本發(fā)明涉及汽車控制系統(tǒng)，具體涉及線控雙方向盤控制系統(tǒng)及制權(quán)切換方法。

背景技術(shù)：

1、目前，在汽車駕駛培訓(xùn)領(lǐng)域，普遍采用配備雙控制系統(tǒng)的教練車。這類車輛的核心設(shè)計(jì)在于副駕駛位置為教練員加裝了制動(dòng)輔助裝置，最典型的就是副剎車系統(tǒng)，允許教練在緊急情況下強(qiáng)制減速或停車。然而，該設(shè)計(jì)存在一個(gè)顯著且關(guān)鍵的限制：車輛通常僅配備單一的主方向盤控制系統(tǒng)，方向盤的操作權(quán)限完全由學(xué)員獨(dú)占。

2、這種權(quán)限分配模式在常規(guī)訓(xùn)練中尚可接受，但一旦遭遇突發(fā)復(fù)雜路況——例如行人突然違規(guī)橫穿馬路、車輛因?qū)W員操作不當(dāng)或分神而嚴(yán)重偏離車道（壓線或沖向路肩/對(duì)向車道）、或出現(xiàn)避讓障礙物等需要瞬間精準(zhǔn)方向修正的緊急場(chǎng)景時(shí)——問題便暴露無遺。此時(shí)，教練員雖然能通過副剎車迅速降低車速以減少碰撞能量，卻完全無法直接介入方向控制。教練只能被動(dòng)地口頭指令學(xué)員，或在減速的同時(shí)眼睜睜看著方向性錯(cuò)誤持續(xù)發(fā)生甚至惡化（例如學(xué)員因驚慌而過度轉(zhuǎn)向），卻缺乏物理手段及時(shí)、直接地糾正行駛軌跡，錯(cuò)失關(guān)鍵的避險(xiǎn)時(shí)機(jī)。

3、針對(duì)方向盤控制缺失的問題，部分解決方案嘗試在副駕駛增設(shè)輔助方向盤。然而，這些方案往往僅實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的機(jī)械聯(lián)動(dòng)，而非真正意義上的獨(dú)立控制權(quán)分離。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)使得主、副方向盤剛性連接、力矩耦合。其后果是：當(dāng)教練試圖轉(zhuǎn)動(dòng)副方向盤進(jìn)行干預(yù)時(shí)，學(xué)員端的方向盤會(huì)同步、同幅度地被強(qiáng)行帶動(dòng)；反之，若學(xué)員緊握方向盤抵抗或反向用力，教練也難以有效施加控制。這本質(zhì)上未能解決控制權(quán)沖突，反而可能因力矩對(duì)抗引發(fā)操作混亂甚至危險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種線控雙方向盤控制系統(tǒng)及制權(quán)切換方法，過冗余設(shè)計(jì)、多層級(jí)智能診斷、動(dòng)態(tài)平滑的控制權(quán)切換以及深度集成的車輛安全系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建了一套完整的實(shí)時(shí)故障檢測(cè)與應(yīng)急接管解決方案。

2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種線控雙方向盤控制系統(tǒng)，包括主操作系統(tǒng)、副操作系統(tǒng)和安全監(jiān)控單元，

3、所述主操作系統(tǒng)包含主方向傳感器和與主方向傳感器連接的主控制器，所述主方向傳感器集成轉(zhuǎn)角傳感器與力矩傳感器；

4、所述副操作系統(tǒng)包含副方向傳感器和與副方向傳感器連接的副控制器；

5、所述安全監(jiān)控單元包括：

6、信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主方向傳感器的信號(hào)傳輸連續(xù)性；

7、異常識(shí)別模塊，基于橫擺角速度傳感器和/或車輪轉(zhuǎn)角傳感器判定車輛實(shí)際行駛方向，并與主方向傳感器的轉(zhuǎn)角輸出值進(jìn)行一致性校驗(yàn)，同時(shí)檢測(cè)力矩方向與轉(zhuǎn)角變化趨勢(shì)的沖突關(guān)系；

8、主控評(píng)估模塊，基于心跳包狀態(tài)、主方向傳感器數(shù)據(jù)物理范圍閾值、轉(zhuǎn)角傳感器與力矩傳感器之間的邏輯關(guān)聯(lián)性，輸出主控制系統(tǒng)失效狀態(tài)；

9、副控檢測(cè)模塊，持續(xù)監(jiān)聽副方向傳感器信號(hào)穩(wěn)定性及副控制器響應(yīng)狀態(tài)，判定副操作系統(tǒng)的接管條件；

10、控制權(quán)調(diào)度器，響應(yīng)主控失效狀態(tài)時(shí)激活副駕駛控制通道，啟動(dòng)定時(shí)器并執(zhí)行動(dòng)態(tài)權(quán)重調(diào)整控制算法，實(shí)現(xiàn)主方向盤和副方向盤操作指令的平滑遷移；

11、風(fēng)險(xiǎn)策略觸發(fā)模塊，當(dāng)副操作系統(tǒng)未在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)響應(yīng)接管請(qǐng)求時(shí)，向電子穩(wěn)定程序和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)發(fā)送強(qiáng)制介入指令。

12、可選的，所述主控失效的判定條件為：主方向盤心跳信號(hào)中斷超過第一時(shí)間閾值，或主方向傳感器數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)范圍，或異常識(shí)別模塊檢測(cè)到力矩方向與轉(zhuǎn)角變化趨勢(shì)沖突持續(xù)超過第二時(shí)間閾值。

13、可選的，所述控制權(quán)調(diào)度器執(zhí)行動(dòng)態(tài)權(quán)重調(diào)整算法包括：定義主方向盤權(quán)重w主(t)、副方向盤權(quán)重w副(t)，其中w副(t)=1-w主(t)，按照按時(shí)間分段執(zhí)行：

14、階段一：

15、w主(t)=0.7-0.008t

16、w副(t)=0.3+0.008t

17、階段二：

18、

19、w副(t)=1-w主(t)

20、階段三：

21、w主(t)=0.1-0.002×(t-150)

22、w副(t)=0.9+0.002×(t-150)

23、最終控制量輸出為：

24、

25、其中：θ主(t)為主方向盤的轉(zhuǎn)角輸入值，θ副(t)為副方向盤的轉(zhuǎn)角輸入值。

26、可選的，所述風(fēng)險(xiǎn)策略觸發(fā)模塊的激活條件為：副控檢測(cè)模塊在預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)未檢測(cè)到滿足接管條件的副操作系統(tǒng)信號(hào)，通過can總線向電子穩(wěn)定程序和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)模塊發(fā)送自動(dòng)干預(yù)指令，且所述干預(yù)指令按優(yōu)先級(jí)執(zhí)行先觸發(fā)電子穩(wěn)定程序制動(dòng)控制，若障礙物距離小于安全距離閾值則同步激活高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)模塊自動(dòng)避障。

27、可選的，所述副操作系統(tǒng)的接管條件為：副方向傳感器信號(hào)延遲≤第三時(shí)間閾值，且數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍在角度閾值內(nèi)持續(xù)第四時(shí)間閾值。

28、可選的，所述主操作系統(tǒng)和副操作系統(tǒng)采用異構(gòu)通信設(shè)計(jì)：主控制器通過can?fd總線發(fā)送轉(zhuǎn)向指令；副控制器通過flexray總線發(fā)送轉(zhuǎn)向指令；所述安全監(jiān)控單元獨(dú)立運(yùn)行并同步校驗(yàn)雙通道數(shù)據(jù)一致性。

29、可選的，還包括主控制系統(tǒng)恢復(fù)機(jī)制，所述主控制系統(tǒng)恢復(fù)機(jī)制包括：主控制器重新上線時(shí)需通過crc校驗(yàn)及傳感器數(shù)據(jù)比對(duì)，恢復(fù)期間副操作系統(tǒng)保持控制權(quán)直至主控有效性狀態(tài)被安全監(jiān)控單元確認(rèn)。

30、可選的，所述安全監(jiān)控單元執(zhí)行周期性故障診斷：以第一時(shí)間閾值間隔檢測(cè)主操作系統(tǒng)和副操作系統(tǒng)心跳信號(hào)，若當(dāng)前時(shí)間t2與上次心跳時(shí)間t1滿足t2-t1>第一時(shí)間閾值，判定為通信異常并觸發(fā)告警。

31、可選的，還包括中央控制單元，所述中央控制單元接收主方向傳感器信號(hào)和副方向傳感器信號(hào)，并實(shí)時(shí)檢測(cè)主操作系統(tǒng)和副操作系統(tǒng)沖突，當(dāng)中央控制單元檢測(cè)到矛盾指令時(shí)，按主操作系統(tǒng)優(yōu)先的優(yōu)先級(jí)策略仲裁控制權(quán)。

32、本發(fā)明還公開了一種控制權(quán)切換方法，應(yīng)用于上文所述的線控雙方向盤控制系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟：

33、步驟1：主控評(píng)估模塊判定主控失效；

34、步驟2：異常識(shí)別模塊校驗(yàn)主方向傳感器的轉(zhuǎn)角輸出值與車輛行駛方向的一致性，同時(shí)檢測(cè)力矩方向與轉(zhuǎn)角變化趨勢(shì)的沖突關(guān)系；

35、步驟3：主控評(píng)估模塊判定失效后，控制權(quán)調(diào)度器激活副控檢測(cè)模塊并啟動(dòng)定時(shí)器；

36、步驟4：按三階段動(dòng)態(tài)權(quán)重算法遷移控制權(quán)；

37、步驟5：若副控制系統(tǒng)未響應(yīng)，風(fēng)險(xiǎn)策略觸發(fā)模塊調(diào)用電子穩(wěn)定程序和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)執(zhí)行最小風(fēng)險(xiǎn)策略。

38、本發(fā)明的有益效果是：該線控雙方向盤控制系統(tǒng)通過其創(chuàng)新的架構(gòu)和協(xié)同工作機(jī)制，顯著提升了駕駛培訓(xùn)車輛（或需要雙人協(xié)作控制的車輛）的安全性和操控可靠性，其核心效果體現(xiàn)在：

39、冗余保障與無縫接管：系統(tǒng)的主操作系統(tǒng)和副操作系統(tǒng)采用獨(dú)立的傳感器（主方向傳感器、副方向傳感器）和控制器（主控制器、副控制器），構(gòu)成硬件與控制的物理冗余。當(dāng)安全監(jiān)控單元（如通過信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊發(fā)現(xiàn)主方向傳感器信號(hào)中斷，或主控評(píng)估模塊判定主控制器失效、心跳包丟失、數(shù)據(jù)超限或邏輯錯(cuò)誤）確認(rèn)主操作系統(tǒng)失效時(shí)，控制權(quán)調(diào)度器能毫秒級(jí)激活副駕駛控制通道。此時(shí)，副操作系統(tǒng)不再僅僅是聯(lián)動(dòng)裝置，而是成為完全獨(dú)立有效的控制單元，使教練員能立即、直接地接管方向盤控制權(quán)，糾正方向性錯(cuò)誤（如偏離車道、錯(cuò)誤轉(zhuǎn)向），有效規(guī)避因?qū)W員操作失誤或主系統(tǒng)故障導(dǎo)致的車輛失控風(fēng)險(xiǎn)，填補(bǔ)了傳統(tǒng)單一方向盤或機(jī)械聯(lián)動(dòng)方向盤在緊急方向干預(yù)上的空白。

40、多維度、智能化的故障診斷：?安全監(jiān)控單元集成的多個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的全方位、智能化監(jiān)控：

41、信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊：?實(shí)時(shí)守護(hù)主方向傳感器（轉(zhuǎn)角、力矩）的信號(hào)連續(xù)性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路斷裂、接口松動(dòng)、傳感器掉電等物理層故障。

42、異常識(shí)別模塊：?進(jìn)行深層次的邏輯校驗(yàn)。它通過獲取車輛底盤動(dòng)態(tài)信號(hào)（如橫擺角速度傳感器數(shù)據(jù)反映車輛實(shí)際旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，車輪轉(zhuǎn)角傳感器數(shù)據(jù)反映輪胎實(shí)際指向），并與主方向傳感器上報(bào)的“指令”轉(zhuǎn)角進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別出“方向盤要求轉(zhuǎn)向”與“車輛實(shí)際未轉(zhuǎn)向或反向轉(zhuǎn)向”的嚴(yán)重不一致性（指示傳感器失效或信號(hào)被篡改）。同時(shí)，該模塊分析力矩傳感器方向與轉(zhuǎn)角傳感器變化趨勢(shì)的沖突（例如檢測(cè)到大力矩但轉(zhuǎn)角無變化或反向變化），有效識(shí)別潛在的機(jī)械卡滯、傳感器故障或惡意輸入。

43、主控評(píng)估模塊：?綜合“心跳包”狀態(tài)（判斷控制器是否存活）、主方向傳感器數(shù)據(jù)是否在合理物理范圍內(nèi)、以及各傳感器數(shù)據(jù)間的邏輯合理性（如轉(zhuǎn)角與力矩的物理關(guān)系是否成立），形成對(duì)主控制器功能完整性的綜合評(píng)估。

44、副控檢測(cè)模塊：?在非接管狀態(tài)下持續(xù)監(jiān)聽副系統(tǒng)的健康狀態(tài)（傳感器信號(hào)穩(wěn)定性、控制器響應(yīng)），確保在需要接管時(shí)副系統(tǒng)處于“熱備”就緒狀態(tài)，并明確判定何時(shí)滿足接管條件（如主系統(tǒng)被確認(rèn)失效且副系統(tǒng)狀態(tài)良好）。

45、安全平滑的控制權(quán)過渡：?控制權(quán)調(diào)度器在激活副駕駛通道后，并非粗暴地完全剝奪學(xué)員控制權(quán)或引發(fā)機(jī)械對(duì)抗。它啟動(dòng)一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)的定時(shí)器，在此過渡期內(nèi)執(zhí)行動(dòng)態(tài)權(quán)重調(diào)整控制策略。系統(tǒng)可能基于預(yù)設(shè)算法（如根據(jù)故障嚴(yán)重程度、車輛狀態(tài)、教練員輸入強(qiáng)度）實(shí)時(shí)計(jì)算主、副控制指令的融合權(quán)重，實(shí)現(xiàn)控制權(quán)的平滑、漸進(jìn)式轉(zhuǎn)移。這避免了控制權(quán)瞬間切換或雙人同時(shí)強(qiáng)力輸入導(dǎo)致的車輛劇烈晃動(dòng)，保障了接管過程的平穩(wěn)性。

46、縱深防御的安全策略：?風(fēng)險(xiǎn)策略觸發(fā)模塊作為最后一道防線，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到主控失效且副控系統(tǒng)也未能有效響應(yīng)接管請(qǐng)求（如副系統(tǒng)自身故障或教練員未及時(shí)操作）時(shí)，會(huì)立即向車輛底層的電子穩(wěn)定程序（esp）?和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（adas）?模塊（如自動(dòng)緊急制動(dòng)aeb、車道保持輔助lka）發(fā)送最高優(yōu)先級(jí)的介入請(qǐng)求。觸發(fā)這些系統(tǒng)利用車輛自身的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（制動(dòng)、轉(zhuǎn)向）進(jìn)行緊急避險(xiǎn)（如自動(dòng)剎停、強(qiáng)行糾偏），最大限度保障乘員和道路參與者的安全，實(shí)現(xiàn)了從線控系統(tǒng)失效到底層安全系統(tǒng)的縱深防御。

47、該線控雙方向盤控制系統(tǒng)通過冗余設(shè)計(jì)、多層級(jí)智能診斷、動(dòng)態(tài)平滑的控制權(quán)切換以及深度集成的車輛安全系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建了一套完整的實(shí)時(shí)故障檢測(cè)與應(yīng)急接管解決方案，不僅有效解決了單一控制系統(tǒng)（尤其是方向盤控制）失效帶來的失控風(fēng)險(xiǎn)，更顯著提升了在突發(fā)狀況下教練員干預(yù)的及時(shí)性、有效性和安全性，是駕駛培訓(xùn)安全領(lǐng)域的重要技術(shù)突破。