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應用於自駕車輛之系統診斷與失效保護設計
  • 發布年度:2022
  • 主要類別:自動駕駛
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 研究發展處 鄭守益

    自駕車輛的行車安全一直是技術發展過程中重要的議題,為避免車輛於控制過程中發生危險,使用一個平行於自駕決策機制的系統診斷與失效保護方法,藉由影像偵測道路環境資訊與參考車輛動態參數,可快速實現在自駕車輛系統上,並即時找出系統失效狀態。且由於使用平行架構的設計,此方法採用監控診斷的方法進行,不直接介入自駕車輛的決策系統中,可避免影響原車系統效能。

    即時診斷機制架構說明
    當系統前端的感知單元成功地接收到環境道路參數並傳送到資料處理單元時,自駕系統將開始計算適用於指定路徑上對應的車輛軌跡與決策行為,一個完整的自駕控制系統包含任務決策、行為規劃與底層的車輛運動控制(轉向、煞車或油門控制)。診斷與失效保護機制使用在行為規劃與最後的車輛控制階段,並用以監控自駕車輛操作於真實道路上的功能正確性,同時平行架構的主要優勢帶來了高效率的執行過程,確保原先自駕決策機制的即時與安全性。(如圖1)

    圖1、具備即時診斷機制的自駕系統架構

    關鍵技術說明
    診斷與失效保護機制主要使用側向偏移資訊去監控車輛失效與否,此診斷系統包含兩個部分,一為使用車輛軌跡資訊的偏移保護,另一則為基於車道偵測的電子圍欄(LD-based electronic fence, LDEF)。當系統偵測到自駕車輛不正常的操作時,緊急煞車系統將被啟動以中斷當下的控制行為。(如圖2)

    圖2、即時診斷系統之完整架構

    偏移保護使用行車軌跡資訊確保自駕車輛是否處於失控狀態,在自駕車輛偏離預定行駛軌跡時,採用緊急煞車的功能讓車輛停止,而行車軌跡可以由高精地圖(high-definition map)或即時動態軌跡所產生。(如圖3)

    圖3、路徑追蹤偏差示意圖

    當自駕車輛的定位系統失效後,路徑追縱偏差值可能也隨之變化,所以此方法同時使用車道偵測(Lane Detection, LD)資訊作為另一種診斷的方式,此診斷機制加入以上述車道偵測技術為基礎的電子圍欄(如圖4),並限制自駕車輛於車道內的側向偏移量,只要偵測車輛於車道兩側的距離小於設定門檻值δ,自駕車輛將會被強制停車。

    圖4、LD電子圍欄示意圖

    定位系統一旦發生問題將會導致車輛偏離車道,甚至發生碰撞意外,在車輛中心(ARTC)場域模擬自駕車輛定位系統失效的真實道路環境上,為了避免在實驗過程中發生碰撞意外,車輛兩側障礙物與人行道採用軟性材質建置,以此為測試條件進行實車驗證,確認此診斷機制可讓車輛停止避免碰撞發生。(如圖5)

    圖5、WinBus實車測試驗證

    小結
    此失效保護診斷技術已應用於車輛中心的自駕小巴WinBus車輛上,整合軌跡偏差保護與基於車道偵測技術的電子圍欄機制,即時監控車輛行駛狀態,在自駕系統或定位功能發生失效時,透過緊急煞車動作完成停止目標車輛,有效避免自駕車駛離車道並降低碰撞發生機率。
     

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