面向自动驾驶车辆的安全规划系统及其安全规划方法

本发明涉及汽车，特别涉及面向自动驾驶车辆的安全规划系统及其安全规划方法。

背景技术：

1、自动驾驶车辆智能化、电动化的发展使得自动驾驶汽车对于底盘需要更高的控制优先度，来充分发挥整车域控与自动驾驶智能决策优势，提高自动驾驶车辆的安全性。

2、目前，当自动驾驶汽车进入低附路面、高速侧滑等极端动力学工况时，车辆完全由abs、esc、tcs控制器等极端动力学控制器接管，自动驾驶控制器失去了对车辆的控制能力，直到主动安全控制器退出，这种主动安全控制器突然介入的模式，导致自动驾驶域控制器暂时无法完全控制整车动力学，容易出现预期以外安全事故，同时主动安全控制也未能充分利用自动驾驶更多的感知信息和高强算力来提升其潜力。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的第一个目的在于提出一种面向自动驾驶车辆的安全规划系统，将主动安全控制功能集成到车辆路径规划控制之中，在路径规划过程中根据融合感知信息计算车辆的动力学边界并对路径进行安全限制，并且伴随路径生成轮速控制命令，确保生成轨迹在底盘路径跟踪控制与动力学控制过程中车辆处于不触发abs等安全功能，充分利用自动驾驶部分感知和决策能力提升自动驾驶域控制器安全性能。

3、为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种面向自动驾驶车辆的安全规划系统，多种类传感器、自动驾驶域控制器和底盘域控制器；其中，

4、所述多种类传感器，用于采集自动驾驶车辆的多个传感器信号；

5、所述自动驾驶域控制器，包括融合感知模块、安全边界分析模块、规划决策模块和安全规划模块；其中，融合感知模块融合计算多个传感器信号输出车辆相关信息，安全边界分析模块对车辆相关信息进行计算以输出动力学安全边界信号，规划决策模块基于动力学安全边界信号输出规划决策信号，安全规划模块基于规划决策信号和动力学安全边界信号生成并输出轨迹信号和轮速信号；

6、所述底盘域控制器，包括状态估计与预测模块、轨迹/轮速跟踪控制器、底盘动力学控制器；其中，状态估计与预测模块对多个传感器信号和整车动力学控制信号进行解算输出车辆估计与预测信号；轨迹/轮速跟踪控制器基于轨迹信号和轮速信号以及车辆估计与预测信号进行协同控制以生成运动控制信号；底盘动力学控制器对车辆估计与预测信号和运动控制信号进行分配计算以生成车辆相关系统的第一控制信号并发送到对应的执行机构。

7、本发明实施例的面向自动驾驶车辆的安全规划系统，充分利用自动驾驶更多的感知信息和高强算力来提升其安全潜力，减少abs/esc/tcs等安全功能的触发，提升车辆的安全性能。

8、另外，根据本发明上述实施例的面向自动驾驶车辆的安全规划系统还可以具有以下附加的技术特征：

9、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述底盘域控制器，还包括安全状态识别模块和abs/esc/tcs功能模块；其中，

10、所述安全状态识别模块，用于根据动力学安全边界信号对车辆相关物理量进行校验，以校验所述车辆相关物理量是否满足动力学安全边界约束条件，若否，则激活所述abs/esc/tcs功能模块，并向所述自动驾驶域控制器发送校验失败信号；

11、所述abs/esc/tcs功能模块，用于在激活后进行整车动力学控制，并生成车辆相关系统的第二控制信号并发送到对应的执行机构。

12、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述安全边界分析模块，还用于利用整车动力学模型与轮胎模型对所述车辆相关信息进行计算以得到动力学安全边界信号，并将所述动力学安全边界信号发送至安全规划模块和安全状态识别模块。

13、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述安全规划模块，还用于在当前整车动力学状态满足动力学安全边界约束条件时，对规划决策信号和动力学安全边界信号进行计算得到轨迹信号和轮速信号。

14、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述安全状态识别模块，还用于识别所述车辆估计与预测信号以估计当前整车动力学状态，并基于接收到的安全边界分析模块的动力学安全边界信号判断所述当前整车动力学状态是否满足动力学安全边界约束条件。

15、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述车辆相关系统，包括车辆驱动系统、制动系统、转向系统和悬架系统；所述规划决策信号，包括换道、直行和避障决策信号；所述动力学安全边界信号，包括横摆角速度限值和滑移率限值；所述轨迹信号满足道路边界限制、横摆角速度限制、加速度限制以及侧向加速度限制；所述轮速信号满足滑移率限制；所述整车动力学控制信号，包括驱动系统、制动系统、转向系统和悬架系统的反馈信号。

16、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述车辆相关信息，包括障碍物信息、道路信息、姿态信号、车辆位置和速度信号中的多种；所述多个传感器信号包括自动驾驶车辆的激光雷达信号、摄像头信号、组合惯导信号以及轮速信号中的多种。

17、本发明的第二个目的在于提出一种面向自动驾驶车辆的安全规划系统的安全规划方法。

18、为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种面向自动驾驶车辆的安全规划系统的安全规划方法，包括：

19、对基于多个传感器信号得到的车辆相关信息进行计算得到动力学安全边界信号；

20、根据所述动力学安全边界信号和基于所述动力学安全边界信号得到的规划决策信号生成轨迹信号和轮速信号；

21、对所述多个传感器信号和整车动力学控制信号进行解算得到车辆估计与预测信号；

22、基于所述轨迹信号和轮速信号以及所述车辆估计与预测信号进行协同控制以生成运动控制信号，并对所述车辆估计与预测信号和所述运动控制信号进行分配计算以得到车辆相关系统对应的控制信号。

23、本发明实施例的面向自动驾驶车辆的安全规划系统的安全规划方法，充分利用自动驾驶更多的感知信息和高强算力来提升其安全潜力，减少abs/esc/tcs等安全功能的触发，提升车辆的安全性能。

24、本发明的第三个目的在于提出一种计算机设备，包括处理器和存储器；

25、其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现面向自动驾驶车辆的安全规划系统的安全规划方法。

26、本发明的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现面向自动驾驶车辆的安全规划系统的安全规划方法。

27、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种面向自动驾驶车辆的安全规划系统，其特征在于，包括：多种类传感器、自动驾驶域控制器和底盘域控制器；其中，

2.根据权利要求1所述的面向自动驾驶车辆的安全规划系统，其特征在于，所述底盘域控制器，还包括安全状态识别模块和abs/esc/tcs功能模块；其中，

3.根据权利要求1所述的面向自动驾驶车辆的安全规划系统，其特征在于，所述安全边界分析模块，还用于利用整车动力学模型与轮胎模型对所述车辆相关信息进行计算以得到动力学安全边界信号，并将所述动力学安全边界信号发送至安全规划模块和安全状态识别模块。

4.根据权利要求1所述的面向自动驾驶车辆的安全规划系统，其特征在于，所述安全规划模块，还用于在当前整车动力学状态满足动力学安全边界约束条件时，对规划决策信号和动力学安全边界信号进行计算得到轨迹信号和轮速信号。

5.根据权利要求4所述的面向自动驾驶车辆的安全规划系统，其特征在于，所述安全状态识别模块，还用于识别所述车辆估计与预测信号以估计当前整车动力学状态，并基于接收到的安全边界分析模块的动力学安全边界信号判断所述当前整车动力学状态是否满足动力学安全边界约束条件。

6.根据权利要1所述的面向自动驾驶车辆的安全规划系统，其特征在于，所述车辆相关系统，包括车辆驱动系统、制动系统、转向系统和悬架系统；所述规划决策信号，包括换道、直行和避障决策信号；所述动力学安全边界信号，包括横摆角速度限值和滑移率限值；所述轨迹信号满足道路边界限制、横摆角速度限制、加速度限制以及侧向加速度限制；所述轮速信号满足滑移率限制；所述整车动力学控制信号，包括驱动系统、制动系统、转向系统和悬架系统的反馈信号。

7.根据权利要求1所述的面向自动驾驶车辆的安全规划系统，其特征在于，所述车辆相关信息，包括障碍物信息、道路信息、姿态信号、车辆位置和速度信号中的多种；所述多个传感器信号包括自动驾驶车辆的激光雷达信号、摄像头信号、组合惯导信号以及轮速信号中的多种。

8.应用于权利要求1-7中任一一项所述的一种面向自动驾驶车辆的安全规划系统的安全规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器；

10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求8中所述的安全规划方法。

技术总结
本发明提出面向自动驾驶车辆的安全规划系统及其安全规划方法，其中，该方法包括：对基于多个传感器信号得到的车辆相关信息进行计算得到动力学安全边界信号；根据动力学安全边界信号和基于动力学安全边界信号得到的规划决策信号生成轨迹信号和轮速信号；对多个传感器信号和整车动力学控制信号进行解算得到车辆估计与预测信号；基于轨迹信号和轮速信号以及车辆估计与预测信号进行协同控制以生成运动控制信号，并对车辆估计与预测信号和运动控制信号进行分配计算以得到车辆相关系统对应的控制信号。本发明充分利用自动驾驶部分感知和决策能力提升自动驾驶域控制器安全性能。

技术研发人员：张俊智,张峻峰,何承坤,马瑞海
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13