CN111619666B - 一种汽车主动转向***的摩擦补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽车主动转向***的摩擦补偿方法，当目标角度上次历史值与当前目标角度值不相等时，主动对转向***进行补偿，补偿反应速度快，通过查表的方式对转向***进行补偿，不需要过多的计算，补偿周期短；利用插值法计算表格中数据之间的数值，计算过程简单，补偿范围覆盖全面；设置摩擦补偿缓降退出，使得摩擦补偿可以平顺退出，提升转向的稳定性。从而实现汽车主动转向***在自动泊车、车道保持等功能中具有稳定性和准确性的转向功能，避免实际角度跟踪到最终目标角度的整体时间长，及跟踪过程实时性差的问题；同时简化补偿过程，提高摩擦补偿的平顺性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车自动驾驶技术领域，具体涉及一种汽车主动转向***的摩擦补偿方法。
背景技术
汽车主动转向***在自动泊车、车道保持等功能中作为一种转向执行机构。在该场景下，现有技术是先根据目标角度和实际角度插值查表得到目标转速，然后通过PI控制使实际转速跟踪目标转速。在实现过程中由于***摩擦力的存在，使得实际角度在目标角度变化一定时间后才开始变化，这一较长的响应时间影响后续实际角度跟踪目标角度的实时性，对自动泊车功能或车道保持功能的上层策略规划产生影响。所以未添加摩擦补偿的汽车主动转向控制存在以下问题：
1、实际角度跟踪到最终目标角度的整体时间长，跟踪过程的实时性差；
2、较长的响应时间使得上层路径规划不得不一直等待，一个较小角度的转向实现较为困难。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供响应时间短、摩擦补偿结束时平稳的一种汽车主动转向***的摩擦补偿方法。
一种汽车主动转向***的摩擦补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：当目标角度上次历史值与当前目标角度值不相等时，获取车速和转速，其中所述转速为方向盘的转速；
步骤2：根据以下车速 - 转速对照表获得摩擦补偿电流N；
| 车速-转速 | 0 deg/s | 10deg/s | 20deg/s | e |
| 0km/h | 0A | 2.8A | 0A | 0A |
| 5km/h | 0A | 3A | 0A | 0A |
| 10km/h | 0A | 3.2A | 0A | 0A |
| … | … | … | … | … |
| （m- 1）* 5 km/h | 0A | 2.8 + 0.2 *（m - 1） | 0A | 0A |
其中，m为正整数，e>20 deg/s；当转速大于20 deg/s时，摩擦补偿电流为0A；当转速大于10 deg/s ，同时小于20 deg/s时，摩擦补偿电流N1 = {2.8 + 0.2 *（m- 1）}*（20deg/s - 转速） / 10deg/s ；当转速大于0 deg/s，同时小于10deg/s时，摩擦补偿电流N2 ={2.8 + 0.2 *（m - 1）}* 转速 / 10 deg/s；
另外，当（m- 2）* 5 km/h < 车速 <（m- 1）* 5 km/h，同时转速为10deg/s时，摩擦补偿电流N3 = {车速 –（m -2）* 5} / 5 * 0.2 + {2.8 + 0.2 *（m - 2）}；
步骤4：通过低通滤波器对所述摩擦补偿电流N进行滤波，从而得到摩擦补偿电流N4
步骤5：获得最终摩擦补偿电流N5 = 摩擦补偿电流N4 * 增益，并进入步骤1；
其中所述增益通过以下角度差 – 增益对照表查得；
| 角度差 | 0 deg | 5 deg | 20 deg | 90 deg | 120 deg | f |
| 增益 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
其中，所述目标角度上次历史值和当前目标角度值之间的差值，f > 120 deg；当角度差小于5 deg时，增益取零；当5 deg < 角度差 < 20 deg时，增益F1 = 角度差 / （20deg – 5 deg）；当20 deg < 角度差 < 90 deg时，增益F2 = 1；当90 deg < 角度差 < 120deg时，增益F3 = （角度差 – 90） /30。
进一步为：所述低通滤波器表达式为：
本次滤波输出值 = a * 本次采样值 +（1 - a）* 上次的滤波输出值；
式中a为滤波系数；滤波系数a的取值范围为[0,1]；
低通滤波器的截止频率用下式计算：
FL=a/（2π* t）；式中t为采样间隔时间。当采样间隔t足够小的时候，滤波系数越小，滤波结果越平稳，但是灵敏度越低；滤波系数越大，灵敏度越高，但是滤波结果越不稳定。在滤波系数的实际选择中需要寻找一个平衡，即在可接受的灵敏度范围内取得尽可能好的平稳度。
进一步为：所述步骤1中，当目标角度历史值与当前目标角度值相等时，获得上次最终摩擦补偿电流N5，本次最终摩擦补偿电流N6为所述上次最终摩擦补偿电流N5的缓降输出值。
进一步为：所述上次最终摩擦补偿电流N5缓降至零的时间为10±2ms。
本发明的有益效果：当目标角度历史值与当前目标角度值不相等时，主动对转向***进行补偿，补偿反应速度快，通过查表的方式对转向***进行补偿，不需要过多的计算，补偿周期短；利用插值法计算表格中数据之间的数值，计算过程简单，补偿范围覆盖全面；设置摩擦补偿缓降退出，使得摩擦补偿可以平顺退出，提升转向的稳定性。
附图说明
图1为本发明的***框图；
图2为传统方案的***框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
一种汽车主动转向***的摩擦补偿方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：当目标角度上次历史值与当前目标角度值不相等时，获取车速和转速，其中所述转速为方向盘的转速；
步骤2：根据以下车速 - 转速对照表获得摩擦补偿电流N；
| 车速-转速 | 0 deg/s | 10deg/s | 20deg/s | e |
| 0km/h | 0A | 2.8A | 0A | 0A |
| 5km/h | 0A | 3A | 0A | 0A |
| 10km/h | 0A | 3.2A | 0A | 0A |
| … | … | … | … | … |
| （m- 1）* 5 km/h | 0A | 2.8 + 0.2 *（m - 1） | 0A | 0A |
其中，m为正整数，e>20 deg/s；当转速大于20 deg/s时，摩擦补偿电流为0A；当转速大于10 deg/s ，同时小于20 deg/s时，摩擦补偿电流N1 = {2.8 + 0.2 *（m- 1）}*（20deg/s - 转速） / 10deg/s ；当转速大于0 deg/s，同时小于10deg/s时，摩擦补偿电流N2 ={2.8 + 0.2 *（m - 1）}* 转速 / 10 deg/s；
另外，当（m- 2）* 5 km/h < 车速 <（m- 1）* 5 km/h，同时转速为10deg/s时，摩擦补偿电流N3 = {车速 –（m -2）* 5} / 5 * 0.2 + {2.8 + 0.2 *（m - 2）}；
步骤4：通过低通滤波器对所述摩擦补偿电流N进行滤波，从而得到摩擦补偿电流N4
步骤5：获得最终摩擦补偿电流N5 = 摩擦补偿电流N4 * 增益，并进入步骤1；
其中所述增益通过以下角度差 – 增益对照表查得；
| 角度差 | 0 deg | 5 deg | 20 deg | 90 deg | 120 deg | f |
| 增益 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
其中，所述目标角度上次历史值和当前目标角度值之间的差值，f > 120 deg；当角度差小于5 deg时，增益取零；当5 deg < 角度差 < 20 deg时，增益F1 = 角度差 / （20deg – 5 deg）；当20 deg < 角度差 < 90 deg时，增益F2 = 1；当90 deg < 角度差 < 120deg时，增益F3 = （角度差 – 90） /30。
其中，所述低通滤波器表达式为：
本次滤波输出值 = a * 本次采样值 +（1-a）* 上次的滤波输出值；
式中a为滤波系数，滤波系数a的取值范围为[0,1]；
低通滤波器的截止频率用下式计算：
FL=a/（2π* t）；式中t为采样间隔时间。
另外，所述步骤1中，当目标角度历史值与当前目标角度值相等时，获得上次最终摩擦补偿电流N5，本次最终摩擦补偿电流N6为所述上次最终摩擦补偿电流N5的缓降输出值；所述上次最终摩擦补偿电流N5缓降至零的时间为10±2ms。
如图2所示，为传统技术方案，即未添加摩擦补偿的方案。由目标角度和实际角度的差值，通过位置环Map查表可以得到目标转速。然后通过PI控制器调节实际转速跟踪目标转速，从而实现实际角度跟踪目标角度的目的。该种方案未考虑***中固有的摩擦力，本发明是将计算得到的摩擦补偿电流值叠加到传统技术方案中的主动转向电流上。
具体的，如以下实例，对涉及的输入变量设计如下：
目标角度上次历史值：6 deg
当前目标角度值：0 deg
转速：10 deg/s
车速：5 km/h
退出缓降定时：10ms
采样间隔t：0.0024s
上次的滤波输出值：3A
低通截至频率FL：10Hz
电流-转速Map：
| 车速-转速 | 0 deg/s | 10deg/s | 20deg/s |
| 0km/h | 0A | 2.8A | 0A |
| 5km/h | 0A | 4A | 0A |
| 10km/h | 0A | 4.2A | 0A |
| … | … | … | … |
增益1-角度差Map：
| 角度差 | 0 deg | 5 deg | 20 deg | 90 deg | 120 deg |
| 增益1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
摩擦补偿进入判断条件满足时，由转速和车速查电流 - 转速Map表并插值得到：
摩擦补偿电流Map1 = 4 A；
滤波系数a=FL * 2π * t=10 * 2 * 3.14 * 0.0024 = 0.15；
本次滤波输出值=a*摩擦补偿电流Map1+（1 - a）* 上次的滤波输出值 = 0.15 *4 +（1 - 0.15）* 3 = 3.15A
由目标角度上次历史值和当前目标角度值查增益1-角度差Map表并插值得到：
摩擦补偿电流Gain1 = 0 + 6deg/(20 deg – 5 deg) = 0.4；
摩擦补偿电流1 = 本次滤波输出值 * 摩擦补偿电流Gain1 = 1.26 A，故将1.26A的摩擦补偿电流叠加到主动转向电流上。
假设此刻满足了摩擦补偿退出判断条件，则叠加到主动转向电流上的摩擦补偿电流为由1.26A在10ms内缓降至零的电流。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种汽车主动转向***的摩擦补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：当目标角度上次历史值与当前目标角度值不相等时，获取车速和转速，其中所述转速为方向盘的转速；
步骤2：根据以下车速 - 转速对照表获得摩擦补偿电流N；
其中，m为正整数，e>20 deg/s；当转速大于20 deg/s时，摩擦补偿电流为0A；当转速大于10 deg/s ，同时小于20 deg/s时，摩擦补偿电流N1 = {2.8 + 0.2 *（m- 1）}*（20 deg/s- 转速） / 10deg/s ；当转速大于0 deg/s，同时小于10deg/s时，摩擦补偿电流N2 = {2.8+ 0.2 *（m - 1）}* 转速 / 10 deg/s；
另外，当（m- 2）* 5 km/h < 车速 <（m- 1）* 5 km/h，同时转速为10deg/s时，摩擦补偿电流N3 = {车速 –（m -2）* 5} / 5 * 0.2 + {2.8 + 0.2 *（m - 2）}；
步骤4：通过低通滤波器对所述摩擦补偿电流N进行滤波，从而得到摩擦补偿电流N4
步骤5：获得最终摩擦补偿电流N5 = 摩擦补偿电流N4 * 增益，并进入步骤1；
其中所述增益通过以下角度差 – 增益对照表查得；
其中，所述目标角度上次历史值和当前目标角度值之间的差值，f > 120 deg；当角度差小于5 deg时，增益取零；当5 deg < 角度差 < 20 deg时，增益F1 = 角度差 / （20 deg– 5 deg）；当20 deg < 角度差 < 90 deg时，增益F2 = 1；当90 deg < 角度差 < 120 deg时，增益F3 = （角度差 – 90） /30。
2.根据权利要求1所述的一种汽车主动转向***的摩擦补偿方法，其特征在于：所述低通滤波器表达式为：
本次滤波输出值 = a * 本次采样值 +（1 - a）* 上次的滤波输出值；
式中a为滤波系数，滤波系数a的取值范围为[0,1]。
3.根据权利要求1所述的一种汽车主动转向***的摩擦补偿方法，其特征在于：所述步骤1中，当目标角度历史值与当前目标角度值相等时，获得上次最终摩擦补偿电流N5，本次最终摩擦补偿电流N6为所述上次最终摩擦补偿电流N5的缓降输出值。
4.根据权利要求3所述的一种汽车主动转向***的摩擦补偿方法，其特征在于：所述上次最终摩擦补偿电流N5缓降至零的时间为10±3ms。
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