CN207274769U - 一种自动驾驶转向控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种自动驾驶转向控制系统，包括依次连接的上层控制器、线控转向控制器和EPS控制器，所述EPS控制器包括电机控制电路；该控制系统还包括设于线控转向控制器或EPS控制器内的模式切换电路，所述模式切换电路连接转向盘转角传感器、转向盘扭矩传感器和电机控制电路。与现有技术相比，本实用新型通过模式切换电路对转向盘的转角和扭矩传感器实时监测，能在驾驶员介入时及时退出自动驾驶模式并恢复助力功能，增强了系统的安全性，在成熟的EPS系统上添加新功能，具有可行性好、成本低等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车转向控制技术，尤其是涉及一种自动驾驶转向控制系统。
背景技术
随着汽车数量的迅速增加，交通事故、交通拥堵、环境污染等社会问题也日益凸显，而传统汽车无法妥善解决这些问题。为了解决传统汽车的这些瓶颈问题，具有自动化驾驶系统的汽车因其突出优点，成为未来汽车的发展趋势。近年来人工智能技术的迅速发展，使得自动驾驶距离人们的生活越来越近，转向系统是自动驾驶车辆横向控制的基础，自动驾驶相关研究与应用迫切需要一种便于移植而且安全可靠的自动驾驶转向系统。
目前自动驾驶车辆控制转向方法较多，这些方法大致归结为以下几种：1.改造转向系统机械结构，实现单向力矩传动，手动和自动驾驶转向可以随时切换，但单向传矩结构消去了手动驾驶手感，对原车的机械结构改动较大，而且需要加装转向执行器；2.在车辆助力转向系统(液压或者电动)增加液压驱动装置或者步进电机等，实现自动转向，但在紧急情况下自动驾驶模式若未及时退出，驾驶员难以及时介入转向控制，存在安全隐患，而且增加执行器存在成本和空间问题；3.纯线控转向系统，取消转向盘与转向器之间的机械连接，但线控转向需要系统冗余和离合器机构，成本高于电动助力转向系统，此外，目前线控转向极少出现在量产车辆上，在一般车辆上改装线控转向系统不易实现。以上方案均可实现自动驾驶转向，不过存在不足，满足不了自动驾驶技术快速发展的需求。
因此自动驾驶汽车技术领域亟需一种安全性好且便于实现的技术方案。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自动驾驶转向控制系统。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种自动驾驶转向控制系统，包括依次连接的上层控制器、线控转向控制器和EPS控制器，所述EPS控制器包括电机控制电路；该控制系统还包括设于线控转向控制器或EPS控制器内的模式切换电路，所述模式切换电路连接转向盘转角传感器、转向盘扭矩传感器和电机控制电路。
该系统还包括设于线控转向控制器或EPS控制器内的转角跟踪电路和转向助力电路，所述转向盘转角传感器通过转角跟踪电路与所述模式切换电路连接，所述转向盘扭矩传感器通过转向助力电路与所述模式切换电路连接。
所述线控转向控制器包括转角跟踪电路、转向助力电路和模式切换电路，所述EPS控制器包括电机控制电路。
所述线控转向控制器包括转角跟踪电路，所述EPS控制器包括转向助力电路、模式切换电路和电机控制电路。
所述上层控制器包括驾驶模式控制电路和横向控制电路，所述驾驶模式控制电路连接所述模式切换电路，所述横向控制电路连接所述转角跟踪电路。
所述电机控制电路连接汽车转向系统。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、通过模式切换电路对转向盘的转角和扭矩传感器实时监测，能在驾驶员介入时及时退出自动驾驶模式并恢复助力功能，增强了系统的安全性，适用于多种层次的自动驾驶。
2、采用自由配置的线控转向控制器、EPS控制器的双控制器架构，提供了自动/手动可以灵活切换的转向系统，满足当前和未来较长时间内的自动驾驶系统功能需求，适用于多种自动化等级的自动驾驶车辆。
3、本系统结构方便在成熟的EPS系统上添加新功能，保证原有EPS系统的完整性与稳定性，同时省去对原有EPS控制器重新设计及大量验证的工作，控制器的功能划分也可以根据需要灵活调整，具有可行性好、成本低等优点。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的系统结构示意图；
图2为本实用新型实施例二的系统结构示意图；
图3为本实用新型在自动驾驶模式下的控制结构框图；
图4为本实用新型在手动驾驶模式下的控制结构框图。
图中标注：1、上层控制器，2、驾驶模式控制电路，3、横向控制电路，4、线控转向控制器，5、转角跟踪电路，6、转向助力电路，7、模式切换电路，8、转向盘转角传感器，9、转向盘扭矩传感器，10、EPS控制器，11、电机控制电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1、图2所示，一种自动驾驶转向控制系统，包括依次连接的上层控制器1、线控转向控制器4和EPS控制器10，EPS控制器10包括电机控制电路11，电机控制电路11由微控制器、数字信号控制器及其外围电路构成；该控制系统还包括设于线控转向控制器4或EPS控制器10内的模式切换电路7、转角跟踪电路5和转向助力电路6，转向盘转角传感器8通过转角跟踪电路5与模式切换电路7连接，转向盘扭矩传感器9通过转向助力电路6与模式切换电路7连接，模式切换电路7连接电机控制电路11。其中EPS控制器10、转向盘扭矩传感器9和EPS电机属于电动助力转向系统，部分EPS系统(Electric Power Steering，电动助力转向系统)包含转向盘转角传感器8，所以该自动驾驶转向控制系统基本思路是在EPS系统基础上增加一个线控转向控制器4，满足自动驾驶车辆对转向系统的要求。
EPS控制器10与线控转向控制器4共同包含模式切换电路7、转向助力电路6、转角跟踪电路5和电机控制电路11，两个控制器可以根据实际需要灵活分配各功能单路，不同EPS控制器10添加功能模块难易程度存在差异，所以该自动驾驶转向控制系统可以根据实际情况分配各功能电路。
上层控制器1包括驾驶模式控制电路2和横向控制电路3，驾驶模式控制电路2由驾驶模式开关、电子控制开关及其他电路元件构成，连接模式切换电路7；横向控制电路3由采集电路、微处理器及其外围电路构成，连接转角跟踪电路5。转角跟踪电路5根据转向盘目标转角和实际转角，计算所需电机力矩，并将电机力矩指令输出给电机控制电路11，中间需要经过模式切换电路7。转向助力电路6由微处理器、输入信号处理电路、驱动保护电路及其他元件构成，根据转向盘扭矩、车速等信息计算得到助力力矩，与一般助力转向功能相同，助力力矩也需要经过模式切换电路7才可以传输到电机控制电路11。
模式切换电路7由单片机、继电器及其他电路元件构成，其输入包括转向盘扭矩信号、转向盘转角信号和上层控制器1发送的驾驶模式信号。在自动驾驶模式下，模式切换电路7会对转向盘转角和扭矩传感器进行监测，当发现驾驶员有介入转向控制意图时会自动切换到手动驾驶转向助力模式，提高了系统的安全性。转角跟踪电路5与转向助力电路6输出的力矩都要经过模式切换电路7，模式切换电路7根据当前所处驾驶模式选择输出其中一个力矩值到电机控制电路11。当模式发生转换时，输出力矩值可能存在突变，突然的力矩变化可能会对驾驶员产生干扰，所以力矩切换时的力矩输出的变化率会通过设定进行限制。
图3所示为本系统在自动驾驶模式下的控制结构示意图，转角跟踪电路5接收上层控制器1车辆横向控制电路3发送的期望转角，结合转向盘转角传感器8测得的转角信号，通过PID控制算法计算输出力矩值。模式切换电路7在自动驾驶模式下实时监测转向盘扭矩传感器9的信号。转角跟踪电路5输出的力矩值经过模式切换电路7选择后输出给电机控制电路11，电机执行器驱动汽车转向系统，改变车辆前进方向。
图4所示为本系统在手动驾驶模式下的控制结构示意图，转向助力电路6接收转向盘扭矩传感器9测得的扭矩信号，结合车速等信息，通过助力算法计算助力力矩值。转向助力电路6输出的力矩值经过模式切换电路7选择后输出给电机控制电路11，电机执行器为驾驶员转动转向盘提供助力。
模式切换电路7在自动驾驶模式下，会对转向盘扭矩信号进行监测，当扭矩超过设定限值时，说明驾驶员有意识接管转向系统，系统会智能切换到手动模式。为排除信号噪音干扰，扭矩值超过限值要保持一段时间，又考虑到不稳定情况下扭矩信号会有强烈的波动，将过去一段时间(如0.3秒)到当前时刻的扭矩绝对值进行积分，超过限值时则判定条件成立。此外，部分自动驾驶车辆会出现转向盘具有较大角加速度的工况，该工况下模式切换电路7可以根据转向盘转角、转向盘转动惯量进行补偿，估计出驾驶员实际施加到转向盘的扭矩，避免系统误判。
实施例一
如图1所示，一种自动驾驶转向控制系统，减少了EPS控制器10的功能，将原EPS控制器10的转向助力电路6转移到线控转向控制器4中，EPS控制器10主要实现电机控制电路11的功能，线控转向控制器4包括转角跟踪电路5、转向助力电路6和模式切换电路7。
实施例二
如图2所示，一种自动驾驶转向控制系统，增加EPS控制器10的功能，EPS控制器10保留转向助力电路6和电机控制电路11，增加模式切换电路7，线控转向控制器4只有转角跟踪电路5。
Claims (6)
1.一种自动驾驶转向控制系统，其特征在于，包括依次连接的上层控制器、线控转向控制器和EPS控制器，所述EPS控制器包括电机控制电路；该控制系统还包括设于线控转向控制器或EPS控制器内的模式切换电路，所述模式切换电路连接转向盘转角传感器、转向盘扭矩传感器和电机控制电路。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶转向控制系统，其特征在于，该系统还包括设于线控转向控制器或EPS控制器内的转角跟踪电路和转向助力电路，所述转向盘转角传感器通过转角跟踪电路与所述模式切换电路连接，所述转向盘扭矩传感器通过转向助力电路与所述模式切换电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种自动驾驶转向控制系统，其特征在于，所述线控转向控制器包括转角跟踪电路、转向助力电路和模式切换电路，所述EPS控制器包括电机控制电路。
4.根据权利要求2所述的一种自动驾驶转向控制系统，其特征在于，所述线控转向控制器包括转角跟踪电路，所述EPS控制器包括转向助力电路、模式切换电路和电机控制电路。
5.根据权利要求2所述的一种自动驾驶转向控制系统，其特征在于，所述上层控制器包括驾驶模式控制电路和横向控制电路，所述驾驶模式控制电路连接所述模式切换电路，所述横向控制电路连接所述转角跟踪电路。
6.根据权利要求1所述的一种自动驾驶转向控制系统，其特征在于，所述电机控制电路连接汽车转向系统。
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