一种基于转向干预的汽车双驾双控方法及系统与流程

本发明涉及汽车智能驾驶技术领域，尤其涉及的是一种基于转向干预的汽车双驾双控方法及系统。

背景技术：

无人驾驶系统主要包括环境感知、规划决策、控制执行等几个主要系统或部件，其实现集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术。虽然无人驾驶的核心技术——人工智能从提出到现在已经过了60年的时间，但在智能汽车领域，自动驾驶完全代替人工驾驶仍然需要较长的一段时间，甚至其必要性也需要经过充分的论证，而人工驾驶与自动驾驶（即双驾）并存必将成为在智能汽车发展过程中驾驶形式的一种常态。对于城市道路下的智能汽车，其完全产业化目前尚需攻克大量的关键技术，但限定于某些特殊应用背景下，如园区接驳、园区物流、房产观光、定点巡逻等领域，强约束条件下的场地内专用智能电动车却是可以较快服务于社会生产与生活的。

在智能车的底层改造过程中，主要包括底层速度、档位、制动与转向四大执行机构的改造，在车辆工作于有人值守的自动驾驶模式下，如有特殊情况或紧急情况发生需要人工干预时，如经过急弯行驶突然有人或动物等冲出而车辆来不及减速、换方向等操作时，在自动驾驶模式下，车辆的制动与转向时间一般大于人工操作的情况，而车辆如果以较快的速度经过急弯时传感器对于突然出现的移动物体从检测到至上层决策指挥底层执行机构进行转向、制动等动作所预留的时间将比较短，而无论是转向还是制动，都存在转角时间和制动距离（与制动时间成正比）的要求，这就造成了制动、转向动作有执行不完全而引发事故的可能性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于转向干预的汽车双驾双控方法及系统，旨在通过转向干预为激励源实现可自由切换的双驾双控，实现了电控转向助力，并可通过监测扭矩信息进行智能车的双驾双控，在人工控制的人工驾驶和ecu控制的自动驾驶进行切换，提高了实际使用过程中人员和车辆的安全性，使得在一定场景下实现人工驾驶和自动驾驶自由、便捷的切换。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于转向干预的汽车双驾双控方法，其中，所述方法包括：

步骤a，通过智能驾驶的ecu控制器接收上位机的指令，判断有无转向干预的出现，实现人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行或者切换；

步骤b，当处于人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行的状态时，接收驾驶员转动方向盘进行转向的操作指令和自动驾驶输出的辅助力，协助驾驶员进行转向操纵；

步骤c，当处于自动驾驶模式状态时，转向角度由上位机通过ecu控制器发送给转向控制器，自动控制输出轴进行转向，并读取转角传感器的回馈值，将实际转角发送给ecu控制器。

所述的基于转向干预的汽车双驾双控方法，其中，所述步骤a具体包括：

步骤a1，预先在电动助力转向系统内增加转角传感器和用于智能驾驶支持can总线线控的转向控制器，或者通过修改支持can总线的原eps控制器硬件的程序来实现控制；

步骤a2，通过智能驾驶的ecu控制器接收上位机的指令，判断有无转向干预的出现控制原车控制信号和ecu控制器自动控制信号的切换；

步骤a3，控制实现人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行，或者在人工驾驶模式和自动驾驶模式之间进行切换。

所述的基于转向干预的汽车双驾双控方法，其中，所述步骤b具体包括：

步骤b1，当处于人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行的状态时，接收驾驶员转动方向盘进行转向的操作指令，扭矩通过输入轴传递到扭力杆，扭矩传感器感受电压变化后传送到转向控制器；

步骤b2，转向控制器根据扭矩传感器检测到的扭矩信号和ecu控制器通过can总线发送的车速信号以及反馈电动机电压和电流信号；

步骤b3，判断车辆的转向状态，向电动机发出控制指令，给电动机一定占空比的电压，使电动机按方向盘转动的角度和方向产生相应大小的辅助力，通过蜗轮、蜗杆传递给输出轴，协助驾驶员进行转向操纵。

所述的基于转向干预的汽车双驾双控方法，其中，所述步骤c具体包括：

步骤c1，当处于自动驾驶模式状态时，智能驾驶的ecu控制器通过can总线向转向控制器发送转向角度数据、车速数据和工作模式指令；

步骤c2，转向控制器根据ecu控制器的指令和数据向电动机发出控制指令，电动机按照相应的角度和方向通过蜗轮蜗杆传递给输出轴，进行转向；

步骤c3，转角传感器实时检测方向管柱的实际转角并反馈给转向控制器，同时扭矩传感器将实时检测的扭矩偏移量发送给转向控制器，转向控制器将扭矩信息和实际转角信息通过can总线回馈给智能驾驶的ecu控制器。

所述的基于转向干预的汽车双驾双控方法，其中，所述工作模式指令包括：有助力自动驾驶，有助力人工驾驶，无助力人工驾驶。

所述的基于转向干预的汽车双驾双控方法，其中，当有人工转向干预时，扭矩通过输入轴传递到扭力杆，扭力杆相对输出轴产生角向位移，输入轴和输出轴间产生角向位移差，使滑块在输出轴轴向方向移动；扭矩传感器与滑块相连，扭矩传感器将滑块位移量转换为电压信号，转向控制器接收到相应的电压信号并转化为数字量，根据扭矩cm实际变化与预设定的变化阈值s峰值比较结果向智能驾驶的ecu控制器发送切换到人工驾驶模式请求，ecu控制器返回确认指令并检测车辆自身行驶状态与环境感知状态判别是否可以进行切换，转向控制器二次检测扭矩变化率确定有人工转向干预时，向ecu控制器发送模式切换确认请求，ecu控制器经上位机决策确认切换到人工驾驶模式后，控制车辆停车并切换到人工驾驶模式。

所述的基于转向干预的汽车双驾双控方法，其中，在处于人工驾驶模式下，当驾驶员释放方向盘时，扭矩实际变化率趋近于0，远低于预设定的变化阈值s峰值，同时扭矩cm接近于0，转向控制器向ecu控制器发送切换到自动驾驶模式请求，ecu控制器检测车辆状态并传送给上位机，上位机在确认车辆状态与环境感知状态适于切换到自动驾驶模式后，发送切换到自动驾驶模式指令。

一种基于转向干预的汽车双驾双控系统，其中，所述系统包括：

ecu控制器，用于接收上位机的指令，判断有无转向干预的出现，实现人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行或者切换；

转向控制器，用于智能驾驶支持can总线线控；

转角传感器；用于实时检测方向管柱的实际转角并反馈给转向控制器；

扭矩传感器，用于当扭矩通过输入轴传递到扭力杆时感受电压变化后传送到转向控制器；

电动机，用于接收控制指令，根据方向盘转动的角度和方向产生相应大小的辅助力；

所述转角传感器分别与所述扭矩传感器和电动机连接，所述扭矩传感器和电动机分别与所述转向控制器连接，所述转向控制器通过can总线与所述ecu控制器连接；

通过所述ecu控制器接收上位机的指令，当处于人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行的状态时，接收驾驶员转动方向盘进行转向的操作指令，扭矩通过输入轴传递到扭力杆，扭矩传感器感受电压变化后传送到转向控制器；转向控制器根据扭矩传感器检测到的扭矩信号和ecu控制器通过can总线发送的车速信号以及反馈电动机电压和电流信号，判断车辆的转向状态，向驱动单元发出控制指令，给电动机一定占空比的电压，使电动机按方向盘转动的角度和方向产生相应大小的辅助力，通过蜗轮、蜗杆传递给输出轴，协助驾驶员进行转向操纵；当处于自动驾驶模式状态时，转向角度由上位机通过ecu控制器发送给转向控制器，转向控制器根据收到的指令与参数向驱动单元发出控制指令，同样通过电动机、蜗轮、蜗杆传递给输出轴进行转向，并读取角度传感器的回馈值，将实际转角发送给ecu控制器。

所述的基于转向干预的汽车双驾双控系统，其中，所述转向控制器包括：单片机、电源系统、模拟信号调理电路；

所述单片机用于通过can总线接收智能驾驶的ecu指令；

所述电源系统用于将输入的车载12v电源转换为单片机和模拟信号调理电路所需的电源；

所述模拟信号调理电路用于处理扭矩传感器、转角传感器输出的传感信号以及电动机反馈的电压、电流信号，得到满足单片机电平要求的、完全符合信号电气和逻辑特征的信号；所述模拟信号调理电路还用于将单片机输出给离合器、电动机的控制信号处理成符合离合器、电动机电气要求的控制信号与驱动信号，以作为电动机、减速机构转动力矩的激励源。

所述的基于转向干预的汽车双驾双控系统，其中，所述单片机内部集成模拟数字转换器adc和数字模拟转换器dac或者外部单独配置模数转换与数模转换电路，所述模拟数字转换器adc用于将经模拟信号调理电路处理过的扭矩传感信号与转角传感信号转化为数字量，供单片机处理；

所述单片机和模拟信号调理电路所需的电源包括：12v、5v和3.3v电源；

所述模拟信号调理电路包括：比例放大电路、含衰减器、电压跟随器、功率放大器。

本发明公开了公开了一种基于转向干预的汽车双驾双控方法及系统，所述方法包括：通过智能驾驶的ecu控制器接收上位机的指令，判断有无转向干预的出现，实现人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行或者切换；当处于人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行的状态时，接收驾驶员转动方向盘进行转向的操作指令和自动驾驶输出的辅助力，协助驾驶员进行转向操纵；当处于自动驾驶模式状态时，转向角度由上位机通过ecu控制器发送给转向控制器，自动控制输出轴进行转向，并读取转角传感器的回馈值，将实际转角发送给ecu控制器。本发明通过转向干预为激励源实现可自由切换的双驾双控，实现了电控转向助力，并可通过监测扭矩信息进行智能车的双驾双控，在人工控制的人工驾驶和ecu控制的自动驾驶进行切换，提高了实际使用过程中人员和车辆的安全性，使得在一定场景下实现人工驾驶和自动驾驶自由、便捷的切换。

附图说明

图1是本发明基于转向干预的汽车双驾双控方法的较佳实施例的流程图。

图2是本发明基于转向干预的汽车双驾双控系统的较佳实施例的功能原理框图。

图3是本发明基于转向干预的汽车双驾双控系统中转向控制器的组成结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明基于转向干预的汽车双驾双控方法的较佳实施例的流程图。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于转向干预的汽车双驾双控方法，包括以下步骤：

步骤s100，通过智能驾驶的ecu控制器接收上位机的指令，判断有无转向干预的出现，实现人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行或者切换。

进一步地，所述步骤s100具体包括：

s101，预先在电动助力转向系统内增加转角传感器和用于智能驾驶支持can总线线控的转向控制器，或者通过修改支持can总线的原eps控制器硬件的程序来实现控制；

s102，通过智能驾驶的ecu控制器接收上位机的指令，判断有无转向干预的出现控制原车控制信号和ecu控制器自动控制信号的切换；

s103，控制实现人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行，或者在人工驾驶模式和自动驾驶模式之间进行切换。

本发明具体实施时，为了实现基于转向干预的汽车双驾双控的主要方法是在电动助力转向系统内增加转角传感器并增加或替换成适用于智能驾驶支持can（can：controllerareanetwork，控制器局域网络）总线线控的转向控制器，如果原eps控制器硬件已支持can总线，也可通过修改程序而不增加或替换成新的控制器来实现。智能驾驶的ecu（ecu：electroniccontrolunit，电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等，从用途上讲则是汽车专用微机控制器，它和普通的电脑一样，由微处理器（cpu）、存储器（rom、ram）、输入/输出接口（i/o）、模数转换器（a/d）以及整形、驱动等大规模集成电路组成，用一句简单的话来形容就是“ecu就是汽车的大脑”）控制器接收上位机的指令，在判别有无转向干预的前提下，实现原车控制信号和ecu控制器自动控制信号的合理切换，保证对应于自动驾驶和人工驾驶模式，相应的控制信号输出到转向控制器和原车的电机控制器中。

步骤s200，当处于人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行的状态时，接收驾驶员转动方向盘进行转向的操作指令和自动驾驶输出的辅助力，协助驾驶员进行转向操纵。

进一步地，所述步骤s200具体包括：

s201，当处于人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行的状态时，接收驾驶员转动方向盘进行转向的操作指令，扭矩通过输入轴传递到扭力杆，扭矩传感器感受电压变化后传送到转向控制器；

s202，转向控制器根据扭矩传感器检测到的扭矩信号和ecu控制器通过can总线发送的车速信号以及反馈电动机电压和电流信号；

s203，判断车辆的转向状态，向电动机发出控制指令，给电动机一定占空比的电压，使电动机按方向盘转动的角度和方向产生相应大小的辅助力，通过蜗轮、蜗杆传递给输出轴，协助驾驶员进行转向操纵。

本发明具体实施时，人工驾驶模式下，驾驶员转动方向盘进行转向时，扭矩通过输入轴传递到扭力杆，输入轴和输出轴之间的旋转方向角度出现偏差，这些角度变化转换为扭矩传感器电压变化，并传送到转向控制器，转向控制器根据扭矩传感器检测到的扭矩信号和ecu通过can总线发送的车速信号以及反馈电机电压和电流信号，判断车辆的转向状态，向驱动单元发出控制指令，给电动机一定占空比的电压，使电动机按方向盘转动的角度和方向产生相应大小的辅助力，通过蜗轮蜗杆传递给输出轴，协助驾驶员进行转向操纵。

如图2所示，当有人工转向干预（即人为转动方向盘）时，扭矩通过输入轴传递到扭力杆，扭力杆相对输出轴产生角向位移，输入轴和输出轴间产生角向位移差，使滑块在输出轴轴向方向移动，而扭矩传感器与滑块相连，扭矩传感器将滑块位移量转换为电压信号，转向控制器接收到相应的电压信号并转化为数字量，根据扭矩（用cm表示扭矩值）实际变化（cm对时间的导数）与预设定的变化阈值（用s峰值表示）比较结果向智能驾驶的ecu控制器发送切换到人工驾驶模式请求，ecu控制器返回确认指令并检测车辆自身行驶状态与环境感知状态判别是否可以进行切换，转向控制器二次检测扭矩变化率仍表明有人工转向干预时，向ecu控制器发送模式切换确认请求，ecu控制器经上位机决策确认切换到人工驾驶模式后控制车辆停车并切换到人工驾驶模式。

在人工驾驶模式下，当驾驶员释放方向盘时，扭矩实际变化率趋近于0，远低于预设定的变化阈值s峰值，同时扭矩值cm也接近于0，转向控制器向ecu控制器发送切换到自动驾驶模式请求，ecu控制器检测车辆状态并传送给上位机，由上位机进行决策，上位机在确认车辆状态与环境感知状态适于切换到自动驾驶模式后发送切换到自动驾驶模式指令。

步骤s300，当处于自动驾驶模式状态时，转向角度由上位机通过ecu控制器发送给转向控制器，自动控制输出轴进行转向，并读取转角传感器的回馈值，将实际转角发送给ecu控制器。

进一步地，所述步骤s300具体包括：

s301，当处于自动驾驶模式状态时，智能驾驶的ecu控制器通过can总线向转向控制器发送转向角度数据、车速数据和工作模式指令；

s302，转向控制器根据ecu控制器的指令和数据向电动机发出控制指令，电动机按照相应的角度和方向通过蜗轮蜗杆传递给输出轴，进行转向；

s303，转角传感器实时检测方向管柱的实际转角并反馈给转向控制器，同时扭矩传感器将实时检测的扭矩偏移量发送给转向控制器，转向控制器将扭矩信息和实际转角信息通过can总线回馈给智能驾驶的ecu控制器。

本发明中，自动驾驶模式下，转向角度由上位机通过ecu控制器发送给转向控制器，即车辆的转向状态完全由上位机提供，转向控制器根据收到的ecu指令与参数向驱动单元发出控制指令，同样通过电动机、蜗轮、蜗杆传递给输出轴，进行转向，并读取角度传感器的回馈值，将实际转角发送给ecu，决策由上位机制定。

如图2所示，在自动驾驶模式下，智能驾驶的ecu控制器通过can总线向转向控制器发送转向角度数据（绝对量，回正为0，左转向为正，右转向为负）、车速数据（前进为正，后退为负）和工作模式指令（有助力自动驾驶，有助力人工驾驶，无助力人工驾驶），转向控制器根据ecu控制器的指令和数据驱动电机按照相应的角度和方向通过蜗轮蜗杆传递给输出轴，进行转向，转角传感器实时检测方向管柱的实际转角并反馈给转向控制器，扭矩传感器也将实时检测的扭矩偏移量发送给转向控制器，转向控制器将扭矩信息和实际转角信息通过can总线回馈给智能驾驶的ecu控制器。

基于上述实施例，本发明还提供一种基于转向干预的汽车双驾双控系统，请参阅图2，图2是本发明基于转向干预的汽车双驾双控系统的较佳实施例的功能原理框图。

如图2所示，所述系统包括：

ecu控制器，用于接收上位机的指令，判断有无转向干预的出现，实现人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行或者切换；

转向控制器，用于智能驾驶支持can总线线控；

转角传感器；用于实时检测方向管柱的实际转角并反馈给转向控制器；

扭矩传感器，用于当扭矩通过输入轴传递到扭力杆时感受电压变化后传送到转向控制器；

电动机，用于接收控制指令，根据方向盘转动的角度和方向产生相应大小的辅助力；

所述转角传感器分别与所述扭矩传感器和电动机连接，所述扭矩传感器和电动机分别与所述转向控制器连接，所述转向控制器通过can总线与所述ecu控制器连接；

通过所述ecu控制器接收上位机的指令，当处于人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行的状态时，接收驾驶员转动方向盘进行转向的操作指令，扭矩通过输入轴传递到扭力杆，扭矩传感器感受电压变化后传送到转向控制器；转向控制器根据扭矩传感器检测到的扭矩信号和ecu控制器通过can总线发送的车速信号以及反馈电动机电压和电流信号，判断车辆的转向状态，向驱动单元发出控制指令，给电动机一定占空比的电压，使电动机按方向盘转动的角度和方向产生相应大小的辅助力，通过蜗轮、蜗杆传递给输出轴，协助驾驶员进行转向操纵；当处于自动驾驶模式状态时，转向角度由上位机通过ecu控制器发送给转向控制器，转向控制器根据收到的指令与参数向驱动单元发出控制指令，同样通过电动机、蜗轮、蜗杆传递给输出轴进行转向，并读取角度传感器的回馈值，将实际转角发送给ecu控制器。

进一步地，如图3所示，所述的基于转向干预的汽车双驾双控系统，其中，所述转向控制器包括：单片机、电源系统、模拟信号调理电路；

所述转向控制器核心为单片机，通过can总线接收智能驾驶的ecu控制器的指令，是基于转向干预的场地专用智能汽车双驾双控算法的逻辑控制机构；所述单片机用于通过can总线接收智能驾驶的ecu指令。

所述电源系统用于将输入的车载12v电源转换为单片机和模拟信号调理电路所需的电源；总电源供给端以车用保险丝作为过载保护。

所述模拟信号调理电路用于处理扭矩传感器、转角传感器输出的传感信号以及电动机反馈的电压、电流信号，得到满足单片机电平要求的、完全符合信号电气和逻辑特征的信号；所述模拟信号调理电路还用于将单片机输出给离合器、电动机的控制信号处理成符合离合器、电动机电气要求的控制信号与驱动信号，以作为电动机、减速机构转动力矩的激励源。

进一步地，所述的基于转向干预的汽车双驾双控系统，其中，所述单片机内部集成模拟数字转换器adc和数字模拟转换器dac或者外部单独配置模数转换与数模转换电路，所述模拟数字转换器adc用于将经模拟信号调理电路处理过的扭矩传感信号与转角传感信号转化为数字量，供单片机处理；

所述单片机和模拟信号调理电路所需的电源包括：12v、5v和3.3v电源；

所述模拟信号调理电路包括：比例放大电路、含衰减器、电压跟随器、功率放大器。

综上所述，本发明公开了公开了一种基于转向干预的汽车双驾双控方法及系统，所述方法包括：通过智能驾驶的ecu控制器接收上位机的指令，判断有无转向干预的出现，实现人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行或者切换；当处于人工驾驶模式和自动驾驶模式同时进行的状态时，接收驾驶员转动方向盘进行转向的操作指令和自动驾驶输出的辅助力，协助驾驶员进行转向操纵；当处于自动驾驶模式状态时，转向角度由上位机通过ecu控制器发送给转向控制器，自动控制输出轴进行转向，并读取转角传感器的回馈值，将实际转角发送给ecu控制器。本发明通过转向干预为激励源实现可自由切换的双驾双控，实现了电控转向助力，并可通过监测扭矩信息进行智能车的双驾双控，在人工控制的人工驾驶和ecu控制的自动驾驶进行切换，提高了实际使用过程中人员和车辆的安全性，使得在一定场景下实现人工驾驶和自动驾驶自由、便捷的切换。

当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件（如处理器，控制器等）来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。