基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统，针对智能网联汽车技术协同式自适应巡航控制，进行基于预期功能安全的容错设计。包括基于预期功能安全的危害分析评估、功能改进与测试评价，和基于预期功能安全的性能缺陷容错控制两部分。基于预期功能安全的性能缺陷容错控制，包括信息获取层、融合性能缺陷容忍的上层控制器、决策逻辑、CACC容错下层控制器和跟车执行层。本发明专利技术旨在提供一种基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计架构，用于解决现有协同式自适应巡航控制功能设计不足和功能缺陷导致整车危害的问题，保障协同式自适应巡航控制功能模式下的行车安全。

【技术实现步骤摘要】
基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统
本专利技术涉及智能网联汽车安全
，特别涉及一种基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统。
技术介绍
汽车为人类出行带来了巨大的便利，但同时也带来了交通事故、道路拥堵、能源短缺和环境污染等诸多问题。近年来，搭载智能化和信息化软硬件的智能网联汽车为上述问题提供了新的解决思路。在各种新兴的智能网联汽车技术中，协同式自适应巡航控制是最接近最终形态的一种。该功能的实际应用有利于降低行车时的车间距离、提升道路通行效率、降低能源消耗，带来巨大的社会效益。智能网联汽车依赖复杂的感知、决策和执行软硬件，实现在复杂动态、非结构的环境中运行。上述先进的软硬件在带来效益的同时，也带来现有技术和设计方法难以覆盖的复杂安全问题，上述问题引起了智能网联汽车行业的广泛关注。对此，国内外汽车厂商和科研机构提出了预期功能安全的概念，用于对此类问题进行规范定义与描述。然而，目前尚无针对协同式自适应巡航控制提出的基于预期功能安全设计的架构。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统，该系统可以指导协同式自适应巡航控制功能的容错设计，降低自适应巡航控制由于功能不足导致的风险，保障预期功能安全。为达到上述目的，本专利技术实施例提出了一种基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统，包括：仿真模块和基于预期功能安全的性能缺陷容错控制模块；所述仿真模块，用于基于预期功能安全进行危害分析评估、功能改进与测试评价；所述基于预期功能安全的性能缺陷容错控制模块包括信息获取层、融合性能缺陷容忍的上层控制器、决策逻辑、CACC容错下层控制器和跟车执行层；所述信息获取层用于获取环境信息、车辆自身状态信息和人机交互信息；所述融合性能缺陷容忍的上层控制器分为功能控制层、态势认知层和系统监控层；所述态势认知层包括触发条件检测模块和多性能缺陷估计模块，用于从所述信息获取层获取信息，从无线通信网络获取V2X协同信息，根据获取的信息对运行场景中的触发条件进行检测，并对通信、感知、控制执行系统性能缺陷和系统状态进行在线检测与定量估计，同时将场景安全状态集、性能缺陷检测信息、系统状态估计信息和性能缺陷估计信息数据发送给所述决策逻辑；所述系统监控层用于进行软硬件运行状态监控；所述决策逻辑用于接收所述态势认知层发送的所述场景安全状态集和所述系统监控层发送的系统软硬件安全状态集，并计算切换使能信号，同时将所述切换使能信号、所述性能缺陷检测信息、所述系统状态估计信息、所述性能缺陷估计信息发送给所述功能控制层；所述功能控制层包括多种协同式自适应巡航控制功能的运行模式，用于依据所述决策逻辑发送的数据信息，在线构造上层控制率；所述CACC容错下层控制器用于根据所述上层控制率进行控制。本专利技术实施例的基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统，主要适用于基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制的设计开发过程，是保障协同式自适应巡航控制安全运行的关键设计流程，可以指导协同式自适应巡航控制功能的容错设计，降低自适应巡航控制由于功能不足导致的风险，保障预期功能安全。另外，根据本专利技术上述实施例的基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，所述信息获取层具体用于获取他车信息、道路信息、定位信息、加减速信息、转向信息、自车信息以及安全状态确认和运行模式选择。进一步地，所述功能控制层包括L1-N预期运行模式、L1-T容错运行模式、L1-D降级运行模式和L1-S功能关闭模式；所述L1-T容错运行模式包含雷达容错运行模式、通信容错运行模式和执行器容错运行模式，用于使协同式自适应巡航控制系统在雷达、通信和控制执行存在性能缺陷时，仍然能保持期望性能运行；所述L1-D设计降级运行模式包含通信依赖的跟车运行模式和自适应巡航控制跟车的运行模式，用于使协同式自适应巡航控制系统在不能保持期望性能运行时降级到子模式，保持安全运行。进一步地，所述上层控制率uup为：L1-N预期运行模式下的控制率：uupn＝-αKym+βucoL1-T容错运行模式下的控制率：L1-D降级运行模式下的控制率：L1-S功能关闭模式下的控制率：uups＝0.其中，uup表示融合性能缺陷容忍的上层控制器的控制率输出，uupn、uupt、uupd和uups分别为L1-N预期运行模式、L1-T容错运行模式和L1-D降级运行模式和L1-S降级运行模式下的上层控制率；K为输出反馈增益矩阵，ym为雷达和加速度传感器测量值向量，uco为通过V2X通信获取的协同控制信息，α、β为控制输入向量，C1为协同式自适应巡航控制系统状态空间描述的输出矩阵，分别为态势认知层输出的系统状态估计信息E_state、执行器性能缺陷估计信息E_limitation1和通信性能缺陷估计信息E_limitation2，定义Info_detection＝[100]为检测到雷达传感器相关的触发条件，Info_detection＝[010]为检测到执行器相关的触发条件，Info_detection＝[001]为检测到V2X通信相关的触发条件。本专利技术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，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统。图1为根据本专利技术一个实施例的基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统。如图1所示，该基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统包括：仿真模块和基于预期功能安全的性能缺陷容错控制模块；仿真模块用于基于预期功能安全进行危害分析评估、功能改进与测试评价。进一步地，基于预期功能安全的危害分析评估、功能改进与测试评价，包含如下步骤：S1：首先通过描述协同式自适应巡航控制功能的预期实施方式、功能实现依赖的软、硬件架构、性能目标和已知的功能缺陷及其应对措施，开展协同式自适应巡航控制的功能和系统规范设计；S2：定义整车级危害，归纳协同式自适应巡航控制功能的可能运行场景，结合S1导出的现有功能及其缺陷，识别可能的危害事件，分析可能导致的风险本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统，其特征在于，包括：仿真模块和基于预期功能安全的性能缺陷容错控制模块；/n所述仿真模块，用于基于预期功能安全进行危害分析评估、功能改进与测试评价；/n所述基于预期功能安全的性能缺陷容错控制模块包括信息获取层、融合性能缺陷容忍的上层控制器、决策逻辑、CACC容错下层控制器和跟车执行层；/n所述信息获取层用于获取环境信息、车辆自身状态信息和人机交互信息；/n所述融合性能缺陷容忍的上层控制器分为功能控制层、态势认知层和系统监控层；/n所述态势认知层包括触发条件检测模块和多性能缺陷估计模块，用于从所述信息获取层获取信息，从无线通信网络获取V2X协同信息，根据获取的信息对运行场景中的触发条件进行检测，并对通信、感知、控制执行系统性能缺陷和系统状态进行在线检测与定量估计，同时将场景安全状态集、性能缺陷检测信息、系统状态估计信息和性能缺陷估计信息数据发送给所述决策逻辑；/n所述系统监控层用于进行软硬件运行状态监控；/n所述决策逻辑用于接收所述态势认知层发送的所述场景安全状态集和所述系统监控层发送的系统软硬件安全状态集，并计算切换使能信号，同时将所述切换使能信号、所述性能缺陷检测信息、所述系统状态估计信息、所述性能缺陷估计信息发送给所述功能控制层；/n所述功能控制层包括多种协同式自适应巡航控制功能的运行模式，用于依据所述决策逻辑发送的数据信息，在线构造上层控制率；/n所述CACC容错下层控制器用于根据所述上层控制率进行控制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于预期功能安全的协同式自适应巡航控制容错设计系统，其特征在于，包括：仿真模块和基于预期功能安全的性能缺陷容错控制模块；
所述仿真模块，用于基于预期功能安全进行危害分析评估、功能改进与测试评价；
所述基于预期功能安全的性能缺陷容错控制模块包括信息获取层、融合性能缺陷容忍的上层控制器、决策逻辑、CACC容错下层控制器和跟车执行层；
所述信息获取层用于获取环境信息、车辆自身状态信息和人机交互信息；
所述融合性能缺陷容忍的上层控制器分为功能控制层、态势认知层和系统监控层；
所述态势认知层包括触发条件检测模块和多性能缺陷估计模块，用于从所述信息获取层获取信息，从无线通信网络获取V2X协同信息，根据获取的信息对运行场景中的触发条件进行检测，并对通信、感知、控制执行系统性能缺陷和系统状态进行在线检测与定量估计，同时将场景安全状态集、性能缺陷检测信息、系统状态估计信息和性能缺陷估计信息数据发送给所述决策逻辑；
所述系统监控层用于进行软硬件运行状态监控；
所述决策逻辑用于接收所述态势认知层发送的所述场景安全状态集和所述系统监控层发送的系统软硬件安全状态集，并计算切换使能信号，同时将所述切换使能信号、所述性能缺陷检测信息、所述系统状态估计信息、所述性能缺陷估计信息发送给所述功能控制层；
所述功能控制层包括多种协同式自适应巡航控制功能的运行模式，用于依据所述决策逻辑发送的数据信息，在线构造上层控制率；
所述CACC容错下层控制器用于根据所述上层控制率进行控制。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信息获取层具体用于获取他车信息、道路信息、定位信息、加减速信息、转向信息、自车信息以及安全状态确认和运行模式选择。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功能控制层包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗禹贡，王博，钟志华，李克强，刘金鑫，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11