CN117565871B - 一种多模式自动切换驾驶安全方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多模式自动切换驾驶安全方法及系统，涉及车辆的联合控制领域。本发明根据倾斜角度与设定角度阈值间的关系以及变化率与零间的关系，确定车辆的驾驶模式并完成不同驾驶模式的切换，并在不同驾驶模式下基于实际速度和限制速度调整电机的输出功率，能够有效防止车辆速度过快的情况发生，降低事故风险。本发明还基于角速度完成当前驾驶模式下的制动力分配，能够保持车辆稳定性。此外，本发明可以根据具体驾驶状况切换驾驶模式，能够使得车辆适应不同地形和路况的要求，提高车辆的适应性和灵活性。

Description

一种多模式自动切换驾驶安全方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆的联合控制技术领域，特别是涉及一种多模式自动切换驾驶安全方法及系统。

背景技术

目前，全地形车在复杂地形和陡峭坡道等特殊驾驶情况下存在安全隐患。现有技术中的驾驶控制系统缺乏自动模式切换和安全限制功能，无法适应不同驾驶状况的要求，容易导致事故发生。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种多模式自动切换驾驶安全方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多模式自动切换驾驶安全方法，包括：

获取车辆的倾斜角度，并确定所述倾斜角度在设定时间段内的变化率；

根据所述倾斜角度与设定角度阈值间的关系以及所述变化率与零间的关系，确定车辆的驾驶模式并完成不同驾驶模式的切换；所述车辆驾驶模块包括攀爬模式、普通模式和下坡模式；

获取当前驾驶模式对应的限制速度；

获取车辆的实际速度，并基于所述实际速度和限制速度调整电机的输出功率；

获取车辆的角速度，并基于所述角速度完成当前驾驶模式下的制动力分配。

优先地，根据所述倾斜角度与设定角度阈值间的关系以及所述变化率与零间的关系，确定车辆的驾驶模式并完成不同驾驶模式的切换，具体包括：

当所述倾斜角度持续大于第一设定角度阈值且所述变化率大于零时，确定车辆的驾驶模式为攀爬模式；

当所述倾斜角度大于第一设定角度阈值且所述变化率等于零时，将车辆的驾驶模式保持为攀爬模式；

当所述倾斜角度持续小于第二设定角度阈值且所述变化率小于零时，确定车辆的驾驶模式为下坡模式；

当所述倾斜角度大于第二设定角度阈值且所述变化率等于零时，将车辆的驾驶模式保持为下坡模式；

当所述倾斜角度属于中性范围时时，确定车辆的驾驶模式为普通模式。

优先地，所述方法还包括：

设置安全倾斜阈值；

当所述倾斜角度超过所述安全倾斜阈值时，触发报警并限制电机功率的输出；

当所述倾斜角度低于所述安全倾斜阈值时，执行根据所述倾斜角度与设定角度阈值间的关系以及所述变化率与零间的关系，确定车辆的驾驶模式并完成不同驾驶模式的切换的步骤。

优先地，在基于所述实际速度和限制速度调整电机的输出功率的过程中，调整后的电机的输出功率不超过电机的最大输出功率。

优先地，所述方法还包括：

当当前驾驶模式为攀爬模式或下坡模式时，获取车辆的驾驶工况数据；

基于所述驾驶工况数据确定车辆行驶的安全情况；

当车辆行驶的安全情况存在异常时，触发紧急制动。

进一步，本发明还提供了一种多模式自动切换驾驶安全系统，该系统包括：倾角传感器、陀螺仪、轮速传感器和车辆电子控制单元；所述倾角传感器、所述陀螺仪、所述轮速传感器均搭载在车辆上，且所述倾角传感器、所述陀螺仪、所述轮速传感器均与所述车辆电子控制单元连接；

所述倾角传感器用于获取车辆的倾斜角度；所述陀螺仪用于获取车辆的角速度；所述轮速传感器用于获取车辆的轮速；

所述车辆电子控制单元，植入有驾驶模式，用于确定所述倾斜角度在设定时间段内的变化率，用于根据所述倾斜角度与设定角度阈值间的关系以及所述变化率与零间的关系，确定车辆的驾驶模式并完成不同驾驶模式的切换，用于基于车辆的轮速确定车辆的实际速度，并用于基于所述实际速度和限制速度调整电机的输出功率，基于所述角速度完成当前驾驶模式下的制动力分配；所述车辆驾驶模块包括攀爬模式、普通模式和下坡模式。

优先地，所述车辆电子控制单元中维护一个缓冲区；所述缓冲区用于存储设定时间段内获取的倾斜角度数据，并用于移除缓冲的历史倾斜角度数据；所述历史倾斜角度数据为所述设定时间段之前采集的倾斜角度数据。

优先地，所述车辆电子控制单元中设置有安全模块；所述安全模块中植入有驾驶模式和安全策略。

优先地，所述安全模块包括：

功率控制模块，用于在不同驾驶模式下确定电机的最大输出功率；

速度控制模块，用于根据实际速度和限制速度调整电机的输出功率；

上下坡限制模块，用于基于车辆的角速度和倾斜角度调整或触发警报限制电机的输出功率，并调整制动力分配和完成紧急制动。

优先地，所述上下坡限制模块包括：

上下坡角度限制检测子模块，用于当倾斜角度超过安全倾斜阈值时，触发警报并限制电机功率输出；

倾斜角度补偿子模块，用于根据角速度和倾斜角度调整电机功率输出或制动力分配；

紧急制动子模块，用于攀爬模式或下坡模式中车辆的安全形式存在异常时，触发紧急制动。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明根据倾斜角度与设定角度阈值间的关系以及变化率与零间的关系，确定车辆的驾驶模式并完成不同驾驶模式的切换，并在不同驾驶模式下基于实际速度和限制速度调整电机的输出功率，能够有效防止车辆速度过快的情况发生，降低事故风险。本发明还基于角速度完成当前驾驶模式下的制动力分配，能够保持车辆稳定性。此外，本发明可以根据具体驾驶状况切换驾驶模式，能够使得车辆适应不同地形和路况的要求，提高车辆的适应性和灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明提供的多模式自动切换驾驶安全方法流程示意图；

图2为本发明提供的多模式定义示意图；

图3为本发明提供的安全模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多模式自动切换驾驶安全方法及系统，能够解决现有技术中存在的安全隐患问题，提高驾驶的安全性和稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的多模式自动切换驾驶安全方法，包括：

步骤100：获取车辆的倾斜角度，并确定倾斜角度在设定时间段内的变化率。

步骤101：根据倾斜角度与设定角度阈值间的关系以及变化率与零间的关系，确定车辆的驾驶模式并完成不同驾驶模式的切换。

在实际应用过程中，不同驾驶模块的定义过程如图2所示，定义驾驶模块包括攀爬模式、普通模式和下坡模式。根据车辆的具体驾驶情况进行不同驾驶模式的自动切换。

A、攀爬模式(ClimbingMode)。

1)攀爬模式的路况特征：陡峭或不平整的路面，包括岩石、斜坡或凸起的地形。

2)攀爬模式的车辆行为：车辆给予更多的扭矩和功率以应对陡峭的爬升或不规则的路面，给予更高的电机功率输出来应对路面的挑战。

3)攀爬模式的安全策略：安全控制系统会限制车辆速度，确保车辆保持在可控制的范围内，同时调整功率输出以应对陡峭的路段。

B、普通模式(Normal Mode)。

1)普通模式的路况特征：相对平坦、通畅的道路或一般性路面。

2)普通模式的车辆行为：车辆会较为平稳的加速和行驶，此时电机功率输出处于一种适中状态，以满足一般性行驶需求。

3)普通模式的安全策略：安全控制系统设置限制速度和功率输出的阈值，确保车辆在一般路况下安全运行，不需要过多的功率输出。

C、下坡模式(DownhillMode)。

1)下坡模式的路况特征：陡降或倾斜路段，包括长坡道或陡峭下坡路段。

2)下坡模式的车辆行为：车辆需要降低速度并控制下坡时的制动力，此时需要对制动力进行调整或电机功率输出进行限制，以保持车辆的稳定性。

3)下坡模式的安全策略：安全控制系统会限制车辆的最大速度，并确保电机功率输出在适当范围内，以防止车辆在下坡路段时速度过快或失去控制。

进一步，基于上述定义的驾驶模块，定义不同驾驶模式的切换逻辑。该定义过程为：

(1)：数据处理。

获取倾斜角度θ_mid。获取倾斜角度的时间戳以跟踪时间。记录先前的模式，以便进行状态变化检测。维护一个缓冲区(buffer)来存储最近收集的倾角数据点。将新的倾角数据点添加到缓冲区，并移除最旧的数据点，以保持缓冲区大小不变。对缓冲区中的倾角数据应用移动平均算法得到车辆的倾斜角度。其中，θ＝(Σθ_mid)/N，θ是移动平均后的倾斜角度，Σθ_mid是缓冲区内所有倾角数据点的总和，N是缓冲区的大小(即数据点的数量)。通过移动平均以筛除异常值或噪声。

(2)：检测持续倾斜。

对于攀爬模式，设置期望的最小倾斜角度θ_climb(即第一设定角度阈值)，用于触发驾驶模式的切换。

对于下坡模式，设置期望的最大倾斜角度θ_downhill(即第二设定角度阈值)，用于触发驾驶模式切换。

对于普通模式，设置一个中性范围θ_neutral，以确保车辆在不需要切换时保持在普通模式。

(3)：计算倾斜角度变化率。

使用前后两次测量的倾角数据和时间戳来计算倾角的变化率为Δθ/Δt。

这可以表示为：Δθ/Δt＝(θ_i-θ_j)/(t_i-t_j)，其中i和j分别表示最新和先前的测量。

(4)：设置切换时间阈值。

根据期望的最小倾斜角度θ_climb和最大倾斜角度θ_downhill，以及期望的切换时间阈值Δt_threshold，计算切换时间阈值。

其中，切换时间阈值可以设置为Δt_threshold＝θ_climb/Δθ/Δt。

(5)：检测模式切换。

如果倾角θ持续大于θ_climb并且Δθ/Δt大于零，表示车辆正在攀爬，切换到攀爬模式。

如果倾角θ持续小于θ_downhill并且Δθ/Δt小于零，表示车辆正在下坡，切换到下坡模式。

如果倾角θ在中性范围内，保持在普通模式。

如果倾角θ超过θ_climb并且Δθ/Δt为零，表示车辆停止攀爬，保持在攀爬模式。

如果倾角θ超过θ_downhill并且Δθ/Δt为零，表示车辆停止下坡，保持在下坡模式。

步骤102：获取当前驾驶模式对应的限制速度。

步骤103：获取车辆的实际速度，并基于实际速度和限制速度调整电机的输出功率。

在实际应用过程中，根据实际速度与限制速度之间的差异，调节电机的功率输出。其中，设置对应的电机功率限制区间和速度限制区间，设定限制速度为V_limit，根据实际速度V_s与限制速度V_limit之间的差异，调节电机的功率输出。设定电机的功率输出为P_v。

步骤104：获取车辆的角速度，并基于角速度完成当前驾驶模式下的制动力分配。例如，在这一过程中可以设定电机的功率输出为P_comp。

进一步，为了保证车辆的稳定性，本发明还可以在不同驾驶模式下设置电机的最大功率输出。在攀爬模式下，设定电机的最大功率输出为P_c。在普通模式下，设定电机的最大功率输出为P_n。在下坡模式下，设定电机的最大功率输出为P_d。

进一步，还可以设置安全倾斜阈值。当倾斜角度超过安全倾斜阈值时，触发警报并限制电机功率输出。在具体实施过程中，假如给定安全倾斜阈值为θ_threshold。当倾斜角度θ超过这一阈值θ_threshold时，则触发警报并限制电机功率输出。

进一步，为了提高车辆行驶的安全性，在上下坡模式下遇到极端情况时，可以触发紧急制动。

进一步，本发明还提供了一种多模式自动切换驾驶安全系统，该系统包括：倾角传感器、陀螺仪、轮速传感器和车辆电子控制单元。倾角传感器、陀螺仪、轮速传感器均搭载在车辆上，且倾角传感器、陀螺仪、轮速传感器均与车辆电子控制单元连接。

轮速传感器可以提供车辆的实际速度V_s。陀螺仪可以提供车辆的角速度ω。倾角传感器可以提供车辆的倾斜角度θ。车辆电子控制单元基于各传感器检测的数据和设定的各个预设值，确定驾驶模式切换和安全策略的控制逻辑，具体驾驶模式和安全策略的控制请参见本发明上述提供的多模式自动切换驾驶安全方法。以上组件和模块相互配合，实现全地形车的安全稳定性控制和自动模式切换功能。

在实际应用过程中，在驾驶模式确定和切换过程中，需要先确定各传感器参数变量。

进一步，针对每一种驾驶模式需要设置其对应的安全模块。安全模块的具体解耦股如图3所示，包括功率控制模块、速度控制模块和上下坡限制模块。

其中，a、功率控制模块的作用是：

在不同模式下调整电机的最大功率输出。在攀爬模式下，设定电机的最大功率输出为P_c。在普通模式下，设定电机的最大功率输出为P_n。在下坡模式下，设定电机的最大功率输出为P_d。

b、速度控制模块的作用是：

根据实际速度与限制速度之间的差异，调节电机的功率输出，设置对应的电机功率限制区间和速度限制区间，设定限制速度为V_limit，根据实际速度V_s与限制速度V_limit之间的差异，调节电机的功率输出。设定电机的功率输出为P_v。

c、上下坡限制模块包括：上下坡角度限制检测子模块、倾斜角度补偿子模块和紧急制动子模块。

i)上下坡角度限制检测子模块的作用是：当倾斜角度超过预设阈值时，触发警报并限制电机功率输出。例如，给定倾斜角度的预设阈值为θ_threshold。当倾斜角度θ超过预设阈值θ_threshold时，则触发警报并限制电机功率输出。

ii)倾斜角度补偿子模块的作用是：根据陀螺仪和倾角传感器的数据调整电机功率输出或制动力分配，以保持车辆平衡和稳定性。根据陀螺仪提供的角速度数据ω和倾角传感器提供的倾斜角度数据θ，对电机功率输出进行调整。设定电机的功率输出为P_comp。

iii)紧急制动子模块的作用是：在上下坡模式下遇到极端情况时，触发紧急制动。

基于上述描述，相对于现有技术，本发明保护的多模式自动切换驾驶安全系统具有以下优点：

1、提高安全性和稳定性：本发明通过自动模式切换和安全限制，防止过快速度和保持车辆稳定性，降低事故风险。

2、实时警告和响应能力：本发明能够提供实时警告和紧急制动功能，即时应对关键情况，保障驾驶人员和乘客的安全。

3、自适应性和灵活性：本发明根据具体驾驶状况自动切换驾驶模式，适应不同地形和路况的要求，提高车辆的适应性和灵活性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种多模式自动切换驾驶安全方法，其特征在于，包括：

获取车辆的倾斜角度，并确定所述倾斜角度在设定时间段内的变化率；

根据所述倾斜角度与设定角度阈值间的关系以及所述变化率与零间的关系，确定车辆的驾驶模式并完成不同驾驶模式的切换；所述车辆驾驶模块包括攀爬模式、普通模式和下坡模式；

其中，不同驾驶模式的切换逻辑定义过程为：

数据处理；获取倾斜角度θ_mid；获取倾斜角度的时间戳以跟踪时间；记录先前的模式，以便进行状态变化检测；维护一个缓冲区来存储最近收集的倾角数据点；将新的倾角数据点添加到缓冲区，并移除最旧的数据点，以保持缓冲区大小不变；对缓冲区中的倾角数据应用移动平均算法得到车辆的倾斜角度；其中，θ＝(Σθ_mid)/N，θ是移动平均后的倾斜角度，Σθ_mid是缓冲区内所有倾角数据点的总和，N是缓冲区的大小；通过移动平均以筛除异常值或噪声；

检测持续倾斜；对于攀爬模式，设置期望的最小倾斜角度θ_climb，用于触发驾驶模式的切换；对于下坡模式，设置期望的最大倾斜角度θ_downhill，用于触发驾驶模式切换；对于普通模式，设置一个中性范围θ_neutral，以确保车辆在不需要切换时保持在普通模式；其中，最小倾斜角度θ_climb为第一设定角度阈值；最大倾斜角度θ_downhill为第二设定角度阈值；

计算倾斜角度变化率；使用前后两次测量的倾角数据和时间戳来计算倾角的变化率为Δθ/Δt；倾角的变化率表示为：Δθ/Δt＝(θ_i-θ_j)/(t_i-t_j)，其中i和j分别表示最新和先前的测量；

设置切换时间阈值；根据期望的最小倾斜角度θ_climb和最大倾斜角度θ_downhill，以及期望的切换时间阈值Δt_threshold，计算切换时间阈值；其中，切换时间阈值可以设置为Δt_threshold＝θ_climb/Δθ/Δt；

检测模式切换：如果倾角θ持续大于θ_climb并且Δθ/Δt大于零，表示车辆正在攀爬，切换到攀爬模式；如果倾角θ持续小于θ_downhill并且Δθ/Δt小于零，表示车辆正在下坡，切换到下坡模式；如果倾角θ在中性范围内，保持在普通模式；如果倾角θ超过θ_climb并且Δθ/Δt为零，表示车辆停止攀爬，保持在攀爬模式；如果倾角θ超过θ_downhill并且Δθ/Δt为零，表示车辆停止下坡，保持在下坡模式；

获取当前驾驶模式对应的限制速度；

获取车辆的实际速度，并基于所述实际速度和限制速度调整电机的输出功率；

获取车辆的角速度，并基于所述角速度完成当前驾驶模式下的制动力分配。

2.根据权利要求1所述的多模式自动切换驾驶安全方法，其特征在于，所述方法还包括：

设置安全倾斜阈值；

当所述倾斜角度超过所述安全倾斜阈值时，触发报警并限制电机功率的输出；

当所述倾斜角度低于所述安全倾斜阈值时，执行根据所述倾斜角度与设定角度阈值间的关系以及所述变化率与零间的关系，确定车辆的驾驶模式并完成不同驾驶模式的切换的步骤。

3.根据权利要求1所述的多模式自动切换驾驶安全方法，其特征在于，在基于所述实际速度和限制速度调整电机的输出功率的过程中，调整后的电机的输出功率不超过电机的最大输出功率。

4.根据权利要求1所述的多模式自动切换驾驶安全方法，其特征在于，所述方法还包括：

当当前驾驶模式为攀爬模式或下坡模式时，获取车辆的驾驶工况数据；

基于所述驾驶工况数据确定车辆行驶的安全情况；

当车辆行驶的安全情况存在异常时，触发紧急制动。

5.一种多模式自动切换驾驶安全系统，其特征在于，包括：倾角传感器、陀螺仪、轮速传感器和车辆电子控制单元；所述倾角传感器、所述陀螺仪、所述轮速传感器均搭载在车辆上，且所述倾角传感器、所述陀螺仪、所述轮速传感器均与所述车辆电子控制单元连接；

所述倾角传感器用于获取车辆的倾斜角度；所述陀螺仪用于获取车辆的角速度；所述轮速传感器用于获取车辆的轮速；

所述车辆电子控制单元，植入有驾驶模式，用于确定所述倾斜角度在设定时间段内的变化率，用于根据所述倾斜角度与设定角度阈值间的关系以及所述变化率与零间的关系，确定车辆的驾驶模式并完成不同驾驶模式的切换，用于基于车辆的轮速确定车辆的实际速度，并用于基于所述实际速度和限制速度调整电机的输出功率，基于所述角速度完成当前驾驶模式下的制动力分配；所述车辆驾驶模块包括攀爬模式、普通模式和下坡模式；

其中，不同驾驶模式的切换逻辑定义过程为：

数据处理；获取倾斜角度θ_mid；获取倾斜角度的时间戳以跟踪时间；记录先前的模式，以便进行状态变化检测；维护一个缓冲区来存储最近收集的倾角数据点；将新的倾角数据点添加到缓冲区，并移除最旧的数据点，以保持缓冲区大小不变；对缓冲区中的倾角数据应用移动平均算法得到车辆的倾斜角度；其中，θ＝(Σθ_mid)/N，θ是移动平均后的倾斜角度，Σθ_mid是缓冲区内所有倾角数据点的总和，N是缓冲区的大小；通过移动平均以筛除异常值或噪声；

检测持续倾斜；对于攀爬模式，设置期望的最小倾斜角度θ_climb，用于触发驾驶模式的切换；对于下坡模式，设置期望的最大倾斜角度θ_downhill，用于触发驾驶模式切换；对于普通模式，设置一个中性范围θ_neutral，以确保车辆在不需要切换时保持在普通模式；其中，最小倾斜角度θ_climb为第一设定角度阈值；最大倾斜角度θ_downhill为第二设定角度阈值；

计算倾斜角度变化率；使用前后两次测量的倾角数据和时间戳来计算倾角的变化率为Δθ/Δt；倾角的变化率表示为：Δθ/Δt＝(θ_i-θ_j)/(t_i-t_j)，其中i和j分别表示最新和先前的测量；

设置切换时间阈值；根据期望的最小倾斜角度θ_climb和最大倾斜角度θ_downhill，以及期望的切换时间阈值Δt_threshold，计算切换时间阈值；其中，切换时间阈值可以设置为Δt_threshold＝θ_climb/Δθ/Δt；

检测模式切换：如果倾角θ持续大于θ_climb并且Δθ/Δt大于零，表示车辆正在攀爬，切换到攀爬模式；如果倾角θ持续小于θ_downhill并且Δθ/Δt小于零，表示车辆正在下坡，切换到下坡模式；如果倾角θ在中性范围内，保持在普通模式；如果倾角θ超过θ_climb并且Δθ/Δt为零，表示车辆停止攀爬，保持在攀爬模式；如果倾角θ超过θ_downhill并且Δθ/Δt为零，表示车辆停止下坡，保持在下坡模式。

6.根据权利要求5所述的多模式自动切换驾驶安全系统，其特征在于，所述车辆电子控制单元中设置有安全模块；所述安全模块中植入有驾驶模式和安全策略。

7.根据权利要求6所述的多模式自动切换驾驶安全系统，其特征在于，所述安全模块包括：

功率控制模块，用于在不同驾驶模式下确定电机的最大输出功率；

速度控制模块，用于根据实际速度和限制速度调整电机的输出功率；

上下坡限制模块，用于基于车辆的角速度和倾斜角度调整或触发警报限制电机的输出功率，并调整制动力分配和完成紧急制动。

8.根据权利要求7所述的多模式自动切换驾驶安全系统，其特征在于，所述上下坡限制模块包括：

上下坡角度限制检测子模块，用于当倾斜角度超过安全倾斜阈值时，触发警报并限制电机功率输出；

倾斜角度补偿子模块，用于根据角速度和倾斜角度调整电机功率输出或制动力分配；

紧急制动子模块，用于攀爬模式或下坡模式中车辆的安全形式存在异常时，触发紧急制动。