CN115503817A - 通过路面状况进行转向助力模式切换控制***及方法 - Google Patents

Abstract

通过路面状况进行转向助力模式切换的控制***及方法，涉及路面信息采集对汽车转向模式切换技术领域，本发明针对乡镇非油柏路面等较差工况，在保证安全的前提下，设计一种控制***及方法，该控制***包括：路面信息采集模块，信息处理模块，车速采集模块，方向盘转角采集模块，电子控制模块，预警模块和转向助力模块；本发明基于激光雷达直接获取前方路面的点云数据，不依赖于车辆附带的加速度传感器及主动悬架等机构，同时不受限于光线、夜晚等客观因素，该方法实时采集车辆前方行驶路面的不平度信息，可提前掌握前方路况，为悬架等机构的调整提供充足时间，并主动进行转向助力模式切换，从而减小不平路面对方向盘的冲击，提升驾驶员舒适性体验。

Description

通过路面状况进行转向助力模式切换控制***及方法

技术领域

本发明涉及路面信息采集对汽车转向模式切换技术领域，具体涉及一种通过路面状况进行转向助力模式切换控制***及方法。

背景技术

随着电动汽车技术的发展，智能驾驶辅助领域逐渐进入大家的视野，着眼与驾驶员驾驶体验、驾驶安全的研究不断深入，其中在人-车-路闭环***中，驾驶员通过方向盘感受来自路面信息反馈，其中在不平路面会造成行驶中的颠簸，导致车辆产生垂向振动，是影响驾驶员驾驶体验和车辆平顺性与操稳性的重要因素，因此为了更好的操纵车辆，提高驾驶员驾驶体验，有必要对车辆行驶方向不平路面进行手力优化，减低路面对方向盘的冲击导致强烈手感振动。

国内外现有的***大多基于轮胎、电控悬架执行***等对路面的凹坑和凸起做出反应和调整，但是这种装置具有滞后性并且对于转向操作力没有改善。因此时驾驶员已感受到路面起伏带来的振动以及方向盘冲击导致的手感振动。

因此要解决上边的问题，需提前获取前方路面不平信息，又能快速、准确、全天候工作的识别与转向助力调整***，对于提升车辆平顺性、操作性以及驾驶员驾驶体验至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过路面状况进行转向助力模式切换控制***及方法，针对乡镇非油柏路面等较差工况，在保证安全的前提下，基于激光雷达直接获取前方路面的点云数据，不依赖于车辆附带的加速度传感器以及主动悬架等机构，同时不受限于光线、夜晚等客观因素，主动进行转向助力模式切换，从而减小不平路面对方向盘的冲击，提升驾驶员舒适性体验。

通过路面状况进行转向助力模式切换控制***，该控制***包括：路面信息采集模块，信息处理模块，车速采集模块，方向盘转角采集模块，电子控制模块，预警模块和转向助力模块；

路面信息采集模块，用于采集前方路况；

信息处理模块，用于接收前方路面信息后进行数据处理，获得前方路面高程值；

车速采集模块，用于采集车辆车速信息；

方向盘转角采集模块，用于采集方向盘转角信号；

电子控制模块，用于接收所述信息处理模块获得的前方路面高程值，车速采集模块的车速信息以及所述方向盘转角采集模块采集的方向盘转角信号；并判断是否向预警模块发送预警信号和向转向助力模块发送转向模式切换信号；

预警模块，用于接收电子控制模块发送的预警信号；

转向助力模块，用于接收所述电子控制模块发送的转向模式切换信号。

进一步的，所述路面信息采集模块与信息处理模块通过CAN总线连接，信息处理模块、车速采集模块、方向盘转角采集模块与电子控制模块通过CAN连接，电子控制模块与预警模块通过电线连接，电子控制模块与转向助力模块采用CAN总线连接。

本发明提供一种通过路面状况进行转向助力模式切换控制方法，该方法由以下步骤实现：

S1、路面信息采集模块采集前方路面信息，车速采集模块采集当前车速，方向盘转角采集模块采集当前方向盘转角信号；

S2、对S1采集的前方路面信息进行坐标转换和坐标中零点修正的预处理，提取出可用点云数据，通过分析得到前方路面高程值；

S3、根据S2分析获得的前方路面高程值、步骤S1R当前车速和S1的当前方向盘转角信号进行分析处理的到下一时刻转向管柱助力力矩；

S4、当下一时刻转向管柱助力力矩大于当前方向盘转角力矩时，电子控制模块向预警模块发出预警信号，并且向转向助力模块发送转向助力模式切换，车辆预警后转向助力模块执行动作；

进一步的，所述步骤S2具体包括如下步骤：

S21、所述高程值计算过程为：

hi＝hset-xo×sinαp-di×sin(αp+αd+αo)

式中，hset为所述激光雷达安装高度，xo为雷达中心至车辆质心的水平距离，αp为汽车行驶时车身的俯仰角，αd为雷达安装的俯仰角偏差，αo为雷达光线相对于其自身的角度，di为雷达距路面扫描点的直线距离。

S22、对所述高程值进行修正，修正后的高程值为：

Hi＝kj×hi(j＝1,2,3)；式中，kj为修正系数。

进一步的，所述步骤S3具体包括如下步骤：

S31、按照采样周期，通过信息处理模块得到的高程值和车速采集模块得到的车速信号；

S32、确定三层BP神经网络的输入层神经元向量O＝{O1,O2}，其中，O1为高程值，O2为当前车速；

S33、所述输入层向量映射到隐藏层，隐藏层的神经元为n个；

其中，所述隐藏层节点个数n满足：

其中，o为输入层节点个数，p为输出层节点个数，q为调节常数，取值范围为1～10；

S34、得到输出层向量P＝{P1}。

S35、计算所述转向管柱助力力矩为：

e＝r*sinγ*cosp

式中，F₀为转向轮的侧向反作用力，m为总质量，a₀为侧向加速度，γ为主销后倾角，L为轴距，l₁为前轮轮心到质心的距离，e为轮胎接地点到主销的距离，r轮胎半径，μ₁为转向系正传动效率，d为方向盘直径，i_w为转向系传动比，F_r1为转向盘需要的转向力。

本发明的有益效果：本发明基于激光雷达直接获取前方路面的点云数据，不依赖于车辆附带的加速度传感器及主动悬架等机构，同时不受限于光线、夜晚等客观因素，该***和方法实时采集车辆前方行驶路面的不平度信息，可提前掌握前方路况，为悬架等机构的调整提供充足时间，并主动进行转向助力模式切换，从而减小不平路面对方向盘的冲击，提升驾驶员舒适性体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明提供的通过路面状况进行转向助力模式切换控制***的结构示意图；

图2为本发明提供的激光雷达在车辆上的扫描方式示意图；

图3为本发明提供的激光雷达在车辆上的安装位置示意图；

图4为本发明提供的激光雷达与路面的几何关系示意图；

图5为本发明提供的基于激光雷达路面信息识别的主动转向避障方法的流程示意图。

具体实施方式

结合图1说明本实施方式，通过路面状况进行转向助力模式切换控制***，该***包括路面信息采集模块，信息处理模块，车速采集模块，方向盘转角采集模块，电子控制模块，预警模块和转向助力模块；所述路面信息采集模块与信息处理模块通过CAN总线连接，信息处理模块、车速采集模块、方向盘转角采集模块与电子控制模块通过CAN连接，电子控制模块与预警模块通过电线连接，电子控制模块与转向助力模块采用CAN总线连接。

本实施方式中，所述路面信息采集模块，用于采集前方路面信息，并将其发送给信息处理模块；信息处理模块用于接收点云信息并进行坐标转换、零点修正等预处理，提取出可用点云数据，计算出路面高程值，并将其发送给电子控制模块；车速采集模块用于采集当前车速信号并将其发送给电子控制模块；方向盘转角采集模块用于采集当前方向盘转角信号并将其发送给电子控制模块；电子控制模块用于接收前方道路路面高程值、当前车速信号、方向盘转角信号，并通过内置的逻辑控制算法对以上信号进行分析处理，进而得出下一时刻方向盘的应用扭矩M，将其与当前实际扭矩N比较，若M＞N或M＜N，则将预警信号发送给预警模块，将转向指令信号发送给转向助力控制模块。

如图2所示，在车辆行驶过程中，实时对前方路面进行纵向扫描，获取路面的凸起或凹坑信息。h_set为所述激光雷达安装高度。

如图3所示，本发明中使用LUX4L型四线激光雷达，安装于两大灯中间，与大灯同高，保证能清晰扫描前方的路面信息。

如图4所示，x_o为雷达中心至车辆质心的水平距离，α_p为汽车行驶时车身的俯仰角，α_d为雷达安装的俯仰角偏差，α_o为雷达光线相对于其自身的角度， d_i为雷达距路面扫描点的直线距离，则雷达发射的激光光束相对于前进方向的倾角a_i，可以计算出路面各个扫描点的水平距离x_i和路面高程值h_i，其中路面高程以开始扫描的第一个点对应的路面高度h_o为基准，则有如下公式：

α_i＝α_p+α_d+α_o

x_i＝d_i×cosα_i＝d_i×cos(α_p+α_d+α_o)

h_i＝h_o-d_i×sinα_i＝h_o-d_i×sin(α_p+α_d+α_o)

具体实施方式二、结合图2-5说明本实施方式，基于激光雷达路面信息识别的主动切换转向助力模式方法，该方法的步骤如下：

S1、路面信息采集模块采集前方路面信息，车速采集模块采集当前车速，方向盘转角采集模块采集当前方向盘转角信号；

S2、对S1采集的前方路面信息进行坐标转换和坐标中零点修正的预处理，提取出可用点云数据，通过分析得到前方路面高程值；

S3、根据S2分析获得的前方路面高程值、步骤S1获得的当前车速和步骤 S1获得的当前方向盘转角信号进行分析处理的到下一时刻转向管柱助力力矩；

S4、当下一时刻转向管柱助力力矩大于当前方向盘转角力矩时，电子控制模块向预警模块发出预警信号，并且向转向助力模块发送转向助力模式切换，车辆预警后转向助力模块执行动作；

本实施方式中，所述步骤S2的具体过程为：

S21、所述高程值计算过程为：

hi＝h_set-xo×sinα_p-di×sin(α_p+α_d+αo)

式中，h_set为所述激光雷达安装高度，x_o为雷达中心至车辆质心的水平距离，α_p为汽车行驶时车身的俯仰角，α_d为雷达安装的俯仰角偏差，αo为雷达光线相对于其自身的角度，d_i为雷达距路面扫描点的直线距离。

S22、对所述高程值进行修正，修正后的高程值为：

Hi＝kj×hi；式中，kj为修正系数，j＝1,2,3。

本实施方式中，所述步骤S3具体过程为：

S31、按照采样周期，通过信息处理模块获得的高程值和车速采集模块得到车速信号；

S32、确定三层BP神经网络的输入层神经元向量O＝{O1,O2}，其中，O1为高程值，O2为当前车速；

S33、所述输入层向量映射到隐藏层，隐藏层的神经元为n个；

其中，所述隐藏层节点个数n满足：

其中，o为输入层节点个数，p为输出层节点个数，q为调节常数，取值范围为1～10；

S34、获得输出层向量P＝{P1}。

S35、计算所述转向管柱助力力矩为：

e＝r*sinγ*cos p

式中，F₀为转向轮的侧向反作用力，m为总质量，a₀为侧向加速度，γ为主销后倾角，L为轴距，l₁为前轮轮心到质心的距离，e为轮胎接地点到主销的距离，r轮胎半径，μ₁为转向系正传动效率，d为方向盘直径，i_w为转向系传动比，F_r1为转向盘需要的转向力。

具体实施方式三、本实施方式为具体实施方式二所述的基于激光雷达路面信息识别的主动切换转向助力模式方法的实施例：其方法如下所述(以左转为例)；

步骤1：获取车辆前方路面信息；

步骤2：对路面信息进行坐标转换、零点修正等预处理提取出可用点云数据，通过分析得出前方路面高程值H；

步骤3：采集当前车速信号v和方向盘转角信号α。

步骤4：将前方路面高程值H、当前车速信号v、方向盘转角信号α发送给整车控制器，通过内置的逻辑控制算法对以上三个信号进行分析处理，进而得出下一时刻方向盘的转向助力值M，并将其与当前转向助力值N比较；

步骤5：若M＞N或M＜N，则执行下述步骤；

步骤6：向预警模块发送预警信号，向转向助力控制模块发送转向助力切换指令；

步骤7：车辆预警后转向助力模块执行指令，完成助力模式切换。

本实施方式所述的通过路面状况进行转向助力模式切换的控制方法，可有效提高乘用车驾驶的安全性、舒适性和智能化。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.通过路面状况进行转向助力模式切换控制***，该控制***包括：路面信息采集模块，信息处理模块，车速采集模块，方向盘转角采集模块，电子控制模块，预警模块和转向助力模块；其特征是：

路面信息采集模块，用于采集前方路况；

信息处理模块，用于接收前方路面信息后进行数据处理，获得前方路面高程值；

车速采集模块，用于采集车辆车速信息；

方向盘转角采集模块，用于采集方向盘转角信号；

电子控制模块，用于接收所述信息处理模块获得的前方路面高程值，车速采集模块的车速信息以及所述方向盘转角采集模块采集的方向盘转角信号；并判断是否向预警模块发送预警信号和向转向助力模块发送转向模式切换信号；

预警模块，用于接收电子控制模块发送的预警信号；

转向助力模块，用于接收所述电子控制模块发送的转向模式切换信号。

2.根据权利要求1所述的通过路面状况进行转向助力模式切换控制***，其特征在于：所述路面信息采集模块与信息处理模块通过CAN总线连接，信息处理模块、车速采集模块、方向盘转角采集模块与电子控制模块通过CAN连接，电子控制模块与预警模块通过电线连接，电子控制模块与转向助力模块采用CAN总线连接。

3.通过路面状况进行转向助力模式切换控制方法，其特征是：该方法通过权利要求1或2所述的通过路面状况进行转向助力模式切换控制***实现，该方法具体过程如下：

S1、路面信息采集模块采集前方路面信息，车速采集模块采集当前车速，方向盘转角采集模块采集当前方向盘转角信号；

S2、对S1采集的前方路面信息进行坐标转换和坐标中零点修正的预处理，提取出可用点云数据，通过分析得到前方路面高程值；

S3、根据S2分析获得的前方路面高程值、步骤S1获得的当前车速和步骤S1获得的当前方向盘转角信号进行分析处理的到下一时刻转向管柱助力力矩；

S4、当下一时刻转向管柱助力力矩大于当前方向盘转角力矩时，电子控制模块向预警模块发出预警信号，并且向转向助力模块发送转向助力模式切换，车辆预警后转向助力模块执行动作。

4.根据权利要求3所述的通过路面状况进行转向助力模式切换控制方法，其特征在于：所述步骤S2的具体过程为：

S21、所述高程值计算过程为：

hi＝h_set-x_o×sinα_p-di×sin(α_p+α_d+α_o)

式中，h_set为所述激光雷达安装高度，x_o为雷达中心至车辆质心的水平距离，α_p为汽车行驶时车身的俯仰角，α_d为雷达安装的俯仰角偏差，α_o为雷达光线相对于其自身的角度，d_i为雷达距路面扫描点的直线距离。

S22、对所述高程值进行修正，修正后的高程值为：

Hi＝kj×hi；式中，kj为修正系数，j＝1,2,3。

5.根据权利要求3所述的通过路面状况进行转向助力模式切换控制方法，其特征在于：所述步骤S3具体过程为：

S31、按照采样周期，通过信息处理模块获得的高程值和车速采集模块得到车速信号；

S32、确定三层BP神经网络的输入层神经元向量O＝{O1,O2}，其中，O1为高程值，O2为当前车速；

S33、所述输入层向量映射到隐藏层，隐藏层的神经元为n个；

其中，所述隐藏层节点个数n满足：

其中，o为输入层节点个数，p为输出层节点个数，q为调节常数，取值范围为1～10；

S34、获得输出层向量P＝{P1}；

S35、计算所述转向管柱助力力矩为：

e＝r*sinγ*cosp

式中，F₀为转向轮的侧向反作用力，m为总质量，a₀为侧向加速度，γ为主销后倾角，L为轴距，l₁为前轮轮心到质心的距离，e为轮胎接地点到主销的距离，r轮胎半径，μ₁为转向系正传动效率，d为方向盘直径，i_w为转向系传动比，F_r1为转向盘需要的转向力。

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