CN111497819A - 一种自动驾驶车辆转向失效的应急操控方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种自动驾驶车辆转向失效的应急操控方法，包括以下步骤：1)车辆自动驾驶过程中，实时监测EPS故障信息；2)当EPS出现无法转向的故障时，整车控制器发指令至主动制动系统；3)主动制动系统制动单侧车轮使车辆靠边；本发明原理是在EPS出现故障时，主动制动系统(比如ESC)对车辆期望转向的内侧车轮主动制动，运用车辆两侧制动力矩差来实现车辆减速过程中转向，完成车辆靠边停车，保证行驶安全，不需要额外增加控制机构，几乎无成本增加。

Description

一种自动驾驶车辆转向失效的应急操控方法和系统

技术领域

本发明涉及无人驾驶车辆安全领域。

背景技术

自动驾驶车辆行驶过程中，车辆转向是通过控制电控转向系统来实现的，当电控转向系统系统出现故障，车辆无法实现转向时，就会使得自动驾驶汽车的安全性无法得到可靠保障。

目前国内已有专利是主要运用在工程车辆上，通过额外增加机械控制结构来手动调节气压制动管路对内侧车轮进行制动和抱刹，同时增大外侧车轮驱动力，来减小转弯半径，这样不仅成本高，驾驶人员操作能力要求高，在实施时，增加了装配难度和操作难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种应急操控系统辅助自动驾驶车辆在转向系统失效时的应急操控方法，该方法基于整车现有硬件基础上通过软件算法控制来实现，不需要额外增加控制机构，几乎无成本增加。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种自动驾驶车辆转向失效的应急操控方法，包括以下步骤：

1)车辆自动驾驶过程中，实时监测电控转向系统故障信息；

2)当电控转向系统出现无法转向的故障时，整车控制器发指令至主动制动系统；

3)主动制动系统制动通过调节轮边扭矩，使车辆左右车轮产生扭矩差，整车产生一个旋转扭矩使车辆转向靠边。

所述3)中，当控制车辆向左靠并停止时，控制左侧车轮制动，右侧车轮不制动或制动力小于左侧车轮；当控制车辆向右靠并停止时，控制右侧车轮制动，左侧车轮不制动或制动力小于右侧车轮。

所述3)中，根据驾驶需求得到车辆横摆角速度ω及车辆横摆角加速度dω/dt，根据力学公式扭矩T＝J*dω/dt,其中J为车辆转动惯量，当控制车辆向左并靠或左转时，控制左右侧车轮扭矩差值，给车辆产生一个逆时针方向的扭矩；当控制车辆向右并靠或右转时，控制左右侧车轮扭矩差值，给车辆产生一个顺时针方向的扭矩，应急操控系统在整个动作期间会实时监测调节驱动扭矩/制动扭矩大小，防止整车失稳或车轮抱死情况的出现。

还包括4)根据实时获取到的车辆所在车道信息，逐步调节减少左右侧车轮扭矩差值，直至车辆处于稳定状态，满足退出条件，应急操控系统退出控制。

所述4)中通过前摄像头或GPS获取车辆所在车道信息。

还包括5)当车辆靠边停止后主动制动系统发送指令给EPB，由EPB实现驻车后，主动制动系统退出工作。

一种执行所述应急操控方法的应急操控系统，系统设有主动制动系统，系统设有应急操控系统，所述应急操控系统连接电控转向系统获得转向系统是否失效信号，连接横摆角传感器、轮速传感器等部件获取整车相关信号信息，连接整车制动系统和驱动系统，获得轮边扭矩信息并对轮边扭矩进行调节。

所述主动制动系统为ESC系统，所述主动制动系统连接EPB并向EPB发出驻车信号。

所述主动制动系统连接前摄像头或GPS获取车辆所在车道信息。

本发明原理是在EPS出现故障时，主动制动系统(比如ESC)对车辆期望转向的内侧车轮主动制动，运用车辆两侧制动力矩差来实现车辆减速过程中转向，完成车辆靠边停车，保证行驶安全，不需要额外增加控制机构，几乎无成本增加。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为应急操控系统原理图；

图2为应急操控系统基础控制流程图；

图3为应急操控系统操控时车辆扭矩分析图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，执行所述应急操控方法的应急操控系统，EPS系统、整车控制器、主动制动系统(比如ESC)、横摆角传感器、轮速传感器和方向盘转角传感器等，无人驾驶车辆在行驶过程中，如果出现EPS故障时(EPS无法实现转向)，整车控制器发指令至主动制动系统(比如ESC)，主动制动系统对整车期望转向的内侧车轮进行制动，让整车转向靠边停车，保证行车安全。

此外。为了更好的控制车辆，系统还包括EPB、前摄像头或GPS，主动制动系统连接EPB并向EPB发出驻车信号，可以在停止车辆后进行驻车，主动制动系统连接前摄像头或GPS获取车辆所在车道信息，获取所在车道信息，判断是否已经靠边成功。

如图2所示应急操纵系统的基本流程图，系统会实时监测电控转向系统是否故障，当出现无法转向故障后根据当前车速、车道信息、驾驶意图等相关信号信息计算得到轮边扭矩，在对轮边扭矩调节后结合获取车辆当前的车速信号，车道信号、横摆角加速度等信号信息判断是否满足退出需求，若不满足退出调节再重复进行计算调节，按此逻辑不断进行闭环控制，调节扭矩，直至满足驾驶需求，应急操纵系统退出。在整个执行动作期间应急操纵系统会实时调整驱动扭矩或制动扭矩大小，防止整车失稳或车轮抱死情况的出现。

具体来说，自动驾驶车辆转向失效的应急操控方法，包括以下步骤：

1)车辆自动驾驶过程中，实时监测EPS故障信息；

2)整车控制器接收到EPS故障的信息，发送指令至主动制动系统；

3)主动制动系统对期望转向的内侧车轮进行制动，产生内外侧制动力矩差来使整车偏转，制动过程中同时要监控整车和车轮的实际状态，防止整车转向过度和车轮抱死；

4)实时获取车辆所在车道信息，当车辆完成靠边后，四轮执行相同的制动力停止车辆；

5)当整车靠边停止后，主动制动系统发送指令给EPB(电子驻车系统)，EPB实现驻车后，主动制动系统退出工作。

以正常靠右行驶为例，EPS失效时，整车控制器发送指令至主动制动系统，向右前轮和右后轮施加制动来实现往右转向。如图2所示，主动制动系统(以ESC为例)驱动马达，打开Supply阀，关闭TC阀，同时关闭另一侧车轮(左前和左后)ISO阀，在右侧车轮上施加制动的同时，左侧车轮上无制动，两侧车轮的制动力差促使整车右转，车辆靠边停车。

如图3所示信息参数，以前驱车辆右转行驶为例进行示例计算，根据当前车速v和目标转弯半径R，得出理论目标横摆角速度ω＝v/R,对其求导得到横摆角加速度dω＝d(v/R)/dt，

根据力学公式扭矩T＝J*dω,其中J为车辆转动惯量，

再分析整车及车轮扭矩，得到整车旋转扭矩ΔT＝(T1-T2)*L/2r,其中T1，T2为左右两侧轮边扭矩，L为轮距，r为轮胎滚动半径。综上公式可得到：左右轮边扭矩差值理论值

T1-T2＝2J*r*(d(v/R)/dt)/L；

通过上述计算可以得到左右轮边扭矩差值理论值T1-T2，再以整车实时横摆角速度值与目标横摆角速度值的差值对T1-T2进行修正，实时横摆角速度值小于目标横摆角速度值，放大左右轮边扭矩差值；实时横摆角速度值大于目标横摆角速度值，减小左右轮边扭矩差值。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自动驾驶车辆转向失效的应急操控方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)车辆自动驾驶过程中，实时监测电控转向系统故障信息；

2)当电控转向系统出现无法转向的故障时，整车控制器发指令至主动制动系统；

3)主动制动系统制动通过调节轮边扭矩，使车辆左右车轮产生扭矩差，整车产生一个旋转扭矩使车辆转向靠边。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆转向失效的应急操控方法，其特征在于：所述3)中，当控制车辆向左靠并停止时，控制左侧车轮制动，右侧车轮不制动或制动力小于左侧车轮；当控制车辆向右靠并停止时，控制右侧车轮制动，左侧车轮不制动或制动力小于右侧车轮。

3.根据权利要求1或2所述的自动驾驶车辆转向失效的应急操控方法，其特征在于：所述3)中，根据驾驶需求得到车辆横摆角速度ω及车辆横摆角加速度dω/dt，根据力学公式扭矩T＝J*dω/dt,其中J为车辆转动惯量，当控制车辆向左并靠或左转时，控制左右侧车轮扭矩差值，给车辆产生一个逆时针方向的扭矩；当控制车辆向右并靠或右转时，控制左右侧车轮扭矩差值，给车辆产生一个顺时针方向的扭矩，应急操控系统在整个动作期间会实时监测调节驱动扭矩/制动扭矩大小，防止整车失稳或车轮抱死情况的出现。

4.根据权利要求3所述的自动驾驶车辆转向失效的应急操控方法，其特征在于：还包括4)根据实时获取到的车辆所在车道信息，逐步调节减少左右侧车轮扭矩差值，直至车辆处于稳定状态，满足退出条件，应急操控系统退出控制。

5.根据权利要求4所述的自动驾驶车辆转向失效的应急操控方法，其特征在于：所述4)中通过前摄像头或GPS获取车辆所在车道信息。

6.根据权利要求1或5所述的自动驾驶车辆转向失效的应急操控方法，其特征在于：还包括5)当车辆靠边停止后主动制动系统发送指令给EPB，由EPB实现驻车后，主动制动系统退出工作。

7.一种执行如权利要求1-5中任一所述应急操控方法的应急操控系统，其特征在于：系统设有主动制动系统，系统设有应急操控系统，所述应急操控系统连接电控转向系统获得转向系统是否失效信号，连接横摆角传感器、轮速传感器等部件获取整车相关信号信息，连接整车制动系统和驱动系统，获得轮边扭矩信息并对轮边扭矩进行调节。

8.根据权利要求7所述应急操控系统，其特征在于：所述主动制动系统为ESC系统，所述主动制动系统连接EPB并向EPB发出驻车信号。

9.根据权利要求7或8所述应急操控系统，其特征在于：所述主动制动系统连接前摄像头或GPS获取车辆所在车道信息。

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