城市自动驾驶决策系统安全分析与策略设计
作者:
作者单位:

同济大学 汽车学院,上海 201804

作者简介:

陈君毅(1980—),女,讲师,工学博士,主要研究方向为自动驾驶汽车的测试和评价技术。E-mail: chenjunyi@tongji.edu.cn

通讯作者:

邢星宇(1991—),男,博士生,主要研究方向为自动驾驶汽车的测试和评价技术。E-mail: 18622682421@163.com

基金项目:

国家重点研发计划(2018YFB0105101,2018YFB0105103)


Safety Analysis and Strategy Design for Decision System of Urban Autonomous Driving Vehicles
Author:
Affiliation:

School of Automotive Studies, Tongji University, Shanghai 201804, China

Fund Project:

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    摘要:

    基于系统理论过程分析(system theory process analysis, STPA), 提出了一种面向高等级自动驾驶决策系统的安全性开发方法。该方法应用在一个城市自动驾驶决策系统的原型开发阶段, 通过安全分析得到系统的70个不安全控制行为。针对其中3个功能状态, 分析得到10个不安全控制行为原因, 提出9个安全策略。应用其中一个典型安全策略进行系统改进, 通过仿真试验对其进行了验证。试验结果表明,基于所提出方法设计的安全策略有效可行, 提出的方法能够提高自动驾驶决策系统的安全性。

    Abstract:

    Based on system theory process analysis (STPA), a safety development method for high level autonomous driving decision systems was proposed. The proposed method was applied to the prototype of an urban autonomous driving decision system. 70 Unsafe Control Actions (UCAs) for the entire system were found through safety analysis. Focusing on 3 function states of the system, 10 reasons for UCAs and 9 safety strategies were put forward. One strategy got implemented and validated through model-in-the-loop simulations. Test results show, the safety strategy is effective and the proposed method can enhance the safety of autonomous driving decision systems.

    表 2 各功能状态的不安全控制行为数目Table 2
    表 4 自主泊车功能事故、系统危险、安全性约束Table 4
    表 5 自主泊车功能的安全策略Table 5
    图1 本文所提出的安全性开发方法Fig.1 Proposed safety development method
    图2 整车控制结构图Fig.2 Control structure of autonomous vehicles
    图3 决策系统状态机过程模型Fig.3 FSA-based process model of the decision-making system
    图4 自主泊车工况典型危险试验场景Fig.4 Testing Scenario of the auto-parking function
    图5 自主泊车工况典型危险事件下的事故过程Fig.5 Process of the accident during auto-parking
    图6 添加紧急制动状态后的泊车状态机程序Fig.6 FSA of the auto-parking function with AEB state
    图7 实现安全策略后的自主泊车全过程Fig.7 Process of auto-parking with the safety strategy implemented
    图8 搭载安全策略前后泊车过程中的自车速度和相对距离Fig.8 Speed and relative distance during autoparking
    表 3 自主泊车功能的不安全控制行为原因Table 3
    表 1 自主泊车功能的不安全控制行为Table 1
    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

陈君毅,刘力豪,周堂瑞,邢星宇.城市自动驾驶决策系统安全分析与策略设计[J].同济大学学报(自然科学版),2020,48(12):1810~1817

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  • 收稿日期:2020-09-30
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  • 在线发布日期: 2020-12-31