CN110646226A - 评估线控转向系统中给驾驶员的道路反馈质量的测试方法和度量标准 - Google Patents

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Abstract

评估线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法包括：通过使用线性6阶阻抗模型固定转向系统的转向盘来设置试验台；用定义转向盘角度和车辆速度的数据预负载转向系统；施加转向拉杆负载信号至转向系统并记录输出信号，该等信号表示转向拉杆负载、转向盘力矩和转向盘加速度中的每一个；并行进行：将第一快速傅里叶变换算法应用于所记录的信号以计算自自转向拉杆负载至转向盘力矩的增益、相位和相干性响应中的每一个；将第二快速傅里叶变换算法应用于所记录的信号以计算转向盘力矩对频率的功率频谱密度；以及对增益和功率频谱密度函数应用频率加权函数。

Description

评估线控转向系统中给驾驶员的道路反馈质量的测试方法和 度量标准
背景技术
本公开涉及自动驾驶车辆线控转向系统，其包括向具有线控转向系统车辆的驾驶员提供力矩反馈。
自动驾驶车辆驾驶员使用通过车辆转向盘接收到的高频力矩振动获得路面信息。自动驾驶车辆线控转向系统在由驾驶员操作的转向盘与路面之间没有机械连接。因此，通过转向盘给驾驶员的任何路面反馈必须经电子合成并使用转向盘力矩致动器重新生成。特别对于高频“动态”反馈负载而言，这是一项复杂的任务。
因此，尽管当前的自动驾驶车辆线控转向系统实现了其预期的目的，但仍需要新的改进的测试方法和度量标准以对自动驾驶车辆线控转向系统的动态道路反馈性能作出客观的评估。
发明内容
根据若干方面，评估线控转向系统中给驾驶员的道路反馈质量的方法包括：在试验台上固定线控转向反馈系统的力矩馈入反馈致动器以及转向齿条；合成道路输入波形数据，其等同于崎岖路面、粗糙路面和合成负载中每一个，该合成负载来自于定义坑洞冲击的示例性单一高输出；以及针对转向盘力矩和转向盘加速度，从等同于合成的道路输出波形数据的一组波形输入中产生输出信号。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括记录该等输出信号；以及对所记录的信号应用第一快速傅里叶变换算法。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括在预定频带上用加权函数计算增益响应。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括计算在预定频带内相位响应的线性度。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括：在第一泛函分析步骤中，快速傅里叶变换算法计算每一个输出信号的离散傅里叶变换，从而在一段时间内对每个信号采样并将每个信号分成频率分量，从而计算自路面输入波形数据至转向盘力矩的增益、相位和相干性响应中的每一个；在第二泛函分析步骤中，第二快速傅里叶变换算法计算转向盘力矩的功率频谱密度，其定义每一单位频率的频谱能量分布；且在与第一和第二泛函分析步骤并行进行的第三泛函分析步骤中，将频率加权函数应用于转向盘加速度。
在本公开的另一方面中，等同于崎岖路面的路面输入波形数据定义多正弦波，其具有100牛顿(Newton)峰-峰振幅和在大约2至30Hz之间的频率范围。
在本公开的另一方面中，等同于粗糙路面的路面输入波形数据定义多正弦波，其具有400牛顿的峰-峰振幅和在例如大约2至30Hz之间的相关频率范围。
在本公开的另一方面中，路面输入波形数据等同于高冲击悬吊负载，其例如由多正弦波表示，该波具有10000牛顿的峰-峰振幅和0Hz、15Hz 以及20Hz的频率。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括：为了给转向盘力矩预定的转向拉杆负载，识别多个客观度量标准以量化在频域内线控转向系统的性能，包括：识别增益响应的积分，其包括在特定频带上应用的加权函数；使用最佳拟合角度确定相位响应以测量反馈延迟，识别在预定的频带内相位响应的线性度；以及计算在转向拉杆负载与转向盘力矩之间的相干性。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括：针对转向盘力矩和转向盘加速度，识别多个客观度量标准以量化在时域内线控转向系统的性能，包括：确定转向盘力矩的功率频谱密度、以及具有在特定频带上的加权函数的该功率频谱密度的积分中的每一个，从而与特定频带上转向盘力矩信号的功率相关联；以及计算频率加权的转向盘加速度的均方根加速度值。
在本公开的另一方面中，评估线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法包括：通过使用线性6阶阻抗模型固定转向系统的转向盘来制备试验台；用定义了转向盘角度和车辆速度的数据预负载转向系统；施加转向拉杆负载信号至转向系统并记录输出信号，该等输出信号表示转向拉杆负载、转向盘力矩和转向盘加速度中的每一个；以及将第一快速傅里叶变换算法应用于所记录的信号，以计算具有预定频带上的加权函数的增益响应以及在该等预定频带内每一个相位响应的线性度中的每一个。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括：将第一快速傅里叶变换算法应用于所记录的信号以计算自转向拉杆负载至转向盘力矩的相干性响应。
在本公开的另一方面中，该方法进一步并行地包括：将第二快速傅里叶变换算法应用于所记录的信号以计算转向盘力矩的功率频谱密度；以及将频率加权函数应用于转向盘加速度。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括：将第二频率加权函数应用于增益响应、相位响应和相干性响应中的每一个；计算具有第二频率加权函数的增益响应的积分；以及计算相位响应的线性度。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括：将频率加权函数应用于转向盘力矩的功率频谱密度；以及计算具有第二频率加权函数的转向盘力矩的功率频谱密度的积分。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括：将频率加权函数应用于转向盘加速度；以及计算具有第二频率加权函数的转向盘加速度的均方根加速度值。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括：将增益响应的积分、相位响应的线性度、转向盘力矩的功率频谱密度的积分，以及转向盘加速度的均方根加速度值中的每一个作为触觉反馈度量标准保存在数据表中。
在本公开的另一方面中，评估线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法包括：通过使用线性6阶阻抗模型固定转向系统的转向盘来设置试验台；用定义转向盘角度和车辆速度的数据预负载转向系统；施加转向拉杆负载信号至转向系统并记录信号，该等信号表示转向拉杆负载、转向盘力矩和转向盘加速度中的每一个；以及并行进行：将第一快速傅里叶变换算法应用于所记录的信号以计算自转向拉杆负载至转向盘力矩的增益、相位和相干性响应中的每一个；以及将第二快速傅里叶变换算法应用于所记录的信号以计算转向盘力矩的功率频谱密度；以及将频率加权函数应用于转向盘加速度。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括：将第二频率加权函数应用于增益、相位和相干性响应中的每一个。
在本公开的另一方面中，该方法进一步包括计算并存储以下每一个：增益响应积分和相位响应线性度；转向盘力矩的功率频谱密度的积分；以及转向盘加速度的均方根加速度值。
从本文提供的描述中，进一步的应用领域将显而易见。应明白，该描述和具体实例仅出于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅出于说明的目的而非以任何方式显示本公开的范围。
图1为根据示例性实施例线控转向反馈系统的分解图；
图2为图1的系统的流程图；
图3为示例性崎岖路面的俯视图；
图4为示例性粗糙路面的俯视图；以及
图5为示例性高冲击坑洞表面的示例图；
图6为用于生成本公开的阻抗模型的示例性人输入的侧视图；
图7为图1的线控转向反馈系统的流程图；
图8为比较增益响应与频率的曲线图，且呈现具有在特定频带上应用的人加权函数的增益响应的示例性积分的曲线；
图9为比较相位响应与频率的曲线图，且呈现在预定频带内相位响应的示例性线性度的曲线；以及
图10为比较功率频谱密度与频率的曲线图，且呈现具有在特定频带上的加权函数的转向盘力矩的功率频谱密度的示例性积分的曲线。
具体实施方式
以下描述本质上仅为示例性的，并不意在限制本公开、应用或用途。
参考图1，线控转向反馈系统10包括转向盘12，其当由参考图6所示的车辆驾驶员旋转时，致动定义力矩反馈致动器14的电动马达内的传感器，力矩反馈致动器14产生电信号，该等电信号表示转向盘相对车辆转向系统或转向齿条16以一定角度旋转。转向齿条16使用至少一个转向拉杆18连接到直接与路面22接触的至少一个可转向轮20上。在线控转向反馈系统10中，在转向盘12与转向齿条16之间不存在机械连接。因此，转向盘力矩24与转向盘12没有直接的机械连接，转向盘力矩24由来自车轮20的输入道路负载26产生，其定义为车轮20响应于路面22时作用在车轮20上的垂直力20和横向力30的组合。线控转向反馈系统10 因此合成转向盘力矩24以改善驾驶体验。
参考图2且再次参考图1，为了证实有任何待测试的线控转向配置满足本公开的线控转向反馈系统10的最低标准，且为了表征典型道路输入与驾驶员反馈力矩之间的关系，使用采用信号或波形输入32形式的一组转向拉杆负载信号作为由输入道路负载26定义的实时路况的替代。线控转向反馈系统10的力矩反馈致动器14和转向齿条16固定在试验台34上以证实是否重新产生转向盘力矩24的期望的反馈。基于合成的道路输入波形数据自该组波形输入32中产生输出信号36，合成的道路输入波形数据等同于崎岖路面、粗糙路面以及来自示例性单一高输出(诸如来自坑洞冲击)的合成负载中的每一个，粗糙路面诸如粗糙沥青或鹅卵石，其比崎岖路面在车轮20上产生更高的垂直力28和横向力30。
参考图3且再参考图1至2，为将崎岖路面38输入合成为该组波形输入32，输入波形#1。根据若干方面，波形#1定义多正弦波，其具有例如 100牛顿峰-峰振幅以及在大约2至30Hz之间的频率范围。
参考图4且再参考图1至3，为将诸如粗糙沥青或鹅卵石的粗糙路面输入合成为该组波形输入32，输入波形#2。根据若干方面，波形#2例如定义多正弦波，其具有400牛顿峰-峰振幅以及在大约2至30Hz之间的频率范围。
参考图5且再参考图1至4，为将诸如由坑洞42产生的高冲击负载合成为该组波形输入32，输入波形#3。根据若干方面，波形#3例如定义多正弦波，其具有10000牛顿峰-峰振幅以及10Hz、15Hz和20Hz的频率。
参考图6以及再次参考图1和2，为进行确认试验，设置试验台34以正确地模拟人机系统动力学。为实现此，使用阻抗模型使转向盘12限制固定，阻抗模型针对不同握持力、旋转保持力矩和手持位置具有可变的参数。阻抗模型基于模拟驾驶员44的输入力，其通过从定义肩部和手臂肌肉的区域46获得的人体测量产生。使用一个或多个传感器50确定力矩需求48，且输出测得的转向盘力矩52和测得的转向盘角度54中的每一个。
参考图7并再次参考图1、2和6，过程和分析流程表提供了应用本公开的线控转向反馈系统10的各种流程步骤。在初始步骤56中，使用阻抗约束将转向盘12固定到试验台34上。在第二步骤58中，对转向系统或转向齿条16施加预负载以模拟预定的转向盘角度和车辆速度的操作条件。在第三步骤60中，施加以波形输入32形式的转向拉杆负载信号，并记录转向拉杆负载、转向盘力矩和转向盘加速度中的每一个。
将来自第三步骤60的输出馈送给并行进行的多频分析函数。在第一函数分析步骤62中，快速傅里叶变换(FFT)算法计算来自第三步骤60 的输出信号的离散傅里叶变换(DFT)，以在一段时间内对每一信号取样并将信号本身分成频率分量以计算自转向拉杆负载信号至转向盘力矩的增益、相位和相干性响应中的每一个。在第二泛函分析步骤64中，第二快速傅里叶变换(FFT)算法计算转向盘力矩的功率频谱密度，其定义每一单位时间发现的频谱能量分布。且在与第一和第二泛函分析步骤62、64 并行进行的第三泛函分析步骤66中，将频率加权函数应用于转向盘加速度。
然后，将频率加权函数分别应用于来自第一应用步骤68中第一泛函分析步骤62的输出、来自第二应用步骤70中第二泛函分析步骤64的输出，以及来自第三应用步骤72中第三泛函分析步骤66的输出中的每一个。在第一计算步骤74中，根据第一应用步骤68的输出确定增益响应的积分和相位响应的线性度。在第二计算步骤76中，根据第二应用步骤70的输出确定转向盘力矩的功率频谱密度的积分。在第三计算步骤78中，根据第三应用步骤72的输出确定转向盘加速度的均方根加速度值。在最后存储步骤80中，将来自第一计算步骤74、第二计算步骤76和第三计算步骤 78中的每一个的输出作为触觉反馈度量标准存储在数据表中用于分析并与用于本公开的线控转向反馈系统10的预定的一组度量标准数据比较。
针对至转向盘力矩的转向拉杆负载，提供多个客观度量标准以在频域内使用本公开的线控转向反馈系统10量化所测试的线控转向系统的性能。这些包括：增益响应，其可包括在离散频率处的增益响应；以及增益响应的积分，其具有在特定频带上应用的人加权函数。客观度量标准还包括为了测量反馈延迟使用最佳拟合角度确定的相位响应，以及确定在特别值得关注的频带内相位响应的线性度。相位线性度提供了在输入与输出信号之间失真的指示。零相位失真与所有频率的恒定时间延迟相关，这提供了在频率(Hz)与相位响应(°)之间的线性关系。客观度量标准进一步包括确定在转向拉杆负载与转向盘力矩之间的相干性。
参考图8，比较增益响应(Nm/N)84与频率(Hz)86的曲线图82 呈现了曲线88，其为具有在特定频带上应用的人加权函数的增益响应的示例性积分。曲线88为多正弦台架测试结果的样本。
参考图9，比较相位响应(°)92与频率(Hz)94的曲线图呈现了曲线96，其为在相关频带内示例性的相位响应曲线。绘制曲线96，将其与期望的或线性相位响应曲线98比较。曲线96呈现数据以确定所测试的线控转向系统如何正确地再现期望的相位响应。
针对转向盘力矩和转向盘加速度，还提供多个客观度量标准以在时间域内使用本公开的线控转向反馈系统10量化所测试的线控转向系统的性能。针对转向盘力矩，多个客观的度量标准包括：确定转向盘力矩的功率频谱密度，以及具有特定频带上的加权函数的该功率频谱密度的积分，从而与特定频带上转向盘力矩信号的功率相关联。针对转向盘的加速度，多个客观度量标准还包括：确定频率加权转向盘加速度的均方根加速度值。频率加权的转向盘加速度函数还考虑了人对于不同频率旋转的手臂振动的感知水平。
参考图10，比较功率频谱密度(Nm2/Hz)102与频率(Hz)104的曲线图100呈现曲线106，其为具有特定频带上的加权函数的转向盘力矩的功率频谱密度的示例性积分。曲线106为多正弦台架测试结果的样本。
本公开的线控转向反馈系统10提供若干优点。这些优点包括：使用人手臂的机械阻抗模型以模拟驾驶员的生物力学特性。测试方法与真实世界数据相关联且用于评估动态路面反馈性能。提供客观度量标准以量化线控转向系统的性能。本公开的线控转向反馈系统10还向驾驶员提供机会接收适当的力矩振动反馈以及因此接收动态路面反馈性能。
本公开的描述本质上仅为示例性的，且不脱离本公开主旨的变化属于本公开的范围内。这样的变化并不视为脱离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种评估线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法，其包括：
在试验台上固定线控转向反馈系统的力矩反馈致动器以及转向齿条；
合成路面输入波形数据，其等同于崎岖路面、粗糙路面和合成负载中的每一个，所述合成负载来自定义坑洞冲击的示例性单一高输出；以及
针对转向盘力矩和转向盘加速度，根据等同于所述合成的道路输入波形数据的一组波形输入产生输出信号。
2.根据权利要求1所述的评估在线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法，进一步包括：
记录所述输出信号；以及
对所述记录的信号应用第一快速傅里叶变换算法。
3.根据权利要求2所述的评估在线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法，其进一步包括，用在预定频带上的加权函数计算增益响应。
4.根据权利要求3所述的评估在线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法，其进一步包括，计算在所述预定频带内相位响应相对于频率的线性度。
5.根据权利要求1所述的评估在线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法，其中：
在第一泛函分析步骤中，第一快速傅里叶变换算法计算所述每一输出信号的离散傅里叶变换，从而在一段时间内对所述每一信号取样并将所述各信号分成频率分量，从而计算自所述路面输入波形数据至所述转向盘力矩的增益、相位和相干性响应中的每一个；
在第二泛函分析步骤中，第二快速傅里叶变换算法计算所述转向盘力矩的功率频谱密度，其定义每一单位频率的频谱能量分布；以及
在与所述第一和第二泛函分析步骤并行进行的第三泛函分析步骤中，将频率加权函数应用于所述转向盘加速度。
6.根据权利要求1所述的评估在线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法，其中等同于所述粗糙路面的所述路面输入波形数据定义多正弦波，所述多正弦波具有预定的振幅，例如100牛顿峰-峰振幅，以及在大约2至30Hz之间的频率范围。
7.根据权利要求6所述的评估在线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法，其中等同于所述崎岖路面的所述路面输入波形数据定义多正弦波，所述多正弦波具有预定的振幅，例如400牛顿峰-峰振幅，以及在大约2至30Hz之间的频率范围。
8.根据权利要求7所述的评估在线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法，其中等同于高悬吊负载输入的所述路面输入波形数据定义多正弦波，所述多正弦波具有预定的振幅，例如10000牛顿峰-峰振幅，以及10Hz、15Hz和20Hz的频率。
9.根据权利要求1所述的评估在线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法，其进一步包括：为了给所述转向盘力矩预定的转向拉杆负载，识别多个客观度量标准以量化在频域内线控转向系统的性能，包括：
识别所述增益响应的积分，其包括在特定频带上应用的加权函数；
使用最佳拟合角度的线性回归相关性确定相位响应线性度以测量反馈延迟；
识别在预定频带内所述相位响应的线性度；以及
计算在所述转向拉杆负载与所述转向盘力矩之间的相干性。
10.根据权利要求1所述的评估在线控转向系统中给驾驶员的路面反馈质量的方法，其进一步包括：对于所述转向盘力矩与所述转向盘加速度，识别多个客观度量标准以量化在时域内所述线控转向系统的性能，包括：
确定所述转向盘力矩的功率频谱密度、以及具有特定频带上的加权函数的所述功率频谱密度的积分中的每一个，以与特定频带上所述转向盘力矩的功率相关联；以及
计算频率加权的转向盘加速度的均方根加速度值。
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