CN110001759A - 基于eps状态机的辅助驾驶系统及状态切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种安装在车辆上的基于EPS状态机的辅助驾驶系统及其状态切换方法，EPS状态机由ECU、电机驱动模块和信号通讯模块组成，ECU包含未准备、准备、助力、纠正、提示、故障、第一响应和第二响应这8个状态，根据各类传感器的信号输入自动完成行驶过程中的状态跳转，实现EPS多功能的转换，通过EPS状态机完成车辆行驶过程中提示驾驶员专注驾驶，利用EPS中电机产生的脉动转矩，在不影响正常驾驶的情况下，对驾驶人员做出震动提醒，提示纠正驾驶人员错误驾驶习惯或防止驾驶人员因开小差而未发现突发的驾驶危险，防止出现非驾驶员意图的行驶方向偏移以及纠正驾驶人员在行驶过程中的脱手驾驶习惯。

Description

基于EPS状态机的辅助驾驶系统及状态切换方法

技术领域

本发明涉及汽车驾驶领域、转向领域和电机控制领域，是一种安装在车辆上的辅助驾驶系统，是基于电动助力转向(EPS)状态机的辅助驾驶系统，具有安全提示性功能。

背景技术

状态机是由状态寄存器与组合逻辑电路构成的，可以根据控制信号按照预先设定的状态转移，是完成特定操作的控制中心。EPS状态机是一种根据外界传感器输入信号，根据预先设定，切换EPS的工作模式的控制模块。对于传统汽车，EPS仅提供助力转向作用，不需要状态机实施状态切换，而对于增加功能的EPS，则必须状态机实施状态切换。

辅助驾驶系统(ADAS)是利用安装在车上的各种各样的传感器，在汽车行驶过程中感应周围环境、收集数据等进行系统运算分析，使驾驶者感觉到危险发生的可能性，增加驾驶安全性与舒适性。目前，汽车助力转向系统已经发展到电动助力转向系统，但还是停靠在助力转向，还未起到其他辅助驾驶的作用。

目前各类驾驶人员驾驶习惯相差较大，长时间驾驶车辆会导致疲劳驾驶、开小差等情况的出现，危害道路安全，为此，需要一种安全提示性辅助驾驶系统。虽然一些车辆上已安装了安全提示性的辅助驾驶系统，但都需要添加额外的设备进行报警，占据车内空间。例如中国专利公开号CN206561835U的文献中公开的一种驻车方向盘回正提示系统中，需添加蜂鸣器、扬声器、显示屏等器件提示回正，且提示的仅是驻车情况下的汽车方向盘是否回正，在车辆行驶状态下的驾驶员方向盘状态难以检测，这些问题都有待解决。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的具有安全提示功能的辅助驾驶系统存在的问题，提出了一种基于多状态EPS状态机的辅助驾驶系统以及该系统的控制方法，无需增加额外的器件，通过EPS状态机完成车辆行驶过程中的提示。

本发明基于EPS状态机的辅助驾驶系统采用的技术方案是：包括EPS状态机，其特征是：EPS状态机由ECU、电机驱动模块和信号通讯模块组成，ECU包含未准备、准备、助力、纠正、提示、故障、第一响应和第二响应这8个状态；信号通讯模块与ECU双向连接，ECU的输出端连接电机驱动模块，信号通讯模块的输入端连接扭矩传感器，扭矩传感器检测方向盘的输出扭矩T_man并传递至信号通讯模块，电机驱动模块的输出端连接电机，电机经电机信号模块连接信号通讯模块，电机信号模块检测电机的输出扭矩并输出至信号通讯模块，电机输出的扭矩以及方向盘的输出扭矩T_man均传递至齿轮传动机构；信号通讯模块双向连接外部的行车电脑，行车电脑接收并处理外部传感器的输入信号。

所述的基于EPS状态机的辅助驾驶系统的状态切换方法采用的技术方案是包括有以下步骤：

步骤一：发动机未启动时，ECU在未准备状态，ECU接收正常运转信号S_r与故障信号S_g，当ECU接收正常运转信号S_r时，ECU跳转至准备状态；

步骤二：在准备状态下，当发动机点火启动，ECU跳转至助力状态，方向盘的输出扭矩T_man输入ECU中，同时输出至齿轮传动机构，ECU根据输出扭矩T_man计算出驱动信号S_H并发送到电机驱动模块，控制电机输出常规助力转矩T_h至齿轮传动机构；

步骤三：行车电脑将提示状态开启信号S_po经信号通讯模块输入ECU中，ECU开启提示状态与第一响应状态；行车电脑接收外部传感器的视频信号S_s与角度数字信号S_angle并判断车辆是否处于偏移，当判定偏移时，行车电输出偏移信号S_p至信号通讯模块，ECU接收偏移信号S_p，当输出扭矩T_man小于预设扭矩T_y时，ECU跳转至提示状态，并控制电机产生警报扭矩T_p，警报扭矩T_p通过齿轮传动机构传递给车轮，并直接传递至方向盘；

步骤四：行车电脑将纠正状态开起信号S_co经信号通讯模块输入ECU中，ECU开启纠正状态与第二响应状态；当ECU处理出输出扭矩T_man在5s内恒为0时，则跳转至纠正状态，并控制电机产生纠正扭矩T_c，纠正扭矩T_c通过齿轮传动机构传递给车轮，同时直接传递至方向盘。

本发明的技术效果是：

1.本发明设定EPS的各种状态，根据各类传感器的信号输入实现ECU内的状态跳转，通过EPS状态机完成车辆行驶过程中提示驾驶员专注驾驶，利用EPS中电机产生的脉动转矩，在不影响正常驾驶的情况下，可对驾驶人员做出震动提醒，提示纠正驾驶人员错误驾驶习惯或防止驾驶人员因开小差而未发现突发的驾驶危险，防止出现非驾驶员意图的行驶方向偏移以及纠正驾驶人员在行驶过程中的脱手驾驶习惯。

2.本发明通过利用EPS状态机，自动完成行驶过程中助力状态、纠正状态、提示状态等状态的跳转，实现EPS多功能的转换，不需要额外使用其他报警仪器。

附图说明

图1是本发明基于EPS状态机的辅助驾驶系统的结构和控制框图；

图2是图1中EPS状态机及其他部件的结构和控制框图；

图3是图1所示辅助驾驶系统中EPS状态机的状态跳转过程示意图；

图中：1.方向盘；2.扭矩传感器；3.齿轮传动机构；4.外部传感器；5.EPS状态机；6.车轮；8.行车电脑；9.电机；10.电机信号模块；51.ECU；53.电机驱动模块；54.信号通讯模块。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明基于EPS状态机的辅助驾驶系统包括EPS状态机5。EPS状态机5由ECU51、电机驱动模块53和信号通讯模块54组成。信号通讯模块54与ECU51双向连接，ECU51的输出端连接电机驱动模块53。

信号通讯模块54的输入端经信号线连接扭矩传感器2，扭矩传感器2用于检测驾驶人员对于方向盘1的输出扭矩T_man，并将其传递至信号通讯模块54。

电机驱动模块53的输出端通过控制线连接电机9，电机9连接电机信号模块10，电机信号模块10的输出端连接信号通讯模块54。电机9输出常规助力转矩T_h、脉动形式的纠正扭矩T_c以及脉动形式的警报扭矩T_p，其中的纠正扭矩T_c与警报扭矩T_p传递至方向盘1，完成方向盘1的轻微抖动。

电机信号模块10用于检测电机9在工作中输出的扭矩、转速等状态信息，并将这些信息输出至信号通讯模块54。电机9输出的助力转矩T_h、纠正扭矩T_c、警报扭矩T_p以及方向盘1的输出扭矩T_man均传递至齿轮传动机构3，齿轮传动机构3带动车轮6完成转向。

信号通讯模块54双向连接外部的行车电脑8，行车电脑8用于接收并处理外部传感器4的输入信号，同时行车电脑8通过信号通讯模块54传递给ECU51部分状态的开关信号。

外部传感器4包括前置摄像头以及车轮转角传感器，将车辆前置摄像头的视频信号S_s与车辆轮角传感器采集的角度数字信号S_angle输入行车电脑8中。

信号通讯模块54接收扭矩传感器2和电机信号模块10的输入信号，同时完成与ECU51和行车电脑8的信号传递。ECU51处理信号通讯模块54传递的信号并完成状态切换，然后输出电机控制信号至电机驱动模块53。ECU51中包含有故障检测电路，在汽车上电后会持续检测并输出诊断信号，包括正常运转信号S_r与故障信号S_g。同时ECU51中预设有扭矩大小T_y，当接受到方向盘1的输出扭矩T_man大于预设扭矩T_y时，视为驾驶人员有转向意图。

参见图3，ECU51具有状态跳转功能，所包含的各状态是未准备状态、准备状态、助力状态、纠正状态、提示状态、故障状态、第一响应状态、第二响应状态，共8个状态，图3中的箭头代表各状态间的跳转的情况。

在ECU51处于的各状态下，ECU51仅处理该状态下符合跳转情况的信号，对其他信号不作处理。EPS状态机5在各状态之间跳转，在车辆启动时，在启动及故障检测运行、助力运行、提示运行及纠正运行这四种运行情况之间切换。EPS状态机5的具体切换过程如下：

一、启动及故障检测运行情况

ECU51在未准备状态时，是汽车整车上电，但发动机未启动时的工作状态，用于判断车辆启动前是否存在转向故障。当车辆从OFF模式转变为ACC模式时，即整车上电，ECU51即处于未准备状态，ECU51接收诊断信号(正常运转信号S_r与故障信号S_g)，包括以下情况：

I.当ECU51接收到故障信号S_g时，ECU51跳转至故障状态，此时车辆上的EPS故障灯呈持续红灯，建议驾驶人员不发动车辆。

II.当ECU51接收到正常运转信号S_r时，ECU51跳转至准备状态，此时扭矩传感器2、外部传感器4、电机信号模块10开始工作，EPS状态机5做待机准备工作。ECU51仅在未准备状态下处理正常运转信号S_r。

除了在整车上电，发动机点火前，ECU51所处的未准备状态下，ECU51在其他七个状态下都会处理故障信号S_g，即车辆在行驶中的各个状态下发生故障时，ECU51接收到故障信号S_g时都会处理并跳转至故障状态。

二、助力运行情况

在准备状态下，当车辆发动机点火启动后，由发动机系统将点火信号S_Li传递至ECU51，ECU51接收到点火信号S_Li后跳转至助力状态。在助力状态下，方向盘1的输出扭矩T_man经信号通讯模块54输入ECU51中，同时也输出至齿轮传动机构3。ECU51处理输出扭矩T_man，计算出输出扭矩T_man所对应的驱动信号S_H，并发送到电机驱动模块53。电机驱动模块53根据驱动信号S_H控制电机9输出常规助力转矩T_h，并将常规助力转矩T_h传递至齿轮传动机构3，齿轮传动机构3最终带动车轮6完成转向，此时，传递给齿轮传动机构3的总扭矩为T_man+T_h。

在助力状态下，扭矩传感器2将检测到的输出扭矩T_man经信号通讯模块54输入到ECU51，电机信号模块10将电机9输出的常规助力转矩T_h经信号通讯模块54输入到ECU51，ECU51对输出扭矩T_man和常规助力转矩T_h作处理，当输出扭矩T_man大于预设扭矩T_y，并且常规助力转矩T_h出现异常时，例如常规助力转矩T_h的值较小或者有明显的上下波动，则说明助力转向失效或者助力不稳定，ECU51跳转至故障状态，此时车辆上的EPS故障灯呈红灯闪烁，驾驶人员应停车检查车辆状况。

三、提示运行情况

行车电脑8将提示状态开启信号S_po或提示状态关闭信号S_pc经信号通讯模块54输入ECU51中。当ECU51接收到提示状态开启信号S_po后，开启提示状态与第一响应状态。当ECU51接收到提示状态关闭信号S_pc后，关闭提示状态与第一响应状态。提示状态开起信号S_po与提示状态关闭信号S_pc是根据驾驶人员操作由行车电脑8发出。

车辆在行驶过程中，由于路面的作用会使车辆行驶发生偏移。当ECU51处于助力模式，且开启了提示状态与第一响应状态时，行车电脑8接收外部传感器4的视频信号S_s与角度数字信号S_angle并作处理，判断车辆是否处于偏移。当判定车辆发生偏移时，则行车电脑8输出偏移信号S_p至信号通讯模块54，ECU51接收信号通讯模块54输出的偏移信号S_p，同时当处理得出输出扭矩T_man小于预设扭矩T_y时，ECU51跳转至提示状态，并向电机驱动模块53输送警报驱动信号S_WH，控制电机9产生平均转矩为0、脉动幅值为4N*m的持续时间为3s的警报扭矩T_p，警报扭矩T_p通过齿轮传动机构3传递给车轮6，同时直接传递至方向盘1。由于警报扭矩T_p通过齿轮传动机构3后仍为一较小值且为一定频率的脉动值，故对转向并无影响。而反作用于方向盘1时，则为稍强的震动，提示驾驶人员因开小差而未发现车辆偏移。此时，传递给齿轮传动机构3的扭矩为警报扭矩T_p。

在提示状态运行下，ECU51处理扭矩传感器2与电机信号模块10通过信号通讯模块54所传递的扭矩信号，具体处理与跳转可分为：

I.当ECU51计算出警报扭矩T_p大于5N*m或小于3N*m时，说明提示功能存在故障，ECU51从提示状态跳转至故障状态，完成跳转后ECU51关闭提示状态与第一响应状态。

II.当ECU51计算出警报扭矩T_p等于4N*m且输出扭矩T_man大于预设扭矩T_y时，说明驾驶人员开始正常驾驶，ECU51从提示状态跳转至助力状态，完成助力工作。

III.ECU51计算出警报扭矩T_p等于4N*m且3s内输出扭矩T_man小于预设扭矩T_y时，说明驾驶人员并未作出反应，ECU51从提示状态跳转至第一响应状态，等待驾驶人员操作，ECU51维持在第一响应状态3s，且在3s内除故障信号S_g外可处理扭矩传感器2的输出扭矩T_man。当ECU51处理出输出扭矩T_man大于预设扭矩T_y时，ECU51从第一响应状态跳转至助力状态，EPS系统完成助力工作；当ECU51处理得3s内输出扭矩T_man小于预设扭矩T_y时，则ECU51跳转至提示状态，电机9继续输出警报扭矩T_p。

四、纠正运行情况

行车电脑8将纠正状态开起信号S_co或纠正状态关闭信号S_cc经信号通讯模块54输入ECU51中。当ECU51接收处信号通讯模块54从行车电脑8获得的纠正状态开起信号S_co后，开启纠正状态与第二响应状态。当ECU51接收到信号通讯模块从行车电脑8获得的纠正状态关闭信号S_cc后，关闭纠正状态与第二响应状态。纠正状态开起信号S_co与纠正状态关闭信号S_cc可根据驾驶人员操作由行车电脑8发出。

在助力状态下，当车辆处于行驶过程中，ECU51处理出输出扭矩T_man在5s内恒为0时，则视为驾驶人员脱手，ECU51跳转至纠正状态，并向电机驱动模块53输送纠正驱动信号S_JH，控制电机9产生平均转矩为0、脉动幅值为2N*m、持续时间为3s的纠正扭矩T_c，纠正扭矩T_c通过齿轮传动机构3传递给车轮6，同时直接传递至方向盘1。由于纠正扭矩T_c通过齿轮传动机构3后仍为一较小值且为一定频率的脉动值，故对转向并无影响，而反作用于方向盘1有轻微震动，提示驾驶人员双手安全驾驶。此时的传递给齿轮传动机构3的扭矩为纠正扭矩T_c。

在纠正状态下，ECU51处理扭矩传感器2与电机信号模块10通过信号通讯模块54所传递的扭矩信号，具体处理与跳转可分为：

I.当ECU51处理到纠正扭矩T_c大于3N*m或小于1N*m时，说明纠正模式存在故障，ECU51从纠正状态跳转至故障状态，完成跳转ECU51关闭纠正状态与第二响应状态。

II.当ECU51处理到纠正扭矩T_c等于2N*m且输出扭矩T_man在3s内不恒等于0时，ECU51从纠正状态跳转至助力状态，完成助力工作。

III.ECU51处理到纠正扭矩T_c等于2N*m且在3s内输出扭矩T_man恒为0时，ECU51从纠正状态跳转至第二响应状态，ECU51开始计数，此时计数为1，每次ECU51从纠正状态跳转至第二响应状态计数。ECU51维持第二响应状态3s，并且在3s内除故障信号S_g外可处理扭矩传感器2的输出扭矩T_man，当ECU51处理得输出扭矩T_man在3s内不恒为0时，说明驾驶人员开始正常驾驶，ECU51从第二响应状态跳转至助力状态，EPS状态机5完成助力工作。当ECU51处理到3s内输出扭矩T_man恒为0时，说明驾驶人员仍然脱手，则ECU51跳转至纠正状态，电机9继续输出纠正扭矩T_c。ECU51重复上述跳转，当计数为3时，ECU51跳转至故障状态，ECU51关闭纠正状态与第二响应状态，同时ECU51通过信号通讯模块54向行车电脑8发出减速信号S_st，行车电脑8控制整车减速停车。

Claims (7)

1.一种基于EPS状态机的辅助驾驶系统，包括EPS状态机，其特征是：EPS状态机由ECU、电机驱动模块和信号通讯模块组成，ECU包含未准备、准备、助力、纠正、提示、故障、第一响应和第二响应这8个状态；信号通讯模块与ECU双向连接，ECU的输出端连接电机驱动模块，信号通讯模块的输入端连接扭矩传感器，扭矩传感器检测方向盘的输出扭矩T_man并传递至信号通讯模块，电机驱动模块的输出端连接电机，电机经电机信号模块连接信号通讯模块，电机信号模块检测电机的输出扭矩并输出至信号通讯模块，电机输出的扭矩以及方向盘的输出扭矩T_man均传递至齿轮传动机构；信号通讯模块双向连接外部的行车电脑，行车电脑接收并处理外部传感器的输入信号。

2.一种如权利要求1所述的辅助驾驶系统的状态切换方法，其特征是包括有以下步骤：

步骤一：发动机未启动时，ECU在未准备状态，ECU接收正常运转信号S_r与故障信号S_g，当ECU接收正常运转信号S_r时，ECU跳转至准备状态；

步骤二：在准备状态下，当发动机点火启动，ECU跳转至助力状态，方向盘的输出扭矩T_man输入ECU中，同时输出至齿轮传动机构，ECU根据输出扭矩T_man计算出驱动信号S_H并发送到电机驱动模块，控制电机输出常规助力转矩T_h至齿轮传动机构；

步骤三：行车电脑将提示状态开启信号S_po经信号通讯模块输入ECU中，ECU开启提示状态与第一响应状态；行车电脑接收外部传感器的视频信号S_s与角度数字信号S_angle并判断车辆是否处于偏移，当判定偏移时，行车电输出偏移信号S_p至信号通讯模块，ECU接收偏移信号S_p，当输出扭矩T_man小于预设扭矩T_y时，ECU跳转至提示状态，并控制电机产生警报扭矩T_p，警报扭矩T_p通过齿轮传动机构传递给车轮，并直接传递至方向盘；

步骤四：行车电脑将纠正状态开起信号S_co经信号通讯模块输入ECU中，ECU开启纠正状态与第二响应状态；当ECU处理出输出扭矩T_man在5s内恒为0时，则跳转至纠正状态，并控制电机产生纠正扭矩T_c，纠正扭矩T_c通过齿轮传动机构传递给车轮，同时直接传递至方向盘。

3.根据权利要求2所述的状态切换方法，其特征是：当ECU接收到故障信号S_g时，ECU跳转至故障状态。

4.根据权利要求2所述的状态切换方法，其特征是：步骤二中：在助力状态下，ECU对输出扭矩T_man和常规助力转矩T_h作处理，当输出扭矩T_man大于预设扭矩T_y且常规助力转矩T_h异常时，ECU跳转至故障状态。

5.根据权利要求2所述的状态切换方法，其特征是：步骤三中：在提示状态下，当ECU计算出警报扭矩T_p大于5N*m或小于3N*m时，从提示状态跳转至故障状态，关闭提示状态与第一响应状态；当ECU计算出警报扭矩T_p等于4N*m且输出扭矩T_man大于预设扭矩T_y时，从提示状态跳转至助力状态；当ECU计算出警报扭矩T_p等于4N*m且3s内输出扭矩T_man小于预设扭矩T_y时，从提示状态跳转至第一响应状态。

6.根据权利要求5所述的状态切换方法，其特征是：当ECU维持在第一响应状态3s，除故障信号S_g外处理扭矩传感器的输出扭矩T_man，当输出扭矩T_man大于预设扭矩T_y时，从第一响应状态跳转至助力状态，当3s内输出扭矩T_man小于预设扭矩T_y时，跳转至提示状态，电机输出警报扭矩T_p。

7.根据权利要求2所述的状态切换方法，其特征是：步骤四中：在纠正状态下，当ECU处理到纠正扭矩T_c大于3N*m或小于1N*m时，从纠正状态跳转至故障状态，关闭纠正状态与第二响应状态；当ECU处理到纠正扭矩T_c等于2N*m且输出扭矩T_man在3s内不恒等于0时，从纠正状态跳转至助力状态；当ECU处理到纠正扭矩T_c等于2N*m且3s内输出扭矩T_man恒为0时，从纠正状态跳转至第二响应状态且开始计数，维持第二响应状态3s，在3s内除故障信号S_g外处理输出扭矩T_man，当输出扭矩T_man在3s内不恒为0时，从第二响应状态跳转至助力状态，3s内输出扭矩T_man恒为0时，跳转至纠正状态；当计数为3时，跳转至故障状态，关闭纠正状态与第二响应状态，向行车电脑发出减速信号。