一种适用于智能汽车的人机共驾型线控转向控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于智能汽车的人机共驾型线控转向控制系统，属于智能汽车控制领域。本系统包括线控转向模块、方向盘控制模式决策模块和感知通讯模块，旨在解决智能汽车在不同的人工驾驶模式、自动驾驶模式、人机共享驾驶模式下，方向盘控制模式的选择问题。本发明专利技术共设计了五种方向盘控制模式，分别为自由模式、随动模式、静止模式、沉默模式和共驾模式，基于驾驶模式，综合考虑驾驶场景危险程度、驾驶员喜好，结合模糊控制方法，选择合适的方向盘控制模式，以使线控转向系统能够适应智能汽车的不同驾驶模式、不同环境危险程度和不同的驾驶员喜好。驾驶员喜好。驾驶员喜好。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于智能汽车的人机共驾型线控转向控制系统

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[0001]本专利技术属于智能汽车控制领域，具体地说涉及一种适用于智能汽车的人机共驾型线控转向控制系统，用于控制车辆在人工驾驶模式、自动驾驶模式、人机共享驾驶模式下的不同方向盘控制模式，提高车辆行驶安全性的同时兼顾驾驶员的喜好、意愿。

技术介绍
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[0002]智能汽车是集周围环境感知、驾驶员操作感知、智能决策和其它多项技术于一体的高级驾驶系统。近年来，人工智能技术、存储技术和网络技术的迅猛发展也引领智能汽车向着更高水平迈进，智能汽车将代替人类驾驶员执行更多驾驶基本操作和较复杂操作。根据美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)和汽车工程师协会(SAE)的规定，自动驾驶系统分为L0到L5共6个层次，从L0的全手动驾驶到L5的全自动驾驶。由于伦理问题、相关法律问题以及完全无人驾驶的技术瓶颈限制，目前实现L5级全自动驾驶汽车较为困难，因此在未来可见的一段时间内，L2
‑
L4等级汽车的人机共驾系统阶段是不可跨过的。
[0003]在智能汽车人机共驾系统阶段，线控转向系统由于取消了方向盘和转向轮之间的机械连接，实现了驾驶员转向输入与车辆转向轮转动之间的解耦，这一方面使得人机共驾系统中的机器自动驾驶系统在工作过程中不会再对驾驶员的转向盘操作产生转角或转向力矩干预，可以结合自动化系统自身的感知与控制能力辅助驾驶员的转向盘操作，在一种非接触方式下实现共享控制；另一方面也带来了问题，在机器自动驾驶模式下，能够在没有转向盘输入的情况下使车轮转动，此时方向盘是否需要跟随车轮转动的问题值得考虑，需要综合考虑驾驶环境的危险程度以及驾驶员对方向盘控制模式的喜好进行决策。适用于人机共驾的线控转向系统在人工驾驶模式、人机共享驾驶、机器自动驾驶模式下，应当提供多种方向盘控制模式以供选择，目前人机共驾线控转向系统的控制系统中未考虑此问题。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种适用于智能汽车的人机共驾型线控转向控制系统，在智能汽车不同的驾驶模式下，设计与选择合适的方向盘控制模式，适应当前驾驶环境和驾驶员的喜好，提高车辆行驶安全性的同时兼顾驾驶员的喜好、意愿。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是按如下技术方案实现的：
[0006]一种适用于智能汽车的人机共驾型线控转向控制系统，包括线控转向模块、方向盘控制模式决策模块和感知通讯模块；技术方案所述的线控转向模块包括方向盘子模块和转向执行子模块；技术方案所述的方向盘控制模式决策模块用于决策合适的方向盘控制模式，其分别与方向盘子模块和感知通讯模块相连；技术方案所述的转向执行子模块分别与感知通讯模块、方向盘子模块相连；
[0007]技术方案所述的方向盘子模块包括方向盘、路感电机、路感电机控制器、转向管柱转角传感器、转向管柱扭矩传感器；技术方案所述的方向盘上布置有n1个压力应变片，在方
向盘边缘的正面、侧面及背面分别间隔α1度安装一个压力应变片，在方向盘边缘的正面、侧面及背面各安装n2个压力应变片，用于采集驾驶员方向盘握力信号；其中，n1等于三倍n2；n2等于360除以α1；为了保证无论驾驶员手握方向盘边缘的哪一位置，应变片都能采集到驾驶员的手握方向盘的握力信号，故至少将应变片间隔α1均匀分布安装于方向盘边缘，也可在此基础上于驾驶员习惯手握方向盘的位置额外安装1至12个应变片，具体数量由应用者自行确定；因此应变片安装间隔角度α1取决于方向盘的直径和驾驶员的食指、中指、无名指和小指这四根手指对应的手掌宽度，应变片按照间隔角度α1的最小值为α0，α1可在1至5倍α0的范围内选择，具体数量由应用者自行确定；α0可由下式计算：
[0008][0009]式中，d
w
是方向盘的直径，单位为米，B
h
是驾驶员的食指、中指、无名指和小指这四根手指对应的手掌宽度，单位为米；
[0010]技术方案所述的路感电机对应不同的方向盘控制模式具有五种功用：充当路感反馈电机、充当方向盘驱动电机、充当方向盘制动电机、充当方向盘从动电机和充当综合信息反馈电机，具有方向盘角度闭环控制和方向盘力矩闭环控制两种控制模式；
[0011]技术方案所述的方向盘控制模式决策模块具有五种方向盘控制模式，分别为自由模式、随动模式、静止模式、沉默模式和共驾模式，技术方案所述的方向盘控制模式决策模块综合车辆当前的驾驶模式、驾驶场景危险程度因子、驾驶员喜好以决策方向盘的控制模式，也可以由驾驶员自主选择方向盘控制模式；技术方案所述的驾驶场景危险程度因子用于衡量当前驾驶场景的危险程度，驾驶场景危险程度因子数值越大，说明当前驾驶场景的危险程度越高；若车辆当前驾驶模式为人工驾驶模式，则方向盘控制模式选择自由模式；若车辆当前驾驶模式为机器自动驾驶模式，则方向盘控制模式从随动模式、静止模式和沉默模式中选择，基于驾驶场景危险程度因子、方向盘握力、驾驶员喜好，通过模糊控制方法进一步选取方向盘控制模式；其中，在静止模式下，路感电机输出一个方向盘制动力矩以阻止方向盘转动；若车辆当前驾驶模式为人机共享驾驶模式，则方向盘控制模式选择共驾模式，在方向盘共驾模式下，根据驾驶权重调整路感电机的输出力矩，此时的路感电机输出力矩定义为综合反馈力矩；技术方案所述的方向盘控制模式决策模块包括主控制器、一个人机交互界面和数据存储器，驾驶员通过在人机交互界面填写问卷的方式输入喜好的方向盘控制模式，问卷结果存储到数据存储器中；技术方案所述的问卷结果包括：驾驶员的姓名、填写问卷的序号、将随动模式、静止模式和沉默模式按照偏好程度排序的结果；技术方案所述的问卷可以重复填写，每一次填写完毕的问卷结果将会覆盖历史的问卷结果；技术方案所述的数据存储器中还存储着驾驶员的性别、年龄、身高、体重信息，以及方向盘分别至车辆所有转向轮的角传动比；
[0012]技术方案所述的感知通讯模块用于获取车辆的左前轮转角和右前轮转角、纵向车速，可以通过传感器获取当前道路的标准路面等级，以及识别当前驾驶员身份；技术方案所述的标准路面等级共分为A、B、C、D、E、F、G、H八级，其中，A级路面最好，H级路面最差。
[0013]技术方案所述的方向盘控制模式决策模块的五种方向盘控制模式：
[0014]在自由模式下，方向盘由驾驶员自由控制，转向轮转角跟随方向盘转角，路感电机充当路感反馈电机，仅为驾驶员提供路感反馈力矩；此时路感电机采用方向盘力矩闭环控
制；
[0015]在随动模式下，方向盘转角跟随转向轮转角，路感电机充当方向盘驱动电机，驱动方向盘转动，路感电机采用方向盘角度闭环控制；
[0016]在静止模式下，方向盘保持处于回正状态，此时路感电机充当方向盘制动电机，产生方向盘制动力矩阻止方向盘转动，路感电机采用方向盘角度闭环控制；
[0017]在沉默模式下，方向盘可以由驾驶员转动，但是方向盘转角信号对于转向电机控制器是无效的，转向轮转角并不会跟随方向盘转角，此时路感电机充当方向盘从动电机，由方向盘带动转动，路感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于智能汽车的人机共驾型线控转向控制系统，其特征在于，包括线控转向模块、方向盘控制模式决策模块和感知通讯模块；所述线控转向模块包括方向盘子模块和转向执行子模块；所述方向盘控制模式决策模块用于决策合适的方向盘控制模式，其分别与方向盘子模块和感知通讯模块相连；所述转向执行子模块分别与感知通讯模块、方向盘子模块相连；所述方向盘子模块包括方向盘、路感电机、路感电机控制器、转向管柱转角传感器、转向管柱扭矩传感器；所述方向盘上布置有n1个压力应变片，在方向盘边缘的正面、侧面及背面分别间隔α1度安装一个压力应变片，在方向盘边缘的正面、侧面及背面各安装n2个压力应变片，用于采集驾驶员方向盘握力信号；其中，n1等于三倍n2；n2等于360除以α1；为了保证无论驾驶员手握方向盘边缘的哪一位置，应变片都能采集到驾驶员的手握方向盘的握力信号，故至少将应变片间隔α1均匀分布安装于方向盘边缘，也可在此基础上于驾驶员习惯手握方向盘的位置额外安装1至12个应变片，具体数量由应用者自行确定；因此应变片安装间隔角度α1取决于方向盘的直径和驾驶员的食指、中指、无名指和小指这四根手指对应的手掌宽度，应变片按照间隔角度α1的最小值为α0，α1可在1至5倍α0的范围内选择，具体数量由应用者自行确定；α0可由下式计算：式中，d
w
是方向盘的直径，单位为米，B
h
是驾驶员的食指、中指、无名指和小指这四根手指对应的手掌宽度，单位为米；所述路感电机对应不同的方向盘控制模式具有五种功用：充当路感反馈电机、充当方向盘驱动电机、充当方向盘制动电机、充当方向盘从动电机和充当综合信息反馈电机，具有方向盘角度闭环控制和方向盘力矩闭环控制两种控制模式；所述方向盘控制模式决策模块具有五种方向盘控制模式，分别为自由模式、随动模式、静止模式、沉默模式和共驾模式，所述方向盘控制模式决策模块综合车辆当前的驾驶模式、驾驶场景危险程度因子、驾驶员喜好以决策方向盘的控制模式，也可以由驾驶员自主选择方向盘控制模式；所述驾驶场景危险程度因子用于衡量当前驾驶场景的危险程度，驾驶场景危险程度因子数值越大，说明当前驾驶场景的危险程度越高；若车辆当前驾驶模式为人工驾驶模式，则方向盘控制模式选择自由模式；若车辆当前驾驶模式为机器自动驾驶模式，则方向盘控制模式从随动模式、静止模式和沉默模式中选择，基于驾驶场景危险程度因子、方向盘握力、驾驶员喜好，通过模糊控制方法进一步选取方向盘控制模式；其中，在静止模式下，路感电机输出一个方向盘制动力矩以阻止方向盘转动；若车辆当前驾驶模式为人机共享驾驶模式，则方向盘控制模式选择共驾模式，在方向盘共驾模式下，根据驾驶权重调整路感电机的输出力矩，此时的路感电机输出力矩定义为综合反馈力矩；所述方向盘控制模式决策模块包括主控制器、一个人机交互界面和数据存储器，驾驶员通过在人机交互界面填写问卷的方式输入喜好的方向盘控制模式，问卷结果存储到数据存储器中；所述问卷结果包括：驾驶员的姓名、填写问卷的序号、将随动模式、静止模式和沉默模式按照偏好程度排序的结果；所述问卷可以重复填写，每一次填写完毕的问卷结果将会覆盖历史的问卷结果；所述数据存储器中还存储着驾驶员的性别、年龄、身高、体重信息，以及方向盘分别至车辆所有转向轮的角传动比；所述感知通讯模块用于获取车辆的左前轮转角和右前轮转角、纵向车速，可以通过传感器获取当前道路的标准路面等级，以及识别当前驾驶员身份；所述
标准路面等级共分为A、B、C、D、E、F、G、H八级，其中，A级路面最好，H级路面最差。2.根据权利要求1所述的一种适用于智能汽车的人机共驾型线控转向控制系统，其特征在于，所述方向盘控制模式决策模块的五种方向盘控制模式具体为：在自由模式下，方向盘由驾驶员自由控制，转向轮转角跟随方向盘转角，路感电机充当路感反馈电机，仅为驾驶员提供路感反馈力矩；此时路感电机采用方向盘力矩闭环控制；在随动模式下，方向盘转角跟随转向轮转角，路感电机充当方向盘驱动电机，驱动方向盘转动，路感电机采用方向盘角度闭环控制；在静止模式下，方向盘保持处于回正状态，此时路感电机充当方向盘制动电机，产生方向盘制动力矩阻止方向盘转动，路感电机采用方向盘角度闭环控制；在沉默模式下，方向盘可以由驾驶员转动，但是方向盘转角信号对于转向电机控制器是无效的，转向轮转角并不会跟随方向盘转角，此时路感电机充当方向盘从动电机，由方向盘带动转动，路感电机的输出力矩为0；在共驾模式下，方向盘由驾驶员操控，路感电机充当综合信息反馈电机，路感电机此时的输出力矩为综合反馈力矩，向驾驶员提供路感信息的同时还提供驾驶权重分配信息；此时路感电机采用方向盘力矩闭环控制。3.根据权利要求1所述的一种适用于智能汽车的人机共驾型线控转向控制系统，其特征在于，所述驾驶场景危险程度因子D
s
按照如下公式确定：式中，k1是车速影响因子，v
x
是本车的纵向车速；k2是车轮转角影响因子，θ
f1
、θ
f2
分别是左前轮转角和右前轮转角；k3、k4分别是前车车距影响因子和后车车距影响因子，L
f
、L
r
分别是本车与前车的车距、与后车的车距，L
f0
、L
r0
分别是本车与前车的车距的安全阈值、与后车的车距的安全阈值，L
f0
、L
r0
具体取值由汽车生产厂家按照制动性能自行设定；k5是路面等级影响因子，P是标准路面等级换算系数，对应标准路面等级A、B、C、D、E、F、G、H时，标准路面等级换算系数依次取值1、2、3、4、5、6、7、8；k1、k2、k3、k4、k5的具体数值通过选用本车车型参数建立的车辆模型的大量仿真试验标定获得；驾驶场景危险程度因子表征当前驾驶场景的危险程度，其数值越大，说明危险程度越高，具体定义为与车速及车辆前轮转角正相关，与前车、后车之间的车距负相关，与当前道路的标准路面等级好坏相关，即车速越快、转角越大、与前后车的车距越小，当前道路的标准路面等级越差，当前驾驶场景越危险；所述驾驶场景危险程度因子具有第一阈值和第二阈值，其中，第一阈值大于第二阈值，均通过大量仿真和试验获取，也可以由应用者自行设定。4.根据权利要求1所述的一种适用于智能汽车的人机共驾型线控转向控制系统，其特征在于，所述方向盘控制模式决策模块在车辆处于机...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宏宇，陈超宁，靳立强，肖峰，刘哲，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：