本發(fā)明屬于車輛控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于直覺駕駛理念的四輪獨立轉(zhuǎn)向獨立驅(qū)動車輛控制系統(tǒng)的設(shè)計。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)車輛采用前輪轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向模式，兩個前輪的方向一定是相同的，兩個后輪的方向也是相同的，只能實現(xiàn)車輪小偏向角、大轉(zhuǎn)向半徑的轉(zhuǎn)向操作。而人行走時可以靈活轉(zhuǎn)身，原地改變自己的前進方向，也可以側(cè)向邁步，這使得我們在避讓障礙的時候有很好的靈活性。因此，傳統(tǒng)車輛駕駛模式與人類行走模式存在差異，即人類不能像控制自己的雙腿一樣靈活自如地依照直覺駕駛車輛。

現(xiàn)有的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，雖已從簡單的純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展到更為節(jié)能及操縱性能更為優(yōu)越的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，改善了汽車轉(zhuǎn)向力的控制特性，降低了駕駛員的轉(zhuǎn)向負擔，然而仍采用的是機械傳動模式，轉(zhuǎn)向傳動比固定，轉(zhuǎn)向特性較差。近年來，一些車企采用電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Steering By Wire System)，使轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪通過控制信號連接，改善了汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性，但仍采用的是傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向模式，即前輪轉(zhuǎn)向(2WS)或是四輪轉(zhuǎn)向(4WS)，浪費了電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)四輪轉(zhuǎn)向角可獨立的優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服已有技術(shù)的不足支出，本發(fā)明提供一種基于直覺駕駛理念的四輪獨立轉(zhuǎn)向獨立驅(qū)動車輛控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)穩(wěn)定性高、可控自由度大、結(jié)構(gòu)簡單和成本低，通過傳感器獲得路況和周邊環(huán)境信息，對駕駛員控制指令進行自動修正，在由駕駛員駕駛的模式中，將駕駛員從緊張的對路況和周邊環(huán)境狀況判斷決策的任務(wù)中解放出來，實現(xiàn)基于直覺的輕松駕駛。

本發(fā)明提供的一種基于直覺駕駛理念的四輪獨立轉(zhuǎn)向獨立驅(qū)動車輛控制系統(tǒng)，其特征在于，應(yīng)用于四輪獨立轉(zhuǎn)向且四輪電機獨立驅(qū)動車輛上的本車輛控制系統(tǒng)包括由整車控制單元、運動學控制單元及動力學控制單元組成的整車控制器，由儀表顯示單元及用戶指令單元組成的人機交互界面，由路面信息處理系統(tǒng)及車輛信息處理系統(tǒng)組成的次級信息處理系統(tǒng)，由攝像頭/激光雷達及加速度計、速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器組成的傳感器，由各輪驅(qū)動電機控制器、各輪轉(zhuǎn)向電機控制器及力反饋控制器組成的次級控制器，由各輪驅(qū)動電機、各輪轉(zhuǎn)向機及方向盤組成的執(zhí)行器；其中，整車控制器負責所述各單元的管理與協(xié)調(diào)；攝像頭/激光雷達安裝在車身上；加速度計、速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器中的加速度計、速度傳感器均安裝在車架上，轉(zhuǎn)向角傳感器安裝在車架上靠近車架與轉(zhuǎn)向架相連的位置；各輪驅(qū)動電機安裝在各輪輪轂內(nèi)、各輪輪轂側(cè)面或制動底板上，各輪轉(zhuǎn)向電機安裝在車架上靠近車架與轉(zhuǎn)向架相連的位置，方向盤安裝在駕駛員前方；儀表顯示單元、用戶指令單元均安裝在駕駛員前方面板處；

上述各器件的連接關(guān)系為：整車控制器內(nèi)部，動力學控制單元、運動學控制單元、整車控制單元依次連接；整車控制單元分別與儀表顯示單元和用戶指令單元連接；攝像頭/激光雷達，加速度計、速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器，各輪驅(qū)動電機，各輪轉(zhuǎn)向電機，方向盤分別通過路面信息處理系統(tǒng)，車輛信息處理系統(tǒng)，各輪驅(qū)動電機控制器，各輪轉(zhuǎn)向電機控制器，反饋控制器與整車控制單元連接。

本發(fā)明的特點及有益效果：

本發(fā)明由于采用了可實現(xiàn)四輪獨立轉(zhuǎn)向的四輪電機獨立車輪，不再有驅(qū)動輪之間的機械連接，四個輪子可以進行獨立的驅(qū)動力分配，增加了車輛的運動自由度，因此大大改善了車輛的可操縱性并提高了車輛轉(zhuǎn)向的靈活性，進而實現(xiàn)橫向移動、原地轉(zhuǎn)向等與人類行走模式相符的直覺駕駛模式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明車輛控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明車輛控制系統(tǒng)提供的直覺駕駛(E-Drive或I-Drive)模式的信息傳遞示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供的基于直覺駕駛理念的四輪獨立轉(zhuǎn)向獨立驅(qū)動車輛控制系統(tǒng)結(jié)合附圖詳細說明如下：

本發(fā)明所述基于直覺駕駛理念的四輪獨立轉(zhuǎn)向獨立驅(qū)動車輛控制系統(tǒng)需應(yīng)用在四輪可獨立轉(zhuǎn)向的四輪電機獨立驅(qū)動車輛上，此種車輛具備的特點是每個車輪均可連續(xù)大于90度轉(zhuǎn)向，每個車輪的轉(zhuǎn)向角任意變化。

本發(fā)明車輛控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，包括由整車控制單元11、運動學控制單元12及動力學控制單元13組成的整車控制器1，由儀表顯示單元21及用戶指令單元22組成的人機交互界面2，由路面信息處理系統(tǒng)31及車輛信息處理系統(tǒng)32組成的次級信息處理系統(tǒng)3，由攝像頭/激光雷達41及加速度計、速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器42組成的傳感器4，由各輪驅(qū)動電機控制器51、各輪轉(zhuǎn)向電機控制器52及力反饋控制器53組成的次級控制器5，由各輪驅(qū)動電機61、各輪轉(zhuǎn)向機62及方向盤63組成的執(zhí)行器6；其中，整車控制器11負責所述各單元的管理與協(xié)調(diào)；所述攝像頭/激光雷達41安裝在車身上；所述加速度計、速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器42中的加速度計、速度傳感器均安裝在車架上，轉(zhuǎn)向角傳感器安裝在車架上靠近車架與轉(zhuǎn)向架相連的位置；所述各輪驅(qū)動電機61安裝在各輪輪轂內(nèi)、各輪輪轂側(cè)面或制動底板上，所述各輪轉(zhuǎn)向電機62安裝在車架上靠近車架與轉(zhuǎn)向架相連的位置，所述方向盤63安裝在駕駛員前方；所述儀表顯示單元21、用戶指令單元22均安裝在駕駛員前方面板處；

上述各器件的連接關(guān)系為：整車控制器1內(nèi)部，動力學控制單元13、運動學控制單元12、整車控制單元11依次雙向連接；整車控制單元11分別與儀表顯示單元21和用戶指令單元22單向連接；攝像頭/激光雷達41，加速度計、速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器42，各輪驅(qū)動電機61，各輪轉(zhuǎn)向電機62，方向盤63分別通過路面信息處理系統(tǒng)31，車輛信息處理系統(tǒng)32，各輪驅(qū)動電機控制器51，各輪轉(zhuǎn)向電機控制器52，反饋控制器53與整車控制單元11單向連接。

上述各器件的具體實現(xiàn)方式及功能分別說明如下：

在所述整車控制器1內(nèi)部，整車控制器單元11與運動學控制單元12連接，進而與動力學控制單元13連接，整車控制單元11將駕駛員所選擇的駕駛模式傳遞給運動學控制單元12，運動學控制單元將計算得到的各車輪合理轉(zhuǎn)向角、整車轉(zhuǎn)向中心與轉(zhuǎn)彎半徑傳遞給動力學控制單元13，動力學控制單元13將計算得到的各車輪合理力矩傳遞給運動學控制單元12，運動學控制單元12將計算得到的各車輪的轉(zhuǎn)向角、各車輪的角速度與角加速度信息傳遞給整車控制單元11。

所述整車控制單元11將從傳統(tǒng)儀表盤中獲得的車輛速度、可行駛里程數(shù)等傳統(tǒng)儀表信息及從路面信息處理系統(tǒng)31獲得的周圍地圖、周圍車輛車距、周圍車輛速度等信息傳遞給儀表顯示單元21進行顯示，用戶指令單元12接受用戶輸入的駕駛模式指令并傳遞給整車控制單元11。

所述路面信息處理系統(tǒng)31與攝像頭/激光雷達41連接，處理攝像頭/激光雷達41得到的圖像信息并計算得到包括周圍車輛位置、速度信息及路面障礙信息；路面信息處理系統(tǒng)31將周圍車輛的位置、速度信息及路面障礙信息反饋給整車控制單元11。

所述車輛信息處理系統(tǒng)32與加速度計、速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器42連接，處理加速度計、速度傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器42得到的數(shù)據(jù)進而得到車輛自身的加速度和速度、以及各車輪的轉(zhuǎn)向角信息；車輛信息處理系統(tǒng)32將車輛自身的加速度和速度、以及各車輪的轉(zhuǎn)向角信息反饋給整車控制單元11。

所述各輪驅(qū)動電機控制器51與各輪驅(qū)動電機61電性連接，并分別控制所述各輪驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動；各輪驅(qū)動電機控制器51將從各輪驅(qū)動電機61得到的電機轉(zhuǎn)速信號反饋給整車控制單元11。

所述各輪轉(zhuǎn)向電機控制器52與各輪轉(zhuǎn)向電機62電性連接，并分別控制各輪轉(zhuǎn)向電機62轉(zhuǎn)動；各輪轉(zhuǎn)向電機控制器52將從各輪轉(zhuǎn)向電機62得到的電機轉(zhuǎn)角位置信號反饋給整車控制單元11。

所述力反饋控制器53與方向盤63連接，并控制方向盤63的反饋扭矩；力反饋控制器53將從方向盤63得到的方向盤角度位置信息反饋給整車控制單元11。

本實施例中，根據(jù)駕駛員選定的車輛轉(zhuǎn)向模式，車輛可分別工作在原地轉(zhuǎn)向模式，可變轉(zhuǎn)彎中心、轉(zhuǎn)彎半徑模式，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向模式等轉(zhuǎn)向模式；其中，原地轉(zhuǎn)向模式中，其轉(zhuǎn)向中心為車輛幾何中心，車輛的轉(zhuǎn)向半徑R＝0；可變轉(zhuǎn)彎中心、轉(zhuǎn)彎半徑模式中，轉(zhuǎn)向中心為車輛運動平面內(nèi)任意點，且轉(zhuǎn)向半徑為任意大小的轉(zhuǎn)向模式。所述不同轉(zhuǎn)向模式之間的切換都是由整車控制單元11對各車輪轉(zhuǎn)向角和車輪轉(zhuǎn)速施加不同的約束完成，如原地轉(zhuǎn)向模式中，左前輪和右后輪的轉(zhuǎn)角相同，右前輪和左后輪的轉(zhuǎn)角相同且與左前輪和右后輪的轉(zhuǎn)角反向，全部車輪轉(zhuǎn)速相同。整車控制單元11綜合周圍環(huán)境的位置與速度信息，當預期行駛路線前方存在障礙時，所述儀表顯示單元21提示警告信息，整車控制單元11重新規(guī)劃行駛路徑。

路徑規(guī)劃的具體實施方式有多種，如給定路徑規(guī)劃的起始點和終止點，先將激光雷達得到的具有障礙物點云信息的地圖分格，變成具有有限離散節(jié)點的地圖，利用A^*算法對選擇起始點與終止點之間的較優(yōu)路徑，當車輛沿所規(guī)劃路徑行駛一定時間間隔后，再次指定起始點與終止點，重復上述過程，從而進行路徑規(guī)劃。

本發(fā)明以所述各輪驅(qū)動電機62作為各輪的動力源，拋棄了傳統(tǒng)車輛結(jié)構(gòu)的發(fā)動機和復雜的傳動機構(gòu)，極大的簡化了底盤的結(jié)構(gòu)，進而減少了整車重量，提高了傳動效率，保證了四輪獨立轉(zhuǎn)向獨立驅(qū)動車輛控制系統(tǒng)可靠的轉(zhuǎn)向性能，又由于采用了可實現(xiàn)四輪獨立驅(qū)動、獨立轉(zhuǎn)向的各輪驅(qū)動電機61、各輪轉(zhuǎn)向電機62驅(qū)動車輪，不再有驅(qū)動輪之間的機械連接，四個輪子可以進行獨立的驅(qū)動力分配，增加了車輛的運動自由度，因此大大改善了車輛的可操縱性并提高了車輛轉(zhuǎn)向的靈活性，進而實現(xiàn)橫向移動、原地轉(zhuǎn)向等與人類行走模式相符的直覺駕駛模式。

本發(fā)明的車輛控制系統(tǒng)主要提供三種駕駛模式：不需要人工干預的自主駕駛模式(Free Drive，簡寫為F-Drive)，由本控制系統(tǒng)進行輔助的直覺駕駛模式(Intuitive Drive，簡寫為I-Drive)，完全由人來控制的人工駕駛模式(Manual Drive，簡寫為M-Drive)；直覺駕駛模式也可以稱為輕松駕駛模式(Easy Drive，簡寫為E-Drive)。

本發(fā)明控制系統(tǒng)提供的直覺駕駛模式的信息傳遞過程如圖2所示，人(即駕駛員)0通過人機交互界面2向整車控制器1傳達行駛、加速、超車、邊線、泊車、倒車操作等期望車輛運動的信息(即駕駛員控制指令)，整車控制器1綜合傳感器4通過次級信息處理系統(tǒng)3傳達的周圍車輛位置、速度信息及路面障礙信息，對所述駕駛員控制指令進行自動修正，整車控制器1將修正后的控制指令通過次級控制器5傳遞給執(zhí)行器6，并由執(zhí)行器進行驅(qū)動電機的驅(qū)動、轉(zhuǎn)向電機的的轉(zhuǎn)向和方向盤的力反饋，得到執(zhí)行器的執(zhí)行結(jié)果7，即車輛運動狀態(tài)的變化，其中包括車輛行駛速度、橫擺角速度與車輛位置與車身方向的變化等，所述執(zhí)行結(jié)果7將可被人0及傳感器4感知。

直覺駕駛(E-Drive或I-Drive)模式的作用在于通過增加所述傳感器4的反饋壓力，從而降低所述人的反饋壓力，所述人的反饋壓力即指人通過身體的各器官感受到車輛運動狀態(tài)變化及車輛行駛環(huán)境變化后需要對駕駛指令進行調(diào)整的壓力，如調(diào)節(jié)方向盤的轉(zhuǎn)向角，調(diào)節(jié)車速，調(diào)節(jié)用戶指令單元的輸入等。增加傳感器的反饋壓力，降低人的反饋壓力即通過整車控制器判斷駕駛者的操控意圖，通過傳感器獲取車輛運動狀態(tài)、車輛行駛環(huán)境的信息，進而直接調(diào)整控制指令，實現(xiàn)駕駛者的操控意圖；即使駕駛員的控制指令不正確，也能保持車輛的正常安全行駛，如前方出現(xiàn)障礙物時，即使人的方向盤轉(zhuǎn)角調(diào)整不正確，利用傳感器的控制回路也能調(diào)整控制指令，保證不出現(xiàn)撞到障礙物的情況。直覺駕駛(E-Drive或I-Drive)模式適用于原地轉(zhuǎn)向模式，可變轉(zhuǎn)彎中心、轉(zhuǎn)彎半徑模式和傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向模式。

自主駕駛模式(F-Drive)只由傳感器獲取車輛運動狀態(tài)變化與車輛行駛環(huán)境變化，并僅由整車控制器發(fā)出控制指令。人工駕駛模式(M-Drive)只由人獲取車輛運動狀態(tài)變化與車輛行駛環(huán)境變化，只由駕駛員發(fā)出控制指令。所述自主駕駛模式和人工駕駛模式均為公知技術(shù)。

本發(fā)明所述各控制器或控制單元的功能均可由編程人員通過常規(guī)的編程技術(shù)予以實現(xiàn)。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確規(guī)定與限定，術(shù)語“連接”應(yīng)做廣義理解。例如，可以是固定連接，也可以是拆卸連接，或一體連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接連接，可以是通過中間媒介簡介相連，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通。