CN112109734B - 一种基于c-eps***的自动驾驶切换方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于C‑EPS***的自动驾驶切换方法，当转向盘输入转矩小于下阈值时，车辆切换成自动驾驶模式，当转向盘输入转矩大于下阈值时，车辆切换成人工驾驶模式，在切换成人工驾驶模式后，当转向盘的角加速度大于转向盘的角加速度阈值，且转向盘输入转矩超过转向盘输入转矩的上阈值，此时驾驶***判断车辆处于紧急状态，若此时驾驶员操控的转向盘转角和C‑EPS***的转向盘目标转角同向，且转向盘转角趋近于转向盘目标转角，驾驶***切换成紧急转向模式，协助人工驾驶模式完成紧急情况的规避。本发明可以有效根据驾驶人的驾驶状况进行驾驶模式的切换，降低驾驶带来的危害。

Description

一种基于C-EPS***的自动驾驶切换方法及装置
技术领域
本发明涉及汽车自动驾驶技术领域，特别是一种基于C-EPS***的自动驾驶切换方法及装置。
背景技术
在一般驾驶车辆的过程中，驾驶人员由于时间或者身体等原因，在驾驶一段时间后会出现及时疲劳的情况，如果继续驾驶就会是疲劳驾驶。因此目前车辆的智能化程度越来越高，逐渐出现了自动驾驶车辆。而自动驾驶汽车已经成为当代汽车发展的焦点，自动驾驶汽车融合了各种先进的技术能够让汽车在无驾驶人的状态下安全驾驶，增加了道路安全性和提高了道路效率，降低了驾驶人风险行为的交通事故率。但是这一先进的技术涉及到安全问题，因此如何有效根据驾驶人的驾驶状况，并通过切换自动驾驶模式来避免驾驶行为导致的交通事故，降低驾驶带来的危害成为了申请人亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于C-EPS***的自动驾驶切换方法及装置。本发明可以有效根据驾驶人的驾驶状况进行驾驶模式的切换，降低驾驶带来的危害。此外，本发明还可以实现对道路路面质量和路面的附着系数的感知，以提升自动驾驶***对于车辆控制的精确性及安全性。
本发明的技术方案：一种基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，包括驾驶***，驾驶***中设置有自动驾驶模式、紧急转向模式和人工驾驶模式；在人工驾驶模式中，C-EPS***处于助力模式；在自动驾驶模式中，C-EPS***处于主动转向模式；在紧急转向模式中，C-EPS***处于紧急助力主动转向模式；所述C-EPS***根据转向盘转速和转向盘转动惯量计算转向盘输入转矩的下阈值和上阈值；当转向盘输入转矩小于下阈值时，车辆切换成自动驾驶模式，当转向盘输入转矩大于下阈值时，车辆切换成人工驾驶模式；在切换成人工驾驶模式后，当转向盘的角加速度大于转向盘的角加速度阈值，且转向盘输入转矩超过转向盘输入转矩的上阈值，此时驾驶***判断车辆处于紧急状态，若此时驾驶员操控的转向盘转角和C-EPS***的转向盘目标转角同向，且转向盘转角趋近于转向盘目标转角，驾驶***切换成紧急转向模式，协助人工驾驶模式完成紧急情况的规避。
上述的基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，所述转向盘输入转矩的下阈值为：
Figure GDA0003175311500000021
式中：Ic为转向盘转动惯量；
Figure GDA0003175311500000022
为转向盘的角加速度，即转向盘转角的二阶导数；
前述的基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，所述的转向盘角加速度阈值和转向盘输入转矩的上阈值的计算过程为：建立C-EPS***的模型：
Figure GDA0003175311500000023
式中：A为***状态空间矩阵，表示为：
Figure GDA0003175311500000031
Kc为转向管柱芯轴刚度；Bc为转向管柱阻尼；Jc为转向管柱转动惯量；j为转向电机减速器减速比；Jeq为转向传动机构、转向器等效转动惯量；Keq为转向传动机构、转向器等效刚度；Beq为转向传动机构、转向器等效阻尼；Kb为转向电机电磁转矩常数；Ke为转向电机反电势系数；Rm为转向电机的电枢电感；Lm为转向电机的电枢电阻；
Figure GDA0003175311500000032
θc为转向盘转角；
Figure GDA0003175311500000033
转向盘转速，即转向盘转角的一阶导数；θm为电机转角；
Figure GDA0003175311500000034
为转向电机转速，即转向电机转角的一阶导数；Im是转向电机的电流；B1为控制矩阵，表示为：
Figure GDA0003175311500000035
u＝ud，为驱动电压；B2为干扰输入矩阵，表示为:
Figure GDA0003175311500000036
w为干扰输入，w＝[ThTR]T，Th为转向输入力矩，当处于自动驾驶模式时，Th＝0；TR为转向阻力矩；
Figure GDA0003175311500000041
Tm为转向电机输出转矩；C为输出矩阵，表示为：
Figure GDA0003175311500000042
根据车辆动力学数学模型和转向输入力矩Th、车辆车速v以及转向电机的电流Im计算所得的助力力矩Tc，实时计算当前车速下的横摆角速度β及侧向加速度ay；当横摆角速度β及侧向加速度ay均大于当前车速下的横摆角速度上阈值
Figure GDA0003175311500000043
和侧向加速度的上阈值
Figure GDA0003175311500000044
当前的转向输入力矩Th和转向盘的角加速度
Figure GDA0003175311500000045
即为当前车速下的转向盘输入转矩的上阈值
Figure GDA0003175311500000046
和转向盘角加速度阈值
Figure GDA0003175311500000047
所述横摆角速度上阈值
Figure GDA0003175311500000048
和侧向加速度的上阈值
Figure GDA0003175311500000049
分别为：
β(v)＝βmax(v)·k2；
Figure GDA00031753115000000410
aymax(v)为当前车速下最大侧向加速度，βmax(v)为当前车速下最大横摆角速度，k1和k2分别为安全系数，取值为0.5-0.7。
前述的基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，在自动驾驶模式中，利用自动驾驶决策层发布转向***目标转角给C-EPS***的转向控制律，转向控制律控制驱动电压驱动转向电机完成转向***转向，在转向***转向过程中，利用转向阻力参考值、转向阻力估计值和转向电机的电流估计值判断路面质量与路面附着系数，实现对道路路面质量和路面的附着系数的感知。
前述的基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，所述转向阻力参考值根据转向盘转角和汽车车速计算，所述转向阻力估计值根据转向盘转角、转向电机的电流和驱动电压计算；所述转向电机的电流估计值根据转向阻力估计值和转向***目标转角计算；具体为：
当处于自动驾驶模式时，D＝[B2 B1]T，构建未知输入观测器：
Figure GDA0003175311500000051
式中，DT为为矩阵D的转置；e为为自然对数的底数；I是与矩阵A维数相同的单位矩阵；
根据k+1时刻的C-EPS***的x矩阵中的各参数值，得到k时刻时C-EPS***的干扰输入w，从而得到k时刻时的转向阻力估计值
Figure GDA0003175311500000052
根据汽车数学模型、汽车行驶与转向工况，计算转向阻力参考值TR0：
Figure GDA0003175311500000053
式中：f为TR0指代计算函数；v为车辆车速；μ0参考附着系数，取0.7；
将转向***目标转角θref与转向盘转角θc相减后的值输入至PID控制器中，并输出得到驱动电压ud；根据转向电机转速
Figure GDA0003175311500000054
和转向电机反电势系数Ke计算得到感应电动势ε，再将驱动电压ud与感应电动势ε相减后输入电机电路传递函数，电机电路函数的输出为转向电机的电流估计值
Figure GDA0003175311500000055
最后将转向阻力参考值TR0、转向阻力估计值
Figure GDA0003175311500000061
和转向电机的电流估计值
Figure GDA0003175311500000062
输入至路面质量与附着系数判断模块中进行判断，其中，判断结果
Figure GDA0003175311500000063
因此在一段时间内S的均值大于0，则路面附着系数大于0.7，路面质量较好；在一段时间内S的均值小于0，则路面附着系数小于0.7，路面质量较差。
前述的基于C-EPS***的自动驾驶切换方法的装置，包括具有C-EPC***的转向管柱总成和转向盘；所述转向管柱总成的下端经联轴器连接有行星齿轮减速器，行星齿轮减速器的下端连接有转向电机；所述转向管柱总成的上端设有相互啮合的转向芯轴齿轮和转向管柱齿轮惰轮；所述转向盘的下端设有转向盘齿轮；所述转向盘齿轮与转向管柱齿轮惰轮相啮。
前述基于C-EPS***的自动驾驶切换方法的装置，所述转向盘的中部设有转向盘中心件；所述转向盘中心件的下端设有一根固定轴，固定轴与转向管柱总成的上端经螺母固定连接。
与现有技术相比，本发明的C-EPC***根据转向盘转速和转向盘转动惯量计算转向盘输入转矩的下阈值；当转向盘输入转矩小于下阈值时，车辆切换成自动驾驶模式，当转向盘输入转矩大于下阈值时，车辆切换成人工驾驶模式，本发明可以有效根据驾驶人的驾驶状况进行驾驶模式的切换，降低驾驶带来的危害。进一步地，本发明还可以根据转向盘的角加速度以及转向盘输入转矩情况进行车辆状况的判断；若此时驾驶员操控的转向盘转角和C-EPS***的转向盘目标转角同向，且转向盘转角趋近于转向盘目标转角，驾驶***切换成紧急转向模式，协助人工驾驶模式完成紧急情况的规避。本发明在自动驾驶模式中，利用自动驾驶决策层发布转向***目标转角给C-EPS***的转向控制律，转向控制律控制驱动电压驱动转向电机完成转向***转向，在转向***转向过程中，利用转向阻力参考值、转向阻力估计值和转向电机的电流估计值判断路面质量与路面附着系数，实现对道路路面质量和路面的附着系数的感知，以提升自动驾驶***对于车辆控制的精确性及安全性。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是转向盘角加速度阈值和上阈值的设定流程示意图；
图3是本发明的自动驾驶感知补充的流程示意图；
图4是转向电机的电流估计值的计算流程示意图；
图5是转向***的结构示意图。
附图标记：
1、转向管柱总成；2、转向盘；3、联轴器；4、行星齿轮减速器；5、转向电机；6、转向芯轴齿轮；7、转向管柱齿轮惰轮；8、转向盘齿轮；9、转向盘中心件；10、固定轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1：一种基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，包括驾驶***，驾驶***中设置有自动驾驶模式、紧急转向模式和人工驾驶模式；在人工驾驶模式中，C-EPS***处于助力模式；在自动驾驶模式中，C-EPS***处于主动转向模式；在紧急转向模式中，C-EPS***处于紧急助力主动转向模式；所述C-EPS***根据转向盘转速和转向盘转动惯量计算转向盘输入转矩的下阈值；当转向盘输入转矩小于下阈值时，车辆切换成自动驾驶模式，当转向盘输入转矩大于下阈值时，车辆切换成人工驾驶模式；在切换成人工驾驶模式后，当转向盘的角加速度大于转向盘的角加速度阈值，且转向盘输入转矩超过转向盘输入转矩的上阈值，此时驾驶***判断车辆处于紧急状态，若此时驾驶员操控的转向盘转角和C-EPS***的转向盘目标转角同向，且转向盘转角趋近于转向盘目标转角，驾驶***切换成紧急转向模式，协助人工驾驶模式完成紧急情况的规避。
实施例2：一种基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，包括驾驶***，驾驶***中设置有自动驾驶模式、紧急转向模式和人工驾驶模式；如图1所示，车辆启动后，在人工驾驶模式中，C-EPS***(图1中简称为EPC)处于助力模式(扭矩模式)；仅当驾驶***接收到自动驾驶请求后，驾驶***开启自动驾驶模式并接管车辆，在自动驾驶模式中，C-EPC***处于主动转向模式(角度模式)，由于转向盘转动惯量的存在，自动驾驶时转向盘转动会引起扭矩传感器输出转向盘转矩信号(转向盘转速和转向盘转动惯量),在紧急转向模式中，C-EPS***处于紧急助力主动转向模式；，因此，所述C-EPC***根据转向盘转速和转向盘转动惯量计算转向盘输入转矩的下阈值T h；当转向盘输入转矩Th小于下阈值T h时，车辆切换成自动驾驶模式或维持自动驾驶模式，当转向盘输入转矩Th大于下阈值T h时，车辆切换成人工驾驶模式，车辆由驾驶员接管，但自动驾驶模式处于待命状态(自动驾驶模式所有模块保持工作状态，但不参与车辆操控)；当转向盘的角加速度
Figure GDA0003175311500000081
大于转向盘的角加速度阈值
Figure GDA0003175311500000082
且转向盘输入转矩Th超过转向盘输入转矩的上阈值
Figure GDA0003175311500000083
此时驾驶***判断车辆处于紧急状态，若此时驾驶员操控的转向盘转角θc和C-EPS***的转向盘目标转角θref同向，既θc′θref＞0，且转向盘转角趋近于转向盘目标转角，既
Figure GDA0003175311500000084
驾驶***切换成紧急转向模式，协助人工驾驶模式完成紧急情况的规避。
为避免在自动驾驶模式下，由于转向盘转动惯量和转向盘角角速度引起的输入转矩干扰引起自动驾驶切换的误判，所述转向盘输入转矩的下阈值为：
Figure GDA0003175311500000091
式中：Ic为转向盘转动惯量；θc为转向盘的角加速度，即转向盘转角的二阶导数；
为判断车辆是否处于紧急状态，转向盘角加速度阈值和上阈值的计算方式如下；如图2所示，建立C-EPS***的模型：
Figure GDA0003175311500000092
式中：A为***状态空间矩阵，表示为：
Figure GDA0003175311500000093
Kc为转向管柱芯轴刚度；Bc为转向管柱阻尼；Jc为转向管柱转动惯量；j为转向电机减速器减速比；Jeq为转向传动机构、转向器等效转动惯量；Keq为转向传动机构、转向器等效刚度；Beq为转向传动机构、转向器等效阻尼；Kb为转向电机电磁转矩常数；Ke为转向电机反电势系数；Rm为转向电机的电枢电感；Lm为转向电机的电枢电阻；
Figure GDA0003175311500000094
θc为转向盘转角；
Figure GDA0003175311500000095
转向盘转速，即转向盘转角的一阶导数；θm为电机转角；
Figure GDA0003175311500000101
为转向电机转速，即转向电机转角的一阶导数；Im是转向电机的电流；B1为控制矩阵，表示为：
Figure GDA0003175311500000102
u＝ud，为驱动电压；B2为干扰输入矩阵，表示为:
Figure GDA0003175311500000103
w为干扰输入，w＝[Th TR]T，Th为转向输入力矩，当处于自动驾驶模式时，Th＝0；TR为转向阻力矩；
Figure GDA0003175311500000104
Tm为转向电机输出转矩；C为输出矩阵，表示为：
Figure GDA0003175311500000105
根据车辆动力学数学模型和转向输入力矩Th、车辆车速v以及转向电机的电流Im计算所得的助力力矩Tc(Tc＝Im×Kb)，实时计算当前车速下的横摆角速度β及侧向加速度ay；当横摆角速度β及侧向加速度ay均大于当前车速下的横摆角速度上阈值
Figure GDA0003175311500000106
和侧向加速度的上阈值
Figure GDA0003175311500000107
当前的转向输入力矩Th和转向盘的角加速度
Figure GDA0003175311500000108
即为当前车速下的转向盘输入转矩的上阈值
Figure GDA0003175311500000115
和转向盘角加速度阈值
Figure GDA0003175311500000111
所述横摆角速度上阈值
Figure GDA0003175311500000112
和侧向加速度的上阈值
Figure GDA0003175311500000113
分别为：
β(v)＝βmax(v)·k2；
Figure GDA0003175311500000114
aymax(v)为当前车速下最大侧向加速度，βmax(v)为当前车速下最大横摆角速度，k1和k2分别为安全系数，取值为0.5-0.7。
实施例3：一种基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，包括驾驶***，驾驶***中设置有自动驾驶模式、紧急转向模式和人工驾驶模式；在人工驾驶模式中，C-EPS***处于助力模式；在自动驾驶模式中，C-EPS***处于主动转向模式；在紧急转向模式中，C-EPS***处于紧急助力主动转向模式；所述C-EPS***根据转向盘转速和转向盘转动惯量计算转向盘输入转矩的下阈值；当转向盘输入转矩小于下阈值时，车辆切换成自动驾驶模式，当转向盘输入转矩大于下阈值时，车辆切换成人工驾驶模式；在切换成人工驾驶模式后，当转向盘的角加速度大于转向盘的角加速度阈值，且转向盘输入转矩超过转向盘输入转矩的上阈值，此时驾驶***判断车辆处于紧急状态，若此时驾驶员操控的转向盘转角和C-EPS***的转向盘目标转角同向，且转向盘转角趋近于转向盘目标转角，驾驶***切换成紧急转向模式，协助人工驾驶模式完成紧急情况的规避。
在自动驾驶模式中，如图3所示，利用自动驾驶决策层(既图3中的自动挡驾驶上层控制器)发布转向***目标转角θref给C-EPS***的转向控制律，转向控制律控制驱动电压驱动转向电机完成转向***转向；而当前小型乘用车大多采用齿轮齿条式转向器，其具有较高的逆效率，由路面引起的车轮振动和偏摆会引起转向盘偏转，俗称打手。当C-EPS为自动驾驶模式时，其工作模式为角度模式，当由于路面不平引起车轮偏转时，转向电机需要额外的电流以维持车轮转角跟随目标转角，因此，统计一段时间内转向电机的电流Im和转向电机的电流估计值
Figure GDA0003175311500000121
差值的方差σI，即可对当前道路条件作出判断。若转向转向电机的电流和转向电机的电流估计值之间差值的方差较大，说明转向电机常常需要额外的电流以克服道路不平造成的车轮偏转，使转向***实际转角较好地跟随目标转角；因此在转向***转向过程中，利用转向阻力参考值TR0、转向阻力估计值
Figure GDA0003175311500000122
和转向电机的电流估计值Im判断路面质量与路面附着系数，实现对道路路面质量和路面的附着系数的感知。
如图3所示，所述转向阻力参考值TR0在转向阻力模型中根据转向盘转角θc和汽车车速v计算，所述转向阻力估计值
Figure GDA0003175311500000123
在未知输入观测器中根据转向盘转角θc、转向电机的电流Im和驱动电压ud计算；所述转向电机的电流估计值Im在转向***数学模型中根据转向阻力估计值
Figure GDA0003175311500000124
和转向***目标转角θref计算；具体为：
建立C-EPS***的模型：
Figure GDA0003175311500000125
式中：A为***状态空间矩阵，表示为：
Figure GDA0003175311500000126
Kc为转向管柱芯轴刚度；Bc为转向管柱阻尼；Jc为转向管柱转动惯量；j为转向电机减速器减速比；Jeq为转向传动机构、转向器等效转动惯量；Keq为转向传动机构、转向器等效刚度；Beq为转向传动机构、转向器等效阻尼；Kb为转向电机电磁转矩常数；Ke为转向电机反电势系数；Rm为转向电机的电枢电感；Lm为转向电机的电枢电阻；
Figure GDA0003175311500000131
θc为转向盘转角；
Figure GDA0003175311500000132
转向盘转速，即转向盘转角的一阶导数；θm为电机转角；
Figure GDA0003175311500000133
为转向电机转速，即转向电机转角的一阶导数；Im是转向电机的电流；B1为控制矩阵，表示为：
Figure GDA0003175311500000134
u＝ud，为驱动电压；B2为干扰输入矩阵，表示为:
Figure GDA0003175311500000135
w为干扰输入，w＝[Th TR]T，Th为转向输入力矩，当处于自动驾驶模式时，Th＝0；TR为转向阻力矩；
Figure GDA0003175311500000136
Tm为转向电机输出转矩；C为输出矩阵，表示为：
Figure GDA0003175311500000141
当处于自动驾驶模式时，D＝[B2 B1]T，构建未知输入观测器：
Figure GDA0003175311500000142
式中，DT为为矩阵D的转置；e为为自然对数的底数；I是与矩阵A维数相同的单位矩阵；
根据k+1时刻的C-EPS***的x矩阵中的各参数值，得到k时刻时C-EPS***的干扰输入w，从而得到k时刻时的转向阻力估计值
Figure GDA0003175311500000143
根据汽车数学模型、汽车行驶与转向工况，计算转向阻力参考值TR0：
Figure GDA0003175311500000144
式中：f为TR0指代计算函数；v为车辆车速；μ0参考附着系数，取0.7；
如图4所示，将转向***目标转角θref与转向盘转角θc相减后的值输入至PID控制器中，并输出得到驱动电压ud；根据转向电机转速
Figure GDA0003175311500000145
和转向电机反电势系数Ke计算得到感应电动势ε，再将驱动电压ud与感应电动势ε相减后输入电机电路传递函数，电机电路函数的输出为转向电机的电流估计值
Figure GDA0003175311500000151
最后将转向阻力参考值TR0、转向阻力估计值
Figure GDA0003175311500000152
和转向电机的电流估计值
Figure GDA0003175311500000153
输入至路面质量与附着系数判断模块中进行判断，其中，判断结果
Figure GDA0003175311500000154
因此在一段时间内S的均值大于0，则路面附着系数大于0.7，路面质量较好；在一段时间内S的均值小于0，则路面附着系数小于0.7，路面质量较差；通过上述路面附着系数和路面质量的反馈，以提升自动驾驶模式对于车辆控制的精确性及安全性。
实施例4:一种基于C-EPS***的自动驾驶切换方法的装置，如图5所示，包括具有C-EPC***的转向管柱总成1，所述转向管柱总成1的上端设有转向盘2；所述转向管柱总成1的下端经联轴器3连接有行星齿轮减速器4，行星齿轮减速器4的下端连接有转向电机5；所述转向管柱总成1的上端设有相互啮合的转向芯轴齿轮6和转向管柱齿轮惰轮7；所述转向盘2的下端设有转向盘齿轮8；所述转向盘齿轮8与转向管柱齿轮惰轮7相啮合；所述转向盘2的中部设有转向盘中心件9；转向盘中心件9中设置***控制原件、显示屏等；所述转向盘中心件9的下端设有一根固定轴10，固定轴10与转向管柱总成1的上端经螺母固定连接。
综上所述，本发明可以有效根据驾驶人的驾驶状况进行驾驶模式的切换，降低驾驶带来的危害。此外，本发明还可以实现对道路路面质量和路面的附着系数的感知，以提升自动驾驶***对于车辆控制的精确性及安全性。

Claims (6)

1.一种基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，包括驾驶***，驾驶***中设置有自动驾驶模式、紧急转向模式和人工驾驶模式；在人工驾驶模式中，C-EPS***处于助力模式；在自动驾驶模式中，C-EPS***处于主动转向模式；在紧急转向模式中，C-EPS***处于紧急助力主动转向模式；其特征在于：所述C-EPS***根据转向盘转速和转向盘转动惯量计算转向盘输入转矩的下阈值；当转向盘输入转矩小于下阈值时，车辆切换成自动驾驶模式，当转向盘输入转矩大于下阈值时，车辆切换成人工驾驶模式；在切换成人工驾驶模式后，当转向盘的角加速度大于转向盘的角加速度阈值，且转向盘输入转矩超过转向盘输入转矩的上阈值，此时驾驶***判断车辆处于紧急状态，若此时驾驶员操控的转向盘转角和C-EPS***的转向盘目标转角同向，且转向盘转角趋近于转向盘目标转角，驾驶***切换成紧急转向模式，协助人工驾驶模式完成紧急情况的规避；
所述的转向盘角加速度阈值和转向盘输入转矩的上阈值的计算过程为：建立C-EPS***的模型：
Figure FDA0003175311490000011
式中：A为***状态空间矩阵，表示为：
Figure FDA0003175311490000021
Kc为转向管柱芯轴刚度；Bc为转向管柱阻尼；Jc为转向管柱转动惯量；j为转向电机减速器减速比；Jeq为转向传动机构、转向器等效转动惯量；Keq为转向传动机构、转向器等效刚度；Beq为转向传动机构、转向器等效阻尼；Kb为转向电机电磁转矩常数；Ke为转向电机反电势系数；Rm为转向电机的电枢电感；Lm为转向电机的电枢电阻；
Figure FDA0003175311490000022
θc为转向盘转角；
Figure FDA0003175311490000023
转向盘转速，即转向盘转角的一阶导数；θm为电机转角；
Figure FDA0003175311490000024
为转向电机转速，即转向电机转角的一阶导数；Im是转向电机的电流；B1为控制矩阵，表示为：
Figure FDA0003175311490000025
u＝ud，为驱动电压；B2为干扰输入矩阵，表示为：
Figure FDA0003175311490000026
w为干扰输入，w＝[Th TR]T，Th为转向输入力矩，当处于自动驾驶模式时，Th＝0；TR为转向阻力矩；
Figure FDA0003175311490000031
Tm为转向电机输出转矩；C为输出矩阵，表示为：
Figure FDA0003175311490000032
根据车辆动力学数学模型和转向输入力矩Th、车辆车速v以及转向电机的电流Im计算所得的助力力矩Tc，实时计算当前车速下的横摆角速度β及侧向加速度ay；当横摆角速度β及侧向加速度ay均大于当前车速下的横摆角速度上阈值
Figure FDA0003175311490000038
和侧向加速度的上阈值
Figure FDA0003175311490000039
当前的转向输入力矩Th和转向盘的角加速度
Figure FDA0003175311490000033
即为当前车速下的转向盘输入转矩的上阈值
Figure FDA0003175311490000034
和转向盘角加速度阈值
Figure FDA0003175311490000035
所述横摆角速度上阈值
Figure FDA00031753114900000310
和侧向加速度的上阈值
Figure FDA00031753114900000311
分别为：
β(v)＝βmax(v)·k2；
Figure FDA00031753114900000312
aymax(v)为当前车速下最大侧向加速度，βmax(v)为当前车速下最大横摆角速度，k1和k2分别为安全系数，取值为0.5-0.7。
2.根据权利要求1所述的基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，其特征在于：所述转向盘输入转矩的下阈值为：
Figure FDA0003175311490000036
式中：Ic为转向盘转动惯量；
Figure FDA0003175311490000037
为转向盘的角加速度，即转向盘转角的二阶导数。
3.根据权利要求1所述的基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，其特征在于：在自动驾驶模式中，利用自动驾驶决策层发布转向***目标转角给C-EPS***的转向控制律，转向控制律控制驱动电压驱动转向电机完成转向***转向，在转向***转向过程中，利用转向阻力参考值、转向阻力估计值和转向电机的电流估计值判断路面质量与路面附着系数，实现对道路路面质量和路面的附着系数的感知。
4.根据权利要求1所述的基于C-EPS***的自动驾驶切换方法，其特征在于：所述转向阻力参考值根据转向盘转角和汽车车速计算，所述转向阻力估计值根据转向盘转角、转向电机的电流和驱动电压计算；所述转向电机的电流估计值根据转向阻力估计值和转向***目标转角计算；具体为：
当处于自动驾驶模式时，D＝[B2 B1]T，构建未知输入观测器：
Figure FDA0003175311490000041
式中，DT为为矩阵D的转置；e为为自然对数的底数；I是与矩阵A维数相同的单位矩阵；
根据k+1时刻的C-EPS***的x矩阵中的各参数值，得到k时刻时C-EPS***的干扰输入w，从而得到k时刻时的转向阻力估计值
Figure FDA0003175311490000042
根据汽车数学模型、汽车行驶与转向工况，计算转向阻力参考值TR0：
Figure FDA0003175311490000043
式中：f为TR0指代计算函数；v为车辆车速；μ0参考附着系数，取0.7；
将转向***目标转角θref与转向盘转角θc相减后的值输入至PID控制器中，并输出得到驱动电压ud；根据转向电机转速
Figure FDA0003175311490000051
和转向电机反电势系数Ke计算得到感应电动势ε，再将驱动电压ud与感应电动势ε相减后输入电机电路传递函数，电机电路函数的输出为转向电机的电流估计值
Figure FDA0003175311490000052
最后将转向阻力参考值TR0、转向阻力估计值
Figure FDA0003175311490000053
和转向电机的电流估计值
Figure FDA0003175311490000054
输入至路面质量与附着系数判断模块中进行判断，其中，判断结果
Figure FDA0003175311490000055
因此在一段时间内S的均值大于0，则路面附着系数大于0.7，路面质量较好；在一段时间内S的均值小于0，则路面附着系数小于0.7，路面质量较差。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于C-EPS***的自动驾驶切换方法的装置，其特征在于：包括具有C-EPC***的转向管柱总成(1)，所述转向管柱总成(1)的上端设有转向盘(2)；所述转向管柱总成(1)的下端经联轴器(3)连接有行星齿轮减速器(4)，行星齿轮减速器(4)的下端连接有转向电机(5)；所述转向管柱总成(1)的上端设有相互啮合的转向芯轴齿轮(6)和转向管柱齿轮惰轮(7)；所述转向盘(2)的下端设有转向盘齿轮(8)；所述转向盘齿轮(8)与转向管柱齿轮惰轮(7)相啮合。
6.根据权利要求5所述基于C-EPS***的自动驾驶切换方法的装置，其特征在于：所述转向盘(2)的中部设有转向盘中心件(9)；
所述转向盘中心件(9)的下端设有一根固定轴(10)，固定轴(10)与转向管柱总成(1)的上端经螺母固定连接。
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