本發明涉及汽車智能駕駛技術領域，尤其涉及的是一種基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法及系統。

背景技術：

無人駕駛系統主要包括環境感知、規劃決策、控制執行等幾個主要系統或部件，其實現集中運用了計算機、現代傳感、信息融合、通訊、人工智能及自動控制等技術。雖然無人駕駛的核心技術——人工智能從提出到現在已經過了60年的時間，但在智能汽車領域，自動駕駛完全代替人工駕駛仍然需要較長的一段時間，甚至其必要性也需要經過充分的論證，而人工駕駛與自動駕駛（即雙駕）并存必將成為在智能汽車發展過程中駕駛形式的一種常態。對于城市道路下的智能汽車，其完全產業化目前尚需攻克大量的關鍵技術，但限定于某些特殊應用背景下，如園區接駁、園區物流、房產觀光、定點巡邏等領域，強約束條件下的場地內專用智能電動車卻是可以較快服務于社會生產與生活的。

在智能車的底層改造過程中，主要包括底層速度、檔位、制動與轉向四大執行機構的改造，在車輛工作于有人值守的自動駕駛模式下，如有特殊情況或緊急情況發生需要人工干預時，如經過急彎行駛突然有人或動物等沖出而車輛來不及減速、換方向等操作時，在自動駕駛模式下，車輛的制動與轉向時間一般大于人工操作的情況，而車輛如果以較快的速度經過急彎時傳感器對于突然出現的移動物體從檢測到至上層決策指揮底層執行機構進行轉向、制動等動作所預留的時間將比較短，而無論是轉向還是制動，都存在轉角時間和制動距離（與制動時間成正比）的要求，這就造成了制動、轉向動作有執行不完全而引發事故的可能性。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法及系統，旨在通過轉向干預為激勵源實現可自由切換的雙駕雙控，實現了電控轉向助力，并可通過監測扭矩信息進行智能車的雙駕雙控，在人工控制的人工駕駛和ecu控制的自動駕駛進行切換，提高了實際使用過程中人員和車輛的安全性，使得在一定場景下實現人工駕駛和自動駕駛自由、便捷的切換。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

一種基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法，其中，所述方法包括：

步驟a，通過智能駕駛的ecu控制器接收上位機的指令，判斷有無轉向干預的出現，實現人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行或者切換；

步驟b，當處于人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行的狀態時，接收駕駛員轉動方向盤進行轉向的操作指令和自動駕駛輸出的輔助力，協助駕駛員進行轉向操縱；

步驟c，當處于自動駕駛模式狀態時，轉向角度由上位機通過ecu控制器發送給轉向控制器，自動控制輸出軸進行轉向，并讀取轉角傳感器的回饋值，將實際轉角發送給ecu控制器。

所述的基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法，其中，所述步驟a具體包括：

步驟a1，預先在電動助力轉向系統內增加轉角傳感器和用于智能駕駛支持can總線線控的轉向控制器，或者通過修改支持can總線的原eps控制器硬件的程序來實現控制；

步驟a2，通過智能駕駛的ecu控制器接收上位機的指令，判斷有無轉向干預的出現控制原車控制信號和ecu控制器自動控制信號的切換；

步驟a3，控制實現人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行，或者在人工駕駛模式和自動駕駛模式之間進行切換。

所述的基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法，其中，所述步驟b具體包括：

步驟b1，當處于人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行的狀態時，接收駕駛員轉動方向盤進行轉向的操作指令，扭矩通過輸入軸傳遞到扭力桿，扭矩傳感器感受電壓變化后傳送到轉向控制器；

步驟b2，轉向控制器根據扭矩傳感器檢測到的扭矩信號和ecu控制器通過can總線發送的車速信號以及反饋電動機電壓和電流信號；

步驟b3，判斷車輛的轉向狀態，向電動機發出控制指令，給電動機一定占空比的電壓，使電動機按方向盤轉動的角度和方向產生相應大小的輔助力，通過蝸輪、蝸桿傳遞給輸出軸，協助駕駛員進行轉向操縱。

所述的基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法，其中，所述步驟c具體包括：

步驟c1，當處于自動駕駛模式狀態時，智能駕駛的ecu控制器通過can總線向轉向控制器發送轉向角度數據、車速數據和工作模式指令；

步驟c2，轉向控制器根據ecu控制器的指令和數據向電動機發出控制指令，電動機按照相應的角度和方向通過蝸輪蝸桿傳遞給輸出軸，進行轉向；

步驟c3，轉角傳感器實時檢測方向管柱的實際轉角并反饋給轉向控制器，同時扭矩傳感器將實時檢測的扭矩偏移量發送給轉向控制器，轉向控制器將扭矩信息和實際轉角信息通過can總線回饋給智能駕駛的ecu控制器。

所述的基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法，其中，所述工作模式指令包括：有助力自動駕駛，有助力人工駕駛，無助力人工駕駛。

所述的基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法，其中，當有人工轉向干預時，扭矩通過輸入軸傳遞到扭力桿，扭力桿相對輸出軸產生角向位移，輸入軸和輸出軸間產生角向位移差，使滑塊在輸出軸軸向方向移動；扭矩傳感器與滑塊相連，扭矩傳感器將滑塊位移量轉換為電壓信號，轉向控制器接收到相應的電壓信號并轉化為數字量，根據扭矩cm實際變化與預設定的變化閾值s峰值比較結果向智能駕駛的ecu控制器發送切換到人工駕駛模式請求，ecu控制器返回確認指令并檢測車輛自身行駛狀態與環境感知狀態判別是否可以進行切換，轉向控制器二次檢測扭矩變化率確定有人工轉向干預時，向ecu控制器發送模式切換確認請求，ecu控制器經上位機決策確認切換到人工駕駛模式后，控制車輛停車并切換到人工駕駛模式。

所述的基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法，其中，在處于人工駕駛模式下，當駕駛員釋放方向盤時，扭矩實際變化率趨近于0，遠低于預設定的變化閾值s峰值，同時扭矩cm接近于0，轉向控制器向ecu控制器發送切換到自動駕駛模式請求，ecu控制器檢測車輛狀態并傳送給上位機，上位機在確認車輛狀態與環境感知狀態適于切換到自動駕駛模式后，發送切換到自動駕駛模式指令。

一種基于轉向干預的汽車雙駕雙控系統，其中，所述系統包括：

ecu控制器，用于接收上位機的指令，判斷有無轉向干預的出現，實現人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行或者切換；

轉向控制器，用于智能駕駛支持can總線線控；

轉角傳感器；用于實時檢測方向管柱的實際轉角并反饋給轉向控制器；

扭矩傳感器，用于當扭矩通過輸入軸傳遞到扭力桿時感受電壓變化后傳送到轉向控制器；

電動機，用于接收控制指令，根據方向盤轉動的角度和方向產生相應大小的輔助力；

所述轉角傳感器分別與所述扭矩傳感器和電動機連接，所述扭矩傳感器和電動機分別與所述轉向控制器連接，所述轉向控制器通過can總線與所述ecu控制器連接；

通過所述ecu控制器接收上位機的指令，當處于人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行的狀態時，接收駕駛員轉動方向盤進行轉向的操作指令，扭矩通過輸入軸傳遞到扭力桿，扭矩傳感器感受電壓變化后傳送到轉向控制器；轉向控制器根據扭矩傳感器檢測到的扭矩信號和ecu控制器通過can總線發送的車速信號以及反饋電動機電壓和電流信號，判斷車輛的轉向狀態，向驅動單元發出控制指令，給電動機一定占空比的電壓，使電動機按方向盤轉動的角度和方向產生相應大小的輔助力，通過蝸輪、蝸桿傳遞給輸出軸，協助駕駛員進行轉向操縱；當處于自動駕駛模式狀態時，轉向角度由上位機通過ecu控制器發送給轉向控制器，轉向控制器根據收到的指令與參數向驅動單元發出控制指令，同樣通過電動機、蝸輪、蝸桿傳遞給輸出軸進行轉向，并讀取角度傳感器的回饋值，將實際轉角發送給ecu控制器。

所述的基于轉向干預的汽車雙駕雙控系統，其中，所述轉向控制器包括：單片機、電源系統、模擬信號調理電路；

所述單片機用于通過can總線接收智能駕駛的ecu指令；

所述電源系統用于將輸入的車載12v電源轉換為單片機和模擬信號調理電路所需的電源；

所述模擬信號調理電路用于處理扭矩傳感器、轉角傳感器輸出的傳感信號以及電動機反饋的電壓、電流信號，得到滿足單片機電平要求的、完全符合信號電氣和邏輯特征的信號；所述模擬信號調理電路還用于將單片機輸出給離合器、電動機的控制信號處理成符合離合器、電動機電氣要求的控制信號與驅動信號，以作為電動機、減速機構轉動力矩的激勵源。

所述的基于轉向干預的汽車雙駕雙控系統，其中，所述單片機內部集成模擬數字轉換器adc和數字模擬轉換器dac或者外部單獨配置模數轉換與數模轉換電路，所述模擬數字轉換器adc用于將經模擬信號調理電路處理過的扭矩傳感信號與轉角傳感信號轉化為數字量，供單片機處理；

所述單片機和模擬信號調理電路所需的電源包括：12v、5v和3.3v電源；

所述模擬信號調理電路包括：比例放大電路、含衰減器、電壓跟隨器、功率放大器。

本發明公開了公開了一種基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法及系統，所述方法包括：通過智能駕駛的ecu控制器接收上位機的指令，判斷有無轉向干預的出現，實現人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行或者切換；當處于人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行的狀態時，接收駕駛員轉動方向盤進行轉向的操作指令和自動駕駛輸出的輔助力，協助駕駛員進行轉向操縱；當處于自動駕駛模式狀態時，轉向角度由上位機通過ecu控制器發送給轉向控制器，自動控制輸出軸進行轉向，并讀取轉角傳感器的回饋值，將實際轉角發送給ecu控制器。本發明通過轉向干預為激勵源實現可自由切換的雙駕雙控，實現了電控轉向助力，并可通過監測扭矩信息進行智能車的雙駕雙控，在人工控制的人工駕駛和ecu控制的自動駕駛進行切換，提高了實際使用過程中人員和車輛的安全性，使得在一定場景下實現人工駕駛和自動駕駛自由、便捷的切換。

附圖說明

圖1是本發明基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法的較佳實施例的流程圖。

圖2是本發明基于轉向干預的汽車雙駕雙控系統的較佳實施例的功能原理框圖。

圖3是本發明基于轉向干預的汽車雙駕雙控系統中轉向控制器的組成結構框圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

請參閱圖1，圖1是本發明基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法的較佳實施例的流程圖。

如圖1所示，本發明實施例提供的一種基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法，包括以下步驟：

步驟s100，通過智能駕駛的ecu控制器接收上位機的指令，判斷有無轉向干預的出現，實現人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行或者切換。

進一步地，所述步驟s100具體包括：

s101，預先在電動助力轉向系統內增加轉角傳感器和用于智能駕駛支持can總線線控的轉向控制器，或者通過修改支持can總線的原eps控制器硬件的程序來實現控制；

s102，通過智能駕駛的ecu控制器接收上位機的指令，判斷有無轉向干預的出現控制原車控制信號和ecu控制器自動控制信號的切換；

s103，控制實現人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行，或者在人工駕駛模式和自動駕駛模式之間進行切換。

本發明具體實施時，為了實現基于轉向干預的汽車雙駕雙控的主要方法是在電動助力轉向系統內增加轉角傳感器并增加或替換成適用于智能駕駛支持can（can：controllerareanetwork，控制器局域網絡）總線線控的轉向控制器，如果原eps控制器硬件已支持can總線，也可通過修改程序而不增加或替換成新的控制器來實現。智能駕駛的ecu（ecu：electroniccontrolunit，電子控制單元，又稱“行車電腦”、“車載電腦”等，從用途上講則是汽車專用微機控制器，它和普通的電腦一樣，由微處理器（cpu）、存儲器（rom、ram）、輸入/輸出接口（i/o）、模數轉換器（a/d）以及整形、驅動等大規模集成電路組成，用一句簡單的話來形容就是“ecu就是汽車的大腦”）控制器接收上位機的指令，在判別有無轉向干預的前提下，實現原車控制信號和ecu控制器自動控制信號的合理切換，保證對應于自動駕駛和人工駕駛模式，相應的控制信號輸出到轉向控制器和原車的電機控制器中。

步驟s200，當處于人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行的狀態時，接收駕駛員轉動方向盤進行轉向的操作指令和自動駕駛輸出的輔助力，協助駕駛員進行轉向操縱。

進一步地，所述步驟s200具體包括：

s201，當處于人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行的狀態時，接收駕駛員轉動方向盤進行轉向的操作指令，扭矩通過輸入軸傳遞到扭力桿，扭矩傳感器感受電壓變化后傳送到轉向控制器；

s202，轉向控制器根據扭矩傳感器檢測到的扭矩信號和ecu控制器通過can總線發送的車速信號以及反饋電動機電壓和電流信號；

s203，判斷車輛的轉向狀態，向電動機發出控制指令，給電動機一定占空比的電壓，使電動機按方向盤轉動的角度和方向產生相應大小的輔助力，通過蝸輪、蝸桿傳遞給輸出軸，協助駕駛員進行轉向操縱。

本發明具體實施時，人工駕駛模式下，駕駛員轉動方向盤進行轉向時，扭矩通過輸入軸傳遞到扭力桿，輸入軸和輸出軸之間的旋轉方向角度出現偏差，這些角度變化轉換為扭矩傳感器電壓變化，并傳送到轉向控制器，轉向控制器根據扭矩傳感器檢測到的扭矩信號和ecu通過can總線發送的車速信號以及反饋電機電壓和電流信號，判斷車輛的轉向狀態，向驅動單元發出控制指令，給電動機一定占空比的電壓，使電動機按方向盤轉動的角度和方向產生相應大小的輔助力，通過蝸輪蝸桿傳遞給輸出軸，協助駕駛員進行轉向操縱。

如圖2所示，當有人工轉向干預（即人為轉動方向盤）時，扭矩通過輸入軸傳遞到扭力桿，扭力桿相對輸出軸產生角向位移，輸入軸和輸出軸間產生角向位移差，使滑塊在輸出軸軸向方向移動，而扭矩傳感器與滑塊相連，扭矩傳感器將滑塊位移量轉換為電壓信號，轉向控制器接收到相應的電壓信號并轉化為數字量，根據扭矩（用cm表示扭矩值）實際變化（cm對時間的導數）與預設定的變化閾值（用s峰值表示）比較結果向智能駕駛的ecu控制器發送切換到人工駕駛模式請求，ecu控制器返回確認指令并檢測車輛自身行駛狀態與環境感知狀態判別是否可以進行切換，轉向控制器二次檢測扭矩變化率仍表明有人工轉向干預時，向ecu控制器發送模式切換確認請求，ecu控制器經上位機決策確認切換到人工駕駛模式后控制車輛停車并切換到人工駕駛模式。

在人工駕駛模式下，當駕駛員釋放方向盤時，扭矩實際變化率趨近于0，遠低于預設定的變化閾值s峰值，同時扭矩值cm也接近于0，轉向控制器向ecu控制器發送切換到自動駕駛模式請求，ecu控制器檢測車輛狀態并傳送給上位機，由上位機進行決策，上位機在確認車輛狀態與環境感知狀態適于切換到自動駕駛模式后發送切換到自動駕駛模式指令。

步驟s300，當處于自動駕駛模式狀態時，轉向角度由上位機通過ecu控制器發送給轉向控制器，自動控制輸出軸進行轉向，并讀取轉角傳感器的回饋值，將實際轉角發送給ecu控制器。

進一步地，所述步驟s300具體包括：

s301，當處于自動駕駛模式狀態時，智能駕駛的ecu控制器通過can總線向轉向控制器發送轉向角度數據、車速數據和工作模式指令；

s302，轉向控制器根據ecu控制器的指令和數據向電動機發出控制指令，電動機按照相應的角度和方向通過蝸輪蝸桿傳遞給輸出軸，進行轉向；

s303，轉角傳感器實時檢測方向管柱的實際轉角并反饋給轉向控制器，同時扭矩傳感器將實時檢測的扭矩偏移量發送給轉向控制器，轉向控制器將扭矩信息和實際轉角信息通過can總線回饋給智能駕駛的ecu控制器。

本發明中，自動駕駛模式下，轉向角度由上位機通過ecu控制器發送給轉向控制器，即車輛的轉向狀態完全由上位機提供，轉向控制器根據收到的ecu指令與參數向驅動單元發出控制指令，同樣通過電動機、蝸輪、蝸桿傳遞給輸出軸，進行轉向，并讀取角度傳感器的回饋值，將實際轉角發送給ecu，決策由上位機制定。

如圖2所示，在自動駕駛模式下，智能駕駛的ecu控制器通過can總線向轉向控制器發送轉向角度數據（絕對量，回正為0，左轉向為正，右轉向為負）、車速數據（前進為正，后退為負）和工作模式指令（有助力自動駕駛，有助力人工駕駛，無助力人工駕駛），轉向控制器根據ecu控制器的指令和數據驅動電機按照相應的角度和方向通過蝸輪蝸桿傳遞給輸出軸，進行轉向，轉角傳感器實時檢測方向管柱的實際轉角并反饋給轉向控制器，扭矩傳感器也將實時檢測的扭矩偏移量發送給轉向控制器，轉向控制器將扭矩信息和實際轉角信息通過can總線回饋給智能駕駛的ecu控制器。

基于上述實施例，本發明還提供一種基于轉向干預的汽車雙駕雙控系統，請參閱圖2，圖2是本發明基于轉向干預的汽車雙駕雙控系統的較佳實施例的功能原理框圖。

如圖2所示，所述系統包括：

ecu控制器，用于接收上位機的指令，判斷有無轉向干預的出現，實現人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行或者切換；

轉向控制器，用于智能駕駛支持can總線線控；

轉角傳感器；用于實時檢測方向管柱的實際轉角并反饋給轉向控制器；

扭矩傳感器，用于當扭矩通過輸入軸傳遞到扭力桿時感受電壓變化后傳送到轉向控制器；

電動機，用于接收控制指令，根據方向盤轉動的角度和方向產生相應大小的輔助力；

所述轉角傳感器分別與所述扭矩傳感器和電動機連接，所述扭矩傳感器和電動機分別與所述轉向控制器連接，所述轉向控制器通過can總線與所述ecu控制器連接；

通過所述ecu控制器接收上位機的指令，當處于人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行的狀態時，接收駕駛員轉動方向盤進行轉向的操作指令，扭矩通過輸入軸傳遞到扭力桿，扭矩傳感器感受電壓變化后傳送到轉向控制器；轉向控制器根據扭矩傳感器檢測到的扭矩信號和ecu控制器通過can總線發送的車速信號以及反饋電動機電壓和電流信號，判斷車輛的轉向狀態，向驅動單元發出控制指令，給電動機一定占空比的電壓，使電動機按方向盤轉動的角度和方向產生相應大小的輔助力，通過蝸輪、蝸桿傳遞給輸出軸，協助駕駛員進行轉向操縱；當處于自動駕駛模式狀態時，轉向角度由上位機通過ecu控制器發送給轉向控制器，轉向控制器根據收到的指令與參數向驅動單元發出控制指令，同樣通過電動機、蝸輪、蝸桿傳遞給輸出軸進行轉向，并讀取角度傳感器的回饋值，將實際轉角發送給ecu控制器。

進一步地，如圖3所示，所述的基于轉向干預的汽車雙駕雙控系統，其中，所述轉向控制器包括：單片機、電源系統、模擬信號調理電路；

所述轉向控制器核心為單片機，通過can總線接收智能駕駛的ecu控制器的指令，是基于轉向干預的場地專用智能汽車雙駕雙控算法的邏輯控制機構；所述單片機用于通過can總線接收智能駕駛的ecu指令。

所述電源系統用于將輸入的車載12v電源轉換為單片機和模擬信號調理電路所需的電源；總電源供給端以車用保險絲作為過載保護。

所述模擬信號調理電路用于處理扭矩傳感器、轉角傳感器輸出的傳感信號以及電動機反饋的電壓、電流信號，得到滿足單片機電平要求的、完全符合信號電氣和邏輯特征的信號；所述模擬信號調理電路還用于將單片機輸出給離合器、電動機的控制信號處理成符合離合器、電動機電氣要求的控制信號與驅動信號，以作為電動機、減速機構轉動力矩的激勵源。

進一步地，所述的基于轉向干預的汽車雙駕雙控系統，其中，所述單片機內部集成模擬數字轉換器adc和數字模擬轉換器dac或者外部單獨配置模數轉換與數模轉換電路，所述模擬數字轉換器adc用于將經模擬信號調理電路處理過的扭矩傳感信號與轉角傳感信號轉化為數字量，供單片機處理；

所述單片機和模擬信號調理電路所需的電源包括：12v、5v和3.3v電源；

所述模擬信號調理電路包括：比例放大電路、含衰減器、電壓跟隨器、功率放大器。

綜上所述，本發明公開了公開了一種基于轉向干預的汽車雙駕雙控方法及系統，所述方法包括：通過智能駕駛的ecu控制器接收上位機的指令，判斷有無轉向干預的出現，實現人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行或者切換；當處于人工駕駛模式和自動駕駛模式同時進行的狀態時，接收駕駛員轉動方向盤進行轉向的操作指令和自動駕駛輸出的輔助力，協助駕駛員進行轉向操縱；當處于自動駕駛模式狀態時，轉向角度由上位機通過ecu控制器發送給轉向控制器，自動控制輸出軸進行轉向，并讀取轉角傳感器的回饋值，將實際轉角發送給ecu控制器。本發明通過轉向干預為激勵源實現可自由切換的雙駕雙控，實現了電控轉向助力，并可通過監測扭矩信息進行智能車的雙駕雙控，在人工控制的人工駕駛和ecu控制的自動駕駛進行切換，提高了實際使用過程中人員和車輛的安全性，使得在一定場景下實現人工駕駛和自動駕駛自由、便捷的切換。

當然，本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關硬件（如處理器，控制器等）來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取的存儲介質中，該程序在執行時可包括如上述各方法實施例的流程。其中所述的存儲介質可為存儲器、磁碟、光盤等。

應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。