CN111516752A - 一种自动驾驶车辆的人机共驾转向控制方法 - Google Patents
一种自动驾驶车辆的人机共驾转向控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种自动驾驶车辆的人机共驾转向控制方法,通过自动驾驶控制器获取方向盘转角指令;获取方向盘力矩数值;判断力矩数值是否超过预设的接管阈值,若是,则电动转向系统EPS依据方向盘力矩数值执行转向助力;若否,则通过方向盘力矩传感器采集到的方向盘力矩数值,计算对方向盘转角的修正角度θ需求,修正角度需求θ与自动驾驶方向盘转角指令叠加,得到转角请求指令,将转角请求指令发送至电动转向系统,电动转向系统响应转角指令控制转向器,实现人机共驾。本发明在自动驾驶功能正常控制执行器的基础上将驾驶员的转向意图综合考虑,再发送至转向执行器,实现人机共驾的良好转向体验。
Description
技术领域
本发明属于智能辅助驾驶领域,具体涉及一种自动驾驶车辆的人机共驾转向控制方法。
背景技术
近年来,互联网技术、高精度地图和人工智能的迅速发展和广泛应用促进了自动驾驶技术的发展。相关报道表明,自动驾驶技术可减少90%交通事故,降低70%出行成本,以及有望成为下一代计算平台,而目前已经实现商用的L2、L3级智能辅助驾驶功能则在一定程度上向自动驾驶靠近,针对交通事故中最为常见的追尾、侧偏、驾驶疲劳等情况充分考虑,从辅助驾驶的应用中一定程度上减少交通事故的发生,但在L3及以下级别的自动驾驶功能中,驾驶主体与责任人依然是驾驶员,驾驶员需要对自己的驾驶行为负责,同样也需要负责辅助驾驶功能工作时的安全责任。
L1、L2、L3级辅助驾驶技术通常包括感知、决策和执行三个环节。首先通过摄像头、或毫米波雷达等传感器,采集与处理环境信息和车内信息,车辆状态参数通过车辆本身的各执行器由CAN总线或以太网获取。其中环境信息包括;车道线信息、障碍物信息、交通标志信息等。然后决策控制模块依据获取的信息和驾驶员意图进行决策判断,制定相应的控制策略并将控制指令发送至CAN总线或以太网;最后由车辆的各执行器进行控制,反馈到底层模块执行任务,包括加速、制动和转向以及人机交互等。
目前的自动驾驶功能中,常见为自动驾驶模式与人工驾驶模式,两种模式通过各种限定的条件、开关等界限鲜明,而在用户体验中,当驾驶员非紧急情况下操纵时,常常遇到功能运行中阻碍驾驶员转向的情况,当驾驶员介入的方向盘扭矩超过一定限值,则直接由自动驾驶或辅助驾驶模式切换至人工驾驶模式,手感突兀,体验较差。
发明内容:
为了克服上述背景技术的缺陷,本发明提供一种自动驾驶车辆的人机共驾转向控制方法,可以在自动驾驶功能进行转向控制时依然保持功能正常进行,结合驾驶员的转向需求以及输出给电子转向助力器执行器。
为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为:
一种自动驾驶车辆的人机共驾转向控制方法,包括:
步骤1,通过自动驾驶控制器获取方向盘转角指令;
步骤2,通过力矩传感器获取方向盘力矩数值;
步骤3,判断力矩数值是否超过预设的接管阈值,若是,则进入步骤4,若否,则进入步骤5;
步骤4,自动驾驶功能退出,电动转向系统跟随驾驶员转向需求进行助力;
步骤5,通过方向盘力矩传感器获取方向盘力矩数值,计算对方向盘转角的修正角度θ需求;然后将修正角度需求θ与自动驾驶方向盘转角指令叠加,得到转角请求指令,并将转角请求指令发送至电动转向系统系统EPS,进入步骤6;
步骤6,电动转向系统EPS响应转角指令控制转向器,实现人机共驾。
较佳地,接管阈值是预设的经验数值。
较佳地,步骤5获取修正角度需求θ的具体方法包括:
本发明的有益效果在于:本发明则在自动驾驶或辅助驾驶模式工作下,通过驾驶员力矩、方向盘转角、方向盘转速等条件,在功能正常控制执行器的基础上将驾驶员的转向意图综合考虑,再发送至转向执行器,实现人机共驾的良好转向体验。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图,
图2为本发明实施例叠加角度θ和转向力矩输入Td的对应关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
一种自动驾驶车辆的人机共驾转向控制方法,包括:
步骤1,通过自动驾驶控制器获取方向盘转角指令;
步骤2,通过力矩传感器获取方向盘力矩数值;
步骤3,判断力矩数值是否超过预设的接管阈值,若是,则进入步骤4,若否,则进入步骤5,接管阈值是预设的经验数值;。
步骤4,进入完全人工驾驶模式,自动驾驶功能退出,此时电动转向系统跟随驾驶员转向需求进行助力;
步骤5,是人机共驾模式,通过方向盘力矩传感器采集方向盘力矩数值,计算对方向盘转角的修正角度θ需求。然后将所述修正角度需求θ与所述自动驾驶方向盘转角指令叠加,得到转角请求指令,并将所述转角请求指令发送至电动转向系统系统EPS,进入步骤6;
电动转向系统EPS依据方向盘力矩数值执行转向助力,修正角度需求
其中,
θmax为转向角叠加的最大值,此标定量控制及驾驶员转向角度需求的最大值,即在人机共驾模式下的最大调整角度;
Tmin为产生叠加的力矩最小值,此标定量控制及驾驶员要在自动驾驶模式下操纵方向盘进行人机共驾的最小转向力矩;
Tmax为产生叠加的力矩最大值,此标定量控制驾驶员在人机共驾模式下允许操控的最大力矩,方向盘扭矩达到这一力矩时,转向角叠加达到最大值;
D为方向盘转速的阻尼系数,此标定量控制方向盘转动时的阻尼效果;
Td为驾驶员施加的方向盘力矩,
步骤6,电动转向系统EPS响应转角指令控制转向器,实现人机共驾。
本实施例中驾驶员施加的方向盘力矩公式构建了驾驶员操控方向盘转动时的仿真力学模型,等式左侧为驾驶员施加的方向盘力矩,K·θ为根据转角与力矩的线性对应得到的稳定转向的模拟反馈力矩,为方向盘转动产生的模拟阻尼力矩。
因此,不考虑阻尼作用时
其中Tmin≤Td≤Tmax
上述公式是对稳定转向下由标定参数规划出的方向盘叠加转角随方向盘力矩变化曲线得出的公式。实现了在稳态转向下,给定方向盘力矩,得出叠加方向盘转角。
在实际情况下,方向盘力矩是离散的数字信号,因此对其进行滤波处理,将滤波后的信号输入控制模型。同时,对输出的转角指令进行限幅与斜率限制,防止输入信号数值异常及运算结果异常发生危险情况。
人工驾驶时,驾驶员通过操控方向盘,给方向盘提供转向力矩,方向盘通过铰链、齿轮齿条等机械结构将力矩传递至转向机构。目前的实际应用中普遍采用了EPS电助力转向使得驾驶员操纵方向盘更加方向盘舒适,EPS通过力矩传感器、转角传感器获得驾驶员输入的方向盘力矩和当前方向盘转角,综合判断驾驶员转向需求,根据内置的车辆动力学模型计算出需要补偿的转向力矩,通过转向电机控制车辆转向。因此,人工驾驶模式下由驾驶员至EPS转向器的输入为方向盘力矩,EPS控制转向器运动。
自动驾驶模式下,无需驾驶员操控方向盘,因此方向盘上的转向力矩不能够再供EPS计算转向需求。自动驾驶模式下,由车载控制器根据行驶状态计算出需要的方向盘转向角度,并将方向盘转角指令通过CAN总线输入给EPS转向器。EPS在主动转向模式下,收到方向盘转角需求后由内部的电机控制器控制方向盘转角完成响应。当车辆处于自动驾驶模式时,EPS处于主动转向模式,并不会根据驾驶员的转向操作判断转向助力需求。当驾驶员强行介入操作方向盘时,则会触发接管自动驾驶模式的操作,EPS也会从主动转向模式进入助力转向模式,不能实现很好的过渡,无法实现人机共驾,用户操控体验较差,甚至在车辆行驶过程中会引发危险。
当驾驶员不操作方向盘时,执行器完全按照横向控制期望方向盘转角指令进行响应,此时驾驶员对方向盘转角施加力矩使之有转动倾向时,通过人机共驾算法计算驾驶员操作产生的方向盘转角值,在功能控制转角指令基础上叠加,将叠加后的转角值令发送给执行器响应。而为了防止震荡的产生及模拟人工驾驶下的驾驶手感,设置了阻尼系数,模拟驾驶员转动方向盘时的阻尼效果。这种人机共驾模式,实现了在EPS执行自动驾驶功能请求时,主动转向模式下的驾驶员操控需求。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种自动驾驶车辆的人机共驾转向控制方法,其特征在于,包括:
步骤1,通过自动驾驶控制器获取方向盘转角指令;
步骤2,通过力矩传感器获取方向盘力矩数值;
步骤3,判断所述力矩数值是否超过预设的接管阈值,若是,则进入步骤4,若否,则进入步骤5;
步骤4,自动驾驶功能退出,电动转向系统跟随驾驶员转向需求进行助力;
步骤5,通过方向盘力矩传感器获取方向盘力矩数值,计算对方向盘转角的修正角度θ;然后将所述修正角度需求θ与所述自动驾驶方向盘转角指令叠加,得到转角请求指令,并将所述转角请求指令发送至电动转向系统EPS,进入步骤6;
步骤6,电动转向系统EPS响应所述转角指令控制转向器,实现人机共驾。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆的人机共驾转向控制方法,其特征在于:所述接管阈值是预设的经验数值。
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