CN111605563A - 一种自动驾驶车辆转向故障应对系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种自动驾驶车辆转向故障应对系统,涉及故障应对领域，其包含气压系统和微控制器，气压系统分别对左右前轮进行充气和放气；微控制器分别与自动驾驶车辆的自动驾驶控制器和气压系统相连，用于在自动驾驶车辆的转向系统发生故障时，根据自动驾驶车辆的感知系统的感知信号，通过控制气压系统对左右前轮进行充气和放气，实现转向并靠边。本申请还公开了一种转向故障应对方法。本申请在转向系统发生故障时，自动驾驶车辆除紧急停车外还能自动靠边停车。

Description

一种自动驾驶车辆转向故障应对系统及方法

技术领域

本申请涉及故障应对领域，特别涉及一种自动驾驶车辆转向故障应对系统及方法。

背景技术

目前，自动驾驶车辆的应用越来越广泛，在自动驾驶车辆中，转向系统的好坏是衡量车辆性能的一个重要的指标。

相关技术中，自动驾驶车辆转向功能的实现一般是基于传统转向结构基础上，加装转向系统、电机和相关传感器；当车辆需要转向时，自动驾驶车辆通过给转向系统发送转向控制请求，转向系统负责控制电机转速及转矩，转动车轮，达到车辆转向的目的。

但是，在自动驾驶车辆的转向系统发生故障时，尤其在行驶过程中，自动驾驶车辆只能进行紧急停车，容易引发交通拥堵或者交通事故，存在巨大的安全隐患。

发明内容

本申请实施例提供一种自动驾驶车辆转向故障应对系统及方法，在转向系统发生故障时，自动驾驶车辆除紧急停车外还能自动靠边停车。

本申请一方面提供了一种自动驾驶车辆转向故障应对系统，包含：

气压系统，用于分别对左右前轮进行充气和放气；

微控制器，其分别与自动驾驶车辆的自动驾驶控制器和所述气压系统相连，用于在自动驾驶车辆的转向系统发生故障时，根据自动驾驶车辆的感知系统的感知信号，通过控制气压系统对左右前轮进行充气和放气，实现转向并靠边。

一些实施例中，所述气压系统包含空气压缩机和两个排气阀，所述空气压缩机通过管道与左右前轮连接，所述两个排气阀分别安装于左右前轮；所述空气压缩机和两个排气阀均与微控制器相连。

一些实施例中，所述气压系统还包含两个分别安装于左右前轮的气压传感器，所述两个气压传感器均通过信号线与微控制器相连；

所述微控制器用于接收所述气压传感器的压力信号，解读所述自动驾驶控制器传输的感知信号，向空气压缩机、排气阀发送开启和关闭指令。

一些实施例中，所述气压系统还包含充气控制阀，所述充气控制阀通过信号线与微控制器相连；所述充气控制阀分为左位、中位和右位，所述空气压缩机通过管道连通于所述中位，所述左位通过管道连通于左前轮，所述右位通过管道连通于右前轮。

另一方面，提供了一种基于上述自动驾驶车辆转向故障应对系统的转向故障应对方法，自动驾驶车辆的转向系统发生故障时，若左右前轮处于正向，执行故障应对过程；若左右前轮不处于正向但能回正，先进行左右前轮回正，再执行故障应对过程；

所述故障应对过程包含以下步骤：

将车速降低至设定值；通过感知系统判断停车方向；微控制器控制气压系统对停车方向对应的前轮排气并降至设定气压；车辆继续行驶，感知系统感知车辆向停车方向偏移至第一横向距离；

微控制器控制气压系统对停车方向对应的前轮充气至额定气压，同时控制另一个前轮排气并降至设定气压；车辆继续行驶，感知系统感知到车辆车身与道路边沿平行，车辆停止。

一些实施例中，所述气压系统包含空气压缩机和两个排气阀，所述空气压缩机通过管道与左右前轮连接，所述两个排气阀分别安装于左右前轮；所述空气压缩机和两个排气阀均与微控制器相连；

在所述故障应对过程中，微控制器打开停车方向对应前轮的排气阀，进行排气；微控制器打开空气压缩机，对停车方向对应前轮充气；同时打开另一个前轮的排气阀排气。

一些实施例中，所述气压系统还包含两个分别安装于左右前轮的气压传感器，所述两个气压传感器均通过信号线与微控制器相连；

所述气压传感器监测其所安装的前轮的气压，并将气压值传给微控制器，微控制器通过左右前轮的气压值，控制空气压缩机和/或对应排气阀的起闭。

一些实施例中，在所述故障应对过程中，所述微控制器还接收感知系统通过自动驾驶控制器传递过来的感知信号，所述微控制器解析感知信号，并生成控制空气压缩机和排气阀的指令。

一些实施例中，所述气压系统还包含充气控制阀，所述充气控制阀通过信号线与微控制器相连；所述充气控制阀分为左位、中位和右位，所述空气压缩机通过管道连通于所述中位，所述左位通过管道连通于左前轮，所述右位通过管道连通于右前轮；

微控制器控制充气控制阀的左位或右位开启，用于通过对应的管道对连接的前轮充气。

一些实施例中，在所述故障应对过程中，当感知系统感知车辆向停车方向偏移至第一横向距离，车辆停止；当停车方向对应的前轮充气至额定气压且另一个前轮排气并降至设定气压时，车辆启动继续行驶。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种自动驾驶车辆转向故障应对系统及方法，包含气压系统和微控制器，在转向系统发生故障时，相对于传统自动驾驶车辆只能进行紧急停车，本申请的转向故障应对系统的微控制器还能够根据感知系统的感知信号(包含车道信息、静态障碍物和动态障碍物等等信息)，通过气压系统控制对左右前轮充气和放气实现转向，完成自动靠边停车，降低安全风险。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的自动驾驶车辆转向故障应对系统示意图；

附图标号:1-气压系统、101-自动驾驶控制器、102-感知系统、103-转向系统、104-制动系统、201-微控制器、202-空气压缩机、203-充气控制阀、204-气压传感器、205-排气阀。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种自动驾驶车辆转向故障应对系统，其能解决传统的在转向系统发生故障时，自动驾驶车辆容易造成交通拥堵或交通事故的技术问题。本申请的转向故障应对系统适用于所有车辆，尤其适用于汽车。

如图1所示，提供一种自动驾驶车辆转向故障应对系统的实施例。自动驾驶车辆包含转向系统103、感知系统102、自动驾驶控制器101和制动系统104。转向故障应对系统包含气压系统1和微控制器201，气压系统1用于分别对左右前轮进行充气和放气。

微控制器201分别与自动驾驶车辆的自动驾驶控制器101和气压系统1相连，微控制器201通过连接自动驾驶控制器101，与转向系统103、感知系统102和制动系统104间接建立联系。微控制器201用于在转向系统103发生故障时，根据自动驾驶车辆的感知系统102的感知信号控制气压系统1对左右前轮进行充气和放气，实现转向并进行靠边。

在本申请的转向故障应对系统完成自动驾驶车辆的转向靠边之后，制动系统104控制自动驾驶车辆停止。优选地，本申请的转向故障应对系统适用于自动驾驶车辆的低速状态，在转向系统103发生故障时，启动转向故障应对系统之前，先使用制动系统104将自动驾驶车辆的速度降低至设定值，再通过转向故障应对系统实现靠边停车。优选地，设定值的速度为20km/h以下。

具体地，感知信号包含感应车道、静态障碍物和动态障碍物的信号，其包含自动驾驶车辆与车道、自动驾驶车辆与静态障碍物、以及自动驾驶车辆与动态障碍物的距离和角度，动态障碍物的速度等等各类数据信息。

进一步地，气压系统1包含空气压缩机202和两个排气阀205，空气压缩机202通过管道与左右前轮连接，两个排气阀205分别安装于左右前轮；空气压缩机202和两个排气阀205均通过信号线与微控制器201相连。微控制器201向空气压缩机202、排气阀205发送开启和关闭指令。

进一步地，气压系统1还包含两个分别安装于左右前轮的气压传感器204，两个气压传感器204均通过信号线与微控制器201相连；

微控制器201用于接收气压传感器204的压力信号，解读自动驾驶控制器101传输的感知信号，向空气压缩机202、排气阀205发送开启和关闭指令，空气压缩机202和排气阀205，根据开启和关闭指令，实现对左右前轮进行充气和放气。

在本实施例中，气压系统1还包含充气控制阀203，充气控制阀203通过信号线与微控制器201相连；充气控制阀203分为左位、中位和右位，空气压缩机202通过管道连通于中位，左位通过管道连通于左前轮，右位通过管道连通于右前轮。在对左右前轮进行充气过程中，若向左前轮充气，空气压缩机202开启，充气控制阀203的左位开启，充气控制阀203的右位关闭。若向右前轮充气，则空气压缩机202开启，充气控制阀203的左位关闭，充气控制阀203的右位开启。

在传统的自动驾驶车辆中，自动驾驶控制器101相当于自动驾驶车辆的大脑，自动驾驶控制器101分别通过CAN((Controller Area Network,CAN)线与转向系统103、感知系统102、微控制单元201和制动系统104相连。自动驾驶控制器101对感知系统102输入的感知信号进行处理，解析并转换为方向盘转角或扭矩发送给转向系统103，解析并转换为制动减速度等信号发送给制动系统104。

本申请的转向故障应对系统增加了微控制器201，补充了自动驾驶控制器101不具备的功能，即将感知信号解析成气压系统1能够读懂的指令，微控制器201对自动驾驶控制器101中接收的感知信号进行解读，生成相应的指令发送给空气压缩机202、充气控制阀203和排气阀205。

本申请的转向故障应对系统对布置空间的要求低，可直接安装在现有的自动驾驶车辆上，不需要重新开发转向系统103、感知系统102、自动驾驶控制器101和制动系统104，不需要重新设计自动驾驶车辆的底盘，实用性强，适用面广，在转向系统发生故障时，自动驾驶车辆除紧急停车外还能自动靠边停车，大大增强了自动驾驶车辆的安全性能。

本申请还公开了一种基于上述转向故障应对系统的转向故障应对方法的实施例，转向故障应对方法如下：

自动驾驶车辆的转向系统103发生故障时，若左右前轮处于正向(车辆沿车道直线行驶，方向盘转角为0)，执行故障应对过程；若左右前轮不处于正向但能回正，先进行左右前轮回正，再执行故障应对过程。

上述故障应对过程包含以下步骤：

将车速降低至设定值。

通过感知系统102判断停车方向；微控制器201控制气压系统1对停车方向对应的前轮排气并降至设定气压；车辆继续行驶，感知系统102感知车辆向停车方向偏移至第一横向距离。

微控制器201控制气压系统1对停车方向对应的前轮充气至额定气压，同时控制另一个前轮排气并降至设定气压；车辆继续行驶，感知系统102感知到车辆车身与道路边沿平行，车辆停止。

进一步地，在向停车方向进行转向之前，根据感知系统感应的车道、静态障碍物和动态障碍物的信号，主要通过加速和减速避开静态障碍物和动态障碍物，然后才进行排气转向。

具体地，转向系统103发生故障，通常具有两种情形，一种是不能动力转动但能回正，另一种是不能动力转动也不能回正。本申请的转向故障应对方法主要适用于左右前轮处于正向的情况，即左右前轮处于正向或者不处于正向但是能回到正向的情况。若左右前轮不处于正向，自动驾驶控制器101向转向系统103请求将左右前轮回正，能回正则进行回正，之后进行排气转向；若不能回正，则说明转向系统103的故障是不能动力转动也不能回正的情形，此时只能进行紧急停车。

具体地，第一横向距离是事前试验得到的，以设定值的车速、一个前轮是设定气压、另一个车轮是额定气压为已知条件，以车辆距离道路边沿的初始横向距离为自变量，进行故障应对过程的模拟实验，得出最优的排气转向的横向距离即为第一横向距离，得到多组数据(例如其中一组数据，初始横向距离为4m时，第一横向距离约为3.7m)，并得出两者的相关曲线，并保存至自动驾驶控制器101中。

在执行故障应对过程之前，感知系统102感知车辆的初始横向距离，自动驾驶控制器101得出相对应的第一横向距离；在执行故障应对过程中，感知系统102感知车辆向停车方向偏移至第一横向距离时，微控制器201控制气压系统1对停车方向对应的前轮充气至额定气压，控制另一个前轮的排气阀205排气并降至设定气压。

进一步地，气压系统1包含空气压缩机202和两个排气阀205，空气压缩机202通过管道与左右前轮连接，两个排气阀205分别安装于左右前轮；空气压缩机202和两个排气阀205均与微控制器201相连；

在故障应对过程中，微控制器201打开停车方向对应前轮的排气阀205，进行排气；微控制器201打开空气压缩机202，对停车方向对应前轮充气；同时打开另一个前轮的排气阀205排气。

在通过感知系统102辅助自动驾驶车辆自动靠边停车的基础上，气压系统1还包含两个分别安装于左右前轮的气压传感器204，空气压缩机202、两个气压传感器204和两个排气阀205均通过信号线与微控制器201相连。

气压传感器204监测其所安装的前轮的气压，并将气压值传给微控制器201，微控制器通过左右前轮的气压值，控制空气压缩机202和/或对应排气阀的起闭。

具体地，停车方向对应前轮通过排气阀205排气时，气压传感器204监测该前轮的气压并传输压力信号至微控制器201，在气压降低至设定值时，微控制器201控制该排气阀205关闭。微控制器201接收两个气压传感器204的压力信号，控制空气压缩机202开启对停车方向对应前轮充气，打开另一个前轮的排气阀205进行排气，直至停车方向对应的前轮充气至额定气压，另一个前轮排气并降至设定气压。

具体地，在微控制器201通过空气压缩机202和排气阀205对左右前轮进行充放气的过程中，微控制器201还接收感知系统102通过自动驾驶控制器101传递过来的感知信号，微控制器201解析感知信号，并生成控制空气压缩机202和排气阀205的指令。

进一步地，气压系统1还包含充气控制阀203，充气控制阀203通过信号线与微控制器201相连；充气控制阀203分为左位、中位和右位，空气压缩机202通过管道连通于中位，左位通过管道连通于左前轮，右位通过管道连通于右前轮。微控制器201控制充气控制阀203的左位或右位开启，并通过对应的管道对连接的前轮充气。

具体地，微控制器201控制空气压缩机202开启，控制充气控制阀203的左位或右位开启，控制相反方向的排气阀205开启，直至停车方向对应的前轮充气至额定气压，另一个前轮排气并降至设定气压，关闭空气压缩机202、排气阀205和充气控制阀203。

优选地，在所述故障应对过程中，当感知系统102感知车辆向停车方向偏移至第一横向距离，车辆停止；当停车方向对应的前轮充气至额定气压且另一个前轮排气并降至设定气压时，车辆启动继续行驶。在两次调整车辆轮胎气压的过程之间，增加一个车辆停车的步骤，使得因为气压差导致的转向能够更加精准控制。

本申请的另一个实施例具体如下：

一种转向故障应对方法，包含以下步骤：

S1：自动驾驶车辆的转向系统103发生故障；

S2：自动驾驶控制器101检测左右前轮是否处于正向，若否，转S3；若是，转S5；

S3：自动驾驶控制器101向转向系统103请求控制将左右前轮回正，若不能完成回正，转S4；若完成回正，转S5；

S4：制动系统104进行紧急停车；

S5：制动系统104将车速降低至设定值，通过感知系统102判断停车方向，以向右停车为例，微控制器201打开右前轮的排气阀205排气，直至右前轮的气压传感器204监测到气压降低至设定气压；微控制器201通过气压传感器204监测到右前轮的气压降低至设定气压，控制右前轮的排气阀205关闭；

S6：车辆继续行驶，当感知系统102感知车辆向停车方向偏移至第一横向距离，制动系统104控制车辆停止；

S7：微控制器201控制充气控制阀203的右位开启，开启空气压缩机202，空气压缩机202对右前轮充气至额定气压；开启左前轮的排气阀(205)排气并降至设定气压；

S8：关闭充气控制阀203、空气压缩机202和排气阀(205)，缓慢启动车辆，继续行驶，直至感知系统102感知到车辆车身与道路边沿平行，制动系统104车辆停止。

优选地，在自动驾驶控制器101预先设定了最终的停车数据(车身与道路边沿的横向距离范围和角度范围)，当车辆车身与道路边沿的横向距离和角度达到设定的范围内，即车辆停止。

本申请的车辆转向故障应对方法，相对于传统自动驾驶车辆只能进行紧急停车，本申请的转向故障应对系统还能够通过在转向系统发生故障时，将车速降低，根据感知系统感知，通过气压系统控制对左右前轮充气和放气实现转向，完成自动靠边停车，从容等待救援或修理，降低交通拥堵或事故发生的概率。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种自动驾驶车辆转向故障应对系统，其特征在于，包含：

气压系统(1)，用于分别对左右前轮进行充气和放气；

微控制器(201)，其分别与自动驾驶车辆的自动驾驶控制器(101)和所述气压系统(1)相连，用于在自动驾驶车辆的转向系统(103)发生故障时，根据自动驾驶车辆的感知系统(102)的感知信号，通过控制气压系统(1)对左右前轮进行充气和放气，实现转向并靠边。

2.如权利要求1所述的一种自动驾驶车辆转向故障应对系统，其特征在于：所述气压系统(1)包含空气压缩机(202)和两个排气阀(205)，所述空气压缩机(202)通过管道与左右前轮连接，所述两个排气阀(205)分别安装于左右前轮；所述空气压缩机(202)和两个排气阀(205)均与微控制器(201)相连。

3.如权利要求2所述的一种自动驾驶车辆转向故障应对系统，其特征在于：所述气压系统(1)还包含两个分别安装于左右前轮的气压传感器(204)，所述两个气压传感器(204)均通过信号线与微控制器(201)相连；

所述微控制器(201)用于接收所述气压传感器(204)的压力信号，解读所述自动驾驶控制器(101)传输的感知信号，向空气压缩机(202)、排气阀(205)发送开启和关闭指令。

4.如权利要求2所述的一种自动驾驶车辆转向故障应对系统，其特征在于：所述气压系统(1)还包含充气控制阀(203)，所述充气控制阀(203)通过信号线与微控制器(201)相连；所述充气控制阀(203)分为左位、中位和右位，所述空气压缩机(202)通过管道连通于所述中位，所述左位通过管道连通于左前轮，所述右位通过管道连通于右前轮。

5.一种基于权利要求1所述的自动驾驶车辆转向故障应对系统的转向故障应对方法，其特征在于：

自动驾驶车辆的转向系统(103)发生故障时，若左右前轮处于正向，执行故障应对过程；若左右前轮不处于正向但能回正，先进行左右前轮回正，再执行故障应对过程；

所述故障应对过程包含以下步骤：

将车速降低至设定值；

通过感知系统(102)判断停车方向；微控制器(201)控制气压系统(1)对停车方向对应的前轮排气并降至设定气压；车辆继续行驶，感知系统(102)感知车辆向停车方向偏移至第一横向距离；

微控制器(201)控制气压系统(1)对停车方向对应的前轮充气至额定气压，同时控制另一个前轮排气并降至设定气压；车辆继续行驶，感知系统(102)感知到车辆车身与道路边沿平行，车辆停止。

6.如权利要求5所述的自动驾驶车辆转向故障应对系统的转向故障应对方法，其特征在于：

所述气压系统(1)包含空气压缩机(202)和两个排气阀(205)，所述空气压缩机(202)通过管道与左右前轮连接，所述两个排气阀(205)分别安装于左右前轮；所述空气压缩机(202)和两个排气阀(205)均与微控制器(201)相连；

在所述故障应对过程中，微控制器(201)打开停车方向对应前轮的排气阀(205)进行排气；微控制器(201)打开空气压缩机(202)，对停车方向对应前轮充气；同时打开另一个前轮的排气阀(205)排气。

7.如权利要求6所述的自动驾驶车辆转向故障应对系统的转向故障应对方法，其特征在于：所述气压系统(1)还包含两个分别安装于左右前轮的气压传感器(204)，所述两个气压传感器(204)均通过信号线与微控制器(201)相连；

所述气压传感器(204)监测其所安装的前轮的气压，并将气压值传给微控制器(201)，微控制器通过左右前轮的气压值，控制空气压缩机(202)和/或对应排气阀(205)的启闭。

8.如权利要求7所述的自动驾驶车辆转向故障应对系统的转向故障应对方法，其特征在于：

在所述故障应对过程中，所述微控制器(201)还接收感知系统(102)通过自动驾驶控制器(101)传递过来的感知信号，所述微控制器(201)解析感知信号，并生成控制空气压缩机(202)和排气阀(205)的指令。

9.如权利要求8所述的自动驾驶车辆转向故障应对系统的转向故障应对方法，其特征在于：所述气压系统(1)还包含充气控制阀(203)，所述充气控制阀(203)通过信号线与微控制器(201)相连；所述充气控制阀(203)分为左位、中位和右位，所述空气压缩机(202)通过管道连通于所述中位，所述左位通过管道连通于左前轮，所述右位通过管道连通于右前轮；

微控制器(201)控制充气控制阀(203)的左位或右位开启，并通过对应的管道对连接的前轮充气。

10.如权利要求5～9任意一项所述的自动驾驶车辆转向故障应对系统的转向故障应对方法，其特征在于：

在所述故障应对过程中，当感知系统(102)感知车辆向停车方向偏移至第一横向距离，车辆停止；当停车方向对应的前轮充气至额定气压且另一个前轮排气并降至设定气压时，车辆启动继续行驶。

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