CN117864239B - 一种商用车自动驾驶转向控制方法及转向控制*** - Google Patents

一种商用车自动驾驶转向控制方法及转向控制*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种商用车自动驾驶转向控制方法及转向控制***，包括驾驶员转向模式及自动驾驶转向模式；所述驾驶员转向模式为由驾驶员转动方向盘作为手感模拟器的输入；所述自动驾驶转向模式为，由自动驾驶控制器发送转向控制模式、转向角度和方向盘静默模式到整车CAN总线；当所述驾驶员转向模式与自动驾驶转向模式同时输入时，进行判断，并以驾驶员转向模式优先；电控/电动转向器根据手感模拟器发送的转向扭矩和自动驾驶控制器发送的转向控制模式，决策执行驾驶员转向模式或自动驾驶转向模式，电控/电动转向器对接收到的转向角度进行计算，输出转向电机扭矩，控制转向电机旋转相应的转向角度。

Description

一种商用车自动驾驶转向控制方法及转向控制***
技术领域
本发明涉及新能源商用车技术领域，尤其涉及一种商用车自动驾驶转向控制方法及转向控制***。
背景技术
商用车自动驾驶研究应用增多，在自动驾驶转向模式下，驾驶员不再把全部精力放在驾驶车辆上，而是让驾驶员进行车辆管理和休闲娱乐。
现有的商用车自动驾驶转向***，包含方向盘、转向伸缩轴、电控/电动转向器，自动驾驶转向模式下，自动驾驶控制器将转向角度信号，通过整车CAN总线，发送给电控/电动转向器的转向控制器，转向控制器接收到转向信号，由转向控制器控制转向控制电机带动电控/电动转向器工作，进而通过转向摇臂、转向拉杆传递到车轮，驱动车轮转向。但是，现有的商用车自动驾驶转向***，车辆大部分时间是由自动驾驶***驾驶，驾驶员不参与转向控制，并且现有的商用车自动驾驶转向***仍然保留了方向盘与转向器之间的机械连接，方向盘随着转向器的旋转而旋转，影响驾驶员的主观感受。
发明内容
本发明提出一种商用车自动驾驶转向控制方法及转向控制***，手感模拟器与方向盘连接，方向盘与电控/电动转向器之间取消机械连接，自动驾驶转向模式时，方向盘可以静止，需要驾驶员操纵转向时，手感模拟器将驾驶员施加的角度及扭矩信号发送给转向器，同时提供反馈转向力控制策略，模拟转向手感。
为了解决上述背景技术中的问题，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种商用车自动驾驶转向控制方法，包括以下步骤：
S101,包括驾驶员转向模式及自动驾驶转向模式；所述驾驶员转向模式为由驾驶员转动方向盘作为手感模拟器的输入，通过手感模拟器发送至整车CAN总线；所述自动驾驶转向模式为，由自动驾驶控制器发送转向控制模式、转向角度和方向盘静默模式到整车CAN总线；当所述驾驶员转向模式与自动驾驶转向模式同时输入时，进行判断，并以驾驶员转向模式优先；
S102,驾驶员转向模式下，手感模拟器的转角扭矩传感器检测到驾驶员转向角度、转向扭矩，转角扭矩传感器将转向角度发送至手感模拟器，通过手感模拟器发送至整车CAN总线；
S103，整车CAN总线将手感模拟器发送的转向角度、转向扭矩和自动驾驶控制器发送的转向控制模式、转向角度和方向盘静默模式发送至电控/电动转向器；
S104,电控/电动转向器根据手感模拟器发送的转向扭矩和自动驾驶控制器发送的转向控制模式，决策执行驾驶员转向模式或自动驾驶转向模式，电控/电动转向器对接收到的转向角度进行计算，输出转向电机扭矩，控制转向电机旋转相应的转向角度。
优选的，S101中，所述驾驶员转向模式与自动驾驶转向模式同时输入时，进行判断的方式为：电控/电动转向器根据手感模拟器转向扭矩和自动驾驶控制器的输入，进行判断，如当前无自动驾驶控制器输入，则对于电控/电动转向器的输入为手感模拟器的转向角度；如果当前有自动驾驶控制器输入，而无转向扭矩输入，则对于电控/电动转向器的输入为自动驾驶转向模式的转向角度，如果二者同时有输入，则以手感模拟器的转向扭矩进行判断，如果转向扭矩大于某一阈值且持续时长超过一定时间，则对于电控/电动转向器的输入为手感模拟器的转向角度。
优选的，根据自动驾驶转向模式输入转向角度与转角扭矩传感器检测到的驾驶员转向角度求差，作为角度环PID控制的输入，输出转向电机的实际转速；根据自动驾驶转向模式输入角度与转角扭矩传感器检测到的转向电机转速求差，作为速度环PID控制的输入，输出电控/电动转向器的转向电机目标扭矩。
优选的，手感模拟器接收转向电机扭矩传感器反馈的扭矩，计算随速助力扭矩、主动回正扭矩、阻尼扭矩、行程限位扭矩、外部控制模式扭矩，然后进行叠加，并由手感模拟器的电机执行输出转向阻力扭矩。
优选的，以车速和驾驶员转向扭矩为输入，通过试验测试，得到助力扭矩的数据，设置二维查表模块3，得到随速助力转矩。
优选的，以车速、驾驶员转向角度为输入，进入二维查表模块1，得到转向回正扭矩目标；以车速、驾驶员转向角度为输入，进入二维查表模块2，得到转向回正角速度目标，并减去驾驶员转向角速度，再通过PID控制器计算得到转向电机扭矩，最后将二维查表模块1得到的转向回正扭矩目标值和PID控制器计算得到的转向电机扭矩值相加，得到主动回正扭矩。
优选的，以车速为输入，进入一维查表模块1，得到车速系数，低车速时阻值小，高车速时阻值大；以驾驶员转向角速度为输入，进入一维查表模块2，得到角速度系数，然后将车速系数与角速度系数相乘，得到电机阻尼扭矩。
优选的，方向盘设置行程限位扭矩，行程限位扭矩模拟一个旋转的弹簧加阻尼器，让驾驶员能够感觉到与实际行程限位相同的感受：
当前转向角度处于左侧，且到达左限位作用起始角度时，以转向角度乘刚度系数，加转向角速度乘阻尼系数，最后叠加，输出行程限位扭矩，当前转向角度处于右侧，且到达右限位作用起始角度时，以转向角度乘刚度系数，加转向角速度乘阻尼系数，最后相加，输出行程限位扭矩。
优选的，在自动驾驶转向模式下，自动驾驶控制器设有方向盘静默模式，手感模拟器可以接收自动驾驶控制器输入的静默请求或随动请求，控制方向盘静止或随电动转向器旋转：
当处于静默转向模式时，以方向盘目标角度0减去手感模拟器测量的方向盘当前转向角度，输入给角度环PID控制器，角度环PID控制器得到的结果，减去手感模拟器测量的电机转速，作为速度环PID控制器的输入，速度环PID控制器输出外部控制模式扭矩。
一种商用车自动驾驶转向***，包括转向操纵部及转向传动部，所述转向操纵部包括方向盘及手感模拟器；所述转向传动部包括电控/电动转向器，所述方向盘与所述手感模拟器连接，所述手感模拟器及电控/电动转向器分别与整车CAN总线连接；所述整车CAN总线与自动驾驶控制器电连接，所述电控/电动转向器通过转向摇臂连接转向拉杆。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
手感模拟器与方向盘连接，方向盘与电控/电动转向器之间取消机械连接，自动驾驶转向模式时，方向盘可以静止，需要驾驶员操纵转向时，手感模拟器将驾驶员施加的角度及扭矩信号发送给转向器，同时提供反馈转向力控制策略，模拟转向手感。
附图说明
图1为本发明自动驾驶转向控制方法的流程图；
图2为转向电机目标扭矩控制算法框图；
图3为转向阻力扭矩控制算法框图；
图4为随速助力扭矩控制算法框图；
图5为主动回正扭矩控制算法框图；
图6为电机阻尼扭矩控制算法框图；
图7为行程限位扭矩控制算法框图；
图8为外部控制模式扭矩控制算法框图；
图9为本发明商用车自动驾驶转向***的结构图；
图10为背景技术中现有技术的机构图。
附图标记说明
10、方向盘；11、转向伸缩轴；20、手感模拟器；30、整车CAN总线；40、电控/电动转向器；41、转向角度传感器；42、转向控制器；43、转向控制电机；50、转向摇臂；60、转向拉杆；70、自动驾驶控制器。
具体实施方式
首先进行说明：
PID控制是MatlabSimulink软件中的一个控制器算法模块（比例积分微分控制器）；
角度环PID和速度环PID是电机控制方法；角度环PID，输入目标角度，与实际角度求差，输出目标速度；速度环PID，以角度环PID输出的目标速度，与实际速度求差，输出电机目标扭矩；要求，角度环在前，速度环在后；
查表是MatlabSimulink软件中的一个基本功能模块。
实施例1
如图1所示，一种商用车自动驾驶转向控制方法，包括以下步骤：
S101,包括驾驶员转向模式及自动驾驶转向模式；所述驾驶员转向模式为由驾驶员转动方向盘作为手感模拟器的输入，通过手感模拟器发送至整车CAN总线；所述自动驾驶转向模式为，由自动驾驶控制器发送转向控制模式、转向角度和方向盘静默模式到整车CAN总线；当所述驾驶员转向模式与自动驾驶转向模式同时输入时，进行判断，并以驾驶员转向模式优先；
S102,驾驶员转向模式下，手感模拟器的转角扭矩传感器检测到驾驶员转向角度、转向扭矩，转角扭矩传感器将转向角度发送至手感模拟器，通过手感模拟器发送至整车CAN总线；
S103，整车CAN总线将手感模拟器发送的转向角度、转向扭矩和自动驾驶控制器发送的转向控制模式、转向角度和方向盘静默模式发送至电控/电动转向器；
S104,电控/电动转向器根据手感模拟器发送的转向扭矩和自动驾驶控制器发送的转向控制模式，决策执行驾驶员转向模式或自动驾驶转向模式，电控/电动转向器对接收到的转向角度进行计算，输出转向电机扭矩，控制转向电机旋转相应的转向角度。
S101中，驾驶员转向模式与自动驾驶转向模式同时输入时，进行判断的方式为：电控/电动转向器根据手感模拟器转向扭矩和自动驾驶控制器的输入，进行判断，如当前无自动驾驶控制器输入，则对于电控/电动转向器的输入为手感模拟器的转向角度；如果当前有自动驾驶控制器输入，而无转向扭矩输入，则对于电控/电动转向器的输入为自动驾驶转向模式的转向角度，如果二者同时有输入，则以手感模拟器的转向扭矩进行判断，如果转向扭矩大于某一阈值且持续时长超过一定时间，则对于电控/电动转向器的输入为手感模拟器的转向角度。
如图2所示，根据自动驾驶转向模式输入转向角度与转角扭矩传感器检测到的驾驶员转向角度求差，作为角度环PID控制的输入，输出转向电机的实际转速；根据自动驾驶转向模式输入角度与转角扭矩传感器检测到的转向电机转速求差，作为速度环PID控制的输入，输出电控/电动转向器的转向电机目标扭矩。
如图3所示，手感模拟器接收转向电机扭矩传感器反馈的扭矩，计算随速助力扭矩、主动回正扭矩、阻尼扭矩、行程限位扭矩、外部控制模式扭矩，然后进行叠加，并由手感模拟器的电机执行输出转向阻力扭矩。
将转向器电机扭矩、随速助力扭矩、主动回正扭矩、阻尼扭矩、行程限位扭矩、外部控制模式扭矩进行相加，即为叠加。
如图4所示，以车速和驾驶员转向扭矩为输入，通过试验测试，得到助力扭矩的数据，设置二维查表模块3，得到随速助力转矩。
试验测试为样车实车试验测试。
如图5所示，以车速、驾驶员转向角度为输入，进入二维查表模块1，得到转向回正扭矩目标；以车速、驾驶员转向角度为输入，进入二维查表模块2，得到转向回正角速度目标，并减去驾驶员转向角速度，再通过PID控制器计算得到转向电机扭矩，最后将二维查表模块1得到的转向回正扭矩目标值和PID控制器计算得到的转向电机扭矩值相加，得到主动回正扭矩。
通过驾驶员转向扭矩乘以驾驶员转向角速度，判断驾驶员是否处于撒手回正状态，如果不处于撒手回正，则执行回正扭矩控制，回正控制扭矩以车速、驾驶员转向角度为输入，通过试验测试转向扭矩，让驾驶员能感受到车辆有回正手感；如果当前处于撒手回正状态，则同时执行角速度控制，车速、驾驶员转向角速度（此时实际为方向盘回正角速度）为输入，输出目标转向角速度，与实际驾驶员转向角速度（此时实际为方向盘回正角速度）做差值，进行PID控制，输出主动回正扭矩。
如图6所示，以车速为输入，进入一维查表模块1，得到车速系数，低车速时阻值小，高车速时阻值大；以驾驶员转向角速度为输入，进入一维查表模块2，得到角速度系数，然后将车速系数与角速度系数相乘，得到电机阻尼扭矩。
由于方向盘与电控/电动转向器之间无机械连接，为了防止驾驶员过快转向，提供一个阻尼扭矩，当转向过快时阻止驾驶员过快转向。参考图6，以车速为输入，不同车速下设定不同的车速系数，低车速时阻值小，高车速时阻值大，以驾驶员转向角速度为输入，设置不同的角速度系数，低车速时车速系数较小甚至可以为0，高车速时，车速系数增大，车速系数再乘以角速度系数，转化为电机阻尼扭矩。
如图7所示，方向盘设置行程限位扭矩，行程限位扭矩模拟一个旋转的弹簧加阻尼器，让驾驶员能够感觉到与实际行程限位相同的感受。
方向盘需设置行程限位扭矩，方向盘转到左右极限位置，提示驾驶员已到达转向极限。行程限位扭矩模拟一个旋转的弹簧加阻尼器，如图7所示，当前转向角度处于左侧，且到达左限位作用起始角度时，以转向角度乘刚度系数，加转向角速度乘阻尼系数，最后叠加，输出行程限位扭矩，当前转向角度处于右侧，且到达右限位作用起始角度时，以转向角度乘刚度系数，加转向角速度乘阻尼系数，最后相加，输出行程限位扭矩。
如图8所示，在自动驾驶转向模式下，自动驾驶控制器设有方向盘静默模式，手感模拟器可以接收自动驾驶控制器输入的静默请求或随动请求，控制方向盘静止或随电动转向器旋转。
在自动驾驶转向模式下，自动驾驶控制器有方向盘静默模式（如0表示随动，1表示静默）输入时，手感模拟器需要控制方向盘静止在中间位置或随着转向器一起转向。如图8所示，当处于静默转向模式时，以方向盘目标角度0减去手感模拟器测量的方向盘当前转向角度，输入给角度环PID控制器，角度环PID控制器得到的结果，减去手感模拟器测量的电机转速，作为速度环PID控制器的输入，速度环PID控制器输出外部控制模式扭矩。
实施例2
如图9所示，一种商用车自动驾驶转向***，包括转向操纵部及转向传动部，转向操纵部包括方向盘10及手感模拟器20；转向传动部包括电控/电动转向器40，方向盘10与手感模拟器20连接，手感模拟器20及电控/电动转向器40分别与整车CAN总线30连接；整车CAN总线30与自动驾驶控制器70电连接，电控/电动转向器40通过转向摇臂50连接转向拉杆60。

Claims (2)

1.一种商用车自动驾驶转向控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S101,包括驾驶员转向模式及自动驾驶转向模式；所述驾驶员转向模式为由驾驶员转动方向盘作为手感模拟器的输入，通过手感模拟器发送至整车CAN总线；所述自动驾驶转向模式为，由自动驾驶控制器发送转向控制模式、转向角度和方向盘静默模式到整车CAN总线；当所述驾驶员转向模式与自动驾驶转向模式同时输入时，进行判断，并以驾驶员转向模式优先；
S102,驾驶员转向模式下，手感模拟器的转角扭矩传感器检测到驾驶员转向角度、转向扭矩，转角扭矩传感器将转向角度发送至手感模拟器，通过手感模拟器发送至整车CAN总线；
S103，整车CAN总线将手感模拟器发送的转向角度、转向扭矩和自动驾驶控制器发送的转向控制模式、转向角度和方向盘静默模式发送至电控/电动转向器；
S104,电控/电动转向器根据手感模拟器发送的转向扭矩和自动驾驶控制器发送的转向控制模式，决策执行驾驶员转向模式或自动驾驶转向模式，电控/电动转向器对接收到的转向角度进行计算，输出转向电机扭矩，控制转向电机旋转相应的转向角度；
S101中，所述驾驶员转向模式与自动驾驶转向模式同时输入时，进行判断的方式为：电控/电动转向器根据手感模拟器转向扭矩和自动驾驶控制器的输入进行判断，如当前无自动驾驶控制器输入，则对于电控/电动转向器的输入为手感模拟器的转向角度；如果当前有自动驾驶控制器输入，而无转向扭矩输入，则对于电控/电动转向器的输入为自动驾驶转向模式的转向角度，如果二者同时有输入，则以手感模拟器的转向扭矩进行判断，如果转向扭矩大于某一阈值且持续时长超过一定时间，则对于电控/电动转向器的输入为手感模拟器的转向角度；
根据自动驾驶转向模式输入转向角度与转角扭矩传感器检测到的驾驶员转向角度求差，作为角度环PID控制的输入，输出转向电机的实际转速；根据自动驾驶转向模式输入角度与转角扭矩传感器检测到的转向电机转速求差，作为速度环PID控制的输入，输出电控/电动转向器的转向电机目标扭矩；
手感模拟器接收转向电机扭矩传感器反馈的扭矩，计算随速助力扭矩、主动回正扭矩、阻尼扭矩、行程限位扭矩、外部控制模式扭矩，然后进行叠加，并由手感模拟器的电机执行输出转向阻力扭矩；
以车速和驾驶员转向扭矩为输入，通过试验测试，得到助力扭矩的数据，设置二维查表模块3，得到随速助力转矩；
以车速、驾驶员转向角度为输入，进入二维查表模块1，得到转向回正扭矩目标；以车速、驾驶员转向角度为输入，进入二维查表模块2，得到转向回正角速度目标，并减去驾驶员转向角速度，再通过PID控制器计算得到转向电机扭矩，最后将二维查表模块1得到的转向回正扭矩目标值和PID控制器计算得到的转向电机扭矩值相加，得到主动回正扭矩；
以车速为输入，进入一维查表模块1，得到车速系数，低车速时阻值小，高车速时阻值大；以驾驶员转向角速度为输入，进入一维查表模块2，得到角速度系数，然后将车速系数与角速度系数相乘，得到电机阻尼扭矩；
方向盘设置行程限位扭矩，行程限位扭矩模拟一个旋转的弹簧加阻尼器，让驾驶员能够感觉到与实际行程限位相同的感受：
当前转向角度处于左侧，且到达左限位作用起始角度时，以转向角度乘刚度系数，加转向角速度乘阻尼系数，最后叠加，输出行程限位扭矩，当前转向角度处于右侧，且到达右限位作用起始角度时，以转向角度乘刚度系数，加转向角速度乘阻尼系数，最后相加，输出行程限位扭矩；
在自动驾驶转向模式下，自动驾驶控制器设有方向盘静默模式，手感模拟器可以接收自动驾驶控制器输入的静默请求或随动请求，控制方向盘静止或随电动转向器旋转：
当处于静默转向模式时，以方向盘目标角度0减去手感模拟器测量的方向盘当前转向角度，输入给角度环PID控制器，角度环PID控制器得到的结果，减去手感模拟器测量的电机转速，作为速度环PID控制器的输入，速度环PID控制器输出外部控制模式扭矩。
2.一种商用车自动驾驶转向***，用以实现权利要求1所述的商用车自动驾驶转向控制方法，其特征在于，包括转向操纵部及转向传动部，所述转向操纵部包括方向盘（10）及手感模拟器（20）；所述转向传动部包括电控/电动转向器（40），所述方向盘（10）与所述手感模拟器（20）连接，所述手感模拟器（20）及电控/电动转向器（40）分别与整车CAN总线（30）连接；所述整车CAN总线（30）与自动驾驶控制器（70）电连接，所述电控/电动转向器（40）通过转向摇臂（50）连接转向拉杆（60）。
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