CN112389347A - 一种电控方向盘安全保护控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电控方向盘安全保护控制方法及系统，实现了对电控方向盘的多方面整体安全保护，有效保证了电控方向盘的运行稳定性和安全性。该方法包括：首先获取电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流，以及电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据，然后，利用观测算法，预估电控方向盘的当前位置，并获取光电编码器码盘多圈的位置，进而，根据获取到的这些数据，按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘安全运行。

Description

一种电控方向盘安全保护控制方法及系统

技术领域

本申请涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种电控方向盘安全保护控制方法及系统。

背景技术

随着智能化系统被应用到车辆驾驶领域中，越来越多的车辆上配置了能够实现自动驾驶功能或辅助驾驶功能的智能系统。其中，能够实现对电控方向盘的安全性和可靠性的有效保护，是提升自动驾驶功能或辅助驾驶功能的智能系统稳定性和安全性的重要因素。

现有的电控方向盘是由伺服电机系统构成，伺服系统具有较高的功率密度、响应速度快、过载能力强等优点。目前自动驾驶使用的伺服系统均为有位置信号反馈系统。在高精度的控制中一般使用光电编码器。运行中由于控制系统的震动、高温、结构变形等因素，一定程度上存在编码器失效，伺服系统失控的问题。但目前仅仅能够对电控方向盘实现单一方面的安全保护，如过压、过流、欠压或者硬件电路等某一单方面的安全保护，但对于具有多传感器的整个控制系统，多因素引起的转矩失控则没有整体的解决方案，未能实现实时监测处理故障问题，即由于无法实现对电控方法盘的多方面整体安全保护，所以，极易导致伺服系统转矩失控，危害行车安全。

因此，如何升级电控方向盘安全保护控制方式，实现对电控方法盘的多方面整体安全保护，保证电控方向盘的运行稳定性和安全性，已成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种电控方向盘安全保护控制方法及系统，以解决现有技术中无法实现对电控方向盘的多方面整体安全保护，导致伺服系统转矩失控，危害行车安全的技术问题。

本申请实施例提供了一种电控方向盘安全保护控制方法，所述方法包括：

获取电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流；

获取所述电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据；

利用观测算法，预估所述电控方向盘的当前位置，并获取光电编码器码盘多圈的位置；

根据所述电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流、当前位置和所述光电编码器码盘多圈的位置，以及所述ECU输入的CAN通信数据，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行。

可选的，所述根据所述电控方向盘的工作温度，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行包括：

判断所述电控方向盘的工作温度是否超过预设温度阈值；

若是，则按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘停止转动；

若否，则控制所述电控方向盘保持在正常运行状态。

可选的，所述根据所述电控方向盘的工作电压，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行包括：

判断所述电控方向盘的工作电压是否与所述ECU输入的电控方向盘的工作电压一致；

若判断出所述电控方向盘的工作电压与所述ECU输入的电控方向盘的工作电压一致，则判断所述工作电压是否小于预设电压阈值；

当所述工作电压小于预设电压阈值时，则锁定所述电控方向盘；

若判断出所述电控方向盘的工作电压与所述ECU输入的电控方向盘的工作电压不一致，则锁定所述电控方向盘。

可选的，所述根据所述电控方向盘的工作电流，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行包括：

通过冗余校验，判断所述电控方向盘的工作电流是否满足预设条件；

若是，则控制所述电控方向盘保持在正常运行状态；

若否，则按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘停止转动。

可选的，所述根据所述ECU输入的CAN通信数据，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行包括：

对所述ECU输入的CAN通信数据进行效验，得到效验结果；

对所述效验结果进行解析，得到解析结果；

对所述解析结果进行合理性检测，得到检测结果；

根据所述检测结果，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行。

可选的，所述根据所述ECU输入的CAN通信数据，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行还包括：

获取所述效验结果中各个数据流的时间戳；

判断所述各个数据流的时间戳中相邻两个时间戳之间的差值是否超过预设时间阈值；

若是，则按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘停止转动；

若否，则控制所述电控方向盘保持在正常运行状态。

可选的，所述根据所述电控方向盘的当前位置和所述光电编码器码盘多圈的位置，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行包括：

判断所述电控方向盘的当前位置与所述光电编码器码盘多圈的位置之间的相位差是否大于预设相差阈值；

若是，则按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘停止转动；

若否，则按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘正常转动。

可选的，所述根据所述电控方向盘的当前位置和所述光电编码器码盘多圈的位置，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行，还包括：

当出现系统电流过流时，判断所述系统电流是否大于预警电流；

当判断出所述系统电流大于预警电流且小于截止电流时，判断所述车辆的车辆转角是否小于预设转角；

若判断出所述车辆的车辆转角小于预设转角，则控制所述车辆退出自动驾驶模式；

当判断出所述系统电流大于截止电流时，则控制所述电控方向盘自动锁定。

可选的，所述方法还包括：

当控制所述电控方向盘停止转动或锁定所述电控方向盘时，发出相应的故障提示和/或报警信号。

本申请实施例还提供了一种电控方向盘安全保护控制系统，其特征在于，所述系统电压采集电路、电流采集电路、温度传感器、位置传感器、处理器；

所述电压采集电路，用于获取电控方向盘的工作电压；

所述电流采集电路，用于获取所述电控方向盘的工作电流；

所述温度传感器，用于获取所述电控方向盘的工作温度；

所述位置传感器，用于获取光电编码器码盘多圈的位置；

所述处理器，用于利用观测算法，预估所述电控方向盘的当前位置；并在接收到所述电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据后，根据所述电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流、当前位置和所述光电编码器码盘多圈的位置，以及所述ECU输入的CAN通信数据，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行。

由此可见，本申请实施例具有如下有益效果：

由于本申请实施例是以电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流，以及电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据这多方面数据作为检测依据，并结合了预估出的电控方向盘的当前位置以及光电编码器码盘多圈的位置，按照预设的安全保护策略，实现对电控方向盘的多方面整体安全保护，相较于目前仅能够对电控方向盘实现单一方面的安全保护的方法，有较好的安全保护效果，能够有效保证电控方向盘的运行稳定性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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它的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电控方向盘安全保护控制方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的对ECU输入的CAN通信数据进行数据处理的示意图；

图3为本申请实施例提供的根据电控方向盘的当前位置和光电编码器码盘多圈的位置，按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘安全运行的示意图；

图4为本申请实施例提供的对电控方向盘进行安全保护的整体结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种电控方向盘安全保护控制系统的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种电控方向盘安全保护控制方法的具体实现示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，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。

为了便于理解本申请提供的技术方案，下面先对本申请技术方案的研究背景进行简单说明。

随着信息技术的发展以及自动化水平的不断提高，高薪技术与农业机械设备的结合也越来越紧密，为适应现代农业的规模化、精确化发展，农业生产机械的机械化和自动化越来越重要，越来越多的非道路车辆上配置了能够实现自动驾驶功能或辅助驾驶功能的智能系统。

比如，在非道路车辆用自动驾驶领域中，自动驾驶系统可被应用于压路机、拖拉机、插秧机、植保机中，所以电控方向盘中的伺服控制系统实际工作环境复杂，工作时间长。伺服系统中电流、电压、温度传感器数据采集器件、IGBT器件存在发生故障风险，多种因素导致伺服电机转矩失控的问题

但目前仅仅能够对电控方向盘实现单一方面的安全保护，如过压、过流、欠压或者硬件电路等某一单方面的安全保护，而对于具有多传感器的整个控制系统，多因素引起的转矩失控则没有整体的解决方案，未能实现实时监测处理故障问题，进而由于无法实现对电控方法盘的多方面整体安全保护，所以，极易导致伺服系统转矩失控，危害行车安全。

基于此，本申请提出了一种电控方向盘安全保护控制方法及系统，以电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流，以及电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据作为检测依据，结合估计出的电控方向盘的当前位置以及光电编码器码盘多圈的位置，实现对电控方向盘的多方面整体安全保护，有效保证了电控方向盘的运行稳定性和安全性。

接下来，本申请实施例将结合附图对该方法进行详细说明。

参见图1，其示出了本申请实施例提供的一种电控方向盘安全保护控制方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

S101：获取电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流。

在本实施例中，为了实现对电控方向盘的多方面整体安全保护，首先需要获取到电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流。

实际应用中，可以通过电控方向盘安全保护控制系统中包含的温度传感器、电压采集电路、电流采集电路，分别对电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流进行实时监测和采集，比如，可以在电控方向盘内部预先加入温度传感器，用以记录电机工作温度、过载工作时间、电机是否堵转机堵转时间等，具体实现过程与现有方法一致，在此不再赘述。

S102：获取电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据。

在本实施例中，为了实现对电控方向盘的多方面整体安全保护，还需要获取通过电控方向盘所属车辆中的电子控制单元(Electronic Control Unit，简称ECU)输入的控制器局域网络(Controller Area Network，简称CAN)通信数据，并将该CAN通信数据定义为x_n(t_n)，作为实现对电控方向盘安全保护控制的检测依据。

需要说明的是，本实施例不限制S101和S102的执行顺序，可以先执行S101后执行S102、或先执行S102后执行S101、或同时执行S101和S102。

S103：利用观测算法，预估电控方向盘的当前位置，并获取光电编码器码盘多圈的位置。

在本实施例中，为了实现对电控方向盘的多方面整体安全保护，还需要利用现有或未来出现的观测算法(如FOC(Field-Oriented Control)矢量控制算法)，通过电控方向盘安全保护控制系统中包含的处理器预估电控方向盘的当前所在位置，并将该位置定义为θ'，同时，还可以通过电控方向盘安全保护控制系统中的位置传感器，获取光电编码器码盘多圈的位置，并将该位置定义为θ，进而，可以将得到的θ'和θ作为实现对电控方向盘安全保护控制的检测依据。

需要说明的是，本申请采用的观测算法为现有方法，具体实现过程与现有方法一致，在此不再赘述，现仅对观测算法进行简单介绍：永磁同步电机转子位置和速度信息只与反电势相关，反电势为正弦波，转子位置与反电势相位有关，转子转速与反电势幅值成正比。基于滑模变结构算法设计的观测器，是将永磁同步电机中可以观测的定子电流与电压信号作为观测器输入，通过观测器估算出反电势信息，从而提取出转子位置与速度信息，实现电机的无传感器控制。

S104：根据电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流、当前位置和光电编码器码盘多圈的位置，以及ECU输入的CAN通信数据，按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘安全运行。

在本实施例中，通过步骤S101获取到电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流，通过步骤S102获取到电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据，以及通过步骤S103预估出电控方向盘的当前位置，并获取光电编码器码盘多圈的位置后，进一步可以对获取到的这些数据进行数据处理，得到处理结果，再按照预先设置的安全保护策略，根据得到的处理结果，控制电控方向盘安全运行。

具体来讲，在本申请实施例一些可能的实现方式中，步骤S104中“根据电控方向盘的工作温度，按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘安全运行”的实现过程可以包括下述步骤A1-A3：

步骤A1：判断电控方向盘的工作温度是否超过预设温度阈值。

在本实现方式中，通过步骤S101获取到电控方向盘的工作温度后，进一步可以判断出该工作温度是否超过预先设定的温度阈值，该温度阈值指的是用来衡量是否出现温度异常情况的临界值，一般可以设定为100℃，若电控方向盘的工作温度超过该温度阈值，则表明出现了温度异常的情况，需要执行后续步骤A2，进行有效处理，若电控方向盘的工作温度未超过该温度阈值，则表明并未出现温度异常的情况，可继续执行后续步骤A3。

步骤A2：若是，则按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘停止转动。

若通过步骤A1判断出电控方向盘的工作温度超过了预设温度阈值，则表明出现了温度异常的情况，此时，可以按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘停止转动，直至再次判断出电控方向盘的工作温度低于预先设定的温度阈值时，控制电控方向盘恢复正常转动。

其中，一种可选的实现方式是，在控制电控方向盘停止转动的同时，还可以将根据该温度异常情况，发出相应的故障提示和/或报警信号，比如，可以在车载显示屏上以文字和/或图片的形式提醒驾驶员电控方向盘的工作温度出现异常情况，需要及时处理；或者，也可以以发出频闪灯光的形式提醒驾驶员电控方向盘的工作温度出现异常，需要停止电控方向盘转动；再或者，也可以以声音信号的形式提醒驾驶员电控方向盘的工作温度出现异常，需要及时停止电控方向盘转动，例如可以是蜂鸣声或者是语音播报的形式等。

并且，在发出相应的故障提示和/或报警信号之前，也可以在预先设置一个预警温度阈值，以便在判断出电控方向盘的工作温度达到该预警温度阈值时，发出相应的预警提示和/或预警信号等。需要说明的是，该预警温度阈值可根据实际情况进行设置，本申请对此不进行限定，比如可以设定为90℃等。

步骤A3：若否，则控制电控方向盘保持在正常运行状态。

若通过步骤A1判断出电控方向盘的工作温度并未超过预设温度阈值，则表明并未出现温度异常的情况，此时，可以按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘保持在正常运行状态。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，步骤S104中“根据电控方向盘的工作电压，按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘安全运行”的实现过程可以包括下述步骤B1-B4：

步骤B1：判断电控方向盘的工作电压是否与车辆中ECU输入的电控方向盘的工作电压一致。

在本实现方式中，通过步骤S101获取到电控方向盘的工作电压后，进一步可以将该工作电压与车辆中ECU输入的电控方向盘的工作电压数据进行对比，若二者一致，则执行后续步骤B2，若二者不一致，则继续执行后续步骤B4。

步骤B2：若判断出电控方向盘的工作电压与车辆中ECU输入的电控方向盘的工作电压一致，则判断工作电压是否小于预设电压阈值。

若通过步骤B1判断出电控方向盘的工作电压与车辆中ECU输入的电控方向盘的工作电压一致，则进一步可以判断出该工作电压是否小于预设电压阈值，若小于，则执行后续步骤B3。

步骤B3：当工作电压小于预设电压阈值时，则锁定所述电控方向盘。

若通过步骤B2判断出电控方向盘的工作电压小于预设电压阈值，则表明出现了电压异常情况，可以锁定电控方向盘，直至再次判断出电控方向盘的工作电压恢复正常值时，控制电控方向盘恢复正常转动。

步骤B4：若判断出电控方向盘的工作电压与车辆中ECU输入的电控方向盘的工作电压不一致，则锁定电控方向盘。

若通过步骤B1判断出电控方向盘的工作电压与车辆中ECU输入的电控方向盘的工作电压不一致，则表明出现了电压异常情况，此时，可以锁定电控方向盘，保证行车安全。

并且，一种可选的实现方式是，在锁定电控方向盘时，还可以将根据该电压异常情况，发出相应的故障提示和/或报警信号，比如，可以在车载显示屏上以文字和/或图片的形式提醒驾驶员电控方向盘的工作电压出现异常情况，需要及时处理；或者，也可以以发出频闪灯光的形式提醒驾驶员电控方向盘的工作电压出现异常，需要停止电控方向盘转动；再或者，也可以以声音信号的形式提醒驾驶员电控方向盘的工作电压出现异常，需要及时停止电控方向盘转动，例如可以是蜂鸣声或者是语音播报的形式等。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，步骤S104中“根据电控方向盘的工作电流，按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘安全运行”的实现过程可以包括下述步骤C1-C3：

步骤C1：通过冗余校验，判断所述电控方向盘的工作电流是否满足预设条件。

在本实现方式中，通过步骤S101获取到电控方向盘的工作电流后，由于获取到的工作电流为三相电流，因此，可以通过冗余校验(I_u+I_v+I_w＝0)，判断电控方向盘的工作电流是否满足预设条件，其中，预设条件指的是电压采集电路中包含的A/D转换检测电路的完好性，即，可以通过冗余校验(I_u+I_v+I_w＝0)，验证A/D转换检测电路中A/D转换器的完好性，比如，可以将ECU输入的5V信号经A/D转换，验证A/D的转换精度。若判断出电控方向盘的工作电流满足预设条件，则表明A/D转换检测电路性能完好，可以继续执行后续步骤C2，若判断出电控方向盘的工作电流并未满足预设条件，则表明A/D转换检测电路的性能不是完好的，导致A/D转换精度不高，出现了电流异常，需要继续执行后续步骤C3。

步骤C2：若判断出电控方向盘的工作电流满足预设条件，则控制电控方向盘保持在正常运行状态。

若通过步骤C1判断出电控方向盘的工作电流满足预设条件，则表明A/D转换检测电路性能完好，此时，可以控制电控方向盘保持在正常运行状态。

步骤C3：若判断出电控方向盘的工作电流并未满足预设条件，则按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘停止转动。

若通过步骤C1判断出电控方向盘的工作温度并未满足预设条件，则表明A/D转换检测电路的性能不是完好的，导致A/D转换精度不高，出现了电流异常的情况，此时，可以按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘停止转动。

并且，一种可选的实现方式是，当控制电控方向盘停止转动时，还可以将根据该电流异常情况，发出相应的故障提示和/或报警信号，比如，可以在车载显示屏上以文字和/或图片的形式提醒驾驶员电控方向盘的工作电流出现异常情况，需要及时处理；或者，也可以以发出频闪灯光的形式提醒驾驶员电控方向盘的工作电流出现异常，需要停止电控方向盘转动；再或者，也可以以声音信号的形式提醒驾驶员电控方向盘的工作电流出现异常，需要及时停止电控方向盘转动，例如可以是蜂鸣声或者是语音播报的形式等。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，步骤S104中“根据ECU输入的CAN通信数据，按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘安全运行”的实现过程可以包括下述步骤D1-D4：

步骤D1：对ECU输入的CAN通信数据进行效验，得到效验结果。

在本实现方式中，通过步骤S102获取到电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据x_n(t_n)后，进一步可以对该通信数据x_n(t_n)进行数据处理，如图2所示，首先可以利用现有或未来出现的效验算法(此处将其定义为g(x)，如图2所示)，对ECU输入的CAN通信数据x_n(t_n)进行效验处理，得到效验结果。

步骤D2：对效验结果进行解析，得到解析结果。

通过步骤D1得到效验结果后，进一步可以利用现有或未来出现的解析算法(此处将其定义为f(x)，如图2所示)，对得到的效验结果进行解析处理，得到解析结果。

步骤D3：对解析结果进行合理性检测，得到检测结果。

通过步骤D2得到解析结果后，进一步可以利用现有或未来出现的合理性检测算法(此处将其定义为ψ(f)，如图2所示)，对得到的解析结果进行合理性检测处理，得到检测结果。

步骤D4：根据检测结果，按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘安全运行。

在通过步骤D3得到检测结果后，若该检测结果表明了数据合理性检测错误，则忽略此次数据流数据，并发送相应的报警数据；若该检测结果表明了数据合理性检测为出现错误，则进一步可以通过下述步骤D41-D43，进行通讯状态有效性的检测：

步骤D41：获取效验结果中各个数据流的时间戳。

其中，效验结果中各个数据流指的是数据传输过程中所使用的信息的数字编码信号序列，可以将获取到的效验结果中各个数据流的时间戳定义为t₁、t₂、…t_n。

步骤D42：判断各个数据流的时间戳中相邻两个时间戳之间的差值是否超过预设时间阈值。

通过步骤D41获取到效验结果中各个数据流的时间戳t₁、t₂、…t_n后，进一步可以将每相邻两个时间戳进行对比，以判断出每相邻两个时间戳之间的差值是否超过预设时间阈值，其中，该预设时间阈值可根据时间情况进行预先设定，比如可以设定为25秒以内等，若判断出各个数据流的时间戳中每相邻两个时间戳之间的差值超过预设时间阈值，则可以继续执行后续步骤D43，反之，若判断出各个数据流的时间戳中每相邻两个时间戳之间的差值并未超过预设时间阈值，则可以继续执行后续步骤D44。

步骤D43：若是，则按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘停止转动。

若通过步骤D42判断出各个数据流的时间戳中每相邻两个时间戳之间的差值超过预设时间阈值，则表明出现了通讯断开的异常情况，需要控制电控方向盘停止转动。

并且，一种可选的实现方式是，在控制电控方向盘停止转动的同时，还可以根据该通讯异常情况，发出相应的故障提示和/或报警信号，比如，可以在车载显示屏上以文字和/或图片的形式提醒驾驶员出现了通讯异常情况，需要及时检测通信线路；或者，也可以以发出频闪灯光的形式提醒驾驶员出现了通讯异常情况，需要停止电控方向盘转动；再或者，也可以以声音信号的形式提醒驾驶员出现了通讯异常情况，需要及时停止电控方向盘转动并检测通信线路，例如可以是蜂鸣声或者是语音播报的形式等。

步骤D44：若否，则控制电控方向盘保持在正常运行状态。

若通过步骤D42判断出各个数据流的时间戳中每相邻两个时间戳之间的差值未超过预设时间阈值，则表明并未出现通讯断开的异常情况，可以控制电控方向盘保持在正常运行状态。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，步骤S104中“根据电控方向盘的当前位置和光电编码器码盘多圈的位置，按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘安全运行”的实现过程可以包括下述步骤E1-E3：

步骤E1：判断电控方向盘的当前位置与光电编码器码盘多圈的位置之间的相位差是否大于预设相差阈值。

在本实现方式中，通过步骤S103估计出电控方向盘的当前位置θ'，并获取到光电编码器码盘多圈的位置θ后，进一步可以将二者进行对比，以判断出电控方向盘的当前位置θ'与光电编码器码盘多圈的位置θ'之间的相位差是否大于预设相差阈值，若是，则执行后续步骤E2，若否则执行后续步骤E3。

步骤E2：若是，则按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘停止转动。

若通过步骤E1判断出电控方向盘的当前位置与光电编码器码盘多圈的位置之间的相位差大于预设相差阈值，则表明光电编码器码盘出现了故障，此时，需要按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘停止转动。

并且，在控制电控方向盘停止转动的同时，还可以将根据该码盘故障情况，发出相应的故障提示和/或报警信号，比如，可以在车载显示屏上以文字和/或图片的形式提醒驾驶员光电编码器码盘出现了故障，需要及时处理；或者，也可以以发出频闪灯光的形式提醒驾驶员光电编码器码盘出现了故障，需要停止电控方向盘转动；再或者，也可以以声音信号的形式提醒驾驶员光电编码器码盘出现了故障，需要及时停止电控方向盘转动，例如可以是蜂鸣声或者是语音播报的形式等。

步骤E3：若否，则按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘正常转动。

若通过步骤E1判断出电控方向盘的当前位置与光电编码器码盘多圈的位置之间的相位差不大于预设相差阈值，则表明光电编码器码盘并未出现故障，此时，可以按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘正常转动。

进一步的，在本申请实施例一些可能的实现方式中，本申请实施例还可以执行下述步骤F1-F4。

步骤F1：当出现系统电流过流时，判断该系统电流是否大于预警电流。

在本实现方式中，如图3所示，当出现系统电流(指的是通过电控方向盘安全保护控制系统的电流采集电路检测得到电控方向盘本身的工作电流)过流时，为了实现对电控方向盘的安全保护，首先需要判断该系统电流是否大于预警电流(定义为I_m，取值可根据实际情况进行设定，但不能超过12A，如可以取为8A)，若否，则表明设备工作正常，若是，则需要继续执行后续步骤F2。

步骤F2：当判断出系统电流大于预警电流且小于截止电流时，判断车辆的车辆转角是否小于预设转角。

当通过步骤F1判断出该系统电流大于预警电流I_m，且进一步判断出该系统电流小于截止电流(定义为I_s，取值可根据实际情况进行设定，如可以取为20A)时，则进一步还需要判断车辆的车辆转角是否小于预设转角(定义为θ_set，取值可根据实际情况进行设定，如可以取为20°)，若否，则说明车辆在转弯过程中属于正常行驶(转弯过程中，需要较大力矩，电流会大于直线行驶)；若是，则需要继续执行后续步骤F3。

步骤F3：若判断出车辆的车辆转角小于预设转角，则控制车辆退出自动驾驶模式。

当通过步骤F2判断出车辆的车辆转角小于预设转角θ_set，则表明可能是操作人员手动转动了方向盘，控制车辆退出了自动驾驶模式。这是因为，在正常行驶时，操作人员是可以通过手握方向盘来触发安全机制，使车辆退出自动驾驶模式的，从而保证了车辆的安全行驶。

步骤F4：当判断出系统电流大于截止电流时，则控制电控方向盘自动锁定。

当通过步骤F1判断出该系统电流大于预警电流I_m，且进一步判断出该系统电流还大于截止电流I_s，则表明设备硬件出现了故障。此时需要控制方向盘自动锁定，并发出相应的故障提示和/或报警信号。

并且，在持续锁定电控方向盘一段时间(可设置)后，可以重新将电控方向盘解锁，并进行自检，若仍出现电流过流情况，则表明设备的IGBT器件损坏或是电机本体出现了故障。

这样，在本申请提供的电控方向盘安全保护控制方法中，通过将电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流，以及电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据这多方面数据作为检测依据，并结合了预估出的电控方向盘的当前位置以及光电编码器码盘多圈的位置，按照预设的安全保护策略，实现了对电控方向盘的多方面整体安全保护，相较于目前仅能够对电控方向盘实现单一方面的安全保护的方法，有较好的安全保护效果，能够有效保证电控方向盘的运行稳定性和安全性。

为便于理解，现结合图4所示的对电控方向盘进行安全保护的整体结构示意图，以及图5所示的电控方向盘安全保护控制系统的结构示意图。对本申请实施例提供的电控方向盘安全保护控制系统进行介绍。

如图4所示，本申请实施例是采用FOC矢量控制方式对电控方向盘进行控制，在控制过程中利用电控方向盘安全保护控制系统中的电压采集电路、电流采集电路、温度传感器、位置传感器，实时监测电控方向盘的工作电压、工作电流、工作温度、光电编码器码盘多圈的位置等，并按照预设的安全保护策略控制电控方向盘安全运行。

如图5所示，电控方向盘安全保护控制系统包括电压采集电路、电流采集电路、温度传感器、位置传感器以及处理器。

其中，电压采集电路，用于获取电控方向盘的工作电压；电流采集电路，用于获取所述电控方向盘的工作电流；温度传感器，用于获取所述电控方向盘的工作温度；位置传感器，用于获取光电编码器码盘多圈的位置；

处理器，用于利用观测算法，预估电控方向盘的当前位置；并在接收到电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据后，根据获取到的电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流、当前位置和光电编码器码盘多圈的位置，以及ECU输入的CAN通信数据，按照预设的安全保护策略，控制电控方向盘安全运行，具体实现过程请参见上述步骤S104的详细介绍。

具体来讲，电控方向盘安全保护控制系统中的处理器执行的安全保护机制(即安全保护策略)如下：、

(1)对车辆的ECU输入参数进行合法性检验，避免错误参数导致的系统异常。

(2)定时检测电控方向盘的通讯状态有效性，并根据预设保护模式更新系统状态。

(3)定时检测电控方向盘的设备工作温度，对温度异常情况进行有效处理。

(4)定时检测电控方向盘的设备工作电流、工作电压，并对异常情况按预设安全策略进行保护。

(5)通过算法跟踪，实时比对图4中PID和FOC矢量控制算法输出期望结果与当前实际转动位置，以便依据经验模型检出异常情况并进行安全防护。

进一步的，为便于理解，现结合图6所示一种电控方向盘安全保护控制方法的具体实现示意图。对本申请实施例提供的电控方向盘安全保护控制方法的实现过程进行介绍。

如图6所示，本申请实施例的实现过程为：在启动电控方向盘工作后，首先利用系统中的温度传感器、电压采集电路、电流采集电路、位置传感器分别获取电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流、光电编码器码盘多圈的位置，并通过系统处理器接收到电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据，然后利用处理器中各个相应的检测模块对获取到的数据进行检测，得到对应的检测结果，接着，再利用观测算法，预估电控方向盘的当前位置，进而可以通过比对PID和FOC矢量控制算法输出期望结果与电控方向盘当前实际转动位置(当前位置)，按照预设的安全保护策略，对电控方向盘进行安全防护。具体实现过程参见步骤S101～S104。

这样，通过在非道路车辆用自动驾驶领域中，对电控方向盘安全保护的有效控制，可以快速发现自动驾驶过程中由于设备故障、线缆故障或其它异常原因导致的安全相关问题，从而能够有效提高整个自动驾驶系统的稳定性和安全性。

当介绍本申请的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。

需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory,RAM)等。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种电控方向盘安全保护控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流；

获取所述电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据；

利用观测算法，预估所述电控方向盘的当前位置，并获取光电编码器码盘多圈的位置；

根据所述电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流、当前位置和所述光电编码器码盘多圈的位置，以及所述ECU输入的CAN通信数据，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电控方向盘的工作温度，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行包括：

判断所述电控方向盘的工作温度是否超过预设温度阈值；

若是，则按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘停止转动；

若否，则控制所述电控方向盘保持在正常运行状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电控方向盘的工作电压，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行包括：

判断所述电控方向盘的工作电压是否与所述ECU输入的电控方向盘的工作电压一致；

若判断出所述电控方向盘的工作电压与所述ECU输入的电控方向盘的工作电压一致，则判断所述工作电压是否小于预设电压阈值；

当所述工作电压小于预设电压阈值时，则锁定所述电控方向盘；

若判断出所述电控方向盘的工作电压与所述ECU输入的电控方向盘的工作电压不一致，则锁定所述电控方向盘。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电控方向盘的工作电流，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行包括：

通过冗余校验，判断所述电控方向盘的工作电流是否满足预设条件；

若是，则控制所述电控方向盘保持在正常运行状态；

若否，则按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘停止转动。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述ECU输入的CAN通信数据，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行包括：

对所述ECU输入的CAN通信数据进行效验，得到效验结果；

对所述效验结果进行解析，得到解析结果；

对所述解析结果进行合理性检测，得到检测结果；

根据所述检测结果，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述ECU输入的CAN通信数据，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行还包括：

获取所述效验结果中各个数据流的时间戳；

判断所述各个数据流的时间戳中相邻两个时间戳之间的差值是否超过预设时间阈值；

若是，则按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘停止转动；

若否，则控制所述电控方向盘保持在正常运行状态。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电控方向盘的当前位置和所述光电编码器码盘多圈的位置，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行包括：

判断所述电控方向盘的当前位置与所述光电编码器码盘多圈的位置之间的相位差是否大于预设相差阈值；

若是，则按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘停止转动；

若否，则按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘正常转动。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述电控方向盘的当前位置和所述光电编码器码盘多圈的位置，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行，还包括：

当出现系统电流过流时，判断所述系统电流是否大于预警电流；

当判断出所述系统电流大于预警电流且小于截止电流时，判断所述车辆的车辆转角是否小于预设转角；

若判断出所述车辆的车辆转角小于预设转角，则控制所述车辆退出自动驾驶模式；

当判断出所述系统电流大于截止电流时，则控制所述电控方向盘自动锁定。

9.根据权利要求2-8任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当控制所述电控方向盘停止转动或锁定所述电控方向盘时，发出相应的故障提示和/或报警信号。

10.一种电控方向盘安全保护控制系统，其特征在于，所述系统包括电压采集电路、电流采集电路、温度传感器、位置传感器、处理器；

所述电压采集电路，用于获取电控方向盘的工作电压；

所述电流采集电路，用于获取所述电控方向盘的工作电流；

所述温度传感器，用于获取所述电控方向盘的工作温度；

所述位置传感器，用于获取光电编码器码盘多圈的位置；

所述处理器，用于利用观测算法，预估所述电控方向盘的当前位置；并在接收到所述电控方向盘所属车辆中ECU输入的CAN通信数据后，根据所述电控方向盘的工作温度、工作电压、工作电流、当前位置和所述光电编码器码盘多圈的位置，以及所述ECU输入的CAN通信数据，按照预设的安全保护策略，控制所述电控方向盘安全运行。

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