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原文传递全自动驾驶系统车载设备可靠性分析与实现

论文题名：	全自动驾驶系统车载设备可靠性分析与实现
关键词：	全自动驾驶系统;车载设备;可靠性分析;动态故障树
摘要：	本文利用动态故障树法对采用双机热备冗余结构ATO的车载设备可靠性进行了研究，并且在RM48微处理器的基础上完成了双机热备冗余结构ATO的硬件设计和软件设计。最后详细分析了ATO的切换时间，并构建了用于测试ATO切换性能的测试平台。通过对车载设备可靠性的分析和ATO硬件和软件设计，可以得出: 　　(1)双机热备冗余结构ATO能有效提高车载设备可靠性　　采用动态故障树法对双机热备冗余结构ATO结合不同结构ATP的车载设备可靠性进行了对比分析。通过分析可以看出，采用车头/尾冗余结构VOBC、三取二冗余结构ATP、双机热备冗余结构ATO的车载设备可靠性指标M(I)BF达到了3.45×107小时、M(I)TR为4小时、A为99.99998840％。研究结果还表明，由于VOBC的可靠性受到ATO的限制，其可靠性MTBF最高能达到106小时左右，要获得更高的VOBC可靠性指标，只有提高ATO的可靠性，即通过对ATO进行冗余设计来提高整个VOBC的可靠性，从而提高车载设备的可靠性。　　(2) ATO硬件设计可监测微处理器工作状态和CAN通信状态　　基于双核浮点锁步微处理器RM48开发了双机热备冗余结构ATO。该设计不但可以实现对RM48微处理器的工作状态进行实时监测，而且还能够对CAN通信状态进行监测。如果检测到故障发生，立刻实施切换机制。在具体实现上，设计了RM48外围电路（包括电源电路、复位电路、时钟电路、CAN接口电路等）; 　　(3) ATO软件设计可保证主备机之间的切换和数据同步　　在ATO硬件电路的基础上，完成了ATO软件的设计。软件设计通过检测CAN总线消息ID来判断处理单元A和处理单元B的工作状态。并采用基于任务的同步方式来保证切换过程的平稳性。　　(4) ATO切换性能符合系统设计　　通过切换流程的分析，可以发现处理单元A出现ESM故障信号或CAN总线通信故障需要切换到处理单元B作为ATO主机时，切换时间小于200ms。这个切换时间低于ATO工作周期(200ms)，符合设计要求。随后搭建了用于测试ATO切换性能的测试平台，并对可能出现的ESM故障信号和CAN通信故障进行了测试。测试结果表明，切换过程能够实现无缝切换，符合ATO的设计要求。　　本文的工作已经达到了预期目标，但由于时间限制和个人经验的不足，所做工作还有许多需要完善和改进的地方，因此，后续工作将针对以下几部分展开: 　　(1)本文在车载设备可靠性的分析中，只考虑了车载ATO、ATP，以及用于列车头尾VOBC通信的SWC，而且ATO和ATP的可靠性分析只考虑到运算单元，并没有将它们的输入板、输出板、电源板纳入分析范围之内，但是在实际分析中，影响车载设备可靠性的因素更多，包括速度传感器、应答器、VOBC工作电源等。因此，全面分析车载设备的可靠性是接下来需要完成的工作。　　(2)实际应用的ATO硬件设备比较复杂，包括输入板、输出板、电源板等，并且输出板输出模拟量信息，所以ATO硬件电路设计还需要改进和完善，为现场测试做好准备。　　(3)本文搭建的ATO测试平台只能实现对ATO切换性能进行测试。因此，本文下一步还需完善ATO测试平台，测试和验证ATO的功能，如列车驾驶、精确停车、列车自检、列车唤醒/休眠等。
作者：	马龙
专业：	智能交通工程
导师：	步兵
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文