自动驾驶系统的制作方法

1.本公开涉及自动驾驶系统(ads)和包含该ads的车辆电子控制单元。本公开还涉及用于实现ads的软件。本公开尤其涉及具有高级驾驶员辅助系统和自主驾驶功能的车辆，包括汽车。


背景技术：

2.近年来，自动驾驶系统(ads)变得越来越流行。此类系统大致分成由sae j3016标准定义的5个级别，其中一级和二级涉及更基本的驾驶员辅助和部分自动化功能，而较高的三级至五级涉及更高级的功能，其中，至少在某些情况下，人类驾驶员不再需要主动监视驾驶环境。
3.一级和二级系统通常被称为高级驾驶员辅助系统(adas)。在这些情况下，驾驶员需要保持意识并准备在adas无法对驾驶情况做出适当响应时立即进行干预。因此，在以一级或二级进行工作的adas中，系统将监测驾驶员的意识，并在检测到缺乏意识时立即向驾驶员发出警告。例如，如果驾驶员的手离开方向盘超过预定时间，自动车道保持系统将向驾驶员发出警报，例如通过输出声音警报和振动他们的座椅。
4.尽管向驾驶员提供警报已足以满足此类系统的正式和法律要求，但此警告功能在实践中并不能保证安全。例如，暂时睡着的驾驶员在被警报唤醒时不会立即恢复完全的情况意识。因此，如果adas无法处理当前的驾驶情况，它们的快速响应能力可能会延迟。事实上，突然惊醒的驾驶员甚至可能在他们的情况意识完全恢复之前的时刻采取不可靠的行动。因此，需要一种改进的方式来处理驾驶员失去意识的情形。
5.随着更高级的3级系统可用，上述问题仍然很重要。在这种情况下，自动化是有条件的，因此如果驾驶状况发生变化，仍可能要求驾驶员在有限的时间内重新控制。因此，还需要改进对需要驾驶员干预并重新手动控制车辆的情形的处理。
6.传统ads的另一问题是由于在某些复杂驾驶情况期间可能施加的高处理要求。当一个或更多个复杂因素同时发生时，通常会出现复杂驾驶情况。例如，如果交通特别拥挤或如果由于雾或雨导致能见度低，则在相对复杂的路口导航可能会成为复杂驾驶情况。在这些极端情形中，处理负荷会增加ads的热输出，这通常在车辆的ecu(电子控制单元)内实现，并且这进而可能导致处理环境内的过热。因此，与ecu相关联的空气或液体冷却系统必须能够在这种极端情况下保持工作，即使这些情况在设备的整个生命周期中很少发生。因此，具有ads功能的ecu所需的冷却系统的成本和复杂性非常高。因此希望降低这些成本。


技术实现要素：

7.根据第一方面，提供了一种自动驾驶系统，该自动驾驶系统包括：自动控制模块，该自动控制模块控制车辆的一个或更多个驾驶功能；安全控制模块，该安全控制模块确定与车辆的安全性能相关的一个或更多个工作状况，其中，所述自动控制模块被配置成基于由所述安全控制模块确定的所述一个或更多个工作状况来自动调节所述车辆的速度。
8.以这种方式，可以基于所确定的在当前车辆速度下影响安全驾驶性能的车辆工作状况，将车辆的速度自动调节到可选择的水平，动态水平或预定水平。因此，可以保持或优化安全性能，根据ads的感知系统并考虑当前条件(诸如其他交通)并结合道路车道和车辆信号的其他补充变化以安全方式实现速度调节。
9.在实施方式中，所述自动控制模块响应于指示在当前车辆速度下安全性能情形降低的所述一个或更多个工作状况而减小所述车辆的速度。因此，当出现会损害车辆安全至低于可接受性能阈值的状况时，可以自动减小车辆速度以保持安全性能。
10.在实施方式中，与所述车辆的安全性能相关的所述一个或更多个工作状况包括驾驶员意识和处理器温度中的一者或更多者。因此，如果驾驶员失去意识或实现ads的处理器存在过热风险，则可能会减小车辆速度以保持安全性能。相反，如果驾驶员恢复意识或处理器具有热容量以更快地处理驾驶操作，则可以增大车辆的速度以优化驾驶性能。应理解，处理器温度可以是基于温度传感器输入、处理器负荷测量和基于即将到来的道路情况的负荷估计中的一者或更多者来确定的。
11.在实施方式中，所述自动控制模块基于所述一个或更多个工作状况以预定水平和动态水平中的一者调节所述车辆的速度。
12.根据第二方面，提供了一种自动驾驶系统，该自动驾驶系统包括：驾驶员意识模块，该驾驶员意识模块基于一个或更多个驾驶员意识输入确定驾驶员意识水平；自动控制模块，该自动控制模块控制车辆的一个或更多个驾驶功能，并且能以较低自动化级别和较高自动化级别进行工作；其中，所述自动控制模块响应于所述驾驶员意识模块确定所述驾驶员意识水平低于意识阈值而启动较高自动化级别。因此，以这种方式，在驾驶员失去意识的情况下，例如如果他们睡着或分心，ads会切换到较高级别的自动化以保持安全。
13.在实施方式中，所述较高自动化级别与一个或更多个控制参数的限制相关联。因此，自动化的增加可能与性能的妥协同时发生，从而鼓励驾驶员保持意识。
14.在实施方式中，所述一个或更多个控制参数的限制包括限制车辆的速度。因此，驾驶员意识的丧失可能促使车辆速度自动减小，这既可提高安全性又可以向驾驶员提供他们已失去意识的并不唐突的警报。因此，不是使驾驶惊醒，而是让他们有时间恢复意识，同时只牺牲车辆速度的轻微减小。例如，在失去意识的情况下，车辆速度可能会减小当前速度的20％至40％。车辆速度的减小可以是与ads的感知系统协作执行的，以确保根据诸如交通水平之类的状况以安全的方式执行减速。车辆速度的降低也可以结合其他补充行动来执行，诸如改变道路车道。
15.在实施方式中，较低自动化级别对应于1级或2级。因此，较低自动化级别可以对应于adas。
16.在实施方式中，较高自动化级别对应于4级自动化或更高级别的自动化。
17.根据第三方面，提供了一种自动驾驶系统，所述自动驾驶系统包括：自动控制模块，该自动控制模块控制车辆的一个或更多个驾驶功能；温度控制模块，该温度控制模块识别处理器过热情形，其中，所述处理器过热情形导致所述自动控制模块超过工作温度阈值，其中，所述自动控制模块被配置成响应于所述温度控制模块识别到处理器过热情形而减小车辆的速度。
18.以这种方式，可以通过减小施加在ads上的处理负荷来缓解处理器过热的风险。因
此，可靠性得到了提高，并且不需要复杂和昂贵的处理器冷却系统，从而降低了成本。应理解的是，车辆速度的减小可以是与ads的感知系统协作执行的，以确保根据诸如交通水平之类的状况以安全的方式执行减速。车辆速度的降低也可以结合其他补充行动来执行，诸如改变道路车道。
19.在实施方式中，所述温度控制模块基于检测到的处理器速率或检测到的温度超过阈值来识别所述处理器过热情形。以这种方式，处理负荷或温度传感器可以向ads警报可能过热的情形，从而允许ads减小车辆速度以避免过热。
20.在实施方式中，所述温度控制模块基于检测到的处理器速率或检测到的温度超过阈值达预定持续时间来识别所述处理器过热情形。以这种方式，处理负荷或温度的瞬时增加不会自动导致驾驶速度的减小。
21.在实施方式中，所述温度控制模块基于识别到复杂驾驶情况来识别处理器过热情形。以这种方式，可以预先识别出可能会对处理能力产生大量需求的道路情况，从而允许ads减小速度，从而减轻那些预计的处理要求。
22.在实施方式中，所述温度控制模块基于即将到来的道路数据、当前天气数据和被跟踪对象的数量中的一者或更多者来识别复杂驾驶情况。
23.在实施方式中，基于复杂度度量超过阈值来识别所述复杂驾驶情况，其中，所述复杂度度量是基于道路复杂度等级、摄像头可见距离、路面等级、被跟踪对象的数量以及过去的性能数据中的两者或更多者而计算出的。以此方式，可基于多个因素的组合将特定情况识别成复杂驾驶情况。例如，如果当前天气被评为非常差或存在需要ads同时跟踪大量对象(例如其他车辆、行人和自行车)，则其他正常情况可能会变得复杂。
24.在实施方式中，所述温度控制模块还识别处理器容量情形，其中，所述处理器容量情形导致所述自动控制模块具有提高处理速率同时保持温度低于所述工作温度阈值的能力，其中，所述自动控制模块被配置成响应于所述温度控制模块识别到处理器容量情形来增大所述车辆的速度。以这种方式，ads可以通过提高车辆速度来解决处理能力过剩的问题。例如，在晴朗的天气和有限的交通中，ads可能能够处理较高的速度，而没有处理器过载的风险。
25.根据第四方面，提供了一种用于车辆的电子控制单元，所述电子控制单元包括以上的自动驾驶系统。
26.根据第五方面，提供了一种与自动驾驶系统一起使用的方法，所述方法包括以下步骤：在驾驶员意识模块处基于一个或更多个驾驶员意识输入确定驾驶员意识水平；在自动控制模块处以较低自动化级别控制一个或更多个驾驶功能；以及响应于确定所述驾驶员意识水平低于意识阈值，启动较高自动化级别。
27.根据第六方面，提供了一种与自动驾驶系统一起使用的方法，所述方法包括以下步骤：在自动控制模块处控制车辆的一个或更多个驾驶功能；以及在温度控制模块处识别处理器过热情形，其中，所述处理器过热情形导致所述处理器超过工作温度阈值，其中，控制一个或更多个驾驶功能的步骤包括响应于识别到处理器过热情形而减小所述车辆的速度。
28.根据第七方面，提供了一种存储软件的非暂时性计算机可读介质，所述软件包括指令，当所述指令被处理器执行时，执行以下步骤：在驾驶员意识模块处基于一个或更多个
驾驶员意识输入确定驾驶员意识水平；在自动控制模块处以较低自动化级别控制一个或更多个驾驶功能；以及响应于确定所述驾驶员意识水平低于意识阈值，启动较高自动化级别。
29.根据第八方面，提供了一种存储软件的非暂时性计算机可读介质，所述软件包括指令，当所述指令被处理器执行时，执行以下步骤：在自动控制模块处控制车辆的一个或更多个驾驶功能；以及在温度控制模块处识别处理器过热情形，其中，所述处理器过热情形导致所述处理器超过工作温度阈值，其中，控制一个或更多个驾驶功能的步骤包括响应于识别到处理器过热情形而减小所述车辆的速度。
30.根据第九方面，提供了一种与自动驾驶系统一起使用的方法，所述方法包括以下步骤：在自动控制模块处控制车辆的一个或更多个驾驶功能；以及在安全控制模块处确定与车辆的安全性能相关的一个或更多个工作状况，其中，所述自动控制模块基于由所述安全控制模块确定的所述一个或更多个工作状况自动调节所述车辆的速度。
31.根据第十方面，提供了一种存储软件的非暂时性计算机可读介质，所述软件包括指令，当所述指令被处理器执行时，执行以下步骤：在自动控制模块处控制车辆的一个或更多个驾驶功能；以及在安全控制模块处确定与车辆的安全性能相关的一个或更多个工作状况，其中，所述自动控制模块基于由所述安全控制模块确定的所述一个或更多个工作状况自动调节所述车辆的速度。
附图说明
32.现在将参照附图来描述例示性实施方式，其中：
33.图1示出了根据实施方式的自动驾驶系统的示意图示；
34.图2示出了图1所示的自动驾驶系统采用的驾驶员意识算法的流程图；
35.图3示出了图1所示的自动驾驶系统采用的第一处理器温度保护算法的流程图；以及
36.图4示出了图1所示的自动驾驶系统采用的第二处理器温度保护算法的流程图。
具体实施方式
37.图1示出了根据实施方式的自动驾驶系统(ads)1的示意图示。在该实施方式中，ads 1被实现为车辆电子控制单元(ecu)的一部分，并用于具有辅助驾驶功能和自动驾驶功能的汽车中。因此，ads 1将包括用于监测驾驶环境并且将基于所确定的状况自动实现驾驶功能的各种感知系统。ads 1能工作以实现不同级别的自动化，尤其是在与sae一级或二级(高级驾驶员辅助系统，adas)相关联的低自动化级别模式以及与sae三级和以上级别相关联的高级自动化模式之间切换。在本实施方式中，ads 1能够实现二级和四级自动化。当实现二级自动化时，法律要求驾驶员继续监视驾驶环境，但ads 1承担转向和车辆速度功能的控制。当实现sae四级自动化时，ads负责监测驾驶环境并控制所有驾驶功能，尽管有一些限制参数。在该实施方式中，当在较高的四级自动化模式下工作时，车辆速度受到限制。
38.ads 1包括多个输入模块101至105，这些输入模块处理来自多个传感器的数据，以确定车辆的工作状况和驾驶环境。在本实施方式中，输入模块包括：
39.驾驶员意识检测器101，该驾驶员意识检测器101基于例如来自驾驶员眼睛跟踪摄像头、方向盘接触传感器、响应监测器和车道跟踪系统中的一者或更多者的传感器输入来
确定驾驶员的意识水平；
40.ecu处理负荷估计器102，该ecu处理负荷估计器102估计由实现ads的ecu内的处理器中的一个或更多个处理器处理的当前负荷。此估计结果用于识别处理负荷何时可能超过阈值，这可能导致处理器过热；
41.ecu热负荷估计器103，该ecu热负荷估计器103估计ecu内的处理器中的一个或更多个处理器的温度以识别工作温度何时超过阈值，这然后可能导致关键处理器工作受到损害；
42.道路情况分析器104，该道路情况分析器104基于例如来自道路地图数据、gps数据、其他车辆和对象跟踪传感器、道路标志和交通灯摄像头以及天气状况数据中的一者或更多者的输入来确定车辆外部的当前驾驶环境；以及
43.速度限制检测器105，该速度限制检测器105确定驾驶环境内的当前车辆速度限制。这可以基于例如来自道路地图数据、gps数据和道路标志摄像头中的一者或更多者的输入。
44.输入模块提供ads处理器109的各种处理路径以进行处理。即，输入模块提供算法模块，这些算法模块随后控制影响ads算法如何控制驾驶功能的参数。
45.在本实施方式中，处理路径包括：
46.ecu速度限制器106，该ecu速度限制器106确定与限制施加到ads处理器109的处理负荷有关的行动；
47.ads级别选择器107，该ads级别选择器107确定由ads处理器109实现的自动化级别；以及
48.驾驶速度限制决策器108，该驾驶速度限制决策器108确定由ads 1应用的车辆速度水平。
49.ads 1提供与影响车辆安全驾驶性能的驾驶员意识和处理器温度的工作状况相关的安全功能。下面将结合图2至图4进一步详细描述这些方面。
50.ads 1的驾驶员意识功能基于驾驶员的意识状态设置车辆的自主级别。因此，当驾驶员有意识时，ads 1可以向他们提供与他们期望的一样多的自主性。例如，驾驶员可以手动操作车辆或启用ads 1以提供二级自动化。在这种状态下，持续的驾驶员意识允许对驾驶参数的最小限制。例如，根据当前的法定速度限制，驾驶员可以手动将车辆提高到相对较高的速度，例如140km/h，并且一旦启用ads，该速度将保持不变。然而，如果ads 1随后检测到驾驶员失去意识，则ads自动切换到较高级别的驾驶自主性并且(在该实施方式中)通过显著减小速度来采取措施管理那些自主驾驶状况。
51.为了进一步解释这一点，图2示出了ads 1采用的驾驶员意识算法的流程图。在示例情形中，在步骤201中，驾驶员可以启动驾驶员辅助，并且ads实现2级自动化，其中，ads 1提供自适应巡航控制和车道保持自动化。因此，车辆可以在高速公路状况下保持其当前140km/h的速度。在步骤202中，ads 1通过驾驶员意识检测器模块101监测驾驶员意识。如果检测到驾驶员已经睡着或以其它方式分心，则在步骤203中，ads模式选择器107将ads处理器109切换到较高自动化级别。然而，车辆速度的驾驶参数受限于较高自动化级别，因此车辆会自动减速。例如，基于速度限制检测器105确定140km/h的当前速度限制，四级自动化的安全速度水平可以被设置为例如80km/h。同时，车辆速度的减小是与ads 1的感知系统协作
执行的，以确保根据诸如交通水平之类的状况以安全的方式执行减速。作为其中的一部分，还可以制定其它补充行动。例如，ads 1可以指示道路车道并将其改变到慢车道中以允许其他交通通过。因此，速度减小以相对较小的车辆速度减小为代价向驾驶员提供无声警告，同时提高车辆的安全性。如果驾驶员在步骤204中重新获得意识，则他们可以在步骤205中重新启动手动驾驶，并在步骤201中重新启用较低级别的驾驶员辅助自动化之前选择使车辆恢复速度。在其他另选实施方式中，ads 1可以替代地响应于驾驶员恢复意识而重新启用较低级别的驾驶员辅助，然后自动使车辆恢复速度。
52.因此，对于各实施方式，当驾驶员的意识下降到设定阈值以下时，自主驾驶的级别增大以进行补偿，固然是以驾驶速度为代价。因此，ads 1保持安全，直到驾驶员完全恢复意识。当较高自动化级别被启动时，非必要的舒适性相关功能也可能被禁用，以补偿由此带来的额外ecu处理需求。因此，车辆的可用性能被基于驾驶员的情况意识有效地限制。
53.ads 1的温度保护功能通过减小驾驶速度来采取行动以避免过热，这进而减少了管理驾驶状况和环境所需的数据处理负荷。例如，可以考虑ecu工作的外部温度状况以及其他天气状况，以及驾驶环境的复杂性，包括ads 1在任何给定时刻必须跟踪的对象的数量和类型。在例示情形中，实现较高自动化级别的ads 1可能以80km/h的速度行驶。如果是特别炎热的夏季天且道路繁忙，则可能存在ecu过热的风险，因为ecu上方的冷却气流已经很热，并且处理器的任务是跟踪以相对较高速度行驶的大量车辆。为了降低这种风险，温度保护功能会通过将车辆速度减小到例如60km/h来做出响应。因此，可以以较低的速率(例如减小的帧速率)执行数据分析，从而减少ecu散发的热量。减小车辆速度的步骤是与ads 1的感知系统协作执行的，以确保根据状况以安全的方式执行减速。必要时，诸如改变道路车道之类的其它补充行动也可以被制定为这个过程的一部分。
54.为了进一步解释这一点，图3和图4示出了由ads 1实现的两种处理器温度保护算法的流程图。在图3所示的第一过程中，使用ecu处理负荷估计器102监测当前ecu处理负荷，以及使用ecu热负荷估计器103监测当前ecu温度。当自动驾驶被启动时，如果处理负荷超过阈值(步骤302)，则在步骤303中自动减小驾驶速度。同样，如果ecu温度超过阈值(步骤305)，则自动减小驾驶速度，并且也可以停用非必要的处理功能以快速最小化处理负担。因此，以其他方式可能会导致ecu过热的过热情形可以通过负荷或温度超过阈值来检测，然后通过减小车辆速度来缓解，这进而最小化了施加在ecu上的处理需求。这因此可以提供对整个系统的感知性能影响最小的低成本安全改进，因为这样的过热情形相对很少发生。
55.图3中所示的过程还监测当前ecu处理负荷容量非饱和的情况。当检测到容量非饱和的情形时，由于处理负荷或ecu温度远低于其工作阈值(例如，低于其容量的50％)，驾驶速度可以在步骤305和309中自动增大。非必要处理功能也可以被启动。以这种方式，特别是在预先减小驾驶速度以避免过热的情况下，可以根据容量增大驾驶速度以优化性能。
56.ads 1还可以考虑其他驾驶功能。例如，如图3所示，步骤310，如果驾驶员或ecu已启动eco驾驶模式以节省电动车辆的电池电量，则ads 1可以减小驾驶速度并关闭非必要处理功能。该系统因此减小了驾驶速度和/或由ecu块执行的功能范围，以便最大化车辆的剩余里程。相反，如果eco驾驶模式关闭，则会启用较高的最大速度以及非必要功能。
57.图4示出了ads 1实现的第二处理器温度保护算法的流程图。该算法在复杂道路情况即将发生的情况提供预先的行动。也就是说，如果检测到的道路状况和环境表明ecu负荷
即将增加，这另外可能导致ecu过热(步骤402)，则采取提前行动以减小车辆速度(步骤403)，从而通过减少处理需求来减轻该风险。例如，如果车辆正在接近诸如繁忙的十字路口或环形交叉路口之类的区域，其中，需要同时跟踪大量其他车辆且道路布置相对复杂，则ads 1可能会将这识别成复杂驾驶情况。这可以基于例如地图数据连同当前道路情况的摄像头分析来确定。应当理解，需要跟踪的对象(诸如其他车辆、行人和自行车)的数量通常与更密集的区域相关。因此，在更多城市地区，ads 1通常会使车辆减速。同样，如果天气状况表明驾驶能见度差和/或表面牵引力减小，则正常的交叉路口或路口也可能被识别成复杂驾驶情况。在识别到复杂驾驶情况的情况下，车辆速度被减小以响应于减轻ecu过热的风险。
58.如步骤404所示，ecu过程估计器模块103继续监测ecu负荷。在尽管没有识别到复杂驾驶情况但ecu负荷超过阈值(例如，在最后1秒的时段中使用的容量的多于80％)的情况下，速度限制决策器108可以采取行动以减小车辆速度。相反，在ecu负荷远低于容量的情况下(例如，在最后1秒的时段中使用的容量少于50％)，速度限制决策器108可以采取行动以增大车辆速度。在实施方式中，过去的性能数据可以用于通过调整复杂性阈值(在该阈值处，情况被识别为复杂)来增强对未来复杂驾驶情况的预测。例如，ai神经网络可以用于通过在不同驾驶情况期间监测ecu负荷并从这些历史实例中学习来增强这种预测。
59.因此，对于各实施方式，在检测到或预测到ecu过热的情况下，ads 1以受控方式减小驾驶速度，以便减小所需的数据处理速率。例如，在较低的车辆速度下，ecu可能会减少每秒处理的帧数，或降低处理器的时钟频率。非必要功能(即与驾驶安全无关的那些功能(例如主动悬架))也可能会暂时禁用。例如，如果cpu温度达到接近100摄氏度的水平，上限为110度，则ads 1将减小车辆速度。结果，处理器的负荷降低，使得可以降低cpu时钟，或者可以关闭多个处理核心。同时关闭与驾驶安全无关的选定功能。结果，减少了从ecu的热量排放，从而允许ecu冷却。当ecu温度恢复到安全水平时，ads 1将驾驶功能恢复到全部性能。
60.因此，对于各实施方式，ads 1可以在正常状况下运行至针对指定路段的最大法定速度，但是在不利的天气状况下和/或如果驾驶员失去意识和/或如果ecu有过热的危险，车辆速度会自动减小。因此，在驾驶员失去意识和/或ecu以其它情况有过热风险的情况下，安全性得到改进。同时，由于缓解了ecu过热的风险，与ecu冷却系统相关联的成本可能会被最小化。
61.应当理解，以上例示的实施方式仅出于例示的目的示出应用。在实践中，实施方式可以应用于许多不同的配置，详细的实施方式对于本领域技术人员来说是易于实现的。
62.在这方面，例如，应理解的是，尽管例示性示例已被描述为作为ecu的一部分来实现，但应理解的是，它可以作为与ecu接口连接的系统中的一个或更多个组件提供。同样，实施方式可以作为用于由ecu或其他多域控制器内的处理器进行处理的软件来提供。