[发明专利]分布式智能电动车辆转向系统功能安全架构设计方法

说明书

本发明涉及一种分布式智能电动车辆转向系统功能安全架构设计方法，针对L3级及以上自动驾驶车辆转向系统进行功能安全架构设计，包括离线的功能安全整车层面概念分析以及功能安全整车层面架构设计两部分。对比现有转向系统安全控制技术，本发明考虑L3级及以上自动驾驶车辆转向系统整车层面功能安全技术，通过设计安全控制器包括故障检测以及相应的安全控制策略保证自动驾驶车辆转向系统发生故障以后保证车辆过渡到安全状态，从而保证了乘客及其他交通参与者的生命与财产安全。

技术领域

本发明涉及分布式电驱动车辆转向系统功能安全分析技术，特别涉及针对L3级及以上分布式驱动智能电动车辆线控转向系统功能安全架构设计。

背景技术

目前，自动驾驶是车辆与交通研究中的一个热点问题，其对解决城市交通拥堵问题有着十分广阔的前景，自动驾驶车辆的安全性是其最重要的指标，受到人们的极大重视。随着汽车电子技术的不断进步，自动驾驶技术的出现与发展，对系统的安全性提出了更高的要求，很多汽车电子系统都与汽车的安全密切相关，例如汽车防抱死系统ABS(AntiBraking System)、车身稳定控制系统ESC(Electric Power Steering)等，这些系统失效会给汽车的安全性带来极大的影响。而对于自动驾驶车辆而言，自动驾驶等级越高，如果没有有效的安全机制，系统发生故障以后可能造成的后果会更加严重，将直接威胁到乘客、行人或其他交通参与者的生命安全。自2017年以来，特斯拉、Uber等公司的自动驾驶汽车已经发生了几起交通事故，其中包括对自动驾驶汽车驾驶者和行人的致死事故，这引发了公众对自动驾驶技术的关注与质疑。从这一系列的自动驾驶安全事故来看，自动驾驶系统的安全性急需提高，才能保证乘客和行人的安全。

对电子电气系统而言，做到安全不发生故障是不可能的，所以需要对系统进行功能安全设计，保证系统发生故障以后车辆不发生安全事故，造成生命财产的损失。转向系统作为自动驾驶系统执行器中非常重要的一部分，对其进行功能安全的研究具有十分重要的意义。

现阶段针对L3级(有条件自动驾驶)及以上自动驾驶车辆转向系统整车层面功能安全技术是领域内一个空白，因此，研究L3级及以上自动驾驶车辆转向系统功能安全，制定相应的功能安全架构，从而能够保证车辆转向系统发生故障以后通过相应的安全控制措施来保证乘客和其他交通参与者的生命和财产安全，意义重大。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明旨在针对L3级及以上自动驾驶车辆，提供一种分布式智能电动车辆转向系统功能安全架构设计方法。

本发明所采取的技术方案如下：一种分布式智能电动车辆转向系统功能安全架构设计方法，该方法包含整车层面功能安全概念分析和整车层面功能安全控制系统设计两个过程；

其中，整车层面功能安全控制系统设计是在整车层面功能安全概念分析基础上进行的，包括在确定的功能安全要求和技术安全要求基础上，构建故障诊断模块对转向系统进行故障诊断与分析，以及基于故障诊断与分析构建安全控制策略模块对转向系统发生故障时予以控制；

在对整车层面功能安全概念分析时，首先对转向系统功能进行定义，然后定义不同转向场景，再根据不同转向场景进行失效分类，由此确定出各种危害事件，再对危害事件进行危害分析与风险评估，包括严重度、暴露度、可控度分析，由此确定相应的汽车安全完整性等级，根据汽车安全完整性等级制定出相应的功能安全目标，并将功能安全目标映射为转向系统的功能安全要求和技术安全要求；

设定4种转向场景，6种失效模式，4种转向场景为：a.原地转向、b.低速驾驶、c.中低速驾驶、d.中高速驾驶；6种失效模式为：a.丧失转向能力、b.与期望同向但转向过大、c.与期望同向但转向过小、d.反向转向、e.转向锁死、f.自主转向。

进一步地，根据功能安全目标映射为转向系统的功能安全要求和技术安全要求的方法为：