会员体验
专利管家(专利管理)
工作空间(专利管理)
风险监控(情报监控)
数据分析(专利分析)
侵权分析(诉讼无效)
联系我们
交流群
官方交流:
QQ群: 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~
首页 / 专利分类库 / 无轨陆用车辆 / 一种线控转向系统的路感反馈方法、装置、车辆及介质

一种线控转向系统的路感反馈方法、装置、车辆及介质

申请号 CN202410203503.2 申请日 2024-02-23 公开(公告)号 CN117864241A 公开(公告)日 2024-04-12
申请人 重庆长安汽车股份有限公司; 发明人 朱博; 杨曹刚; 余斌; 陈场友;
摘要 本 发明 涉及 汽车 线控转向技术领域,公开了一种线控转向系统的路感反馈方法、装置、车辆及介质,方法包括:计算下转向系统的动态 齿条 力 ;通过车辆动力学模型计算舒适齿条力并对舒适齿条力进行毛刺滤波,得到实际车辆 姿态 齿条力;将动态齿条力和实际车辆姿态齿条力进行加权融合,得到总齿条力;根据总齿条力计算反馈力矩。本发明分别计算考虑了路面情况的动态齿条力和理想状态下的舒适齿条力,然后对舒适齿条力进行毛刺滤波,得到实际车辆姿态齿条力,提高其 信号 准确度之后再将动态齿条力和实际车辆姿态齿条力进行加权融合,从而得到准确度更高的总齿条力,最后通过总齿条力计算反馈力矩,进一步提高了用户对路感反馈感受的准确度。
权利要求

1.一种线控转向系统的路感反馈方法,其特征在于,所述方法包括:
计算下转向系统的动态齿条
通过车辆动力学模型计算舒适齿条力并对所述舒适齿条力进行毛刺滤波,得到实际车辆姿态齿条力;
将所述动态齿条力和所述实际车辆姿态齿条力进行加权融合,得到总齿条力;
根据所述总齿条力计算反馈力矩。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通过车辆动力学模型计算舒适齿条力并对所述舒适齿条力进行毛刺滤波,包括:
获取当前计算周期的车速、车轮前轮转和车辆侧向加速度;
将所述当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度输入所述车辆动力学模型,仿真得到当前计算周期的原始侧向力,所述原始侧向力用于表示所述舒适齿条力;
通过预设低通滤波器对所述当前计算周期的原始侧向力进行低通滤波,得到当前计算周期的实际车辆姿态齿条力。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通过车辆动力学模型计算舒适齿条力并对所述舒适齿条力进行毛刺滤波,包括:
获取当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度;
将所述当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度输入所述车辆动力学模型,仿真得到当前计算周期的原始侧向力,所述原始侧向力用于表示所述舒适齿条力;
利用上个计算周期的车辆侧向力和所述当前计算周期的原始侧向力的差值确定当前计算周期的侧向力变化率;
通过预设滤波系数、当前计算周期的时间长度和所述当前计算周期的侧向力变化率的乘积,确定当前计算周期滤波后的侧向力变化量;
通过所述预设滤波系数对所述当前计算周期的原始侧向力进行滤波,得到当前计算周期滤波后的原始侧向力;
将所述当前计算周期滤波后的侧向力变化量与所述当前计算周期滤波后的原始侧向力求和,得到当前计算周期的实际车辆姿态齿条力。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,计算下转向系统的动态齿条力,包括:
获取当前计算周期的电机惯性系数和电机转子加速度,并通过所述电机惯性系数和所述电机转子加速度的乘积确定电机总力矩;
获取当前计算周期的下转向系统阻尼系数和下转向系统齿条移动速度,并通过所述下转向系统阻尼系数和所述下转向系统齿条移动速度的乘积确定阻尼力矩;
通过下转向系统的电机输出力矩、下转向系统的摩擦力矩、所述电机总力矩和所述阻尼力矩计算齿条力矩;
通过预设转换系数将所述齿条力矩转换为当前计算周期的当前动态齿条力。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
对所述当前动态齿条力进行相位调节。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述对所述当前动态齿条力进行相位调节,包括:
获取上一个计算周期的第一动态齿条力和上二个计算周期的第二动态齿条力;
通过预设的相位调整系数分别与所述第一动态齿条力、所述第二动态齿条力和所述当前动态齿条力进行相乘,并对得到的乘积融合,输出当前计算周期相位调整后的优化动态齿条力。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述总齿条力计算反馈力矩,包括:
通过所述总齿条力和车速确定期望手力矩;
获取驾驶员的实际手力矩;
计算所述期望手力矩和所述实际手力矩的偏差力矩;
通过PID算法对所述偏差力矩进行调节,得到所述反馈力矩。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
根据方向盘的转向位置到方向盘末端的距离对所述反馈力矩进行限制;
当检测到方向盘发生抖动时对所述反馈力矩进行限制;
限制所述反馈力矩的斜率随车速增加而递减。
9.一种线控转向系统的路感反馈装置,其特征在于,所述装置包括:
动态齿条力计算模,用于计算下转向系统的动态齿条力;
舒适齿条力计算模块,用于通过车辆动力学模型计算舒适齿条力并对所述舒适齿条力进行毛刺滤波,得到实际车辆姿态齿条力;
齿条力融合模块,用于将所述动态齿条力和所述实际车辆姿态齿条力进行加权融合,得到总齿条力;
反馈力矩计算模块,用于根据所述总齿条力计算反馈力矩。
10.一种车辆,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1至8中任一项所述的方法。
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1至8中任一项所述的方法。

说明书全文

一种线控转向系统的路感反馈方法、装置、车辆及介质

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车线控转向技术领域,具体涉及一种线控转向系统的路感反馈方法、装置、车辆及介质。

背景技术

[0002] 在线控转向系统中,由于方向盘所在的上转向系统与车轮所在的下转向系统之间没有机械连接,因此下转向的矩无法直接传递至上转向系统中,但是为了保证驾驶安全,驾驶员在车辆驾驶过程中需要能够感受到真实的驾驶体验,从而各大车企往往根据实时的路面及驾驶场景,采用算法模拟真实的驾驶感受,反馈到方向盘让用户感到真实的路面感受。
[0003] 在一些技术中,采用计算下转向系统的实际动态齿条力,并通过仿真技术计算忽视路面情况的舒适齿条力,然后将二者融合得到总齿条力,基于该总齿条力计算反馈力矩到方向盘,从而提供驾驶员准确的路感反馈。但是在齿条力计算过程中,往往因为传感器噪声为采集的计算数据带来大量干扰,导致总齿条力计算不准确,从而使得路感反馈的准确度还有待提高。

发明内容

[0004] 有鉴于此,本发明提供了一种线控转向系统的路感反馈方法、装置、车辆及介质,以解决路感反馈的准确度不高的问题。
[0005] 第一方面,本发明提供了一种线控转向系统的路感反馈方法,方法包括:计算下转向系统的动态齿条力;通过车辆动力学模型计算舒适齿条力并对舒适齿条力进行毛刺滤波,得到实际车辆姿态齿条力;将动态齿条力和实际车辆姿态齿条力进行加权融合,得到总齿条力;根据总齿条力计算反馈力矩。
[0006] 根据上述技术手段,本发明实施例分别计算考虑了路面情况的动态齿条力和理想状态下的舒适齿条力,然后对舒适齿条力进行毛刺滤波,得到实际车辆姿态齿条力,提高其信号准确度之后再将动态齿条力和实际车辆姿态齿条力进行加权融合,从而得到准确度更高的总齿条力,最后通过总齿条力计算反馈力矩,将反馈力矩反馈到方向盘上,进一步提高了用户对路感反馈感受的准确度。
[0007] 在一种可选地实施方式中,通过车辆动力学模型计算舒适齿条力并对舒适齿条力进行毛刺滤波,包括:获取当前计算周期的车速、车轮前轮转和车辆侧向加速度;将当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度输入车辆动力学模型,仿真得到当前计算周期的原始侧向力;通过预设低通滤波器对当前计算周期的原始侧向力进行低通滤波,得到当前计算周期的实际车辆姿态齿条力。
[0008] 根据上述技术手段,理想的齿条力可视为车辆横向受力,从而通过车辆动力学模型计算出原始侧向力后,通过频率方法能够对原始侧向力信号进行分解,该信号由低频信号和高频信号组成,信号中的毛刺可以视为高频扰动,从而通过低通滤波器对其进行过滤,能够显著提高舒适齿条力的准确度。
[0009] 在一种可选地实施方式中,通过车辆动力学模型计算舒适齿条力并对舒适齿条力进行毛刺滤波,包括:获取当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度;将当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度输入车辆动力学模型,仿真得到当前计算周期的原始侧向力;利用上个计算周期的车辆侧向力和当前计算周期的原始侧向力的差值确定当前计算周期的侧向力变化率;通过预设滤波系数、当前计算周期的时间长度和当前计算周期的侧向力变化率的乘积,确定当前计算周期滤波后的侧向力变化量;通过预设滤波系数对当前计算周期的原始侧向力进行滤波,得到当前计算周期滤波后的原始侧向力;将当前计算周期滤波后的侧向力变化量与当前计算周期滤波后的原始侧向力求和,得到当前计算周期的实际车辆姿态齿条力。
[0010] 根据上述技术手段,本发明实施例通过当前软件周期计算出的原始侧向力和上一周期的原始侧向力确定侧向力变化率,然后利用滤波系数对侧向力变化率进行滤波,侧向力变化率和当前时间周期的乘积得到滤波后的侧向力变化量,同时,通过滤波系数对原始侧向力进行滤波。考虑到滤波系数不仅会对原始侧向力进行平滑,还对信号幅值造成一定影响,将滤波后的侧向力变化量与滤波后的原始侧向力进行叠加求和,在充分考虑滤波平滑效果的前提下还弥补滤波造成的信号缺失,能够进一步提高滤波准确度,提高当前计算周期的实际车辆姿态齿条力的准确度。
[0011] 在一种可选地实施方式中,计算下转向系统的动态齿条力,包括:获取当前计算周期的电机惯性系数和电机转子加速度,并通过电机惯性系数和电机转子加速度的乘积确定电机总力矩;获取当前计算周期的下转向系统阻尼系数和下转向系统齿条移动速度,并通过下转向系统阻尼系数和下转向系统齿条移动速度的乘积确定阻尼力矩;通过电机总力矩、阻尼力矩、下转向系统的电机输出力矩、下转向系统的摩擦力矩计算齿条力矩;通过预设转换系数将齿条力矩转换为当前计算周期的当前动态齿条力。
[0012] 根据上述技术手段,本发明实施例计算动态齿条力时还引入了阻尼力矩,从而充分将与齿条力无关的冗余力矩从电机总力矩中去除,能够进一步提高动态齿条力计算的准确度。
[0013] 在一种可选地实施方式中,方法还包括:对当前动态齿条力进行相位调节。
[0014] 在一种可选地实施方式中,对当前动态齿条力进行相位调节,包括:获取上一个计算周期的第一动态齿条力和上二个计算周期的第二动态齿条力;通过预设的相位调整系数分别与第一动态齿条力、第二动态齿条力和当前动态齿条力进行相乘,并对得到的乘积融合,输出当前计算周期相位调整后的优化动态齿条力。
[0015] 根据上述技术手段,考虑到每个周期所计算的动态齿条力因为计算时间的问题与真实齿条力之间具有一定时间偏差,从而动态齿条力的曲线相位会有一定误差,本实施例还对当前动态齿条力进行相位调节,将其相位前移保证输出力矩的实时性。另外,在一个具体实施例中,利用当前周期和前两个周期的动态齿条力进行相位调节,充分考虑动态齿条力的历史变化规律,显著提高了后续计算反馈力矩的准确度。
[0016] 在一种可选地实施方式中,根据总齿条力计算反馈力矩,包括:通过总齿条力和车速确定期望手力矩;获取驾驶员的实际手力矩;计算期望手力矩和实际手力矩的偏差力矩;通过PID算法对偏差力矩进行调节,得到反馈力矩。
[0017] 根据上述技术手段,通过前述总齿条力和车速查表确定期望手力矩,然后利用驾驶员的实际手力矩和期望手力矩的偏差确定反馈力矩,该反馈力矩并不直接反馈到方向盘上,而是通过PID对反馈力矩进行稳定性调节,再将调节后的反馈力矩反馈到方向盘上,能够进一步提高路感反馈的准确度。
[0018] 在一种可选地实施方式中,方法还包括:根据方向盘的转向位置到方向盘末端的距离对反馈力矩进行限制;当检测到方向盘发生抖动时对反馈力矩进行限制;限制反馈力矩的斜率随车速增加而递减。
[0019] 根据上述技术手段,本申请还对反馈力矩在车速较高、方向盘抖动、方向盘旋转到末端时进行限制,令反馈力矩不能较大,从而显著提高用户在极端情况下对车辆控制的稳定度,优先考虑安全问题,提高了驾驶员驾驶车辆的安全性。
[0020] 第二方面,本发明实施例提供了一种线控转向系统的路感反馈装置,装置包括:动态齿条力计算模,用于计算下转向系统的动态齿条力;舒适齿条力计算模块,用于通过车辆动力学模型计算舒适齿条力并对舒适齿条力进行毛刺滤波,得到实际车辆姿态齿条力;齿条力融合模块,用于将动态齿条力和实际车辆姿态齿条力进行加权融合,得到总齿条力;
反馈力矩计算模块,用于根据总齿条力计算反馈力矩。
[0021] 第三方面,本发明提供了一种车辆,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方法。
[0022] 第四方面,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方法。
[0023] 本发明提供的技术方案,具有如下优点:
[0024] (1)本发明实施例分别计算考虑了路面情况的动态齿条力和理想状态下的舒适齿条力,然后对舒适齿条力进行毛刺滤波,得到实际车辆姿态齿条力,提高其信号准确度之后再将动态齿条力和实际车辆姿态齿条力进行加权融合,从而得到准确度更高的总齿条力,最后通过总齿条力计算反馈力矩,将反馈力矩反馈到方向盘上,进一步提高了用户对路感反馈感受的准确度。
[0025] (2)理想的齿条力可视为车辆横向受力,从而通过车辆动力学模型计算出原始侧向力后,通过频率方法能够对原始侧向力信号进行分解,该信号由低频信号和高频信号组成,信号中的毛刺可以视为高频扰动,从而通过低通滤波器对其进行过滤,能够显著提高舒适齿条力的准确度。
[0026] (3)本发明实施例通过当前软件周期计算出的原始侧向力和上一周期的原始侧向力确定侧向力变化率,然后利用滤波系数对侧向力变化率进行滤波,侧向力变化率和当前时间周期的乘积得到滤波后的侧向力变化量,同时,通过滤波系数对原始侧向力进行滤波。考虑到滤波系数不仅会对原始侧向力进行平滑,还对信号幅值造成一定影响,将滤波后的侧向力变化量与滤波后的原始侧向力进行叠加求和,在充分考虑滤波平滑效果的前提下还弥补滤波造成的信号缺失,能够进一步提高滤波准确度,提高当前计算周期的实际车辆姿态齿条力的准确度。
[0027] (4)本发明实施例计算动态齿条力时还引入了阻尼力矩,从而充分将与齿条力无关的冗余力矩从电机总力矩中去除,能够进一步提高动态齿条力计算的准确度。
[0028] (5)考虑到每个周期所计算的动态齿条力因为计算时间的问题与真实齿条力之间具有一定时间偏差,从而动态齿条力的曲线相位会有一定误差,本实施例还对当前动态齿条力进行相位调节,将其相位前移保证输出力矩的实时性。另外,在一个具体实施例中,利用当前周期和前两个周期的动态齿条力进行相位调节,充分考虑动态齿条力的历史变化规律,显著提高了后续计算反馈力矩的准确度。
[0029] (6)根据上述技术手段,通过前述总齿条力和车速查表确定期望手力矩,然后利用驾驶员的实际手力矩和期望手力矩的偏差确定反馈力矩,该反馈力矩并不直接反馈到方向盘上,而是通过PID对反馈力矩进行稳定性调节,再将调节后的反馈力矩反馈到方向盘上,能够进一步提高路感反馈的准确度。
[0030] (7)本申请还对反馈力矩在车速较高、方向盘抖动、方向盘旋转到末端时进行限制,令反馈力矩不能较大,从而显著提高用户在极端情况下对车辆控制的稳定度,优先考虑安全问题,提高了驾驶员驾驶车辆的安全性。附图说明
[0031] 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。
[0032] 图1是根据本发明实施例的一种线控转向系统的路感反馈方法的流程示意图;
[0033] 图2是根据本发明实施例对舒适齿条力滤波的流程示意图;
[0034] 图3是根据本发明实施例的权重和车速的关系示意图;
[0035] 图4是根据本发明实施例的计算期望手力矩的流程示意图;
[0036] 图5是根据本发明实施例的期望手力矩和齿条力的关系示意图;
[0037] 图6是根据本发明实施例的通过PID调节反馈力矩的流程示意图;
[0038] 图7是根据本发明实施例的一种线控转向系统的路感反馈装置的结构示意图;
[0039] 图8是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

[0040] 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。
[0041] 根据本发明实施例,提供了一种线控转向系统的路感反馈方法实施例,需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0042] 在本实施例中提供了一种线控转向系统的路感反馈方法,可用于上述的车辆,图1是根据本发明实施例的一种线控转向系统的路感反馈方法的流程图,该流程包括如下步骤:
[0043] 步骤S101,计算下转向系统的动态齿条力。
[0044] 步骤S102,通过车辆动力学模型计算舒适齿条力并对舒适齿条力进行毛刺滤波,得到实际车辆姿态齿条力。
[0045] 具体地,当用户操作方向盘进行转向时,由于线控转向系统的方向盘和车轮没有直接的机械连接,用户通过手的触感无法感受到车轮在地面变向发生的一系列阻力,从而对于地面路况并不清楚,这对于驾驶员的行车安全有着重大影响。为了提高行车安全,通过算法反馈所受到的阻力到方向盘并让用户感受到是至关重要的工作。对于反馈力矩的计算,本发明实施例基于车辆转向时齿条在横向方向上所受到的齿条力进行计算,从而得到能够较为准确反馈路面情况的反馈力矩,增强用户对路面情况的手感。
[0046] 在本实施例中,计算的齿条力主要包括两部分,一部分是下转向系统的动态齿条力,通过下转向系统的实际电机惯性系数、电机转子加速度和各项阻力力矩进行综合计算得到,动态齿条力能够反应车辆的被转向轴上真实的受力情况,从而对驾驶者产生各个时刻车道实际性质的动态反馈,例如道路上的颠簸情况。
[0047] 另一部分是车辆上转向系统的齿条力。根据车辆的上转向系统输入的转向信号,在理想情况下获知响应于该信号车辆的车轮转角应当是多少,结合车速、车辆侧向加速度等车辆运动参数创建整车二自由度模型,即车辆模型,根据该模型表现的车辆运动学方程,能够在不考虑路面颠簸情况的理想条件下,计算出齿条上因为车辆运动产生的横向力,从而反映当前实际车辆姿态的齿条力,这部分车辆上转向系统的齿条力则被称为舒适齿条力。
[0048] 在本发明实施例中,考虑到车辆模型仿真计算舒适齿条力时会因为传感器自身设备缺点等原因导致参与计算的数据具有较大噪声,从而使舒适齿条力的计算产生严重的毛刺,会对后续步骤计算反馈力矩带来较大影响,特别地,本实施例还通过滤波算法对实时计算的舒适齿条力进行毛刺滤波,从而使输出的舒适齿条力曲线信号平滑且准确,得到更能表现理想车辆运行状态的实际车辆姿态齿条力。
[0049] 步骤S103,将动态齿条力和实际车辆姿态齿条力进行加权融合,得到总齿条力。
[0050] 步骤S104,根据总齿条力计算反馈力矩。
[0051] 具体地,本实施例针对上述计算的动态齿条力和实际车辆姿态齿条力进行加权融合,以在合适的车速运行状态下,即包含颠簸路况的力的反馈,也包含稳定的力的反馈,避免颠簸的力过大影响用户对方向盘的操控。最后,基于加权融合的总齿条力结合实时车速进行查表和计算,得到反馈力矩,利用上转向系统的路感电机输出该反馈力矩到方向盘,实现用户对路感的准确感受。
[0052] 通过本实施例提供的技术方案,分别计算了考虑路面情况的动态齿条力和理想状态下的舒适齿条力,特别对舒适齿条力进行毛刺滤波,得到误差更小的实际车辆姿态齿条力,提高其信号准确度之后再将动态齿条力和实际车辆姿态齿条力进行加权融合,从而得到准确度更高的总齿条力,最后通过总齿条力计算反馈力矩,将反馈力矩反馈到方向盘上,进一步提高了用户对路感反馈感受的准确度。
[0053] 在一些可选地实施方式中,上述步骤S101包括:
[0054] 步骤a1,获取当前计算周期的电机惯性系数和电机转子加速度,并通过电机惯性系数和电机转子加速度的乘积确定电机总力矩;
[0055] 步骤a2,获取当前计算周期的下转向系统阻尼系数和下转向系统齿条移动速度,并通过下转向系统阻尼系数和下转向系统齿条移动速度的乘积确定阻尼力矩;
[0056] 步骤a3,通过电机总力矩、阻尼力矩、下转向系统的电机输出力矩、下转向系统的摩擦力矩计算齿条力矩;
[0057] 步骤a4,通过预设转换系数将齿条力矩转换为当前计算周期的当前动态齿条力。
[0058] 具体地,由于在实际应用场景方向盘的反馈力矩是实时计算且更新的,需要按照软件的计算周期循环迭代计算动态齿条力,并用最新计算的动态齿条力来计算新的反馈力矩从而更新方向盘上的反馈结果。基于此,以当前计算周期为例,本发明实施例获取当前计算周期的电机惯性系数、电机转子加速度、下转向系统阻尼系数和下转向系统齿条移动速度来计算当前计算周期的当前动态齿条力,上述步骤a1~步骤a4的计算过程可通过下式表示。
[0059] FD=i*(Kω‑(Mmot+Mfric)‑Bv)
[0060] FD为当前计算周期的当前动态齿条力;
[0061] i为预设转换系数,(Jω‑(Mmot+Mfric)‑Bv)表示齿条力矩;
[0062] J为下转向系统的电机惯性系数,ω为下转向系统当前计算周期的电机转子加速度,Jω表示电机总力矩;
[0063] Mmot为下转向系统的电机输出力矩;
[0064] Mfric下转向系统的摩擦力矩;
[0065] B表示下转向系统阻尼系数,v表示下转向系统齿条移动速度,Bv表示阻尼力矩。
[0066] 根据转向系统齿条受力平衡,本发明实施例计算动态齿条力时特别引入了阻尼力矩,从而充分将与齿条力无关的冗余力矩从电机总力矩中去除,能够进一步提高动态齿条力计算的准确度。
[0067] 在一些可选地实施方式中,本发明实施例提供的线控转向系统的路感反馈方法,还包括:
[0068] 步骤b1,对当前动态齿条力进行相位调节。
[0069] 具体地,考虑到每个周期所计算的动态齿条力因为计算时间的问题与真实齿条力之间具有一定时间偏差,从而动态齿条力的曲线相位会有一定误差,本实施例还对当前动态齿条力进行相位调节,将其相位前移,能够保证输出力矩的实时性。例如,在一个具体实施例中,可以根据专家经验确定相位前移参数,从而利用预设调整参数调整动态齿条力曲线的相位,确保输出力矩的实时性。
[0070] 在一些可选地实施方式中,上述步骤b1包括:
[0071] 步骤b11,获取上一个计算周期的第一动态齿条力和上二个计算周期的第二动态齿条力;
[0072] 步骤b12,通过预设的相位调整系数分别与第一动态齿条力、第二动态齿条力和当前动态齿条力进行相乘,并对得到的乘积融合,输出当前计算周期相位调整后的优化动态齿条力。
[0073] 具体地,上述步骤b11和b12的计算过程可如下式所示。
[0074] F′D=f1*FD+f2*FD_Last+f2*FD_Last2
[0075] F′D表示当前计算周期相位调整后的优化动态齿条力;
[0076] f1,f2,f3分别为预设的相位调整系数;FD_Last表示上第一个计算周期的第一动态齿条力;FD_Last2表示上第二个计算周期的第二动态齿条力;
[0077] 本发明实施例提供了一种新的相位调整方法对动态齿条力的相位进行调整,对于每个周期的动态齿条力利用当前周期和前两个周期的动态齿条力进行相位调节,引入前向周期的相位参数来纠正当前周期的相位参数,从而充分考虑动态齿条力的历史变化规律,从而优化后的优化动态齿条力能够进行相位前移,相比经验参数调节法能够相位调整的准确度,进而显著提高了后续计算反馈力矩的准确度。
[0078] 在一些可选地实施方式中,上述步骤S102包括:
[0079] 步骤c1,获取当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度。
[0080] 步骤c2,将当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度输入车辆动力学模型,仿真得到当前计算周期的原始侧向力。
[0081] 步骤c3,通过预设低通滤波器对当前计算周期的原始侧向力进行低通滤波,得到当前计算周期的实际车辆姿态齿条力。
[0082] 具体地,通过创建车辆三维模型和车辆运动方程组成车辆动力学模型,然后结合车辆的运行学方程将表示车辆横向运动相关的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度等参数输入车辆动力学模型,即可通过仿真的方法确定出当前计算周期的原始侧向力,仿真过程可以通过专业的动力学仿真软件实现,例如Cruise、DYNA4等,仅以此举例,不以此为限。
[0083] 原始侧向力可以用来表示齿条在横向方向上的齿条力,但是本发明实施例并不将原始侧向力直接作为上转向系统的齿条力,考虑到车辆模型仿真计算舒适齿条力时会因为传感器自身设备缺点等原因导致参与计算的数据具有较大噪声,从而使舒适齿条力的计算产生严重的毛刺,本发明实施例通过频率分析方法对原始侧向力信号进行分解,一般条件下,信号均由低频信号和高频信号组成,信号中的毛刺可以视为高频扰动,从而通过低通滤波器对其进行过滤,显著提高了舒适齿条力的准确度。
[0084] 在一些可选地实施方式中,上述步骤S102包括:
[0085] 步骤d1,获取当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度;
[0086] 步骤d2,将当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度输入车辆动力学模型,仿真得到当前计算周期的原始侧向力;
[0087] 步骤d3,利用上个计算周期的车辆侧向力和当前计算周期的原始侧向力的差值确定当前计算周期的侧向力变化率;
[0088] 步骤d4,通过预设滤波系数、当前计算周期的时间长度和当前计算周期的侧向力变化率的乘积,确定当前计算周期滤波后的侧向力变化量;
[0089] 步骤d5,通过预设滤波系数对当前计算周期的原始侧向力进行滤波,得到当前计算周期滤波后的原始侧向力;
[0090] 步骤d6,将当前计算周期滤波后的侧向力变化量与当前计算周期滤波后的原始侧向力求和,得到当前计算周期的实际车辆姿态齿条力。
[0091] 如图2所示,本发明实施例提供了一种新的滤波方法对车辆动力学模型仿真计算得到的原始侧向力进行滤波。在本实施例中,首先利用当前计算周期的原始侧向力减去上个计算周期的车辆侧向力,然后将得到的差值乘以单位转换系数,从而将侧向力变化量转换为单位时间内的侧向力变化率。之后,本实施例的滤波分为两步,第一步是通过预设的低通滤波系数与侧向力变化率相乘,对侧向力变化率进行滤波,然后将滤波后的侧向力变化率和当前计算周期的时间长度相乘,得到当前计算周期滤波后的侧向力变化量。第二步是直接利用预设滤波系数和当前计算周期的原始侧向力相乘,对原始侧向力进行低通滤波,从而得到当前计算周期滤波后的原始侧向力。最后,将当前计算周期滤波后的侧向力变化量和当前计算周期滤波后的原始侧向力相加,得到当前计算周期的实际车辆姿态齿条力。通过本发明实施例提供的滤波方法,考虑到滤波系数不仅会对原始侧向力进行平滑,还对信号幅值造成一定影响,将滤波后的侧向力变化量与滤波后的原始侧向力进行叠加求和,在结合了滤波平滑效果的前提下还弥补滤波造成的信号缺失,能够进一步提高滤波准确度,提高当前计算周期的实际车辆姿态齿条力的准确度。
[0092] 在一些可选地实施方式中,上述步骤S103包括:
[0093] 步骤e1,根据当前车速确定动态齿条力和实际车辆姿态齿条力分别对应的权重,并根据确定后的权重对动态齿条力和实际车辆姿态齿条力进行加权融合,得到总齿条力。其中,动态齿条力和实际车辆姿态齿条力对应的权重和为1,且动态齿条力对应的权重和车速呈负相关。
[0094] 具体地,根据前述步骤计算的两种齿条力,可通过下式计算总齿条力。
[0095] FM=FD*k+FC*(1‑k)
[0096] 式中,FD表示动态齿条力,FC表示实际车辆姿态齿条力,k表示动态齿条力对应的权重,1‑k表示实际车辆姿态齿条力对应的权重。在本发明实施例中,定义动态齿条力的权重为一组随车速的曲线,例如图3所示,动态齿条力的权重的变化趋势符合当车速越大时,k应该越小,图3中横轴表示车速,纵轴表示k,图3仅用于举例,具体曲线趋势可以根据驾驶员意图进行调整,标定的曲线乘以驾驶员自定义系数得到最终的加权系数,以便反馈力矩可以根据驾驶员喜好进行自定义调整。
[0097] 通过本发明实施例提供的方案,如果车速越大,总齿条力中的动态齿条力占比越小,实际车辆姿态齿条力占比越大,从而计算出的反馈力矩表现在方向盘时,用户驾驶车辆行驶过颠簸路面时方向盘的抖动就越小,同时因为动态齿条力的存在,用户在方向盘稳定的前提下依然能够感受到路况,同时兼顾了路感反馈和驾驶安全两个优势。如果车速越小,总齿条力中的动态齿条力占比越大,实际车辆姿态齿条力占比越小,从而用户驾驶车辆在慢车速场景中,计算出的反馈力矩表现在方向盘上的抖动几乎可以忽略不计,并且能够更加清晰的感受路面的颠簸状况,显著提高了用户感受路况的准确性。
[0098] 在一些可选地实施方式中,上述步骤S104包括:
[0099] 步骤f1,通过总齿条力和车速确定期望手力矩;
[0100] 步骤f2,获取驾驶员的实际手力矩;
[0101] 步骤f3,计算期望手力矩和实际手力矩的偏差力矩;
[0102] 步骤f4,通过PID算法对偏差力矩进行调节,得到反馈力矩。
[0103] 具体地,通过前述实施计算的总齿条力,即可利用总齿条力和当前车速通过查表的方式得到期望手力矩,期望手力矩用于表示车轮为了达到当前转向状态,用户能够使用的最理想化、最小的手力矩。
[0104] 由于高车速状态下希望路感反馈较弱,需要优先保证驾驶安全性,在低车速状态下希望路感反馈较强,需要优先确保路感反馈准确度,从而不同在不同车速条件下对应了不同的齿条力和期望手力矩之间的变化关系。
[0105] 另外,在一个具体实施例中,在计算期望的手力矩前,如图4所示,本发明实施例还在齿条力中减去其他基础力矩造成的力,包括回正力矩、阻尼力矩、摩擦补偿力矩、惯量补偿力矩产生的力,因为这些力矩需要将电机力矩转换成齿条力,而这些力与路面路况导致的阻力并无直接联系,从而会对真实路况的感受造成干扰。通过在总齿条力中去除部分冗余力修正总齿条力,来进一步提高期望手力的准确性。图4中的传动比系数为电机端到齿条端的传动比系数,用于力矩和力之间的转化。之后,根据当前车速,从预设的力矩查表函数中提取当前车速条件下的齿条力和期望手力矩之间的变化曲线,如图5所示,然后从曲线中根据修正后的总齿条力的提取对应的期望手力矩。同理,考虑到计算过程有一定延时性,为了保证计算参数的实时性,还通过相位调整系数根据实车实时调校,保证输出的期望手力矩的实时性。
[0106] 之后,通过传感器获取驾驶员的实际手力矩,驾驶员的实际手力矩和期望手力矩之间的偏差力矩即可表示驾驶员用力过大还是过小,车辆的上转向系统响应于该部分偏差力矩输出对应的反馈力矩到方向盘,能够令用户感受到准确的路感反馈信号。
[0107] 特别地,在本发明实施例中,为了进一步提高反馈力矩的准确性,从而进一步降低其扰动和变化,本发明实施例还PID算法对偏差力矩进行稳定性调节,得到更为稳定可靠的反馈力矩,调整公式如下。
[0108] Mfeed=l*(MAct‑MDes)+m*(∫(MAct–MDes)dt)+n*(MAct‑MAct‑befor)[0109] 式中,Mfeed表示反馈力矩,MAct表示当前计算周期的实际手力矩,MDes表示期望手力矩,l是随车速的比例系数,m是随车速的积分系数,n是微分环节的前馈系数,MAct‑befor表示上一个计算周期的实际手力矩。
[0110] PID调整过程如图6所示,在本发明实施例中,对于比例环节,还额外添加了低通滤波,以进一步保证信号的平顺性。另外,针对在PID输出的结果,本发明实施例也对计算的反馈电机力矩进行相位调整,保证了输出力矩的实时性。
[0111] 在一些可选地实施方式中,本发明实施例提供的一种线控转向系统的路感反馈方法,还包括:
[0112] 步骤g1,根据方向盘的转向位置到方向盘末端的距离对反馈力矩进行限制;
[0113] 步骤g2,当检测到方向盘发生抖动时对反馈力矩进行限制;
[0114] 步骤g3,限制反馈力矩的斜率随车速增加而递减。
[0115] 具体地,本发明实施例还提供了三种限制方式对输出的反馈力矩的值进行限制,从而提高驾驶员驾驶车辆的安全性。首先,当方向盘的转向位置与方向盘末端的距离越来越小时,方向盘的末端保护功能会输出大力矩,从而为了避免反馈力矩和末端保护功能输出的大力矩叠加后过大,从而在方向盘的转向位置到方向盘末端的距离越来越小时,本实施例限制反馈力矩也越来越小,从而避免驾驶员感觉方向盘操纵性太差,令驾驶员的驾驶动作更为省力。
[0116] 第二,车辆在运行过程中实时检测方向盘的抖动,并设定预设频率阈值来衡量方向盘抖动的激烈程度,从而当检测到方向盘发生抖动时,本发明实施例对反馈力矩进行限制,令反馈力矩减小。在一些具体实施例中,随着检测到的抖动次数的增加,令反馈力矩的限值越小,避免激化方向盘抖动更剧烈,优先保证驾驶员控制方向盘的稳定性,提高驾驶员在驾驶过程中的安全性。
[0117] 第三,考虑到车速较大的时候手上变化率太快,会导致方向盘操控性差,稳定性低,严重影响驾驶员安全性,本发明实施例还对输出的反馈力矩的曲线的斜率进行限制,该限值为一条随速的曲线,反馈力矩的斜率随车速增加而递减,所以在车速越大时反馈力矩越小,减少路感反馈,进一步提高驾驶员在驾驶过程中的安全性。
[0118] 在本实施例中还提供了一种线控转向系统的路感反馈装置,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。
[0119] 本实施例提供一种线控转向系统的路感反馈装置,如图7所示,包括:
[0120] 动态齿条力计算模块701,用于计算下转向系统的动态齿条力;
[0121] 舒适齿条力计算模块702,用于通过车辆动力学模型计算舒适齿条力并对舒适齿条力进行毛刺滤波,得到实际车辆姿态齿条力;
[0122] 齿条力融合模块703,用于将动态齿条力和实际车辆姿态齿条力进行加权融合,得到总齿条力;
[0123] 反馈力矩计算模块704,用于根据总齿条力计算反馈力矩。
[0124] 在一些可选的实施方式中,动态齿条力计算模块701包括:
[0125] 电机总力矩单元,用于获取当前计算周期的电机惯性系数和电机转子加速度,并通过电机惯性系数和电机转子加速度的乘积确定电机总力矩;
[0126] 阻尼力矩单元,用于获取当前计算周期的下转向系统阻尼系数和下转向系统齿条移动速度,并通过下转向系统阻尼系数和下转向系统齿条移动速度的乘积确定阻尼力矩;
[0127] 齿条力矩单元,用于通过电机总力矩、阻尼力矩、下转向系统的电机输出力矩、下转向系统的摩擦力矩计算齿条力矩;
[0128] 齿条力计算单元,用于通过预设转换系数将齿条力矩转换为当前计算周期的当前动态齿条力。
[0129] 在一些可选的实施方式中,本实施例提供一种线控转向系统的路感反馈装置,还包括:
[0130] 动态齿条力相位调节模块,用于对当前动态齿条力进行相位调节。
[0131] 在一些可选的实施方式中,动态齿条力相位调节模块包括:
[0132] 历史动态齿条力获取单元,用于获取上一个计算周期的第一动态齿条力和上二个计算周期的第二动态齿条力;
[0133] 相位调节单元,用于通过预设的相位调整系数分别与第一动态齿条力、第二动态齿条力和当前动态齿条力进行相乘,并对得到的乘积融合,输出当前计算周期相位调整后的优化动态齿条力。
[0134] 在一些可选的实施方式中,舒适齿条力计算模块702包括:
[0135] 车辆运动参数获取单元,用于获取当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度;
[0136] 原始侧向力计算单元,用于将当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度输入车辆动力学模型,仿真得到当前计算周期的原始侧向力;
[0137] 毛刺滤波单元,用于通过预设低通滤波器对当前计算周期的原始侧向力进行低通滤波,得到当前计算周期的实际车辆姿态齿条力。
[0138] 在另一些可选的实施方式中,舒适齿条力计算模块702包括:
[0139] 车辆运动参数获取单元,用于获取当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度;
[0140] 原始侧向力计算单元,用于将当前计算周期的车速、车轮前轮转角和车辆侧向加速度输入车辆动力学模型,仿真得到当前计算周期的原始侧向力;
[0141] 变化率计算单元,用于利用上个计算周期的车辆侧向力和当前计算周期的原始侧向力的差值确定当前计算周期的侧向力变化率;
[0142] 变化量计算单元,用于通过预设滤波系数、当前计算周期的时间长度和当前计算周期的侧向力变化率的乘积,确定当前计算周期滤波后的侧向力变化量;
[0143] 原始信号滤波单元,用于通过预设滤波系数对当前计算周期的原始侧向力进行滤波,得到当前计算周期滤波后的原始侧向力;
[0144] 合成单元,用于将当前计算周期滤波后的侧向力变化量与当前计算周期滤波后的原始侧向力求和,得到当前计算周期的实际车辆姿态齿条力。
[0145] 在一些可选地实施方式中,反馈力矩计算模块704包括:
[0146] 期望手力矩查询单元,用于通过总齿条力和车速确定期望手力矩;
[0147] 实际手力矩检测单元,用于获取驾驶员的实际手力矩;
[0148] 偏差计算单元,用于计算期望手力矩和实际手力矩的偏差力矩;
[0149] 稳定调整单元,用于通过PID算法对偏差力矩进行调节,得到反馈力矩。
[0150] 在一些可选地实施方式中,本发明实施例提供的一种线控转向系统的路感反馈装置,还包括:
[0151] 末端力矩限制模块,用于根据方向盘的转向位置到方向盘末端的距离对反馈力矩进行限制;
[0152] 抖动力矩限制模块,用于当检测到方向盘发生抖动时对反馈力矩进行限制;
[0153] 车速力矩限制模块,用于限制反馈力矩的斜率随车速增加而递减。
[0154] 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。
[0155] 本实施例中的线控转向系统的路感反馈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。
[0156] 本发明实施例还提供一种计算机设备,具有上述图7所示的线控转向系统的路感反馈装置。
[0157] 请参阅图8,图8是本发明可选实施例提供的一种车辆的结构示意图,如图8所示,该车辆包括: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。处理器可以对在车辆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。同样,可以连接多个车辆,各个设备提供部分必要的操作(例如,作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图8中以一个处理器10为例。
[0158] 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,现场可编程逻辑阵列,通用阵列逻辑或其任意组合。
[0159] 其中,存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令,以使至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。
[0160] 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车辆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车辆。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。
[0161] 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。
[0162] 该车辆还包括通信接口30,用于该车辆与其他设备或通信网络通信。
[0163] 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。
[0164] 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。