[發明專利]一種智能網聯汽車感知決策模塊功能安全和網絡安全內生保障方法

有效

• 申請號: 202011208015.9
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112406892B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 李玉峰;李江濤;曹晨紅;王鵬;張瑰琦;劉奇
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B60W50/00
• 分類號: B60W50/00;B60R16/023
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種智能網聯汽車感知決策模塊功能安全和網絡安全內生保障方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)設計并實現異構的多個感知決策單元，并將其部署在車輛上，多個感知決策單元的主要特征包括：

(1.1)包含一個高等級感知決策單元和多個相對低等級的感知決策單元；所述的高等級感知決策單元支持SAE L3、L4或L5自動駕駛，相對低等級的感知決策單元支持SAE L3或L2自動駕駛；

(1.2)所述高等級的感知決策單元作為整車自動駕駛的主大腦，具備所述高等級自動駕駛的支持SAE L3、L4或L5自動駕駛所需的組件和功能，包括光探測和測距LIDAR、無線電探測和測距雷達、攝像機、全球定位系統GPS，慣性測量單元IMU、里程表傳感器，交通信號檢測子系統TSD、移動物體跟蹤子系統MOT、Mapper子系統、Localizer子系統；接收各種傳感器數據并進行信息融合，得到汽車完成任務所需要的信息，包括行人、車輛、障礙物的信息；車道線、可行駛區域、交通標志和信號燈信息；基于GPS和IMU慣性導航的無人車定位信息、地圖信息；此外，主大腦在上述感知信息基礎上，結合道路網絡、交通規則、汽車動力學的先驗信息，形成包括Route規劃、Path規劃、行為選擇、運動規劃、避障和控制決策；

(1.3)所述多個相對低等級的感知決策單元應具備所述低等級自動駕駛支持SAE L2或L3自動駕駛所需的組件和感知功能，包括無線電探測和測距雷達、攝像機、L2或L3自動駕駛的傳感器和障礙物檢測、碰撞預警、車道檢測和車道偏離預警；

(1.4)所述高等級感知決策單元的是1個L4級自動駕駛感知決策單元，該單元具備1.2節所述感知和規劃功能，形成自動駕駛的決策結果，并最終送往汽車的各個ECU執行部件以實現對汽車的控制，設決策結果為：F＝{x,y,z,w,u,v…},其中，x,y…代表該感知決策單元的給出的各項決策結果，包括轉向、加速、剎車、停車；

(1.5)所述多個相對低等級感知決策單元是由1個L3、2個L2感知決策單元組成，這些單元具備在所述步驟(1.3)中的感知功能，并能夠根據感知結果形成自動駕駛的決策結果，其決策結果分別為：W＝{x,y,z,w,u…}；U＝{x,y,z,w}；V＝{x,,y,z,w}；

(1.6)存在如下關系成立：U∩V∩W∩F＝{x,,y,z,w}，其中x,,y,z,w為真值類型數據，分別表示是否左轉、是否右轉、是否加速、是否制動；

(1.7)所述高等級感知決策單元和多個相對低等級感知決策單元均采用異構化設計，選擇不同的硬件平臺FPGA、arm、x86平臺、不同的操作系統、不同的感知決策功能模塊；

(2)車輛行駛過程中，每個感知決策單元根據感知到的信息做出決策，其主要特征包括：

(2.1)決策結果融合了多個維度感知到的信息，包括視頻信息，雷達信息，車輛本身的位置，速度，加速度；

(2.2)每個感知決策單元的決策算法至少涵蓋如下三種情況：

(2.2.1)根據感知結果做出轉向決策，發出轉向指令，包括方向盤目標轉向角度、方向盤目標角速度；

(2.2.2)當檢測到車頭時距τ＝l/v小于特定值時，發送制動命令，其中l表示車間距離，v表示本車速度；

(2.2.3)當檢測到碰撞時間ttc＝l/(v₁-v₂)小于特定值時，發送制動命令，其中l表示車間距離，v₁表示本車速度，表示前車速度或行人速度；

(3)將四個感知決策單元中的高等級單元和兩個相對低等級單元的決策結果被發送至裁決器進行裁決，另外一個低等級感知決策單元始終保持在線，但不在環路上，暫不參與裁決，發送到裁決器的第i個感知決策模塊的決策結果，被表示為＜x_i,y_i,z_i,w_i|a_i,b_i,c_i,d_i＞，其中i＝1,2,3；x_i,y_i,z_i,w_i為真值類型數據，分別表示是否左轉、是否右轉、是否加速、是否制動；a_i,b_i,c_i,d_i為浮點型數據，分別表示左轉目標角度、右轉目標角度、加速度、制動力；裁決過程分成兩個階段，具體包括如下階段：

(3.1)精確裁決階段：

在此階段，裁決器判斷(x₁,y₁,z₁,w₁)＝(x₂,y₂,z₂,w₂)＝(x₃,y₃,z₃,w₃)是否成立，若等式成立，則進入近似裁決階段，否則即認為存在不安全的感知決策單元，并輸出⊥；

(3.2)近似裁決階段：

在此階段，對于任意的i,j∈1,2,3,i≠j，裁決器判斷是否成立，其中θ表示系統容許的近似系數，若等式成立則輸出等級較高的感知決策單元的決策結果，否則輸出⊥；

(4)當裁決器輸出一個決策結果時，該決策結果被直接發送至CAN總線，車輛執行該命令，否則，當裁決器輸出⊥時，車輛根據情況做出如下處理：

(4.1)若存在i,j∈1,2,3,i≠j，使得(x_i,y_i,z_i,w_i)＝(x_j,y_j,z_j,w_j)且則利用在線但不參與裁決的單元執行替換過程，替換第k個單元，其中k∈{1,2,3},k≠i,k≠j；

(4.2)否則，車輛按照預設的底線安全程序運行，直至停車或有人員介入為止。