CN110949499B - 一种商用车无人驾驶转角补偿系统及其控制方法 - Google Patents
一种商用车无人驾驶转角补偿系统及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110949499B CN110949499B CN201911173375.7A CN201911173375A CN110949499B CN 110949499 B CN110949499 B CN 110949499B CN 201911173375 A CN201911173375 A CN 201911173375A CN 110949499 B CN110949499 B CN 110949499B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- front wheel
- steering
- angle
- corner
- commercial vehicle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
- B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
- B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
- B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
- B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
- B62D5/046—Controlling the motor
- B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种商用车无人驾驶转角补偿系统及其控制方法,将转向节臂的实时位移输送到估测模块,从而得到实时前轮转角,再将前轮转角输送到电机控制ECU,进行主动转向控制;进而提出了一种商用车无人驾驶转角补偿控制方法,首先计算得到目标前轮转角;根据方向盘转角差计算初步电机控制电流;根据前轮转角偏差计算转角补偿电流;以横向路径偏差的离差平方和作为适应度函数,利用惯性权重PSO对转角补偿系数进行优化,得到最优转角补偿系数;最终将初步电机控制电流与转角补偿电流叠加,得出最优电机控制电流,从而进行商用车无人驾驶转角补偿控制,本发明能够有效解决现有商用车底层转向系统的非线性对控制的影响,提高了控制精度。
Description
技术领域
本发明属于汽车无人驾驶控制技术领域,尤其涉及商用车无人驾驶转角补偿系统及其控制方法。
背景技术
随着国民经济以及高等级公路网的迅速发展,作为公路运输主体的商用车车速进一步提高,其高速行驶的安全问题日益突出;还有目前物流业的迅速扩展,特定场景无人驾驶以及高速率智能辅助驾驶的需求急速增长,商用车的智能化能够有效的解决高速行驶安全性问题和特殊复杂工况下驾驶员操作困难的问题,比如矿区的车辆运作。目前商用车智能化发展仍然在起步阶段,但未来的前景广阔。
在商用车无人驾驶方面主要也是参考乘用车,利用感知模块进行环境感知识别,之后利用多种控制方法进行路径规划或者路径跟踪,比如滑模、模糊神经网络、PID、人工势场法、可拓等,但研究多聚焦与上层的控制算法,却忽略了商用车底层转向系统的非线性对控制的影响,最终对控制精度有着较大的影响。
发明内容
本发明根据现有技术中存在的问题,本发明提出了一种商用车无人驾驶转角补偿系统及其控制方法,目的在于能够有效解决现有商用车底层转向系统的非线性对控制的影响,提高了控制精度。
本发明所采用的技术方案如下:
一种商用车无人驾驶转角补偿控制方法,包括以下步骤:
步骤3,根据方向盘实时转角θd和理想前轮偏转角θ*计算方向盘转角差Δθd,基于所求出的方向盘转角差Δθd进一步计算出初步电机控制电流i';
步骤4,根据前轮偏转角θ和理想前轮偏转角θ*计算前轮转角偏差Δθ,基于所求出的前轮转角偏差Δθ进一步计算出转角补偿电流i”;
步骤5,基于初步电机控制电流i'和转角补偿电流i”计算出最终的电机控制电流i=i'+μi”,μ为转角补偿系数;
步骤6,对转角补偿系数μ进行惯性权重PSO优化,得到最优电机控制电流ibest,进而将最优电机控制电流ibest导入转向电机进行转角补偿控制。
进一步,所述惯性权重PSO优化的过程如下:
步骤6.1,将转角补偿系数μ作为优化对象,设置搜寻空间维度d,d取1;
步骤6.2,初始化粒子群,包括随机位置Xi和速度Vi,并获取位置初始值范围以及速度初始值范围;位置初始值范围为Xi∈(μmin,μmax),速度初始值范围为Vi∈(μmin-μmax,μmax-μmin);
步骤6.3,计算每个粒子的适应度值,适应度值由适应度函数给出,适应度函数表示为:
步骤6.4,计算每次不同μ取值下的适应度值Ei,将每次计算的适应度值Ei进行比较,选取Ei最小时对应的为最优转角补偿系数μbest,0<i<n;
步骤6.5,将所获得的最优转角补偿系数μbest代入步骤5,进而得到最优电机控制电流ibest。
进一步,计算出转角补偿电流i”的计算方法为:
其中,kpb为Δθ的比例系数,kib为Δθ的积分比例系数,kdb为Δθ的微分比例系数。
进一步,初步电机控制电流i'的计算方法为:
其中,ε为转向系统传动比,kpi为Δθd的比例系数,kii为Δθd的积分比例系数,kdi为Δθd的微分比例系数。
进一步,所述方向盘转角差Δθd的计算方法为:Δθd=θd-εθ*。
进一步,所述理想前轮偏转角θ*的计算方法为:
一种商用车无人驾驶转角补偿系统,在转向系统中,方向盘下方的管柱上装有转矩转角传感器,驱动电机输出轴与减速机构的蜗杆相连,减速机构的蜗轮与循环球转向器总成的输入轴相连,循环球转向器总成的输出端摇臂轴连接车辆一侧的转向节臂,该转向节臂通过转向横拉杆连接另一侧的转向节臂;在方向盘的管柱上有转矩转角传感器和减速机构;在转向节臂上装有位移传感器,通过检测到转向过程中转向节臂的位移量X,将位移量X输入估测模块估测出前轮偏转角θ;转矩转角传感器、减速机构的驱动电机分别通过信号线与ECU连接,其中,转矩转角传感器用于采集的方向盘实时转角θd;ECU接收并对方向盘实时转角θd、前轮偏转角θ和道路信息进行处理后输出最优电机控制电流,通过最优电机控制电流控制驱动电机工作,进而实现对商用车无人驾驶转角补偿。
进一步,所述估测模块的具体估测方法为:在采样时间T内,前轮偏转角θ与位移量X的对应关系为:
其中,ξ为映射系数,D为车轮直径。
本发明的有益效果:
本发明提出了一种商用车无人驾驶转角补偿系统与方法,在商用车连接轮胎轮辋的转向节臂处安装位移传感器,通过瞬时的位移来等效瞬时的前轮转角,解决了行驶过程中转向前轮转角难以实时估测的问题。将传感器监测设置于输出端节臂处,减小了转向系统非线性的干扰,提高了估算精度。
除此之外提出了基于商用车无人驾驶转角补偿系统的一种商用车无人驾驶转角补偿控制方法,通过估测模块估测实时前轮转角与控制器中路径规划输出的理想前轮偏测角进行比较,得出在控制方向盘转角时由于非线性造成的转角偏差,并进行转角补偿控制,提高了跟踪精度,避免商用车控制不准造成的问题。
附图说明
图1是商用车无人驾驶转角补偿系统结构示意图;
图2是商用车无人驾驶转角补偿控制方法流程图;
图中,1、方向盘,2、是转矩转角传感器,3、是减速机构,4、是循环球转向器总成,5、是位移传感器,6、是转向横拉杆,7、是转向节臂。
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,以下结合附图及实施例,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用于解释本发明,并不用于限定本发明。
基于如图1所示的商用车无人驾驶转角补偿系统的结构示意图,方向盘1下方的管柱上装有转矩转角传感器2,驱动电机输出轴与减速机构3的蜗杆相连,减速机构3的蜗轮与循环球转向器总成4的输入轴相连,循环球转向器总成4的输出端摇臂轴连接车辆一侧的转向节臂7,该转向节臂7通过转向横拉杆6连接另一侧的转向节臂7;在方向盘1的管柱上有转矩转角传感器2和减速机构3;在转向节臂7上装有位移传感器5,通过5检测到转向过程中转向节臂7的位移量X,将位移量X输入估测模块估测出前轮偏转角θ;转矩转角传感器2、减速机构3的驱动电机分别通过信号线与ECU连接,其中,转矩转角传感器2用于采集的方向盘实时转角θd;ECU接收并对方向盘实时转角θd、前轮偏转角θ和道路信息进行处理后输出最优电机控制电流,通过最优电机控制电流控制驱动电机工作,进而实现对商用车无人驾驶转角补偿。
估测模块的具体估测方法如下:考虑到在方向盘产生转角时,转向系统进行工作,在商用车转向系统的输出端,也就是摇臂轴随着方向盘1的转动进行轴向的位移,最终带动转向节臂7来回摆动,产生位移量X,转向节臂7连接在车轮轮辋中心处,在采样时间T内(T较小),则前轮偏转角θ与位移量X的对应关系为:
其中,ξ为映射系数,D为车轮直径。
如图2所示,本发明所设计的一种商用车无人驾驶转角补偿控制方法,包括以下步骤:
步骤1,通过传感器组采集车辆状态信息与道路信息,车辆状态信息包括车速v,方向盘实时转角θd、前轮偏转角θ;车速v由车速传感器获得,方向盘实时转角θd由转矩转角传感器2采集获得,前轮偏转角由转角估测模块估测得到;道路信息包括横向路径偏差e、车辆航向角偏差横向路径偏差e、车辆航向角偏差则是通过摄像头进行计算得到。
步骤3,根据方向盘实时转角θd和理想前轮偏转角θ*计算方向盘转角差Δθd,具体计算方法如下:
Δθd=θd-εθ* (3)
基于所求出的方向盘转角差Δθd进一步计算出初步电机控制电流i',具体计算方法如下:
其中,ε为转向系统传动比,kpi为Δθd的比例系数,kii为Δθd的积分比例系数,kdi为Δθd的微分比例系数。
步骤4,根据前轮偏转角θ和理想前轮偏转角θ*计算前轮转角偏差Δθ,具体计算方法如下:
Δθ=θ-θ* (5)
基于所求出的前轮转角偏差Δθ进一步计算出转角补偿电流i”,具体计算方法如下:
其中,kpb为Δθ的比例系数,kib为Δθ的积分比例系数,kdb为Δθ的微分比例系数。
步骤5,计算出最终的电机控制电流i,计算公式如下:
i=i'+μi” (7)
其中,μ为转角补偿系数;
步骤6,为了提高控制精度,对转角补偿系数μ进行惯性权重PSO优化,得到最优电机控制电流ibest,进而将最优电机控制电流ibest导入转向电机进行转角补偿控制;其中,惯性权重PSO优化的具体过程如下:
步骤6.1,将转角补偿系数μ作为优化对象,设置搜寻空间维度d,d取1;
步骤6.2,初始化粒子群,包括随机位置Xi和速度Vi,并获取位置初始值范围以及速度初始值范围;位置初始值范围为Xi∈(μmin,μmax),速度初始值范围为Vi∈(μmin-μmax,μmax-μmin);
步骤6.3,计算每个粒子的适应度值,适应度值由适应度函数给出,适应度函数表示为:
步骤6.4,计算每次不同μ取值下的适应度值Ei,将每次计算的适应度值Ei进行比较,选取Ei最小时对应的为最优转角补偿系数μbest,0<i<n;
步骤6.5,将所获得的最优转角补偿系数μbest代入步骤5,进而得到最优电机控制电流ibest。
本发明主要针对目前商用车无人驾驶由于转向系统非线性较多控制不精准的问题,提出了一种商用车无人驾驶转角补偿控制方法,通过转角估测模块将传统不能测量的前轮转角估测出来,输入转角偏差进行补偿控制,并通过惯性权重PSO算法,对补偿系数进行优化,保证了控制的精准度与实时性。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点,其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,本发明的保护范围不限于上述实施例。所以,凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰,均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种商用车无人驾驶转角补偿控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤3,根据方向盘实时转角θd和理想前轮偏转角θ*计算方向盘转角差Δθd,基于所求出的方向盘转角差Δθd进一步计算出初步电机控制电流i';
步骤4,根据前轮偏转角θ和理想前轮偏转角θ*计算前轮转角偏差Δθ,基于所求出的前轮转角偏差Δθ进一步计算出转角补偿电流i”;所述前轮偏转角θ的获得的方法:在转向节臂(7)上装有位移传感器(5),通过位移传感器(5)检测到转向过程中转向节臂(7)的位移量X,将位移量X输入估测模块估测出前轮偏转角θ,ξ为映射系数,D为车轮直径;
步骤5,基于初步电机控制电流i'和转角补偿电流i”计算出最终的电机控制电流i=i'+μi”,μ为转角补偿系数;
步骤6,对转角补偿系数μ进行惯性权重PSO优化,得到最优电机控制电流ibest,进而将最优电机控制电流ibest导入转向电机进行转角补偿控制。
4.根据权利要求3所述的一种商用车无人驾驶转角补偿控制方法,其特征在于,所述方向盘转角差Δθd的计算方法为:Δθd=θd-εθ*。
6.一种基于权利要求5所述的商用车无人驾驶转角补偿控制方法的系统,其特征在于,在转向系统中,方向盘(1)下方的管柱上装有转矩转角传感器(2),转矩转角传感器(2)用于采集的方向盘实时转角θd;在转向节臂(7)上装有位移传感器(5),通过位移传感器(5)检测到转向过程中转向节臂(7)的位移量X,将位移量X输入估测模块估测出前轮偏转角θ;ECU接收并对方向盘实时转角θd、前轮偏转角θ和道路信息进行处理后输出最优电机控制电流,通过最优电机控制电流控制驱动电机工作,进而实现对商用车无人驾驶转角补偿。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911173375.7A CN110949499B (zh) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | 一种商用车无人驾驶转角补偿系统及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911173375.7A CN110949499B (zh) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | 一种商用车无人驾驶转角补偿系统及其控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110949499A CN110949499A (zh) | 2020-04-03 |
CN110949499B true CN110949499B (zh) | 2022-03-22 |
Family
ID=69978547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911173375.7A Active CN110949499B (zh) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | 一种商用车无人驾驶转角补偿系统及其控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110949499B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112977606B (zh) * | 2021-04-01 | 2022-11-11 | 清华大学 | 基于ddpg的线控转向系统转向补偿控制方法及装置 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9836056B2 (en) * | 2015-06-05 | 2017-12-05 | Bao Tran | Smart vehicle |
CN105607634B (zh) * | 2015-12-30 | 2018-07-24 | 广州中海达定位技术有限公司 | 一种农机自动导航控制系统 |
CN106828187B (zh) * | 2017-01-17 | 2019-10-01 | 河南师范大学 | 一种应用于无人驾驶汽车的电机补偿控制方法 |
DE102017215564A1 (de) * | 2017-09-05 | 2019-03-07 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und System zum Ermitteln einer Trajektorie zu einem optimalen Umstiegsort mindestens einer Person und zum Befahren der ermittelten Trajektorie durch mindestens ein Personentransportfahrzeug |
CN108001447A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-05-08 | 江苏大学 | 一种智能车辆路径跟踪前轮转角补偿控制方法 |
CN110271608B (zh) * | 2018-03-16 | 2021-02-09 | 华为技术有限公司 | 车辆转向控制方法、装置、系统以及车辆 |
CN108646734B (zh) * | 2018-04-27 | 2021-04-02 | 天津大学 | 基于量子粒子群算法的非线性模型预测控制方法 |
CN109017974B (zh) * | 2018-07-02 | 2020-12-25 | 南京航空航天大学 | 具有主动转向功能的辅助转向系统及其控制方法 |
CN109229200B (zh) * | 2018-09-10 | 2021-03-02 | 东南大学 | 一种无人驾驶方程式赛车通用转向系统及控制方法 |
CN109664938B (zh) * | 2018-12-29 | 2023-12-01 | 南京航空航天大学 | 基于驾驶员行为辨识的线控转向双电机系统及其横摆稳定性补偿策略 |
CN209667200U (zh) * | 2019-01-10 | 2019-11-22 | 洛阳智能农业装备研究院有限公司 | 农机转向轮转向角度检测装置 |
CN109850012B (zh) * | 2019-01-24 | 2020-08-28 | 驭势科技(北京)有限公司 | 一种无人车横向控制方法、装置、系统及存储介质 |
CN109795477B (zh) * | 2019-02-22 | 2020-11-06 | 百度在线网络技术(北京)有限公司 | 消除稳态横向偏差的方法、装置及存储介质 |
CN110077458B (zh) * | 2019-03-20 | 2021-03-26 | 同济大学 | 一种基于自抗扰控制的智能车转角控制方法 |
CN110147580B (zh) * | 2019-04-19 | 2023-04-07 | 江苏大学 | 考虑能耗的混合动力电控转向系统助力电流特性曲线设计方法 |
-
2019
- 2019-11-26 CN CN201911173375.7A patent/CN110949499B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110949499A (zh) | 2020-04-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111152834B (zh) | 一种基于阿克曼转向修正的电动汽车电子差速控制方法 | |
CN108128308B (zh) | 一种分布式驱动电动汽车的车辆状态估计系统及方法 | |
Zha et al. | A survey of intelligent driving vehicle trajectory tracking based on vehicle dynamics | |
CN109094640B (zh) | 一种轮驱电动汽车线控转向系统及控制方法 | |
CN113721606B (zh) | 跟随式自动驾驶物流车辆控制系统及方法 | |
WO2020215659A1 (zh) | 一种电液智能转向系统性能监测器及性能优化方法 | |
CN109292018B (zh) | 基于同轴式轮腿结构的四轮转向轨迹跟踪控制方法 | |
CN109515442A (zh) | 四轮驱动电动汽车路面附着系数估计方法 | |
CN107054454A (zh) | 一种基于参数估计的线控转向控制系统及控制方法 | |
CN110949499B (zh) | 一种商用车无人驾驶转角补偿系统及其控制方法 | |
CN116560371A (zh) | 基于自适应模型预测控制的自动驾驶车辆路径跟踪方法 | |
CN113183953B (zh) | 基于分布式驱动底盘的车辆碰后主动安全控制方法及系统 | |
CN206871167U (zh) | 一种基于参数估计的线控转向控制系统 | |
CN112874536A (zh) | 一种智能车辆拨杆换道方法 | |
CN114312751B (zh) | 一种4wid/s电动汽车变角传动比控制方法 | |
CN114890345B (zh) | 一种叉车稳定性控制方法以及控制系统 | |
CN115848162A (zh) | 一种用于六轮独立电驱动无人车辆差动转向的控制方法 | |
CN112835292B (zh) | 一种自动驾驶电动车在崎岖路面的横向控制方法 | |
CN110723200B (zh) | 一种转向回正及中间位置控制系统及其控制方法 | |
CN113147772B (zh) | 一种半挂汽车列车全工况铰接角度状态估计方法 | |
CN114179818A (zh) | 基于自适应预瞄时间和滑模控制的智能汽车横向控制方法 | |
CN111267949B (zh) | 一种用于车辆的滑移转向控制系统 | |
CN114348108B (zh) | 人机共驾多模式切换控制器、应用该控制器的转向系统及多模式切换控制方法 | |
Xia et al. | State estimation and application of the hitch angle of a semitrailer train under full working conditions based on multimodel information fusion | |
Pan et al. | Research on the control strategy of trailer tracking tractor for articulated heavy vehicles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |