CN110406592A - 一种人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆自动驾驶技术领域，公开了一种人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统及控制方法，根据不同的驾驶信息或环境信息识别，对驾驶权进行分配，以T_b为驾驶权决定性参数，T_b不为0时，车辆驾驶权隶属于车辆，磁粉制动器制动限制方向盘输入转矩，电磁离合器脱离，电机独立工作，根据车辆转向需求输出对应转矩。本发明在考虑驾驶权分配的基础上，对车辆转向系统的结构进行了设计，在转向管柱上增加电磁离合器和电磁制动器，用于切断驾驶员转向输入，防止由于驾驶员不适合驾驶或误操作导致的车辆自主转向中断或车辆安全性问题；仿真结果表明，对于车辆自主驾驶时，电机能输出车辆转向需要的转矩并自动完成驾驶车辆转向操作。

Description

一种人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统及控制方法

技术领域

本发明属于车辆自动驾驶技术领域，尤其涉及一种人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

自动驾驶技术可以通过获取环境信息，利用自主决策和控制完成无人驾驶；同时其可以协助驾驶员提高行车安全性和驾驶舒适性，针对驾驶员监测系统获取的驾驶员酒驾、醉驾、疲劳驾驶以及危险决策信息，获取车辆驾驶权，降低事故率。车辆主动转向系统是完成路径跟踪的执行系统，其可以根据获取的车辆信息和环境信息，沿着所规划的路径完成轨迹跟踪。转向系统设计的合理性和控制精度直接影响路径跟踪的精度和实时性。

为解决主动转向问题，现有技术1对车辆转向系统的结构进行了改进，其在转向管柱上增加电机和减速机，利用带传动将其输出的转矩输入到转向系统，以此代替方向盘的转矩输入，该系统只针对车辆横向控制，且由于带传动弹性滑动导致转矩输出控制精度不高，带传动的使用总体上缩短了系统寿命。

现有技术2对EPS的减速机构进行了分析与优化。现有技术3从动力学分析EPS与ESP的耦合关系，按照功能分配原理对两子系统输出量协调分配。现有技术4提出了主动转向系统双环PID控制方法。现有技术5利用遗传算法对EPS的机械结构和控制参数进行全局优化。现有技术6提出了EPS三闭环三步法转角控制，解决方向盘转角的响应速度和控制精度问题。以上研究均是在目前EPS结构的基础上，对EPS的控制策略、控制方法进行研究，未针对自动转向系统的结构进行研究，也未在EPS中考虑自动驾驶车辆人车驾驶权分配问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有车辆转向系统只针对车辆横向控制，且由于带传动弹性滑动导致转矩输出控制精度不高，带传动的使用总体上缩短了系统寿命。

(2)现有车辆转向系统不具备自动转向结构，也未在EPS中考虑自动驾驶车辆人车驾驶权分配问题。

(3)现有转向系统的机械传动部分没有针对驾驶员误操作中断的装置。

解决上述技术问题的难度：

如何设计兼顾驾驶权分配、驾驶员驾驶权中断以及保证传动部分结构紧凑特点的动力传动与动力切断部分。

解决上述技术问题的意义：

本发明可以使结构变得紧凑，有效提高车辆转向控制精度和传动系统寿命。

本发明的转向系统协调驾驶权分配和驾驶员驾驶权中断，为人车共驾提供转向方面的硬件支持。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统及控制方法。

本发明是这样实现的，一种人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法，所述人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法包括：

根据不同的驾驶信息或环境信息识别，对驾驶权进行分配，以T_b为驾驶权决定性参数，T_b不为0时，车辆驾驶权隶属于车辆，磁粉制动器制动限制方向盘输入转矩，电磁离合器脱离，电机独立工作，根据车辆转向需求输出对应转矩。

进一步，磁粉制动器输出的动态力矩为：

式中，t₁为制动时间，是磁粉制动器的固有特性。J_b为当量转动惯量。磁粉制动器的计算力矩为动态力矩与方向盘力矩的叠加：

T_b2＝T_b1+T_s。

当电磁离合器断开时，ECU控制磁粉制动器制动，无法进行车辆转向操作。

进一步，磁粉制动器根据ECU指令实时调整，磁粉制动器选型计算时加入安全系数，安全系数选择时，依据为：

式中，n_b转动方向盘最大转速，减速比为i₂取2，T_s为驾驶员方向盘输入转矩。

进一步，电机和电磁离合器的选择根据车辆分配到完全驾驶权时，车辆转向所需要的最大力矩进行计算获取。根据前轮胎在沥青路面原地转向估算前轮胎转向阻力矩T_wf：

式中，μ为摩擦系数，取0.7。G₁为前桥负荷，P为轮胎气压。

i为转向系统传动比。

进一步，对驾驶权进行分配中，通过建立EPS动力学模型进行立车辆转向控制，具体包括：

(1)驾驶员驾驶工况：

驾驶员驾驶时，磁粉制动器不产生制动力矩，转向齿轮的力矩输入包括驾驶员通过方向盘输出的力矩和助力电机输出力矩，EPS动力学方程为：

式中：

θ_m＝i₃θ_s。

θ_c＝i₂θ_s。

根据假设b得：

T_fs＝T_fm＝T_fw＝0。

根据齿轮齿条运动特性有：

根据二自由度车辆模型和轮胎模型，

式中，m为整车质量。δ为前轮转角。β为质心侧偏角。w为横摆角速度。C_f、C_r为前后轮侧偏刚度。v_x为纵向速度。v为车速。a、b分别为前后轮到质心的距离。l为轴距。I为横摆转动惯量。

路面与轮胎作用产生的对齿条负载力收到车速的影响：

其中：

式中，d为前轮拖距。为等效刚度。

整理得电机根据方向盘转角需要输出的力矩为：

(2)自动驾驶工况：

当车辆自动驾驶时，电磁离合器断开，磁粉制动器参与系统工作，并根据需要产生大小不同的制动力矩限制方向盘转矩输入，增大车辆驾驶权分配系数。磁粉制动器产生制动力矩T_b，对式进行修正：

其中：

整理得电机根据转角需要输出的力矩为：

车辆方向控制由电机独立完成，直接计算F：

(3)七自由度车辆模型：

根据质心侧偏角和横摆角速度求出F。建立七自由度模型获取质心侧偏角和横摆角速度：

纵向力平衡方程：

侧向力平衡方程：

绕Z轴力矩平衡方程：

四个车轮的力矩平衡方程：

上述方程中，F_xi、F_yi、F_zi分别为轮胎纵向力、侧向力、垂向力，N。B_f为前轴轮距，m。B_r为后轴轮距，m。I_z为整车绕Z轴的转动惯量，kg.m²。H_g为质心到地面的距离，m。I_tw为轮胎转动惯量，kg.m²。

各轮胎垂向载荷计算公式为：

各轮胎侧偏角计算公式为：

各车轮滑移率的计算：

在MATLAB/Simulink中搭建七自由度整车模型和Dugoff轮胎模型，根据七自由度车辆模型求得质心侧偏角和横摆角速。

(4)电机模型：电机产生的功率P_e全部转换为转矩T_ne，得：

式中，ω_e为电机机械转角，rad。

电机运动公式写为：

式中，J为电机转子转动惯量，kg.m²。fe为粘滞摩擦系数。

建立PWM调速系统，通过改变脉冲宽度改变输出电压大小和电压频率。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法的人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统，所述人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统包括：方向盘、大齿轮、齿轮、转矩传感器、扭杆、电控单元ECU、磁粉制动器、减速器、助力电动机、电磁离合器、齿轮齿条机构和车轮。大齿轮与磁粉制动器共用同一根轴，同时装配在转向柱上的齿轮啮合，磁粉制动器另外一端固定在转向器壳体。方向盘、大齿轮以及电磁离合器上部分共用同一根轴，电磁离合器下部分与减速器公用同一根轴，减速器同时连接助力电机输出端的电磁离合器。减速器的输出端经过齿轮齿条机构连接转向横拉杆与车轮。

大齿轮齿轮轴与磁粉制动器连接，同时与转向柱装配齿轮啮合。

磁粉制动器一端固定在转向器壳体，磁粉制动器制动信号由电控单元ECU提供。

转矩传感器检测的转矩信号传递给电控单元ECU。

减速器一端输入由方向盘输入的转矩，另一端输入由助力电机经电磁离合器输入的转矩，减速器输出力矩带动齿轮齿条机构运动完成转向。

进一步，ECU根据车速、驾驶员状态监测信息、环境监测信息以及转矩信号，判定转向转矩需求，控制电机电流控制电机的扭矩输出和电机转动方向。同时当判定驾驶权完全属于车辆时电磁离合器断开。

电磁离合器根据驾驶权分配情况提供力矩输出，决定驾驶权分配。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法的自主驾驶车辆。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明在考虑驾驶权分配的基础上，对车辆转向系统的结构进行了设计，在转向管柱上增加电磁离合器和电磁制动器，用于切断驾驶员转向输入。防止由于驾驶员不适合驾驶或误操作导致的车辆自主转向中断或车辆安全性问题。

为了防止车辆自主驾驶时，驾驶员由于醉酒、服药、高度疲劳等不适合驾驶的身体状态下导致的车辆自主转向中断或误操作等导致的车辆驾驶安全问题，解决考虑人车驾驶权分配时助力转向系无法满足自主转向要求的问题，本发明在某C级车转向系统的基础上对EPS结构进行设计，建立驾驶权分配时的转向系统数学模型，并对自动驾驶工况进行仿真研究。仿真结果表明，对于车辆自主驾驶时，电机可以输出车辆转向需要的转矩，完成自动驾驶车辆转向操作。

在仿真实验中，T_b不为0时，车辆驾驶权隶属于车辆。此时磁粉制动器制动限制驾驶员通过方向盘输入转矩，电磁离合器脱离，电机独立工作，根据车辆转向需求输出对应转矩。

在MATLAB/Simulink中搭建整车模型、轮胎模型、转向系统模型和电机模型。以幅度为1rad的正弦信号、车辆行驶速度80Km/h为输入进行仿真，所输入的正选信号是根据车辆所需转向角转换到方向盘的当量输入角度，车辆运行轨迹如图5所示，车辆质心侧偏角、横摆角速度、纵向速度和侧向速度如图6所示。

图6可以看出，对于系统输入车辆系统基本可以保持稳定状态。此时，根据横摆角速度、质心侧偏角以及车辆转向角需求可以获取车辆自主转向所需要的转矩，电机根据需求转矩可输出对应的转矩，电机的输出转速和转矩如图7-8所示。

图7和图8可以看出，对于车辆自主驾驶时，电机转矩输出过程中有轻微波动，但其响应速度快，有效跟踪系统需求转矩，系统可以完成转向操作，满足转向需求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的转向系统结构示意图图。

图2是本发明实施例提供的CZK-2.5转矩特性曲线示意图。

图3是本发明实施例提供的EPS动力学简化模型示意图。

图4是本发明实施例提供的自主转向系统控制示意图。

图5是本发明实施例提供的车辆运行轨迹示意图。

图6是本发明实施例提供的车辆质心侧偏角、横摆角速度、侧向速度和纵向速度示意图。

图7是本发明实施例提供的电机转速示意图。

图8是本发明实施例提供的电机输出转矩示意图。

图中：1、方向盘；2、大齿轮；3、小齿轮；4、电磁离合器；5、转矩传感器；6、扭杆；7、磁粉制动器；8、减速器；9、电动机；10、电磁离合器；11、齿轮齿条机构；12、车轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有车辆转向系统只针对车辆横向控制，且由于带传动弹性滑动导致转矩输出控制精度不高，带传动的使用总体上缩短了系统寿命；现有车辆转向系统不具备自动转向结构，也未在EPS中考虑自动驾驶车辆人车驾驶权分配问题。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统及控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统包括：方向盘1、大齿轮2、齿轮3、转矩传感器4、扭杆5、电控单元(ECU)6、磁粉制动器7、减速器8、助力电动机9、电磁离合器10、齿轮齿条机构11和车轮12。

大齿轮2齿轮轴与磁粉制动器7连接，同时与转向柱装配齿轮3啮合。

磁粉制动器7一端固定在转向器壳体，磁粉制动器7制动信号由ECU6提供。

转矩传感器4检测的转矩信号传递给ECU6。

减速器8一端输入由方向盘1输入的转矩，另一端输入由助力电机9经电磁离合器10输入的转矩，减速器8输出力矩带动齿轮齿条机构11运动完成转向。

ECU 6根据车速、驾驶员状态监测信息、环境监测信息以及转矩信号，判定转向转矩需求，控制电机电流控制电机的扭矩输出和电机转动方向。同时当判定驾驶权完全属于车辆时，电磁离合器10断开。

电磁离合器10根据驾驶权分配情况提供力矩输出，决定驾驶权分配。

根据驾驶员状态检测信号和环境监测信号决定人车驾驶权分配，ECU 6获取指令控制磁粉制动器得到不同的制动力矩。

本发明实施例提供的人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法，包括：

根据不同的驾驶信息或环境信息识别，对驾驶权进行分配，以T_b为驾驶权决定性参数，T_b不为0时，车辆驾驶权隶属于车辆，磁粉制动器制动限制方向盘输入转矩，电磁离合器脱离，电机独立工作，根据车辆转向需求输出对应转矩。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案与技术效果做进一步描述。

实施例1

1、转向系统结构设计

系统主要由方向盘1、大齿轮2、齿轮3、转矩传感器4、扭杆5、电控单元(ECU)6、磁粉制动器7、减速器8、助力电动机9、电磁离合器10、齿轮齿条机构11和车轮12组成，其结构示意图如图1所示。

大齿轮2齿轮轴与磁粉制动器7连接，同时与转向柱装配齿轮3啮合，磁粉制动器7另外一端固定在转向器壳体，磁粉制动器7制动信号由ECU 6提供。转矩传感器4检测的转矩信号传递给ECU 6。减速器8一端输入由方向盘1输入的转矩，另一端输入由助力电机9经电磁离合器10输入的转矩，其输出力矩带动齿轮齿条机构11运动，从而完成车轮12转向。

ECU 6根据车速、驾驶员状态监测信息、环境监测信息以及转矩信号，判定转向转矩需求，控制电机电流控制电机的扭矩输出和电机转动方向。同时当判定驾驶权完全属于车辆时电磁离合器4断开。电磁离合器4根据驾驶权分配情况提供力矩输出，决定驾驶权分配。决策系统根据驾驶员状态检测信号和环境监测信号决定人车驾驶权分配，ECU 6获取指令控制磁粉制动器得到不同的制动力矩。

磁粉制动器7的制动力产生与速度无关，磁粉制动器7的制动力除了与制动器物理属性有关外，还磁粉制动器7的激磁电流有关，激磁电流与转矩基本成线性关系，控制器只需控制激磁电流I即可获取磁粉制动器输出指令所需要的制动力。

考虑到磁粉制动器7响应速度，减小电磁制动器的输出力矩,则齿轮3选择大齿轮，减速比为i₂。为了使转速n_b的1、2、3在t时间内减速或停止转动，磁粉制动器输出的动态力矩为：

式(1)中，t₁为制动时间，是磁粉制动器7的固有特性。J_b为1、2、3及其连接部分的当量转动惯量。磁粉制动器7的计算力矩为动态力矩与方向盘1力矩的叠加：

T_b2＝T_b1+T_s (2)

当电磁离合器4断开时，ECU 6同时控制磁粉制动器7制动，驾驶员无法进行车辆转向操作。

由于磁粉制动器7需根据ECU 6指令实时调整，工作频率高，负载不稳定，因此选型计算时需加入安全系数，安全系数选择如表所示，

对于复杂的零部件需考虑多个方面的影响因素，然后将各个因素的安全系数相乘得到总的安全系数。本发明主要考虑工作重要性系数、抗疲劳计算系数以及计算误差系数，三者分别取1、1.7、1.2，计算得总的安全系数为2。

此时：

实验表明，在保证车辆质心侧偏角和横摆角速度残余量的前提下，方向盘转矩输入受车速影响，原地转向时转向阻力很大，此时，最大方向盘力矩为32.4N.m。驾驶员转动方向盘最大转速n_b取2πrad/s。为了保证尽快制动，特别是高速情况下，t取400ms。经查询CZK节能系列的电磁制动时间为100ms。初步估算以及考虑系统结构布置，大齿轮3选择40Cr，分度圆直径取120mm。小齿轮2材料选择45钢。减速比为i₂取2，大小齿轮的模数初取2，齿宽系数取0.5，则小齿轮齿厚35mm为，大齿轮齿厚30mm，大小齿轮螺旋角选择标准螺旋角20°。忽略转向柱、轴承等转动惯量，则估计J_b约为0.262kg.m²。将以上数据代入式(3)得出T_b为18.82 N.m，功率为。选择型号为FZ25K-1的磁粉制动器，其转矩特性曲线如图2所示。同理，4选择型号为TQESC1-80的电磁离合器。

电机9和电磁离合器10的选择必须根据车辆分配到完全驾驶权时，车辆转向所需要的最大力矩进行计算获取。根据前轮胎在沥青路面原地转向估算前轮胎转向阻力矩T_wf：

式(3)中，μ为摩擦系数，取0.7。G₁为前桥负荷，根据一般乘用车初取5000N。P为轮胎气压，取0.25Mpa。

i为转向系统传动比，低速时大小取12。转向机构效率取0.9。则计算得所需电机输出力矩T_m＝15.28 N.m。选择森创110BYG250D-0502两相混合式电机，参数如表1所示。

表1电动机、磁粉制动器、电磁离合器参数表

2、转向系统模型建立。

在建立EPS动力学模型时，做出以下假设：

a.扭杆工作在有效弹性范围内。b.电磁离合器连接时无相对运动。c.管柱、中间轴、扭杆等部件的转动惯量等效在输入轴上。

为了方便分析与计算，简化EPS动力学模型，简化模型如图3所示。

表2 EPS动力学简化模型参数

(1)驾驶员驾驶工况。

驾驶员驾驶时，磁粉制动器不产生制动力矩，转向齿轮的力矩输入包括驾驶员通过方向盘输出的力矩和助力电机输出力矩，此时，EPS动力学方程为：

式中：

θ_m＝i₃θ_s (7)。

θ_c＝i₂θ_s (8)。

根据假设b得：

T_fs＝T_fm＝T_fw＝0 (9)。

根据齿轮齿条运动特性有：

根据二自由度车辆模型和轮胎模型，

式中，m为整车质量。δ为前轮转角。β为质心侧偏角。w为横摆角速度。C_f、C_r为前后轮侧偏刚度。v_x为纵向速度。v为车速。a、b分别为前后轮到质心的距离。l为轴距。I为横摆转动惯量。

路面与轮胎作用产生的对齿条负载力收到车速的影响：

其中：

式中，d为前轮拖距。为等效刚度。

根据上述关系，整理得电机根据方向盘转角需要输出的力矩为：

(2)自动驾驶工况。

当车辆自动驾驶时，电磁离合器4断开，磁粉制动器参与系统工作，并根据需要产生大小不同的制动力矩限制方向盘转矩输入，增大车辆驾驶权分配系数。由于磁粉制动器产生制动力矩T_b，式(14)需进行修正：

其中：

整理得电机根据转角需要输出的力矩为：

此时车辆方向控制由电机独立完成，因此无需在考虑驾驶感受问题，因此直接计算F：

(3)七自由度车辆模型

为了求出电机所需的输出力矩，需根据质心侧偏角和横摆角速度求出F。为了获取质心侧偏角和横摆角速度，建立七自由度模型：

纵向力平衡方程：

侧向力平衡方程：

绕Z轴力矩平衡方程：

四个车轮的力矩平衡方程：

上述方程中，F_xi、F_yi、F_zi分别为轮胎纵向力、侧向力、垂向力，N。B_f为前轴轮距，m。B_r为后轴轮距，m。I_z为整车绕Z轴的转动惯量，kg.m²。H_g为质心到地面的距离，m。I_tw为轮胎转动惯量，kg.m²。

各轮胎垂向载荷计算公式为：

各轮胎侧偏角计算公式为：

各车轮滑移率的计算：

在MATLAB/Simulink中搭建七自由度整车模型和Dugoff轮胎模型，根据七自由度车辆模型可求得质心侧偏角和横摆角速。

(4)电机模型

现有技术中对无刷直流电机系统建立数学模型。电机相绕组端电压可以表示为：

式中，u为三相定子端电压。Un为中点电压，V。R为绕组电阻，Ω。i表示电流，A。e为电动势，V。L为绕组的自感，H。M为绕组的互感，H。

通常界定直流无刷电机的L、M与转子位置没有关系，定义为常数，且对于星型连接的三相绕组电流之和为0。因此可以将式(27)简化：

则：

若电机产生的功率P_e全部转换为转矩T_ne，得：

式中，ω_e为电机机械转角，rad。

电机运动公式可以写为：

式中，J为电机转子转动惯量，kg.m²。fe为粘滞摩擦系数。

建立PWM调速系统，通过改变脉冲宽度可以改变输出电压大小和电压频率。

3、下面结合转向系统控制与仿真对本发明作进一步描述。

根据不同的驾驶员信息或环境信息识别，对驾驶员驾驶权进行分配，为模拟驾驶权分配问题，以T_b为驾驶权决定性参数，T_b为0时，车辆驾驶权隶属于驾驶员为主。T_b不为0时，车辆驾驶权隶属于车辆。驾驶权分配不同，所需电机输出力矩和转速也不一样，控制策略也不同。对于车辆驾驶权隶属于驾驶员时，电机起到助力转向的作用，已有很多相关研究，本发明主要针对车辆驾驶权隶属于车辆的情况进行仿真研究。

T_b不为0时，车辆驾驶权隶属于车辆。此时磁粉制动器制动限制驾驶员通过方向盘输入转矩，电磁离合器脱离，电机独立工作，根据车辆转向需求输出对应转矩。

在MATLAB/Simulink中搭建整车模型、轮胎模型、转向系统模型和电机模型。以幅度为1rad的正弦信号、车辆行驶速度80Km/h为输入进行仿真，所输入的正选信号是根据车辆所需转向角转换到方向盘的当量输入角度，车辆运行轨迹如图5所示，车辆质心侧偏角、横摆角速度、纵向速度和侧向速度如图6所示。

图6可以看出，对于系统输入车辆系统基本可以保持稳定状态。此时，根据横摆角速度、质心侧偏角以及车辆转向角需求可以获取车辆自主转向所需要的转矩，电机根据需求转矩可输出对应的转矩，电机的输出转速和转矩如图7-8所示。

图7和图8可以看出，对于车辆自主驾驶时，电机转矩输出过程中有轻微波动，但其响应速度快，可以有效跟踪系统需求转矩，系统可以完成转向操作，满足转向需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法，其特征在于，所述人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法包括：

根据不同的驾驶信息或环境信息识别，对驾驶权进行分配，以T_b为驾驶权决定性参数，T_b不为0时，车辆驾驶权隶属于车辆，磁粉制动器制动限制方向盘输入转矩，电磁离合器脱离，电机独立工作，根据车辆转向需求输出对应转矩。

2.如权利要求1所述的人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法，其特征在于，磁粉制动器输出的动态力矩为：

式中，t₁为制动时间，是磁粉制动器的固有特性；J_b为当量转动惯量；磁粉制动器的计算力矩为动态力矩与方向盘力矩的叠加：

T_b2＝T_b1+T_s；

当电磁离合器断开时，ECU控制磁粉制动器制动，无法进行车辆转向操作。

3.如权利要求2所述的人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法，其特征在于，磁粉制动器根据ECU指令实时调整，磁粉制动器选型计算时加入安全系数，安全系数选择时，依据为：

式中，n_b转动方向盘最大转速，减速比为i₂取2，T_s为驾驶员方向盘输入转矩。

4.如权利要求1所述的人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法，其特征在于，电机和电磁离合器的选择根据车辆分配到完全驾驶权时，车辆转向所需要的最大力矩进行计算获取；根据前轮胎在沥青路面原地转向估算前轮胎转向阻力矩T_wf：

式中，μ为摩擦系数，取0.7；G₁为前桥负荷，P为轮胎气压；

i为转向系统传动比。

5.如权利要求1所述的人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法，其特征在于，对驾驶权进行分配中，通过建立EPS动力学模型进行立车辆转向控制，具体包括：

(1)驾驶员驾驶工况：

驾驶员驾驶时，磁粉制动器不产生制动力矩，转向齿轮的力矩输入包括驾驶员通过方向盘输出的力矩和助力电机输出力矩，EPS动力学方程为：

式中：

θ_m＝i₃θ_s；

θ_c＝i₂θ_s；

根据假设b得：

T_fs＝T_fm＝T_fw＝0；

根据齿轮齿条运动特性有：

根据二自由度车辆模型和轮胎模型，

式中，m为整车质量；δ为前轮转角；β为质心侧偏角；w为横摆角速度；C_f、C_r为前后轮侧偏刚度；v_x为纵向速度；v为车速；a、b分别为前后轮到质心的距离；l为轴距；I为横摆转动惯量；

路面与轮胎作用产生的对齿条负载力收到车速的影响：

其中：

式中，d为前轮拖距；为等效刚度；

整理得电机根据方向盘转角需要输出的力矩为：

(2)自动驾驶工况：

当车辆自动驾驶时，电磁离合器断开，磁粉制动器参与系统工作，并根据需要产生大小不同的制动力矩限制方向盘转矩输入，增大车辆驾驶权分配系数；磁粉制动器产生制动力矩T_b，对式进行修正：

其中：

整理得电机根据转角需要输出的力矩为：

车辆方向控制由电机独立完成，直接计算F：

(3)七自由度车辆模型：

根据质心侧偏角和横摆角速度求出F；建立七自由度模型获取质心侧偏角和横摆角速度：

纵向力平衡方程：

侧向力平衡方程：

绕Z轴力矩平衡方程：

四个车轮的力矩平衡方程：

上述方程中，F_xi、F_yi、F_zi分别为轮胎纵向力、侧向力、垂向力，N；B_f为前轴轮距，m；B_r为后轴轮距，m；I_z为整车绕Z轴的转动惯量，kg.m²；H_g为质心到地面的距离，m；I_tw为轮胎转动惯量，kg.m²；

各轮胎垂向载荷计算公式为：

各轮胎侧偏角计算公式为：

各车轮滑移率的计算：

在MATLAB/Simulink中搭建七自由度整车模型和Dugoff轮胎模型，根据七自由度车辆模型求得质心侧偏角和横摆角速；

(4)电机模型：电机产生的功率P_e全部转换为转矩T_ne，得：

式中，ω_e为电机机械转角，rad；

电机运动公式写为：

式中，J为电机转子转动惯量，kg.m²；fe为粘滞摩擦系数；

建立PWM调速系统，通过改变脉冲宽度改变输出电压大小和电压频率。

6.一种实施权利要求1所述人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法的人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统，其特征在于，所述人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统包括：方向盘、大齿轮、齿轮、转矩传感器、扭杆、电控单元ECU、磁粉制动器、减速器、助力电动机、电磁离合器、齿轮齿条机构和车轮；

大齿轮与磁粉制动器共用同一根轴，同时装配在转向柱上的齿轮啮合，磁粉制动器另外一端固定在转向器壳体；方向盘、大齿轮以及电磁离合器上部分共用同一根轴，电磁离合器下部分与减速器公用同一根轴，减速器同时连接助力电机输出端的电磁离合器；减速器的输出端经过齿轮齿条机构连接转向横拉杆与车轮；

大齿轮齿轮轴与磁粉制动器连接，同时与转向柱装配齿轮啮合；

磁粉制动器一端固定在转向器壳体，磁粉制动器制动信号由电控单元ECU提供；

转矩传感器检测的转矩信号传递给电控单元ECU。

7.如权利要求6所述人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统，其特征在于，减速器一端输入由方向盘输入的转矩，另一端输入由助力电机经电磁离合器输入的转矩，减速器输出力矩带动齿轮齿条机构运动完成转向。

8.如权利要求6所述人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统，其特征在于，ECU根据车速、驾驶员状态监测信息、环境监测信息以及转矩信号，判定转向转矩需求，控制电机电流控制电机的扭矩输出和电机转动方向；同时当判定驾驶权完全属于车辆时电磁离合器断开。

9.如权利要求8所述人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统，其特征在于，电磁离合器根据驾驶权分配情况提供力矩输出，决定驾驶权分配。

10.一种实施权利要求1所述人车驾驶权分配的自动驾驶车辆转向系统的控制方法的自主驾驶车辆。