CN113401217A

CN113401217A - 自动驾驶的转向控制方法和方向盘转向单元

Info

Publication number: CN113401217A
Application number: CN202110013797.9A
Authority: CN
Inventors: 周奇; 吴迪
Original assignee: Fengjiang Intelligent Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Fengjiang Intelligent Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2021-01-06
Filing date: 2021-01-06
Publication date: 2021-09-17
Anticipated expiration: 2041-01-06
Also published as: KR20220099482A; CN113401217B; AU2022200012B2; US20220212718A1; EP4026755A1; AU2022200012A1; CA3144404A1; JP2022106280A

Abstract

本发明提供了一自动驾驶的转向控制方法和方向盘转向单元，其中响应于一转向指令，一方向盘电机驱动一方向盘转动至预设的角度，其中所述方向盘的转动角度通过所述方向盘电机的转动控制。

Description

自动驾驶的转向控制方法和方向盘转向单元

技术领域

本发明涉及到自动驾驶领域，尤其涉及到一自动驾驶的转向控制方法和方向盘转向单元。

背景技术

在目前的车辆当中，伺服电机转动系统(包括伺服电机和驱动器)的冗余设计较多，采购成本较高，转矩低并且工作效率较低。比如说伺服电机转动系统可以包括一转向管柱、扭矩传感器、伺服电机、控制模块等组件，在车辆启动后伺服电机转动系统开始工作，当车速小于一定的速度，控制模块基于转向扭矩、转动方向和车速等数据向伺服电机发出控制指令，使得伺服电机输出相应大小以及方向的扭矩以产生助动力。

而在目前的自动驾驶车辆领域，比如说农机领域，自动转向系统本身仅有单一的转向功能，如果需要反馈转动角度信息的话，自动转向系统需要借助于外部额外加装的角度传感器，很显然，额外的传感器的安装增加了整个转向系统的成本。而在可自动驾驶的车辆中，传感器的成本是一项比较重要的成本。自动驾驶车辆的控制系统需要借助各种类型的传感器来获取各种参数，然后基于这些参数做出判断，从而对于车辆进行自动控制，进而实现自动驾驶的目的。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一自动驾驶的转向控制方法和方向盘转向单元，其中所述方向盘电机转动系统不需要借助于额外安装的角度传感器就可以实现控制，从而节约了安装成本和后续的维护成本。

本发明的另一个目的在于提供一自动驾驶的转向控制方法和方向盘转向单元，其中所述方向盘电机转动系统能够基于车辆控制系统的指令进行方向的调整，以使得车辆按照预期的规划的路径行驶。

本发明的另一个目的在于提供一自动驾驶的转向控制方法和方向盘转向单元，其中所述方向盘电机转向系统能够自动判断人手是否介入到方向盘并且回归到传统驾驶模式。

本发明的另一目的在于提供一自动驾驶的转向控制方法和方向盘转向单元，其中所述方向盘电机转向系统藉由一电机驱动一方向盘，并且通过获得所述电机的转动角度来判断所述方向盘的转动角度，从而不需要借助外部的角度传感器来检测所述方向盘的转动角度。

根据本发明的一方面，本发明提供一自动驾驶的转向控制方法，其中所述转向控制方法包括如下步骤：

响应于一转向指令，一方向盘电机驱动一方向盘转动至预设的角度，其中所述方向盘的转动角度通过所述方向盘电机的转动控制。

根据本发明的一个实施例，所述转向控制方法进一步包括如下步骤：

如果一车辆沿着一规划的路径自动驾驶，在所述车辆的实际轨迹和规划的路径的偏差大于预设值的情况下，发送所述转向指令至一方向盘转向单元，其中所述方向盘转向系统包括所述方向盘电机和所述方向盘。

在所述车辆的实际轨迹修正至和规划的路径的偏差值小于预设值，控制所述方向盘电机停止转动，以使得所述方向盘保持在当前位置。

如果一车辆需要调头，发送一转向指令至一车辆控制单元，藉由所述车辆控制单元控制一方向盘转向单元。

藉由所述车辆控制单元发送指令至所述方向盘转向单元以控制所述方向盘转向单元的一方向盘电机进入到工作状态；和

采集所述方向盘电机的状态参数以判断所述方向盘转向单元是否处于空闲状态，如果是，控制所述方向盘转向单元根据来自于所述车辆控制单元的指令转动。

获取所述方向盘电机的转速；和

对比所述方向盘电机的转速和指令中的预设转速，如果小于预设转速，那么控制所述方向盘电机加速调整。

根据本发明的一个实施例，在上述方法中，在所述车辆的航向角被调整至预设的角度，所述车辆控制单元控制所述方向盘转向单元的所述方向盘电机停止转动，以使得所述方向盘停止转动。

根据本发明的一个实施例，在上述方法中，一旦人工介入所述方向盘，所述方向盘电机停止工作，以使得所述车辆进入到人工转向控制状态。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一方向盘转向单元，适于驱动一车辆转向，其中所述方向盘转向单元包括：

一方向盘；和

一方向盘电机，其中所述方向盘被可驱动地连接于所述方向盘电机，所述方向盘电机被可控制地连接于该车辆的一车辆控制单元，基于所述车辆控制单元接收到的一自动驾驶指令，所述车辆控制单元发送指令至所述方向盘电机，以使得所述方向盘电机驱动所述方向盘转动至预设角度，其中所述方向盘的转动角度通过所述方向盘电机的转动控制。

根据本发明的一个实施例，所述方向盘转向单元进一步包括一方向盘电机检测器，其中所述方向盘电机检测器用于获取所述方向盘电机的转动参数并且被可通信地连接于所述车辆控制单元，所述车辆控制单元发送的指令包括所述方向盘电机的转动参数设定值。

附图说明

图1A是根据本发明的一较佳实施例的带有方向盘转向单元的一车辆的示意图。

图1B是根据本发明的一较佳实施例的一方向盘转向单元的应用示意图。

图2是根据本发明的一较佳实施的一转向控制方法的应用示意图。

图3是根据本发明的一较佳实施例的一转向控制方法的应用示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考附图1A至附图1B所示，根据本发明的一较佳实施例的一方向盘转向单元15和带有方向盘151的一车辆1被分别示意。

所述车辆1能够被自动驾驶，也能够被手动驾驶，所述车辆1的类型可以但是并不限制于汽车、客车、货车或者是农机。可以理解的是，所述方向盘转向单元不仅可以被用于上述的举例的车辆1，也可以被应用于带有方向盘的可运动系统，其可以通过操控方向盘也实现转向。可以理解的是，所述车辆1可以是内燃机式车辆1，可以是电能式车辆1，也可以是利用其他能源的车辆1。

所述车辆1包括一车辆主体10和一车辆控制单元20(ECU，Electronic ControlUnit)，其中所述车辆主体10被可控制地连接于所述车辆控制单元20，所述车辆主体10可以包括一车架11、一行走单元12、一驱动单元13、一制动单元14以及所述方向盘转向单元15，其中所述行走单元12、所述驱动单元13、所述制动单元14以及所述方向盘转向单元15被分别安装于所述车架11，所述行走单元12被可驱动地连接于所述行走单元12，所述制动单元14用于阻止所述行走单元12继续运动，所述方向盘转向单元15用于控制所述行走单元12的转向。

所述行走单元12、所述驱动单元13、所述制动单元14以及所述方向盘转向单元15被分别可控制地连接于所述车辆控制单元20，所述车辆控制单元20基于各种传感器采集到的数据对于所述车辆主体10进行控制，以使得所述车辆主体10能够根据期望被控制。

所述车辆1进一步包括一信息获取单元30，其中所述信息获取单元30用于获得所述车辆主体10自身的信息或者所述车辆1外部的信息，比如说环境信息或者是外部指令信息。所述车辆控制单元20被可通信地连接于所述信息获取单元30以对于所述信息获取单元30获取到的数据进行处理，然后基于处理结果下发指令，对于所述车辆主体10进行控制。

所述方向盘转向单元15包括所述方向盘151和一方向盘电机152，其中所述方向盘151被可驱动地连接所述方向盘电机152，所述方向盘电机152的一输出轴可以转动以驱动所述方向盘151转动。

值得注意的是，所述方向盘转向单元15不需要被设置有一个额外的角度传感器去检测所述方向盘151的转动角度。所述方向盘151的转动通过所述方向盘电机152的所述输出轴的转动实现，通过获取所述方向盘电机152的所述输出轴的转动角度就可以判断所述方向盘151的转动角度。进一步地，所述方向盘转向单元15包括一方向盘电机检测器153，其中所述方向盘电机检测器153被配置为检测所述方向盘电机152的状态，比如说所述方向盘电机152的转速，转向等参数。所述方向盘电机检测器153被可通信地连接于所述车辆控制单元20，以使得所述车辆控制单元20能够实时地知晓所述方向盘电机152的状态，并且基于所述方向盘电机152的状态下发指令至所述方向盘电机152。

举例说明，参考附图2所示，根据本实施例的所述方向盘转向单元15在所述车辆1自动驾驶过程中的一种应用方式被示意。

所述车辆1开始自动驾驶并且沿着A到B方向的预设的路径行驶。在所述车辆1行驶一段时间后，基于所述信息获取单元30获取的数据，所述车辆控制单元20得出当前车辆1的行驶轨迹和预期的路线之间发生了一定的偏差，并且偏差数值超过了预设的范围，基于这种情况，所述车辆控制单元20朝向所述方向盘转向单元15发出指令，以使得所述方向盘电机152开始转动，从而所述方向盘151转动，以改变所述车辆主体10的行驶方向。

在上述过程中，所述信息获取单元30实时地获取所述车辆主体10的位置信息，比如说通过GPS获得所述车辆主体10的位置信息，同时所述车辆控制单元20基于所述信息获取单元30获取到的数据进行处理。如果所述车辆控制单元20得出的处理结果是当前的所述车辆主体10的行驶轨迹和预期的路线重合，那么所述车辆控制单元20发送指令至所述方向盘转向单元15以使得所述方向盘电机152停止转动，所述方向盘151保持在当前位置。当前的所述方向盘电机152的转动角度相关的数据可以通过所述信息获取单元30被实时地反馈至所述车辆控制单元20。

进一步地，如果基于所述信息获取单元30获取到的数据，所述车辆控制单元20发现所述车辆主体10再次偏离规划的路径，那么可以重复上述的步骤，继续对于所述方向盘151进行调整直到所述车辆1完成本次自动行驶。

根据本发明的一方面，本发明提供了一自动驾驶的转向控制方法，其中所述转向控制方法包括如下步骤：

所述车辆1开始自动驾驶之后，所述车辆1沿着设定的方向自动运动，一旦所述车辆1的实时轨迹偏离预定的路径，并且偏离值大于预设值，所述车辆控制单元20发送至指令至所述方向盘电机152，以使得所述方向盘电机152驱动所述方向盘151以调整所述车辆1的行驶方向直到所述车辆1的实时轨迹和预定的路径的偏离值回到预设范围之内。

详细地说，首先在偏离值大于预设值时，调整所述方向盘电机152的转动参数，比如说转动的速度和转动的方向，并且实时地反馈数据至所述车辆控制单元20。其次，在所述车辆1的偏离值被调整至预设范围之内，比如说所述车辆1的行驶路径和预设路径重合时，所述车辆控制单元20控制所述方向盘电机152停止转动，以停止对于所述方向盘151的调整，从而停止对于所述车辆1的行驶方向的调整。换句话说，此时所述方向盘151被保持在调整后的方向。最后，当偏离值再次大于预设值后，所述车辆控制单元20重新下发指令至所述方向盘电机152，以调整所述方向盘151的位置，以使得偏离值回到正常范围或者是不再偏离。

举例说明，当所述车辆1沿着直线行驶时，过了一段时间后发现车辆1偏离到左边，那么所述车辆控制单元20控制所述方向盘电机152转动以朝右行驶以回到预期的直线行驶轨迹，并且保持所述方向盘151的调整后的位置。在所述车辆1回到预期的直线行驶轨迹并且经过一段时间之后，所述车辆1回偏离到右边，此时所述车辆控制单元20可以控制所述方向盘电机152反向转动，以使得所述方向盘151反向转动，以使得所述车辆1朝左打，通过这样的方式，不断地基于所述车辆1的运动轨迹来调整所述方向盘151的位置。

可以理解的是，在所述车辆1回到预期的直线位置之后，所述方向盘电机152也可以自动回正至调整前的状态，以使得所述方向盘151回正。换句话说，在单次调整完毕之后，所述方向盘151可以直接回正，也可以被保持在调整后的状态。

更进一步地，如果有驾驶人员突然需要基于需求调整所述车辆1的行驶方向，驾驶人员可以随时地介入，并且控制所述方向盘151。举例说明，所述车辆1保持直线行驶，驾驶人员朝右转动所述方向盘151以期望所述车辆1朝右行驶，所述方向盘转向单元15会退出工作，也就是说，所述方向盘电机152不会维持所述方向盘151保持在固定的方向，而是让所述方向盘151随着驾驶人员的操作而转动。

所述方向盘转向单元15可以通过检测所述方向盘电机152的受力情况判断驾驶人员是否介入操作，当然可以理解的是，所述方向盘转向单元15如何判断驾驶人员是否介入操作的情况仅为举例说明。

进一步地，带有所述方向盘转向单元15的所述车辆1不仅能够在偏离航向时自动矫正方向，还可以进行自动转向。

参考附图3所示，所述车辆1能够在需要调头位置进行自动调头。具体地说，所述车辆1的所述车辆控制单元20可以接收外部指令，并且基于外部指令朝向所述方向盘转向单元15发送指令，以使得所述方向盘转向单元15进行到工作状态。另外，所述车辆控制单元20可以获得来自于所述方向盘转向单元15的参数，比如说当前的所述方向盘电机152的转动角度。

如果当前的所述方向盘电机152处于空闲状态，那么所述车辆控制单元20基于接收到的来自于所述方向盘转向单元15的参数和外部的指令生成控制指令，以使得所述方向盘电机152按照一定的转速和转向进行转动，以驱动所述方向盘151转动。

如果当前的所述方向盘151处于工作状态，比如说可能是驾驶人员正在操控，那么所述车辆控制单元20基于接收到的来自于所述方向盘转向单元15的参数可以发出一些提示。

进一步地，所述信息获取单元30实时地获取所述车辆1的位置状态，以使得所述车辆控制单元20能够判断所述车辆主体10是否已经完成本次操作，比如说转弯。如果说所述车辆1还没有完成本次操作并且所述车辆1的航向角还未调整到预期的角度，那么所述车辆控制单元20继续发送指令至所述方向盘转向单元15以使得所述方向盘电机152继续转动以使得所述方向盘151继续保持被调整。如果说所述车辆控制单元20基于所述信息获取单元30获取到的信息判断当前所述车辆1的航向角达到预期角度，那么所述车辆控制单元20发送指令至所述方向盘转向单元15，以使得所述方向盘转向单元15的所述方向盘电机152停止所述方向盘151的驱动。

所述转向控制方法可以包括如下步骤：

藉由所述车辆控制单元20接收自动驾驶指令，其中所述自动驾驶指令可以来自于一个APP，比如说来自于一个移动电子设备，用户可以藉由所述移动电子设备操控所述车辆1；

所述车辆控制单元20接收指令并且向所述方向盘电机152发送使能指令；

基于接收到的来自于所述车辆控制单元20的使能指令，所述方向盘电机152进行工作模式；

获取所述方向盘转向单元15的状态并且反馈至所述车辆控制单元20；

如果基于所述方向盘转向单元15的状态发现所述方向盘转向单元15处于空闲状态，那么所述车辆控制单元20发送转向指令至所述方向盘电机152，以对于所述方向盘151的位置进行调整；

接收到指令的所述方向盘电机152开始转动；

如果所述方向盘电机152的转速达到指令转速，那么所述方向盘电机152停止转动，如果没有，那么所述方向盘电机152继续加速调整；

获取所述车辆1的航向角信息，如果当前的所述车辆1已经调整至预设的航向角，那么所述车辆控制单元20发送指令至所述方向盘转向单元15，以使得所述方向盘电机152停止工作，如果没有，则所述车辆控制单元20继续发送指令至所述方向盘转向单元15，以使得所述方向盘转向单元15继续保持调整。

进一步地，在另一种实施方式中，所述转向控制方法包括如下步骤

响应于转向指令，所述方向盘151指令驱动所述方向盘151转动至预设的角度，其中所述方向盘151的转动角度通过所述方向盘151电动机的转动控制；

如果所述车辆1沿着规划路径自动驾驶，在所述车辆1的实际轨迹和规划的路径的偏差大于预设值的情况下，发送所述转向指令至所述方向盘转向单元15；以及

在所述车辆1的实际轨迹修正至和规划的路径的偏差值小于预设值，再次发送所述转向指令至所述方向盘转向单元15，以使得所述车辆1的实际轨迹和规划的路径的偏差能够尽可能保持。

具体地说，一个所述车辆1沿着直线行驶，一段时间之后发现所述车辆1的行驶轨迹朝向右偏移，发送所述转向指令以使得车辆1朝左转动至所述车辆1的行驶轨迹和规划的路径的偏差值小于预设值。在所述车辆1的行驶轨迹和规划的路径的偏差值小于预设值之后，所述车辆控制单元20继续发送所述转向指令至所述车辆1的所述方向盘转向单元15以使得所述车辆1的所述方向盘151回正一定的角度，以减少所述车辆1继续朝着原来的角度行驶导致所述车辆1的实际轨迹和规划的路径的偏差值重新变大的可能性。

通过这样的方式，在所述车辆1的实际轨迹和规划的路线的偏差值越来越大之前，所述车辆1的所述方向盘151的转向能够被提前进行修正。也就是说，所述车辆1的所述方向盘151能够被预先进行修正。

值得一提的是，在这个过程中，不论何时人工介入到所述方向盘151，所述方向盘转向单元15的数据能够被反馈至所述车辆控制单元20，所述车辆控制单元20能够控制人工介入的操作的优先级位于所述车辆控制单元20的转向指令的之前。

值得注意的是，人工介入到所述方向盘151之后，所述方向盘电机152可以停止工作以使得用户完全掌控所述方向盘151。也可以是，所述方向盘电机152起到辅助作用。详细地说，在人工介入到所述方向盘151之后，基于所述方向盘电机检测器153从所述方向盘电机152获取的数据，所述车辆控制单元20可以知晓所述方向盘151的转动方向。当所述方向盘151被朝向一个方向转动时，基于所述方向盘电机检测器153检测到的数据，所述车辆控制单元20下发指令至所述方向盘电机152，以使得所述方向盘电机152顺着所述方向盘151转动的方向驱动所述方向盘152。对于用户来说，手动操作所述方向盘151将变得更为便利，尤其是对于操作大型车辆的情况下。

进一步地，所述方向盘转向单元15具有一应急机制。详细地说，自动驾驶中所述车辆1的所述信息获取单元30不断地获取所述车辆1周围环境信息。在用户介入到所述方向盘151之后，所述方向盘151的控制权属于用户。如果基于所述信息获取单元30获取到的信息，所述车辆控制单元20发现前方出现一个障碍物，但是在预设时间内用户并没有进行相关的操作，比如说转向，如果继续沿着当前方向行驶，那么所述车辆1将会撞上障碍物。在这种情况下，所述车辆控制单元20会发送指令至所述方向盘转向单元15以使得所述方向盘电机152驱动所述方向盘151转动。如果这个过程中用户在进行转向但是和所述车辆控制单元20的指令中的转向相反，那么所述车辆控制单元20发出的指令的优先级高于人工操作的指令，所述车辆1在所述车辆控制单元20的控制下进行转向以避让当前的障碍物。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims

1.一自动驾驶的转向控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的转向控制方法，其中所述转向控制方法进一步包括如下步骤：

如果一车辆沿着一规划的路径自动驾驶，在所述车辆的实际轨迹和规划的路径的偏差大于预设值的情况下，发送所述转向指令至一方向盘转向单元，其中所述方向盘转向单元包括所述方向盘电机和所述方向盘。

3.根据权利要求2所述的转向控制方法，其中所述转向控制方法进一步包括如下步骤：

4.根据权利要求1所述的转向控制方法，其中所述转向控制方法进一步包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的转向控制方法，其中所述转向控制方法进一步包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的转向控制方法，其中所述转向控制方法进一步包括如下步骤：

获取所述方向盘电机的转速；和

7.根据权利要求6所述的转向控制方法，其中在上述方法中，在所述车辆的航向角被调整至预设的角度，所述车辆控制单元控制所述方向盘转向单元的所述方向盘电机停止转动，以使得所述方向盘停止转动。

8.根据权利要求1至7任一所述的转向控制方法，其中在上述方法中，一旦人工介入所述方向盘，所述方向盘电机停止工作，以使得所述车辆进入到人工转向控制状态。

9.一方向盘转向单元，适于驱动一车辆转向，其特征在于，包括：

一方向盘；和

10.根据权利要求9所述的方向盘转向单元，进一步包括一方向盘电机检测器，其中所述方向盘电机检测器用于获取所述方向盘电机的转动参数并且被可通信地连接于所述车辆控制单元，所述车辆控制单元发送的指令包括所述方向盘电机的转动参数设定值。