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CN114475769A - 一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统及方法 - Google Patents

一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统及方法 Download PDF

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CN114475769A CN202111570638.5A CN202111570638A CN114475769A CN 114475769 A CN114475769 A CN 114475769A CN 202111570638 A CN202111570638 A CN 202111570638A CN 114475769 A CN114475769 A CN 114475769A
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徐希
蔡营
汪丰
王永峰
杨彦鼎
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Dongfeng Yuexiang Technology Co Ltd
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Dongfeng Yuexiang Technology Co Ltd
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Abstract

一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统，包括方向盘总成和设置于自动驾驶车辆上的方向盘控制器，所述方向盘总成包括：方向盘、油门刹车踏板装置和档位摇杆装置；所述方向盘控制器包括电源模块、CAN收发模块、控制模块和USB通信模块，本发明能够在车辆研发初期、自动驾驶系统故障时、需要进行相关人工调试等情况时，具备一套完整的人工干预控制系统，且能满足高速情况的调试，方向盘转向的行程较长，能够对车辆转向进行精准控制，也可以较为安全地实现人为控制，本发明既能够满足临时控车的需求，实现即插即拔，又能够在高速行驶时达到安全控制的目的，进一步提升自动驾驶车辆的安全性。

Description

一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统及方法
技术领域
本发明属于汽车智能控制技术领域，特别涉及一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统及方法。
背景技术
当前汽车智能化已经得到了井喷式的发展，在L4及以上级别的自动驾驶中，驾驶系统已可以完全接管驾驶职责，甚至取消方向盘等多余的人工控制部件，完成真正意义上的自动驾驶。但在某些特殊情况，例如车辆研发初期、自动驾驶系统故障时、需要进行相关人工调试等情况时，仍然需要一套完整的人工干预控制系统，目前较多的采用外置遥控器等方式实现人为控制，但遥控器的缺点在于其不能满足高速情况的调试，并且遥控器转向的手柄行程较短，无法满足车辆转向的精准控制，且在高速调试过程中使用遥控手柄控制极不安全，因此迫切的需要一种类似于方向盘的控制方式，既能够完成初期的调试需求，也可以较为安全地实现人为控制。本发明就成功地解决了该问题，一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统既能够满足临时控车的需求，实现即插即拔，又能够在高速行驶时达到安全控制的目的。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统，包括方向盘总成和设置于自动驾驶车辆上的方向盘控制器，所述方向盘总成包括：方向盘、油门刹车踏板装置和档位摇杆装置；所述方向盘控制器包括电源模块、CAN收发模块、控制模块和USB通信模块，其中电源模块用于降压和稳压，将汽车整车9-16的电压转换为各模块所需的5V电压和3.3V电压，并将输出电压稳定在±0.1V以内；CAN收发模块的作用为将控制模块的控制指令收发CAN总线上的报文，并且报文符合相应的信号矩阵协议；USB通信模块用于将方向盘发送的数据转换为并口通信的数据呈递给控制模块；控制模块用于将收到的方向盘的指令数据做出正确的判断和控制逻辑，并通过SPI通信将指令发给CAN收发模块；
作为优选，方向盘总成与方向盘控制器的通信方式为USB通信。
作为优选，所述方向盘总成中包含存储装置，可存储方向盘数据以及方向盘数据所对应的控车指令。
作为优选，所述方向盘可往左或右打方向，所述方向盘上有使能按钮和失能按钮，分别对应着使能方向盘和失能方向盘；
作为优选，所述油门刹车踏板装置包含刹车踏板和油门踏板，分别用于控制车辆加速和减速；
作为优选，所述档位摇杆装置为四档位摇杆，前端为R档，中间为N档，左下为D档，右下为P档，用于实现车辆的档位控制。
作为优选，所述档位摇杆装置中R档对应倒车档位，N档对应空档档位，D档对应前进档位，P档对应驻车档位。
作为优选，所述控制模块使用的单片机为STM32F103RBT6；
本发明提供一种自动驾驶汽车线控方向盘控制方法，包括：
步骤一：提前定义好方向盘数据并写入方向盘总成中；
步骤二：当需要方向盘控车时，踩刹车，并按下使能按钮，此时，方向盘总成发出控车请求，方向盘控制器接收到该控车请求，并发出允许控车指令，此时方向盘总成接管整车；
步骤三：所述方向盘总成根据需要，进行方向盘、油门刹车踏板装置和档位摇杆装置的操作；
步骤四：所述方向盘总成发送方向盘数据至所述方向盘控制器；
步骤五：所述方向盘控制器中的控制模块将收到的方向盘数据做出正确的判断和控制逻辑，通过SPI通信将指令发给CAN收发模块；
步骤六：所述CAN收发模块持续将控制模块发来的数据转换为CAN通信模式的数据传递到整车CAN总线，实现对车辆的线控方向盘控制。
作为优选，在所述步骤四中，所述方向盘总成发送的数据总共为8个字节数，分别为：BYTE0、BYTE1、BYTE2、BYTE3、BYTE4、BYTE5、BYTE6、BYTE7，其中，BYTE0恒为0xFF；BYTE1和BYTE2的组合表示当前方向盘的方向值，左打方向极限为0xFFFF，右打方向极限为0x0000，中间值随着方向盘转动线性变化；BYTE3和BYTE4的组合表示当前油门刹车踏板的刹车值，踩到底值为0x0000，不踩时值为0xFFFF，中间值随着方向盘转动线性变化；BYTE5和BYTE6的组合表示当前油门刹车踏板的油门值，踩到底值为0x0000，不踩时值为0xFFFF，中间值随着方向盘转动线性变化；BYTE7表示档位摇杆上档位的位置和当前方向盘的使能状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能够在车辆研发初期、自动驾驶系统故障时、需要进行相关人工调试等情况时，具备一套完整的人工干预控制系统，且能满足高速情况的调试，方向盘转向的行程较长，能够对车辆转向进行精准控制，也可以较为安全地实现人为控制，本发明既能够满足临时控车的需求，实现即插即拔，又能够在高速行驶时达到安全控制的目的，进一步提升自动驾驶车辆的安全性。
附图说明
图1为本发明系统的控制器结构示意图；
图2为本发明方向盘总成数据定义图；
图3为本发明的控制模块逻辑控制图；
图4为本发明的方法流程图。
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。
如图1所示，本发明实施例提供一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统，包括方向盘总成和设置于自动驾驶车辆上的方向盘控制器，所述方向盘总成包括：方向盘、油门刹车踏板和档位摇杆，方向盘与油门刹车踏板、档位摇杆之间通过线束连接；所述方向盘控制器包括电源模块、CAN收发模块、控制模块和USB通信模块，其中电源模块用于降压和稳压，将汽车整车9-16的电压转换为各模块所需的5V电压和3.3V电压，并将输出电压稳定在±0.1V以内；CAN收发模块的作用为将控制模块的控制指令收发CAN总线上的报文，并且报文符合相应的信号矩阵协议；USB通信模块用于将方向盘发送的数据转换为并口通信的数据呈递给控制模块；控制模块用于将收到的方向盘的指令数据做出正确的判断和控制逻辑，并通过SPI通信将指令发给CAN收发模块；
方向盘总成与方向盘控制器的通信方式为USB通信。
所述方向盘总成中包含存储装置，可存储方向盘数据以及方向盘数据所对应的控车指令。
所述方向盘可往左或右打方向，所述方向盘上有使能按钮和失能按钮，分别对应着使能方向盘和失能方向盘；
所述油门刹车踏板装置包含刹车踏板和油门踏板，分别用于控制车辆加速和减速；
所述档位摇杆装置为四档位摇杆，前端为R档，中间为N档，左下为D档，右下为P档，用于实现车辆的档位控制。
所述档位摇杆装置中R档对应倒车档位，N档对应空档档位，D档对应前进档位，P档对应驻车档位。
所述控制模块使用的单片机为STM32F103RBT6。
如图4所示，本发明提供一种自动驾驶汽车线控方向盘控制方法，包括：
步骤S1：提前定义好方向盘数据并写入方向盘总成中；
步骤S2：当需要方向盘控车时，踩刹车，并按下使能按钮，此时，方向盘总成发出控车请求，方向盘控制器接收到该控车请求，并发出允许控车指令，此时方向盘总成接管整车；
步骤S3：所述方向盘总成根据需要，进行方向盘、油门刹车踏板装置和档位摇杆装置的操作；
步骤S4：所述方向盘总成发送方向盘数据至所述方向盘控制器；
步骤S5：所述方向盘控制器中的控制模块将收到的方向盘数据做出正确的判断和控制逻辑，通过SPI通信将指令发给CAN收发模块；
步骤S6：所述CAN收发模块持续将控制模块发来的数据转换为CAN通信模式的数据传递到整车CAN总线，实现对车辆的线控方向盘控制。
如图2所示，在所述步骤S4中，所述方向盘总成发送的数据总共为8个字节数，分别为：BYTE0、BYTE1、BYTE2、BYTE3、BYTE4、BYTE5、BYTE6、BYTE7，其中，BYTE0恒为0xFF；BYTE1和BYTE2的组合表示当前方向盘的方向值，左打方向极限为0xFFFF，右打方向极限为0x0000，中间值随着方向盘转动线性变化；BYTE3和BYTE4的组合表示当前油门刹车踏板的刹车值，踩到底值为0x0000，不踩时值为0xFFFF，中间值随着方向盘转动线性变化；BYTE5和BYTE6的组合表示当前油门刹车踏板的油门值，踩到底值为0x0000，不踩时值为0xFFFF，中间值随着方向盘转动线性变化；BYTE7表示档位摇杆上档位的位置和当前方向盘的使能状态。
因此将具体实施步骤转换为通信语言即为：
1.踩刹车，按使能键，发出控车请求，假设此时刹车踏板踩到底，且方向值位于正中间，档位为P档，方向盘总成通过USB通信协议发送0xFF 0xFF 0x7F 0x00 0x00 0xFF0xFF 0x11，方向盘控制器接收数据后将数据解析后遵循一定的逻辑判断然后将数据通过CAN收发模块发送出去；
2.前进时，踩住刹车，方向盘总成发送0xFF 0xFF 0x7F 0x00 0x00 0xFF 0xFF0x11；之后挂到D档，方向盘总成发送0xFF 0xFF 0x7F 0x00 0x00 0xFF 0xFF 0x12；轻踩油门，方向盘总成发送0xFF 0xFF 0x7F 0xFF 0xFF 0xFF 0x00 0x12，其中BYTE5与BYTE6会跟随油门踏板变化而变化。
3.后退时，踩住刹车，方向盘总成发送0xFF 0xFF 0x7F 0x00 0x00 0xFF 0xFF0x11；之后挂到R档，方向盘总成发送0xFF 0xFF 0x7F 0x00 0x00 0xFF 0xFF 0x14；轻踩油门，轻踩油门，方向盘总成发送0xFF 0xFF 0x7F 0xFF 0xFF 0xFF 0x00 0x14，其中BYTE5与BYTE6会跟随油门踏板变化而变化。
4.方向盘顺时针旋转为右打方向，方向盘总成发送0xFF 0xFF 0xFF 0x00 0x000xFF 0xFF 0x11，其中BYTE1与BYTE2会跟随方向盘变化而变化；逆时针为左打方向，方向盘总成发送0xFF 0x24 0xFF 0x00 0x00 0xFF 0xFF 0x11，其中BYTE1与BYTE2会跟随方向盘变化而变化。
如图3所示，方向盘控制器中控制模块根据方向盘总成上的使能与失能按钮可以将当前模式分为使能模式与失能模式，使能模式下，方向盘控制器更新当前方向盘的数据，失能模式下则不更新数据，依此可实现方向盘的接管。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统，包括方向盘总成和设置于自动驾驶车辆上的方向盘控制器，所述方向盘总成包括：方向盘、油门刹车踏板装置和档位摇杆装置；所述方向盘控制器包括电源模块、CAN收发模块、控制模块和USB通信模块，CAN收发模块的作用为将控制模块的控制指令收发CAN总线上的报文，并且报文符合相应的信号矩阵协议；USB通信模块用于将方向盘发送的数据转换为并口通信的数据呈递给控制模块；控制模块用于将收到的方向盘的指令数据做出正确的判断和控制逻辑，并通过SPI通信将指令发给CAN收发模块。
2.如权利要求1所述的一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统，其特征在于，方向盘总成与方向盘控制器的通信方式为USB通信。
3.如权利要求1所述的一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统，其特征在于，所述方向盘总成中包含存储装置，可存储方向盘数据以及方向盘数据所对应的控车指令。
4.如权利要求1所述的一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统，其特征在于，所述方向盘可往左或右打方向，所述方向盘上有使能按钮和失能按钮，分别对应着使能方向盘和失能方向盘。
5.如权利要求1所述的一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统，其特征在于，所述油门刹车踏板装置包含刹车踏板和油门踏板，分别用于控制车辆加速和减速。
6.如权利要求1所述的一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统，其特征在于，所述档位摇杆装置为四档位摇杆，前端为R档，中间为N档，左下为D档，右下为P档，用于实现车辆的档位控制。
7.如权利要求6所述的一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统，其特征在于，所述档位摇杆装置中R档对应倒车档位，N档对应空档档位，D档对应前进档位，P档对应驻车档位。
8.如权利要求1所述的一种自动驾驶汽车线控方向盘控制系统，其特征在于，所述控制模块使用的单片机为STM32F103RBT6。
9.一种自动驾驶汽车线控方向盘控制方法，应用于权利要求1-8所述系统，包括：
步骤一：提前定义好方向盘数据并写入方向盘总成中；
步骤二：当需要方向盘控车时，踩刹车，并按下使能按钮，此时，方向盘总成发出控车请求，方向盘控制器接收到该控车请求，并发出允许控车指令，此时方向盘总成接管整车；
步骤三：所述方向盘总成根据需要，进行方向盘、油门刹车踏板装置和档位摇杆装置的操作；
步骤四：所述方向盘总成发送方向盘数据至所述方向盘控制器；
步骤五：所述方向盘控制器中的控制模块将收到的方向盘数据做出正确的判断和控制逻辑，通过SPI通信将指令发给CAN收发模块；
步骤六：所述CAN收发模块持续将控制模块发来的数据转换为CAN通信模式的数据传递到整车CAN总线，实现对车辆的线控方向盘控制。
10.如权利要求9所述的一种自动驾驶汽车线控方向盘控制方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述方向盘总成发送的数据总共为8个字节数，分别为：BYTE0、BYTE1、BYTE2、BYTE3、BYTE4、BYTE5、BYTE6、BYTE7，其中，BYTE0恒为0xFF；BYTE1和BYTE2的组合表示当前方向盘的方向值，左打方向极限为0xFFFF，右打方向极限为0x0000，中间值随着方向盘转动线性变化；BYTE3和BYTE4的组合表示当前油门刹车踏板的刹车值，踩到底值为0x0000，不踩时值为0xFFFF，中间值随着方向盘转动线性变化；BYTE5和BYTE6的组合表示当前油门刹车踏板的油门值，踩到底值为0x0000，不踩时值为0xFFFF，中间值随着方向盘转动线性变化；BYTE7表示档位摇杆上档位的位置和当前方向盘的使能状态。
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