具体步骤包括：s41、分别计算轨迹方程的车道线a0值和融合生成的左右车道线方程的a0值的差值的绝对值。比较距离之差是否小于一定值。如果小于则该条件满足。
28.s42、基于a1，分别计算轨迹方程的横向位移和融合生成的左右车道线方程的横向位移的差值的绝对值。比较距离之差是否在一定范围内。如果小于则该条件满足。
29.s43、基于a2，分别计算轨迹方程的横向位移和融合生成的左右车道线方程的横向位移的差值的绝对值。比较距离之差是否在一定范围内。如果小于则该条件满足。
30.s44、如果s41、s42、s43同时成立，对中判定通过；然后进行侧方碰撞判定；如果不同时满足，持续一定时间后对中判定失败；然后重新进入初始化状态再次开始校验。
31.s5、进行侧方碰撞判定；具体包括：s51、判断沿轨迹行驶是否会与路沿发生碰撞。
32.(1) 用安全时距分别和左路沿远端到本车纵向距离，右路沿远端到本车纵向距离取最小值，得到左右远端纵向距离leftcheckdistance，rightcheckdistance；(2)将左远端纵向距离leftcheckdistance分别带入轨迹方程和左侧路沿方程，分别得出远端横向距离。比较两者的差值是否大于一定值（根据车速查表）。如果大于则左路沿校验通过；(3)将右远端纵向距离rightcheckdistance分别带入轨迹方程和右侧路沿方程，分别得出远端横向距离。比较两者的差值是否大于一定值（根据车速查表）。如果大于则右路沿校验通过；如果左右路沿有任一校验失败，持续一定时间后路沿校验失败。然后重新进入初始化状态再次开始校验。
33.s52、判断沿轨迹行驶是否会与护栏发生碰撞，具体包括：(a)用安全时距分别和前左护栏远端到本车前保中心纵向距离，前右护栏远端到本车前保中心纵向距离取最小值，得到左右远端纵向距离；(b)将左远端纵向距离分别带入轨迹方程和左侧护栏方程y=a0+a1x+a2x2+a3x3，y为横向距离，x为纵向距离，a0、a1、a2和a3分别为方程系数，分别得出轨迹方程和左侧护栏方程的远端横向距离；再根据车速得到安全距离的二维表，两者之间为线性关系，比较两者的差值的绝对值是否大于设定值；如果满足，则左侧护栏校验通过；(c)将右远端纵向距离分别带入轨迹方程和右侧护栏方程y=a0+a1x+a2x2+a3x3，y为横向距离，x为纵向距离，a0、a1、a2和a3分别为方程系数，分别得出轨迹方程和右侧护栏方程的远端横向距离；再根据车速得到安全距离的二维表，两者之间为线性关系，比较两者的差值绝对值大于设定值；如果满足则右侧护栏校验通过；如果左右护栏校验有任一校验失败，则护栏校验失败；持续一定时间后护栏校验
失败；然后重新进入初始化状态再次开始校验；如果校验成功，则轨迹合理性校验成功。
34.实施例1：输入信号检查：对来自传感器的车道线、护栏、路沿信号进行检查校验。主要包括最大最小值检查、变化率限值检查、故障检查等。
35.当输入信号检查不通过时，轨迹合理性不进行校验；此检查是轨迹合理性校验的前提条件。对来自传感器的原始信号，可能存在车道线系数突变、信号值范围超限的问题，此时不进行校验，避免出现误校验的情况。
36.车道线输入检查：对车道线的系数进行检查，过滤掉不符合规则的车道线，不参与后续校验检查。在一些特殊路段比如岔路口、急弯路、超宽车道等，原始车道线存在输出质量不高的情况，过滤掉这些车道线以便后续校验正常进行。
37.参见图2，车道线校验：对传感器的原始车道线和融合后的车道线进行校验。
38.参见图3，计算近端（x1）以及远端横向距离(x2)的差值，是否在允许范围内。不在允许范围持续一定时间后输出校验失败结果。近端横向距离指的是车道线到本车的横向偏置距离。取原始车道线远端到本车纵向距离和融合车道线可视距离的最小值，带入到车道线方程，得到的值为远端横向距离。此校验是判断原始车道线和融合后的车道线偏差是否过大。由于轨迹是基于车道线计算得出，如果车道线偏差过大，轨迹合理性校验不通过，不再进行后续的校验。
39.对中判定：在左右车道线都存在的前提下，判断输出的轨迹是否对中。
40.参见图4，取轨迹上的点，计算轨迹上个点到车道线两边距离之差
△
l(到左边的距离差)和
△
r（到右边的距离差）是否在允许范围内；如果距离差过大，则对中判断不通过。
41.侧方碰撞判断：包括道路边缘和护栏校验。
42.参见图5，判断沿轨迹行驶与路沿的横向距离是否会小于安全距离, 同时与护栏的横向距离是否会小于安全距离；不满足任意一条即判断发生碰撞。
43.本发明所述自动驾驶冗余功能的轨迹合理性校验方法，是一种轮询校验方法。
44.在智能驾驶控制器的芯片内部署一个校验轨迹的冗余模块，该冗余模块对智能驾驶控制器的关键输入信号、过程信号和输出指令进行校验计算。
45.判断校验是否成功：如果失败，根据校验的信息由整车功能冗余模块进行分等级处理，同时整车冗余模块会发出故障报警，并提示驾驶员接管，故障等级高的话会执行紧急停车，并亮起双闪；如果驾驶员接管车辆，功能冗余模块将退出安全状态，不再干预驾驶；当控制器发生硬件故障或者控制器关键信号超出安全允许范围，整车功能冗余模块将接替主功能执行安全措施，使系统进入安全状态。
46.本发明基于车道线规划的轨迹进行合理性校验，主要针对智能驾驶控制器的功能进行校验，在此基础上提出一种轨迹合理性校验的方法完全独立于主功能运行。主功能失效后，冗余功能采取安全措施把车辆带入安全状态。
47.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。