一种汽车方向控制系统、方法、信号处理器及存储介质

1.本发明涉及汽车驾驶控制技术领域，具体涉及一种汽车方向控制系统、方法、信号处理器及存储介质。


背景技术：

2.当今汽车控制技术，通过双手操控方向盘，方向盘通过扭矩改变汽车前轮毂的方向，实现对汽车方向的控制。转动方向盘后，带动转向轴和转向传动轴旋转，转向传动轴的转动通过齿轮转向器转化为转向拉杆的运动，然后转向拉杆的运动传给两侧梯形臂，使两侧车轮同时偏转一定角度。缺点是，目前的方向盘控制方式无法脱离双手的操作，对双手的依赖程度高。
3.在一些情况下无法使用双手或者需要解放双手来控制汽车转向，例如对于没有双臂的残疾人，或者手臂受到伤害的驾驶员无法用双手控制方向盘。或者长途疲劳的路途中，用解放的双手拧开瓶盖，递给干燥的嘴巴一瓶清凉的饮品；和副驾驶座位上的朋友聊天时，用解放的双手辅助表达更丰富的肢体语音；随着汽车中控功能日益强大，用解放的双手可以更快捷灵敏地操作中控屏幕的按键等等。只有在真正实现了解放双手的时候，才会感受到开车时将双手解放给带来的更多惊喜。摆脱双手来控制转向，这也将是汽车领域具有里程碑意义的进步。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种汽车方向控制系统、方法、信号处理器及存储介质，以解决现有汽车驾驶过程中过度依赖双手的问题。
5.第一方面，本发明提供了一种汽车方向控制系统，系统包括：至少一组压力传感器、信号处理器、驱动马达、转向传动轴及机械转向系统，其中：
6.所述至少一组压力传感器设置于驾驶座位上与驾驶者身体接触的对称位置，用于实时采集驾驶者输出的压力信息并发送给所述信号处理器；
7.所述信号处理器用于接收所述至少一组压力传感器的压力信息，并进行分析处理转化为驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度，并根据驱动马达旋转角度生成驱动马达旋转角度指令；
8.所述驱动马达用于根据所述驱动马达旋转角度指令驱动转向传动轴旋转对应角度；
9.所述转向传动轴用于带动机械转向系统运行，使两侧车轮同时偏转对应的角度，该角度实际与轮毂偏转角度一致。
10.本发明提供的控制系统，通过驾驶者左右不同程度活动身体，利用压力传感器输出主观驾驶转向意愿，减小驾驶中对双手的依赖程度。
11.在一种可选的实施方式中，所述至少一组压力传感器设置于驾驶座位上与驾驶者身体接触的对称位置。
12.在一种可选的实施方式中，所述至少一组压力传感器设置于驾驶座位上脖颈两侧和/或腰腹两侧对应的座位突出部分。
13.将压力传感器设置于座椅更有利于获取驾驶员输出的压力信号，设置在驾驶座位上脖颈两侧和/或腰腹两侧对应的座位突出部分可以提高驾驶者的驾驶体验，更方便输出主观意愿。
14.在一种可选的实施方式中，所述系统还包括：中控显示屏，用于显示压力信息和轮毂偏转角度。
15.通过中控显示屏显示信息以此供驾驶员参考，同时也方便驾驶员积累驾驶经验和提升驾驶技巧。
16.第二方面，本发明实施例提供一种汽车方向控制方法，基于第一方面所述的控制系统的信号处理器，所述方法包括：
17.获取至少一组压力传感器实时采集驾驶者输出的压力信息；
18.按照预设压力信息与角度变化的对应关系，将所述压力信息分析处理转化为驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度；
19.基于所述驱动马达旋转角度生成对应的驱动马达旋转角度指令。
20.本发明提供的控制方法，通过驾驶者左右不同程度活动身体，利用压力传感器输出主观驾驶转向意愿，减小驾驶中对双手的依赖程度。
21.在一种可选的实施方式中，通过为各个压力传感器采集的压力信息设置权重的方式，确定所述预设压力信息与角度变化的对应关系。
22.通过为各个传感器设置不同的权重能够更加准确的利用多个传感器得到驾驶员的输入意愿。
23.在一种可选的实施方式中，马达旋转角度＝[a*2*δ*n/x-b*
[0024]
2*δ*n/x+c*2*δ*(0.5-n)/y-d*2*δ*(0.5-n)/y]*m；
[0025]
轮毂偏转角度＝a*2*δ*n/x-b*2*δ*n/x+c*2*δ*(0.5-n)/y-d*2*δ*(0.5-n)/y；
[0026]
其中：n表示权重、m表示转向比、δ表示轮毂转向角度极限、a,b,c,d分别表示位于脖颈两侧及腰腹两侧四个传感器的实时压力值，位于脖颈两侧的压力传感器的压力极限为xn，若采集的压力大于xn时，信号处理器则以xn计算；位于腰腹两侧的压力传感器的压力极限为yn，若采集的压力大于yn时，信号处理器则以yn计算，“+”表示向左，
“‑”
表示向右。
[0027]
在一种可选的实施方式中，权重n的范围为0～0.5，转向比m的范围为1～12，轮毂转向角度极限
±
δ,δ的范围为30
°
～60
°
。
[0028]
第三方面，本发明提供了一种汽车方向控制装置，包括：
[0029]
压力信息获取模块，用于获取至少一组压力传感器实时采集驾驶者输出的压力信息；
[0030]
角度信息转化模块，用于按照预设压力信息与角度变化的对应关系，将所述压力信息分析处理转化为驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度；
[0031]
指令生成模块，用于基于所述驱动马达旋转角度生成对应的驱动马达旋转角度指令。
[0032]
第四方面，本发明提供了一种信号处理器，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行
上述第一方面或其对应的任一实施方式的汽车方向控制方法。
[0033]
第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的汽车方向控制方法。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]
图1是根据本发明实施例的汽车方向控制系统模块组成示意图；
[0036]
图2是在座椅上设置压力传感器的布局示意图；
[0037]
图3是信号处理器与驱动马达、转向传动轴和机械转向系统连接示意图；
[0038]
图4是根据本发明实施例的汽车方向控制方法的流程示意图；
[0039]
图5是根据本发明实施例的汽车方向控制装置的结构框图；
[0040]
图6是本发明实施例的信号处理器的硬件结构示意图。
具体实施方式
[0041]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
[0042]
本发明所考虑的仅将双手从方向盘上解放，用其他身体部位来替代操控。目的不同于自动驾驶技术，但可以是自动驾驶技术范畴内的一个重要组成部分。自动驾驶技术的目的是将整个人脱离整个驾驶的过程，而本发明中人作为驾驶员的主体并没有改变，其中眼睛、脚和身体都依然需要参与其中。相比于自动驾驶技术，考虑现有道路状况和汽车技术，该发明更容易实现，更具可行性。
[0043]
除了双手，人的身体是否可以操控交通工具的方向呢？如果有驾驶摩托车的经历，甚至在快速骑单车的过程中，也会有感觉：车子的方向实际是由身体通过重心的转移，把手再通过调节车身的平衡，最后完成了车子方向的控制。驾驶摩托车时，通过身体来操控方向，是一个实际的案例，证明身体是有能力操控车子的方向的。驾驶摩托车时，身体可以大范围改变重心来直接实现方向的操控。不同于摩托车，在驾驶汽车时，驾驶员重心的改变不足以改变车子的重心，无法实现对汽车方向直接的操控。但是在数字控制技术，虚实模拟技术日益成熟的今天，将身体的行为转化为车身方向指令的技术，并非难事。
[0044]
本发明在具体实施中，可以单独应用于汽车方向控制，也可以与现有的方向盘控制方式协同应用。可以作为一个可选的控制模式，为驾驶者提供更多的选择。
[0045]
基于此，本发明实施例提供了一种汽车方向控制系统，如图1所示，包括：至少一组压力传感器、信号处理器、驱动马达、转向传动轴及机械转向系统，其中：
[0046]
至少一组压力传感器用于实时采集驾驶者输出的压力信息并发送给所述信号处
理器；实际应用中可以设置于驾驶室内方便接受驾驶者除双手外身体其他部分输出压力的位置。优选地，设置于驾驶座位上与驾驶者身体接触的对称位置，方便获取驾驶者的输出意愿。本发明实施例中，如图2所示，压力传感器设置于驾驶座位上脖颈两侧和腰腹两侧对应的座位突出部分，脖颈两侧左右分别是传感器1a和传感器1b；腰腹两侧左右分别是传感器2a和传感器2b。设置在脖颈两侧和腰腹两侧在实际应用中有更好的体验感，但是具体位置不以此为限，本发明实施例仅以此进行举例说明。本发明实施例采用的压力传感器可识别0～60n范围内连续的压力变化并实时采集上传信号处理器。
[0047]
信号处理器用于接收至少一组压力传感器的压力信息，并进行分析处理转化为驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度，并根据驱动马达旋转角度生成驱动马达旋转角度指令；驱动马达用于根据所述驱动马达旋转角度指令驱动转向传动轴旋转对应角度；转向传动轴用于带动机械转向系统运行，使两侧车轮同时偏转对应的角度，该角度实际与轮毂偏转角度一致。
[0048]
具体地，如图3所示的为信号处理器1、驱动马达2、转向传动轴3和机械转向系统(齿轮转向器4、转向拉杆5、梯形臂6)的连接关系，信号处理器通过对压力信息转化生成的驱动马达旋转角度指令来控制机械结构的转动实现汽车方向控制，转向传动轴旋转之后的部分与传统机械转向系统相同，即转向传动轴的转动通过齿轮转向器转化为转向拉杆的运动；然后转向拉杆的运动传给两侧梯形臂，使两侧车轮同时偏转一定角度。
[0049]
在本发明实施例中，压力传感器采集的压力信息和信号处理器输出轮毂偏转角度，可上传至驾驶至汽车中控显示屏幕，“+”表示向左，
“‑”
表示向右，以此供驾驶员参考，同时也方便驾驶员积累驾驶经验和提升驾驶技巧。
[0050]
在本实施例中提供了一种汽车方向控制方法，可用于上述控制系统的信号处理器，图4是根据本发明实施例的汽车方向控制方法的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：
[0051]
步骤s401，获取至少一组压力传感器实时采集驾驶者输出的压力信息。
[0052]
步骤s402，按照预设压力信息与角度变化的对应关系，将所述压力信息分析处理转化为驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度。
[0053]
具体地，通过为各个压力传感器采集的压力信息设置权重的方式，确定所述预设压力信息与角度变化的对应关系。本发明实施例以获取图2中的脖颈两侧及腰腹两侧四个传感器的实时压力值作为示例说明，压力信息与角度变化对应关系见表1：
[0054]
表1
[0055][0056]
表1中，n表示权重、m表示转向比、δ表示轮毂转向角度极限、a,b,c,d分别表示位于脖颈两侧及腰腹两侧四个传感器的实时压力值，位于脖颈两侧的压力传感器的压力极限为xn，若采集的压力大于xn时，信号处理器则以xn计算；位于腰腹两侧的压力传感器的压力极限为yn，若采集的压力大于yn时，信号处理器则以yn计算，“+”表示向左，
“‑”
表示向右。权重n的范围为0～0.5，转向比m的范围为1～12，轮毂转向角度极限
±
δ,δ的范围为30
°
～60
°
。
[0057]
压力传感器信息与驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度对应示例列举如表2，表中设定n＝0.25，m＝8，δ＝45，x＝15，y＝30；
[0058]
例1，压力a,c分别为压力极限15n，30n，其他压力为0，驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度分别为向左360
°
和45
°
。
[0059]
例2，压力b,d分别为压力极限15n，30n，其他压力为0，驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度分别为向右360
°
和45
°
。
[0060]
例3，压力a为7.5n，其他压力为0，驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度分别为向左90
°
和11.25
°
。
[0061]
例4，压力d为7.5n，其他压力为0，驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度分别为向右45
°
和5.625
°
。
[0062]
例5，压力a,c,d分别为7.5n，16.5n，1.5n，其他压力为0，驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度分别为向左180
°
和22.5
°
。
[0063]
例6，压力a为超压力极限15n的20n时，信号处理器自动按15n计算，其他压力为0，驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度分别为向左180
°
和22.5
°
。
[0064]
表2
[0065][0066]
步骤s403，基于所述驱动马达旋转角度生成对应的驱动马达旋转角度指令。
[0067]
本实施例提供的汽车方向控制方法，通过左右不同程度活动身体，利用座椅上的压力传感器输出主观驾驶转向意愿，可以减小驾驶中对双手的依赖程度，甚至完全脱离双手参与操作。
[0068]
在本实施例中还提供了一种汽车方向控制装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
[0069]
本实施例提供一种汽车方向控制装置，如图5所示，包括：
[0070]
压力信息获取模块501，用于获取至少一组压力传感器实时采集驾驶者输出的压力信息；
[0071]
角度信息转化模块502，用于按照预设压力信息与角度变化的对应关系，将所述压力信息分析处理转化为驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度；
[0072]
指令生成模块503，用于基于所述驱动马达旋转角度生成对应的驱动马达旋转角度指令。
[0073]
上述各个模块和单元的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。
[0074]
本实施例中的汽车方向控制装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指asic(application specific integrated circuit，专用集成电路)电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。
[0075]
本发明实施例还提供一种信号处理器，具有上述图5所示的控制装置。
[0076]
请参阅图6，图6是本发明可选实施例提供的一种信号处理器的结构示意图，如图6所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共
主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在信号处理器内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示gui的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。图6中以一个处理器10为例。
[0077]
处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。
[0078]
其中，所述存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使所述至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0079]
存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合，还包括通信接口30，用于与其他设备通信。
[0080]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。
[0081]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

技术特征：
1.一种汽车方向控制系统，其特征在于，所述系统包括：至少一组压力传感器、信号处理器、驱动马达、转向传动轴及机械转向系统，其中：所述至少一组压力传感器用于实时采集驾驶者输出的压力信息并发送给所述信号处理器；所述信号处理器用于接收所述至少一组压力传感器的压力信息，并进行分析处理转化为驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度，并根据驱动马达旋转角度生成驱动马达旋转角度指令；所述驱动马达用于根据所述驱动马达旋转角度指令驱动转向传动轴旋转对应角度；所述转向传动轴用于带动机械转向系统运行，使两侧车轮同时偏转对应的角度，该角度实际与轮毂偏转角度一致。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一组压力传感器设置于驾驶座位上与驾驶者身体接触的对称位置。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少一组压力传感器设置于驾驶座位上脖颈两侧和/或腰腹两侧对应的座位突出部分。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：中控显示屏，用于显示压力信息和轮毂偏转角度。5.一种汽车方向控制方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一所述的控制系统的信号处理器，所述方法包括：获取至少一组压力传感器实时采集驾驶者输出的压力信息；按照预设压力信息与角度变化的对应关系，将所述压力信息分析处理转化为驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度；基于所述驱动马达旋转角度生成对应的驱动马达旋转角度指令。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，通过为各个压力传感器采集的压力信息设置权重的方式，确定所述预设压力信息与角度变化的对应关系。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，马达旋转角度＝[a*2*δ*n/x-b*2*δ*n/x+c*2*δ*(0.5-n)/y-d*2*δ*(0.5-n)/y]*m；轮毂偏转角度＝a*2*δ*n/x-b*2*δ*n/x+c*2*δ*(0.5-n)/y-d*2*δ*(0.5-n)/y；其中：n表示权重、m表示转向比、δ表示轮毂转向角度极限、a,b,c,d分别表示位于脖颈两侧及腰腹两侧四个传感器的实时压力值，位于脖颈两侧的压力传感器的压力极限为xn，若采集的压力大于xn时，信号处理器则以xn计算；位于腰腹两侧的压力传感器的压力极限为yn，若采集的压力大于yn时，信号处理器则以yn计算，“+”表示向左，
“‑”
表示向右。8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，权重n的范围为0～0.5，转向比m的范围为1～12，轮毂转向角度极限
±
δ,δ的范围为30
°
～60
°
。9.一种汽车方向控制装置，其特征在于，包括：压力信息获取模块，用于获取至少一组压力传感器实时采集驾驶者输出的压力信息；角度信息转化模块，用于按照预设压力信息与角度变化的对应关系，将所述压力信息分析处理转化为驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度；指令生成模块，用于基于所述驱动马达旋转角度生成对应的驱动马达旋转角度指令。10.一种信号处理器，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求5至8中任一项所述的汽车方向控制方法。11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求5至8中任一项所述的汽车方向控制方法。

技术总结
本发明涉及汽车驾驶控制技术领域，公开了一种汽车方向控制系统、方法、信号处理器及存储介质，系统包括：至少一组压力传感器、信号处理器、驱动马达、转向传动轴及机械转向系统，压力传感器用于实时采集驾驶者输出的压力信息并发送给信号处理器；信号处理器对压力信息进行分析处理转化为驱动马达旋转角度和轮毂偏转角度并生成马达旋转角度指令；驱动马达根据驱动马达旋转角度指令驱动转向传动轴旋转对应角度；转向传动轴带动机械转向系统运行，使两侧车轮同时偏转对应的角度，该角度实际与轮毂偏转角度一致。本发明通过驾驶者左右不同程度活动身体，利用压力传感器输出主观驾驶转向意愿，减小驾驶中对双手的依赖程度。减小驾驶中对双手的依赖程度。减小驾驶中对双手的依赖程度。


技术研发人员：孟利园 李西军 王云生
受保护的技术使用者：西湖大学
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/23