CN110341787A - 一种基于eps的汽车驾驶模式的切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能汽车无人转向技术领域，公开一种基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法。所述基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法包括测定第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t'。判断是否满足|T_t‑T_t'|＞ΔT，若否，则继续保持自动驾驶模式，若是，则进入切换过渡阶段。进入切换过渡阶段后，首先计算第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'。然后判断是否满足|T_h'‑T_h|＜ΔT_h，若是，则进入手动驾驶模式；若否，则根据第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'调整助力电机的输出转矩T_a，并继续保持切换过渡阶段。本发明在切换过渡阶段中，通过判断第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'的差值是否小于预设手力矩差ΔT_h，来决定是否进入手动驾驶模式，防止方向盘出现打手、卡顿等现象，使驾驶员在模式切换过程中保持良好的驾驶手感。

Description

一种基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法

技术领域

本发明涉及智能汽车无人转向技术领域，尤其涉及一种基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法。

背景技术

智能汽车是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等多领域高新技术于一体的复杂系统。智能汽车的驾驶模式分为自动驾驶模式和手动驾驶模式两种。为了更好地适应两种驾驶模式之间的切换，对智能汽车的电动助力转向系统(Electric Power Steeringsystem，EPS)提出了明确的要求：必须兼容自动转向和人工转向双重操控模式。

现有的智能汽车在基于EPS进行驾驶模式切换时，可能出现方向盘打手、卡顿等现象，使驾驶员不能保持良好的驾驶手感。

因此，亟需提供一种基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，以解决上述问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，以解决因驾驶模式切换出现的方向盘打手、卡顿等现象而影响驾驶员的驾驶手感的问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，包括以下步骤：

测定第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t',所述第一扭矩值T_t为自动驾驶模式下扭矩传感器的扭矩值，所述第二扭矩值T_t'为人为干预后所述扭矩传感器的扭矩值；

判断第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t'的差值是否大于预设扭矩差ΔT，若是，则进入切换过渡阶段，并执行下一步，若否，则继续保持自动驾驶模式；

计算第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'，所述第一手力矩T_h为人为输入的手力矩值，所述第二手力矩T_h'为手动驾驶模式下为保持与切换过渡阶段方向盘相同的运动状态而需要输入的手力矩值；

判断第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'的差值是否小于预设手力矩差ΔT_h，若是，则进入手动驾驶模式，若否，则根据第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'调整助力电机的输出转矩T_a，并继续保持切换过渡阶段。

进一步地，调整所述助力电机的输出转矩T_a的步骤为，以第二手力矩T_h'为目标扭矩值，第一手力矩T_h为反馈值，计算所述助力电机的目标电流值，进而调整所述助力电机的输出转矩T_a。

进一步地，人为干预后，若继续保持自动驾驶模式，则通过增加手力矩值来加强人为干预，并重新测定第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t'。

进一步地，根据自动驾驶状态下方向盘的第一转角θ₁和人为干预后方向盘的第二转角θ₁'来计算所述第一手力矩T_h。

进一步地，计算所述第二手力矩T_h'的步骤为：

建立手动驾驶模式下，方向盘的第三转角θ₁”与第三手力矩T_h”对应关系的手力矩数据库；

从所述手力矩数据库中，获得当θ₁”＝θ₁'时与之对应的第三手力矩T_h”，获得的所述第三手力矩T_h”为第二手力矩T_h'。

进一步地，根据自动驾驶模式下方向盘的运动状态得到第一扭矩值T_t。

进一步地，所述方向盘的运动状态为以第一角速度ω₁或第一角加速度α₁转动。

进一步地，对所述方向盘的第一角速度ω₁和第一角加速度α₁均设定多个预设值，每个预设值下，重复n次，得到n个不同的扭矩传感器的扭矩值，所述第一扭矩值T_t为n个不同的扭矩传感器的扭矩值的平均值。

进一步地，在人为干预后，所述第二扭矩值T_t'直接从所述扭矩传感器中得出。

进一步地，自动驾驶模式下，输入方向盘的目标值，通过控制算法，控制助力电机产生所需的输出转矩T_a，助力电机产生的输出转矩T_a经减速机构6放大，产生克服方向盘1和转向负载8的力矩。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，包括测定第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t'、判断第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t'的差值是否大于预设扭矩差ΔT，第一扭矩值T_t为自动驾驶模式下扭矩传感器的扭矩值，第二扭矩值T_t'为人为干预后所述扭矩传感器的扭矩值。若第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t'的差值不大于预设扭矩差ΔT，则继续保持自动驾驶模式，若第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t'的差值大于预设扭矩差ΔT，则进入切换过渡阶段。进入切换过渡阶段后，首先计算第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'，然后判断第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'的差值是否小于预设手力矩差ΔT_h。第一手力矩T_h为切换过渡阶段人为输入的手力矩值，第二手力矩T_h'为手动驾驶模式下为保持与切换过渡阶段相同的运动状态而需要输入的手力矩值。若第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'的差值小于预设手力矩差ΔT_h，则进入手动驾驶模式；若第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'的差值不小于预设手力矩差ΔT_h，则根据第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'调整助力电机的输出转矩T_a，并继续保持切换过渡阶段。在切换过渡阶段中，通过判断第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'的差值是否小于预设手力矩差ΔT_h，来决定是否进入手动驾驶模式，实现了自动驾驶模式向手动驾驶模式准确、快速、平稳地切换，防止方向盘出现打手、卡顿等现象，使驾驶员在模式切换过程中保持良好的驾驶手感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单介绍，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。其中：

图1是本发明具体实施方式提供的EPS的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法的流程图；

图3是本发明具体实施方式提供的手动驾驶模式下，方向盘的第三转角θ₁”与第三手力矩T_h”对应关系的曲线图。

图中：

1-方向盘；2-转向输入轴；3-扭矩传感器；4-电子控制单元；5-助力电机；6-减速机构；7-转向输出轴；8-转向负载。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

如图1-图3所示，本实施方式提供一种基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，该基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法仅适用于智能汽车由自动驾驶模式向手动驾驶模式的切换，即智能汽车处于自动驾驶模式下，驾驶员的人为干预作为是否进入手动驾驶模式的判断依据。该切换方法将EPS与自动驾驶结合，实现了准确、快速、平稳地切换的同时，还能使驾驶员在模式切换过程中保持良好的驾驶手感。相较于加入多个传感器来判断驾驶员行为的模式切换方法，不仅能节约硬件开发成本，还能缩短开发周期和时间。

由于EPS为本实施方式中进行模式切换的关键部件，且为了便于对该基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法进行说明，首先介绍EPS的具体结构。

如图1所示，该EPS包括方向盘1、转向柱、扭矩传感器3、电子控制单元4、助力电机5、减速机构6和转向负载8，转向柱包括转向输入轴2和转向输出轴7。

自动驾驶模式下，输入方向盘1的目标值，电子控制单元4通过控制算法，控制助力电机5产生所需的输出转矩T_a，助力电机5产生的输出转矩T_a经减速机构6放大，产生克服方向盘1和转向负载8的力矩，即自动驾驶模式下，助力电机5作为方向盘1和转向负载8转动的动力源。自动驾驶模式下扭矩传感器(3)的扭矩值为第一扭矩值T_t，方向盘1的转角为第一转角θ₁。具体地，通过CAN总线输入方向盘1的目标值。

自动驾驶模式下，方向盘1的运动状态分为两种，以第一角速度ω₁或第一角加速度α₁转动。第一角速度ω₁为第一转角θ₁对时间的一阶导数，即第一角加速度α₁为第一转角θ₁对时间的二阶导数，即上述的方向盘1的目标值的输入可以为第一角速度ω₁，也可以为第一角加速度α₁。

当输入方向盘1的目标值后，为了避免偶然因素的影响，对方向盘的第一角速度ω₁和第一角加速度α₁均设定多个预设值，每个预设值下，重复n次，得到n个不同的扭矩传感器的扭矩值，取其平均值，并制作成下表：

需要注意的是，上表中的预设值为示意性的，并非每种运动状态下仅对应三个预设值，本实施方式对每种运动状态下的预设值的数量不作限定，具体地数量可根据实际情况进行设定。如果方向盘1的运动状态确定后，即以某一第一角速度ω₁或某一第一角加速度α₁转动后，可通过上述表格查取与之对应的扭矩传感器3的第一扭矩值T_t。

为了更直观地理解本实施方式提供的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，对处于自动驾驶模式下的EPS建立动力学模型，具体如下：

方向盘1：J_s·α₁+B_s·ω₁+T_t＝T_M1 (1)

T_t＝k_t·(θ₁-θ₂) (2)

转向输出轴7：

助力电机5：

T_M＝G·T_a＝G·k_m·(θ_m-θ₂) (5)

T_M1+T_M2＝T_M (6)

式中：

J_s为方向盘1的转动惯量；B_s为方向盘1的阻尼系数；T_M1为助力电机5提供给方向盘1的转矩；k_t为转向柱的刚度系数；θ₂为转向输出轴7的转角；J_e为转向输出轴7的转动惯量；B_e为转向输出轴7的阻尼系数；T_L为转向负载8的力矩；T_M2为助力电机5提供给转向负载8的转矩；J_m为助力电机5的转动惯量；θ_m为助力电机5的转角；B_m为助力电机5的阻尼系数；T_a为助力电机5的输出转矩；T_m为助力电机5的电磁转矩；T_M为助力电机5的输出总扭矩；G为减速机构6的传动比；k_m为助力电机5和减速机构6的刚度系数。

当驾驶员进行人为干预后，即驾驶员给EPS额外输入一个第一手力矩T_h，以期望向手动驾驶模式切换。第一手力矩T_h的输入，会使得方向盘1的转角发生变化，将人为干预后方向盘(1)的转角定义为第二转角θ₁'。为了便于分析和计算，可以认为在此过程中，助力电机5提供给方向盘1的转矩T_M1以及转向输出轴7的转角θ₂近似不变，此时的动力学模型，具体如下：

方向盘1：

T_t'＝k_t·(θ₁'-θ₂) (8)

根据式(7)知，第一手力矩T_h的输入，会使得第二转角θ₁'发生变化，进而使得扭矩传感器3的第二扭矩值T_t'也发生变化，第二扭矩值T_t'直接从扭矩传感器3中得出。

如图2所示，本实施方式提供的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法包括如下步骤：

测定第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t',第一扭矩值T_t根据自动驾驶模式下方向盘1的运动状态，通过上述表格查取与方向盘1的运动状态对应的扭矩传感器3的第一扭矩值T_t,第二扭矩值T_t'直接从扭矩传感器3中得出。

判断第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t'的差值是否大于预设扭矩差ΔT，即判断是否满足|T_t-T_t'|＞ΔT，若是，则进入切换过渡阶段，并执行下一步，若否，则继续保持自动驾驶模式。本实施方式中，切换过渡阶段是指由自动驾驶模式向手动驾驶模式切换的过渡阶段。

当方向盘1的运动状态确定后，第一扭矩值T_t的值也就唯一确定，第二扭矩值T_t'是由于驾驶员给EPS额外输入一个手力矩值而发生变化。因此，若不能满足|T_t-T_t'|＞ΔT，需要继续保持自动驾驶模式，只能增加驾驶员给EPS额外输入的手力矩值，然后，重新测定第二扭矩值T_t'，并重新判断是否满足|T_t-T_t'|＞ΔT。

当进入切换过渡阶段后，首先计算第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'，，然后判断第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'的差值是否小于预设手力矩差ΔT_h，即判断是否满足|T_h'-T_h|＜ΔT_h，若是，则进入手动驾驶模式，若否，则根据第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'调整助力电机的输出转矩T_a，并继续保持切换过渡阶段。在切换过渡阶段中，通过判断第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'的差值是否小于预设手力矩差ΔT_h，来决定是否进入手动驾驶模式，实现了自动驾驶模式向手动驾驶模式准确、快速、平稳地切换，防止方向盘1出现打手、卡顿等现象，使驾驶员在模式切换过程中保持良好的驾驶手感。

其中，第一手力矩T_h为人为输入的手力矩值，即驾驶员给EPS输入的手力矩值。第一手力矩T_h可通过自动驾驶状态下方向盘1的第一转角θ₁和人为干预后的方向盘1的第二转角θ₁'来计算得到，具体分析如下：

由(7)-(1)得：

将(8)和(2)均代入(9)中，得：

由于计算周期是固定的，利用差分代替微分，令 则有：

当智能汽车处于切换过渡阶段时，可根据式(10)或式(11)，计算得到第一手力矩T_h。

第二手力矩T_h'为手动驾驶模式下为保持与切换过渡阶段中方向盘1相同的运动状态而需要输入的手力矩值。手动驾驶模式和切换过渡阶段中方向盘1相同的运动状态，指的是上述两种模式下，方向盘1的转角相同。如图3所示，计算第二手力矩T_h'的步骤为：

建立手动驾驶模式下，方向盘1的第三转角θ₁”与第三手力矩T_h”对应关系的手力矩数据库；

从上述手力矩数据库中，获得当θ₁”＝θ₁'时与之对应的第三手力矩T_h”，获得的第三手力矩T_h”即为第二手力矩T_h'。

为了保证切换过渡阶段，不出现方向盘1打手、卡顿等现象，保证驾驶员有良好的手感，因此需要对助力电机5的输出转矩T_a进行调整，进而保证切换过渡阶段中驾驶员有良好的手感。即当处于该切换过渡阶段时，电子控制单元4不再处理通过CAN总线输入的方向盘1的目标值的信号，而是根据驾驶员人为干预后输入的第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'调整助力电机5的输出转矩T_a。调整助力电机5的输出转矩T_a的具体步骤为，以第二手力矩T_h'为目标扭矩值，第一手力矩T_h为反馈值，计算助力电机5的目标电流值，进而调整助力电机5的输出转矩T_a。助力电机5的输出转矩T_a变化会改变第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'，进而重新判断是否满足|T_h'-T_h|＜ΔT_h。

当智能汽车完全进入手动驾驶模式后，助力电机5辅助方向盘1转动，即助力电机5只起助力作用，以减轻驾驶员在方向盘1上的操作力。

注意，上述仅为本发明的较佳实施方式及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施方式，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施方式对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施方式，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施方式，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

测定第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t',所述第一扭矩值T_t为自动驾驶模式下扭矩传感器(3)的扭矩值，所述第二扭矩值T_t'为人为干预后所述扭矩传感器(3)的扭矩值；

判断第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t'的差值是否大于预设扭矩差ΔT，若是，则进入切换过渡阶段，并执行下一步，若否，则继续保持自动驾驶模式；

计算第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'，所述第一手力矩T_h为人为输入的手力矩值，所述第二手力矩T_h'为手动驾驶模式下为保持与切换过渡阶段方向盘(1)相同的运动状态而需要输入的手力矩值；

判断第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'的差值是否小于预设手力矩差ΔT_h，若是，则进入手动驾驶模式，若否，则根据第一手力矩T_h和第二手力矩T_h'调整助力电机(5)的输出转矩T_a，并继续保持切换过渡阶段。

2.根据权利要求1所述的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，其特征在于，调整所述助力电机(5)的输出转矩T_a的步骤为，以第二手力矩T_h'为目标扭矩值，第一手力矩T_h为反馈值，计算所述助力电机(5)的目标电流值，进而调整所述助力电机(5)的输出转矩T_a。

3.根据权利要求1所述的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，其特征在于，人为干预后，若继续保持自动驾驶模式，则通过增加手力矩值来加强人为干预，并重新测定第一扭矩值T_t和第二扭矩值T_t'。

4.根据权利要求1所述的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，其特征在于，根据自动驾驶状态下方向盘(1)的第一转角θ₁和人为干预后方向盘(1)的第二转角θ₁'来计算所述第一手力矩T_h。

5.根据权利要求1所述的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，其特征在于，计算所述第二手力矩T_h'的步骤为：

建立手动驾驶模式下，方向盘(1)的第三转角θ₁”与第三手力矩T_h”对应关系的手力矩数据库；

从所述手力矩数据库中，获得当θ₁”＝θ₁'时与之对应的第三手力矩T_h”，获得的所述第三手力矩T_h”为第二手力矩T_h'。

6.根据权利要求1所述的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，其特征在于，根据自动驾驶模式下方向盘(1)的运动状态得到第一扭矩值T_t。

7.根据权利要求6所述的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，其特征在于，所述方向盘(1)的运动状态为以第一角速度ω₁或第一角加速度α₁转动。

8.根据权利要求7所述的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，其特征在于，对所述方向盘(1)的第一角速度ω₁和第一角加速度α₁均设定多个预设值，每个预设值下，重复n次，得到n个不同的扭矩传感器(3)的扭矩值，所述第一扭矩值T_t为n个不同的扭矩传感器(3)的扭矩值的平均值。

9.根据权利要求1所述的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，其特征在于，在人为干预后，所述第二扭矩值T_t'直接从所述扭矩传感器(3)中得出。

10.根据权利要求1所述的基于EPS的汽车驾驶模式的切换方法，其特征在于，自动驾驶模式下，输入方向盘(1)的目标值，通过控制算法，控制助力电机(5)产生所需的输出转矩T_a，助力电机(5)产生的输出转矩T_a经减速机构(6)放大，产生克服方向盘(1)和转向负载(8)的力矩。