用于自动驾驶线控车辆的应急转向系统和方法

摘要

本发明公开了一种用于自动驾驶线控车辆的应急转向系统，包括：油压或流量检测传感器，检测转向泵与转向执行器连接的油路间液压油的油压或流量；油路开关，其设于该油路间；应急转向系统控制器，当油压值或流量值低于预设的对应的阈值时，输出信号Ⅰ；应急泵，当其接收到信号Ⅰ后，启动向转向执行器输入液压油。具有自动启动应急泵，保证车辆转向功能正常的有益效果。还公开了一种用于自动驾驶线控车辆的应急转向方法，包括：检测转向泵与转向执行器连接的油路间液压油的油压或流量；当低于预设阈值时，关闭该油路，并输出信号Ⅰ；当应急泵接收到信号Ⅰ后，启动向转向执行器输入液压油。具有自动启动应急泵，保证车辆转向功能正常的有益效果。

说明书

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域。更具体地说，本发明涉及一种用于自动驾驶线控车辆的应急转向系统和方法。

背景技术

目前，兼容有人驾驶和自动驾驶模式的工程车，其转向系统控制执行部件包括转向器和转向泵，转向器包括控制器和转向电机，转向器是作用于转向执行器的零部件，驱动转向执行器转动，转向泵是将转向力通过液压放大作用于转向执行器的关键零部件。

自动驾驶工程车在自动驾驶模式运行过程中，没有驾驶员参与，可能发生转向泵因自身故障停止工作，转向泵出现问题会导致转向液压回路不但无动力还会形成阻尼阻碍转向动作。出现以上问题时，车辆横向控制将处于失控状态，有致命的安全隐患。

因此，自动驾驶工程车配置应急转向系统已成必须，当工程车辆转向系统因故障失效时，应急转向系统可在一定程度上保证车辆转向功能正常，避免转向失灵出现安全事故的情况发生。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种用于自动驾驶线控车辆的应急转向系统，可以根据油压或流量是否正常，即可以判断转向泵是否正常运行。当判断为未正常运行时，则通过应急转向系统控制器输出信号Ⅰ，从而启动设置的应急泵，应急泵启动代替转向泵运行，以使转向力通过液压放大作用于转向执行器，保证车辆转向功能正常，避免转向失灵出现安全事故的情况发生。

提供一种用于自动驾驶线控车辆的应急转向方法，可以根据油压或流量是否正常，即可以判断转向泵是否正常运行。当判断为未正常运行时，则自动启动设置的应急泵，应急泵启动代替转向泵运行，以使转向力通过液压放大作用于转向执行器，保证车辆转向功能正常，避免转向失灵出现安全事故的情况发生。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于自动驾驶线控车辆的应急转向系统，包括：

油压检测传感器或流量检测传感器，所述油压检测传感器用于检测转向泵与转向执行器连接的油路间液压油的油压，所述流量检测传感器用于检测转向泵与转向执行器连接的油路间的液压油的流量；

油路开关，其设置于所述转向泵与转向执行器连接的油路间，当油压或流量低于预设的阈值时，所述油路开关关闭；

应急转向系统控制器，其与所述油压检测传感器或所述流量检测传感器通讯连接，当所述应急转向系统控制器接收到所述油压检测传感器或所述流量检测传感器检测的油压值或流量值，并判断油压值或流量值低于预设的对应的阈值时，输出信号Ⅰ；

应急泵，其与所述应急转向系统控制器通信连接，当所述应急泵接收到信号Ⅰ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油。

优选的是，还包括：车速获取单元，其用于获取车辆的车速，所述车速获取单元与所述应急转向系统控制器通讯连接；

其中，当所述应急转向系统控制器接收到所述车速获取单元获取的车速，并判断车速不为零，并且所述油压检测传感器或所述流量检测传感器检测的油压值或流量值低于预设的对应的阈值时，所述应急转向系统控制器输出所述信号Ⅰ。

优选的是，还包括：

发动机转速获取单元，其用于获取当前车辆的发动机转速；

转速判断单元，其用于判断发动机转速是否位于预设的转速范围内，若发动机转速不在预设的转速范围内，则输出信号Ⅱ；

所述应急泵与所述转速判断单元通信连接，当所述应急泵接到信号Ⅱ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油。

优选的是，还包括：

车辆系统母线电压获取单元，其用于获取当前车辆的系统母线的电压；

电压判断单元，其用于判断系统母线的电压是否位于预设的电压范围内，若系统母线的电压不在预设的电压范围内，则输出信号Ⅲ；

所述应急泵与所述电压判断单元通信连接，当所述应急泵接到信号Ⅲ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油。

优选的是，还包括：

所述应急转向系统控制器与车辆本身的转向系统控制器通讯连接，当所述应急转向系统控制器获取到所述转向系统控制器的失效信号时，所述应急转向系统控制器输出信号Ⅳ；

应急转向电机，其与所述应急转向系统控制器通讯连接，当所述应急转向电机接收到信号Ⅳ时，所述应急转向电机启动并驱动所述转向执行器转向。

优选的是，还包括：

应急泵强制激活开关，其与所述应急转向系统控制器通讯连接，当所述应急泵强制激活开关接通时，所述应急转向系统控制器输出所述信号Ⅰ。

优选的是，还包括：

应急转向电机强制激活开关，其与所述应急转向系统控制器通讯连接，当所述应急转向电机强制激活开关接通时，所述应急转向系统控制器输出信号Ⅳ。

提供一种用于自动驾驶线控车辆的应急转向方法，包括以下步骤：

检测转向泵与转向执行器连接的油路间液压油的油压或流量；

当油压或流量低于预设阈值时，关闭连接转向泵与转向执行器的油路，并且输出信号Ⅰ；

设置应急泵，其用于向所述转向执行器输入液压油，当所述应急泵接收到信号Ⅰ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油。

优选的是，还包括：

获取车辆本身的转向系统控制器的失效信号；

设置应急转向电机，其用于驱动所述转向执行器转向，当所述应急转向电机接收到所述转向系统控制器的失效信号时，所述应急转向电机启动并驱动所述转向执行器转向。

优选的是，还包括：

获取车辆的车速，其中，当油压或流量低于预设的对应的阈值，并且获取的车速不为零时，输出信号Ⅰ；或者，

获取当前车辆的发动机转速，其中，当发动机转速不在预设的转速范围内，

则输出信号Ⅱ；

当所述应急泵接到信号Ⅱ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油；或者，

获取当前车辆的系统母线的电压，其中，当系统母线的电压不在预设的电压范围内时，则输出信号Ⅲ；

当所述应急泵接到信号Ⅲ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、可以根据油压或流量是否正常，即可以判断转向泵是否正常运行。当判断为未正常运行时，则通过应急转向系统控制器输出信号Ⅰ，从而启动设置的应急泵，应急泵启动代替转向泵运行，以使转向力通过液压放大作用于转向执行器，保证车辆转向功能正常，避免转向失灵出现安全事故的情况发生。

第二、当所述油压检测传感器或所述流量检测传感器检测的油压值或流量值低于预设的对应的阈值时，应急转向系统控制器不会输出信号Ⅰ，而是需要同时满足当前车速不为零时，应急转向系统控制器才输出信号Ⅰ，从而启动应急泵。应急泵的动力源为车辆电瓶；此时若车辆在静止状态，由于静止状态一般不需要转向，因此，应急转向系统控制器不激活应急泵，节约电瓶电量，以防过度消耗，影响车辆启动或其他必要的用电器工作。

第三、对于传统燃油系统，本发明应急转向系统控制器还根据发动机转速判断转向泵故障；如当流量检测传感器和油压检测传感器不正常工作时，应急转向系统控制器根据发动机转速降到阀值(预设的转速范围)时，判定转向泵不能正常工作，启动应急泵。上述方案可以用于排除传统燃油系统车辆的流量检测传感器和油压检测传感器的故障。

第四、对于电传动系统，应急转向控制器根据系统母线电压反馈判断故障。如当流量检测传感器和油压检测传感器不正常工作时，应急转向控制器根据电压判断，当系统母线电压降到预设的电压范围内时，判定转向泵不能正常工作，启动应急泵。可以排除电传动系统车辆的流量或油压检测传感器的故障。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的其中一种技术方案的所述应急转向系统的连接示意图；

图2为本发明的其中一种技术方案的所述应急转向系统的控制逻辑图；

图3为本发明的其中一种技术方案的所述应急转向系统液压回路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并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，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1～3所示，本发明提供一种用于自动驾驶线控车辆的应急转向系统，包括：

油压检测传感器或流量检测传感器，所述油压检测传感器用于检测转向泵与转向执行器连接的油路间液压油的油压，所述流量检测传感器用于检测转向泵与转向执行器连接的油路间的液压油的流量；可以实时得知转向泵与转向执行器之间的油压或流量，然后通过应急转向系统控制器判断该油压或流量是否正常，即可以判断转向泵是否正常运行。

油路开关，其设置于所述转向泵与转向执行器连接的油路间，当油压或流量低于预设的阈值时，所述油路开关关闭；油路开关，可以采用单向阀，或者其它能够设置连通阈值的开关，油路开关连通的阈值与应急转向系统控制器的判断的阈值相同，当油压或流量低于对应的阈值时，液压油无法通过，即说明转向泵出现故障，输送压力不够，从而无法通过。

应急转向系统控制器，其与所述油压检测传感器或所述流量检测传感器通讯连接，当所述应急转向系统控制器接收到所述油压检测传感器或所述流量检测传感器检测的油压值或流量值，并判断油压值或流量值低于预设的对应的阈值时，输出信号Ⅰ；

应急泵，其与所述应急转向系统控制器通信连接，当所述应急泵接收到信号Ⅰ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油。若油压或流量低于阈值，则判断转向泵未正常工作，此时应急转向系统控制器输出信号Ⅰ，以控制应急泵启动，代替转向泵运行，以使转向力通过液压放大作用于转向执行器，保证车辆转向功能正常，避免转向失灵出现安全事故的情况发生。

当车辆自带的转向泵出现故障时，则无法向转向执行器提供液压放大的转向力，从而导致车辆转向功能失灵，易发生安全事故。在上述技术方案中，通过设置油压检测传感器或流量检测传感器，实时检测转向泵与转向执行器连接的油路间的液压油的流量，并设置应急转向系统控制器判断该油压或流量是否正常，即可以判断转向泵是否正常运行。当判断为未正常运行时，则通过应急转向系统控制器输出信号Ⅰ，从而启动设置的应急泵，应急泵启动代替转向泵运行，以使转向力通过液压放大作用于转向执行器，保证车辆转向功能正常，避免转向失灵出现安全事故的情况发生。

在另一种技术方案中，还包括：车速获取单元，其用于获取车辆的车速，所述车速获取单元与所述应急转向系统控制器通讯连接；

其中，当所述应急转向系统控制器接收到所述车速获取单元获取的车速，并判断车速不为零，并且所述油压检测传感器或所述流量检测传感器检测的油压值或流量值低于预设的对应的阈值时，所述应急转向系统控制器输出所述信号Ⅰ。

在上述技术方案中，当所述油压检测传感器或所述流量检测传感器检测的油压值或流量值低于预设的对应的阈值时，应急转向系统控制器不会输出信号Ⅰ，而是需要同时满足当前车速不为零时，应急转向系统控制器才输出信号Ⅰ，从而启动应急泵。应急泵的动力源为车辆电瓶；此时若车辆在静止状态，由于静止状态一般不需要转向，因此，应急转向系统控制器不激活应急泵，节约电瓶电量，以防过度消耗，影响车辆启动或其他必要的用电器工作。

在另一种技术方案中，还包括：

发动机转速获取单元，其用于获取当前车辆的发动机转速；

转速判断单元，其用于判断发动机转速是否位于预设的转速范围内，若发动机转速不在转速范围内，则输出信号Ⅱ；

应急泵，其与所述转速判断单元通信连接，当所述应急泵接到信号Ⅱ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油。

自动驾驶工程车在自动驾驶模式运行过程中，没有驾驶员参与，可能发生如传统燃油系统发动机因故障熄火，导致转向泵失去动力源不工作。在上述技术方案中，设置发动机转速获取单元，实时知晓车辆的发动机转速；设置转速判断单元，判断发动机转速是否位于预设的转速范围内，若发动机转速不在预设的转速范围内，则输出信号Ⅱ，以控制应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油。

上述方案可以排除流量检测传感器和油压检测传感器的故障，对于传统燃油系统，本发明应急转向系统控制器还根据发动机转速判断转向泵故障；如当流量检测传感器和油压检测传感器不正常工作时，应急转向系统控制器根据发动机转速降到阀值(预设的转速范围)时，判定转向泵不能正常工作，启动应急泵。此阀值根据大量反复实验获得，不同车辆的阀值设置可能不同。

在另一种技术方案中，还包括：

车辆系统母线电压获取单元，其用于获取当前车辆的系统母线的电压；

电压判断单元，其用于判断系统母线的电压是否位于预设的电压范围内，若系统母线的电压不在预设的电压范围内，则输出信号Ⅲ；

应急泵，其与所述电压判断单元通信连接，当所述应急泵接到信号Ⅲ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油。

为排除流量或油压检测传感器的故障，对于电传动系统，应急转向控制器根据系统母线电压反馈判断故障。如当流量检测传感器和油压检测传感器不正常工作时，应急转向控制器根据电压判断，当系统母线电压降到预设的电压范围内时，判定转向泵不能正常工作，启动应急泵。此电压范围根据大量反复实验获得，不同车辆的电压范围设置可能不同。

在另一种技术方案中，还包括：

所述应急转向系统控制器与车辆本身的转向系统控制器通讯连接，当所述应急转向系统控制器获取到所述转向系统控制器的失效信号时，所述应急转向系统控制器输出信号Ⅳ；

应急转向电机，其与所述应急转向系统控制器通讯连接，当所述应急转向电机接收到信号Ⅳ时，所述应急转向电机启动并驱动所述转向执行器转向。

无人驾驶线控车辆转向系统关键零部件包括转向泵和转向器，转向器由转向控制器和转向电机组成；线控车辆转向系统因故障失效有两种可能：一种是转向泵失效，另一种是转向器失效。

转向器与应急转向系统控制器通讯连接。当转向器失效时，应急转向系统控制器会获取转向器失效信号(转向器反馈转向电机故障或转向器通讯丢失)，应急转向系统控制器输出信号Ⅳ，控制启动应急转向电机，带动转向执行器工作，此时，转向力的液压放大作用可以由车辆原本的转向泵提供，可以设置由应急泵提供。

在另一种技术方案中，还包括：

应急泵强制激活开关，其与所述应急转向系统控制器通讯连接，当所述应急泵强制激活开关接通时，所述应急转向系统控制器输出所述信号Ⅰ。

设置应急泵强制激活开关，开关为两档，即开和关。开关通过人工操作开和关。应急泵强制激活开关打开时，应急转向系统控制器输出信号Ⅰ给应急泵，应急泵工作。强制激活功能用于人工巡检时，检测应急转发向泵是否正常，如出现故障，需要进行维修或更换。

在另一种技术方案中，还包括：

应急转向电机强制激活开关，其与所述应急转向系统控制器通讯连接，当所述应急转向电机强制激活开关接通时，所述应急转向系统控制器输出信号Ⅳ。

设置应急转向电机强制激活开关，开关为两档，即开和关。开关通过人工操作开和关。应急转向电机强制激活开关打开时，应急转向系统控制器输出信号Ⅳ给应急转向电机，应急转向电机工作。强制激活功能用于人工巡检时，检测应急泵和应急转向电机是否正常，如出现故障，需要进行维修或更换。

提供一种用于自动驾驶线控车辆的应急转向方法，包括以下步骤：

检测转向泵与转向执行器连接的油路间液压油的油压或油流量；

当油压或流量低于预设阈值时，关闭连接转向泵与转向执行器的油路，并且输出信号Ⅰ；

设置应急泵，其用于向所述转向执行器输入液压油，当所述应急泵接收到信号Ⅰ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油。

在上述技术方案，通过实时检测转向泵与转向执行器连接的油路间的液压油的流量，并判断该油压或流量是否正常，即可以判断转向泵是否正常运行。当判断为未正常运行时，则启动设置的应急泵，应急泵启动代替转向泵运行，以使转向力通过液压放大作用于转向执行器，保证车辆转向功能正常，避免转向失灵出现安全事故的情况发生。

在另一种技术方案中，还包括：

获取所述转向系统控制器的失效信号；

设置应急转向电机，其用于驱动所述转向执行器转向，当所述应急转向电机接收到所述转向系统控制器的失效信号时，所述应急转向电机启动并驱动所述转向执行器转向。

在上述技术方案中，当转向系统控制器发生故障时，通过获取发生故障对应的信号，即失效信号，不管是转向电机失效，还是控制转向电机运行的转向系统控制器失效，都会造成转向电机无法正常运行，因此，只要检测到上述失效信号，立即启动应急转向电机工作，消除故障带来的转向功能障碍。

在另一种技术方案中，还包括：

获取车辆的车速，其中，当油压或流量低于预设的对应的阈值，并且获取的车速不为零时，输出信号Ⅰ；或者，

获取当前车辆的发动机转速，其中，当发动机转速不在预设的转速范围内，

则输出信号Ⅱ；

当所述应急泵接到信号Ⅱ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油；或者，

获取当前车辆的系统母线的电压，其中，当系统母线的电压不在预设的电压范围内时，则输出信号Ⅲ；

当所述应急泵接到信号Ⅲ后，所述应急泵启动，向所述转向执行器输入液压油。

在上述技术方案中，首先可以通过检测转向泵与转向执行器连接的油路间油压或流量，根据预设的阈值判断转向泵是否转向泵功能是否正常工作，若不能正常工作，还需要结合判断当前车辆是否为静止状态，若不是静止状态，则启动应急泵代替转向泵工作，避免转向失灵出现安全事故的情况发生，也可以节约车辆瓶电量，以防过度消耗，影响车辆启动或其他必要的用电器工作。

其次，若检测油压或流量的电元器件失效，则还可以通过当前车辆的发动机转速或系统母线的电压来判断转向泵是否正常运行，若不在对应的试验所得的阈值范围内，则判断转向泵失效，启动应急泵代替转向泵工作，避免转向失灵出现安全事故的情况发生。提供多重判断途径，从而确保应急转向系统的有效应用，有效保障车辆行驶转向安全。

应急转向系统包括应急转向系统控制器、应急转向电机、流量检测传感器或油压检测传感器、应急泵。应急转向系统控制器功能可集成于整车控制器或其他相关联的车载控制器。

车辆本身转向系统正常情况下，应急转向系统不工作，即应急转向电机和应急泵均不工作。车辆本身转向系统发生故障时，包括两种情况：一种是转向泵失去动力源或因故障不工作时，流量检测传感器或油压检测传感器一直检测油路中液压油流量或油压值实时反馈给应急转向控制器，当流量或油压降低到应急转向控制器设定的阀值时，应急转向系统控制器激活应急泵开始工作，代替转向泵的作用，将液压油传输到转向器，放大转向器的转向力作用于转向执行器；另一种是应急转向系统控制器判断转向器(转向电机和转向控制器)出现致命故障不工作，应急转向系统控制器控制应急转向电机工作，代替转向电机驱动转向柱或转向盘转动，转向柱或转向盘属于转向执行器的一部分。

其中一种应急转向系统的实施方案：

应急转向系统连接示意图如图1所示、应急转向系统控制逻辑图如图2所示、应急转向系统液压回路原理如图3所示。

1.如图1所示，转向泵与转向执行器连接的油路间安装流量/油压检测传感器，可选流量开关，当油路中流经流量开关的液压油流量小于设定的阀值时，流量开关闭合，输出一个电平信号给应急转向系统控制器，提示流量低。

2.车辆转向系统正常工作情况下，转向泵将液压油从转向油罐中吸出输送到转向执行器，转向器的转向力在液压油辅助下得以放大驱动转向执行器工作。转向泵到转向执行器的液压油流经流量开关，油路中液压流量大于流量开关设置的阀值，流量开关处于打开状态，不输出电平信号。

3.当转向泵失去动力不工作或转向泵损坏不能正常工作时，流经流量开关的液压流量逐渐降低，当流量降低到设定的阀值时，流量开关闭合，输出一个电平信号给应急转向系统控制器，此时若车辆在运动状态下(通过车速判断)，应急转向系统控制器输出电平信号激活应急泵，应急泵工作，代替转向泵将液压油从转向油罐中吸出输送到转向执行器，应急泵的动力源为车辆电瓶；此时若车辆在静止状态，由于静止状态一般不需要转向，因此，应急转向系统控制器不激活应急泵，节约电瓶电量，以防过度消耗，影响车辆启动或其他必要的用电器工作。

4.当转向器出现故障(如转向器掉线、控制器故障、转向电机故障等)不能正常工作时，应急转向系统控制器可检测获取到转向器的故障状态，此时若车辆在运动状态下(通过车速判断)，应急转向系统控制器通过PWM波等驱动形式驱动应急转向电机执行转向指令，代替转向器功能，应急转向电机的动力源为车辆电瓶；此时若车辆在静止状态，由于静止状态一般不需要转向，因此，应急转向系统控制器不激活应急转向电机，节约电瓶电量，以防过度消耗，影响车辆启动或其他必要的用电器工作。

5.为排除流量传感器或油压检测传感器的故障，对于传统燃油系统，本发明应急转向系统控制器还根据发动机转速判断转向泵故障；对于电传动系统，应急转向控制器根据系统母线电压反馈判断转向泵故障。如当流量传感器或油压检测传感器不正常工作时，应急转向控制器根据发动机转速降到阀值时，判定转向泵不能正常工作，启动应急泵。此阀值根据大量反复实验获得，不同车辆的阀值设置可能不同。

6.应急转向系统可存在两种激活方式，一种是在应急转向系统控制器检测到转向系统故障时自动激活和触发，另一种是设置开关，人为打开开关强制激活和触发。人为激活和触发用于工程车辆巡检时，人工检测应急系统状态。

7.如图3所示，转向泵和应急泵液压回路通过单向阀将其作用分隔，以防其与转向泵作用冲突。

8.本发明还可用于无转向器的全液压转向，在此基础上将转向器换成全液压转向器，并去掉对应急转向电机的控制部分。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。