CN112758176B - 一种自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法 - Google Patents

一种自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法，包括由当前转向盘转向角计算当前时刻转向内、外轮转角反馈量，以及由当前道路路径的曲率半径计算转向内、外轮转角前馈量，在手动驾驶时以反馈量为控制量控制转向轮进行转向角补偿，在自动驾驶时以反馈量和前馈量的均值控制转向轮进行转向角补偿。本发明通过自动对转向轮进行转向角补偿并在自动驾驶状态下由前馈量和反馈量同时补偿，减少轮胎磨损，提高转向准确性。

Description

一种自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法
技术领域
本发明涉及一种转向轮控制方法，特别是涉及一种自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法。
背景技术
Akerman转向原理要求汽车内轮的转角大于外轮的转角，使转向轮保持纯滚动状态，减小转向轮的磨损。通常汽车的前轮采用平行四边形转向机构会导致内外轮转角一样，这不满足内外轮纯滚动的Akerman转向原理，加速了前轮轮胎的磨损。不仅导致汽车的油耗增加，而且导致轮胎提前报废。对于自动驾驶汽车如果不能根据预瞄的路径进行转向预测，可能会导致偏离正确的行驶路径。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法，解决自动驾驶车辆转向时轮胎磨损、汽车不按规划的路径行驶等情况的发生。
本发明技术方案如下：一种自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法，包括以下步骤：步骤1、计算当前转向轮平均转角δ＝δsw/i，δsw为当前车辆转向盘转角，i为转向系统速比，计算当前转弯半径R＝L/δ，L为轴距；步骤2、计算转向外轮转角反馈量δo1＝L/(R+t/2)-L/R＝-Lt/[(2R+t)R]，转向内轮转角反馈量δi1＝L/(R-t/2)-L/R＝Lt/[(2R-t)R]，t为转向轮轮距；步骤3、判断当前为手动驾驶状态还是自动驾驶状态，如为手动驾驶状态则进入步骤6，如为自动驾驶状态则进入步骤4；步骤4、计算转向外轮转角前馈量δo2＝L/(R1+t/2)-L/R1＝-Lt/[(2R1+t)R1]，转向内轮转角前馈量δi2＝L/(R1-t/2)-L/R1＝Lt/[(2R1-t)R1]，R1为当前道路路径的曲率半径；步骤5、计算转向外轮实际补偿量δo＝(δo1+δo2)/2，转向内轮实际补偿量δi＝(δi1+δi2)/2，进入步骤7；步骤6、计算转向外轮实际补偿量δo＝δo1，转向内轮实际补偿量δi＝δi1；步骤7，根据转向外轮实际补偿量δo和转向内轮实际补偿量δi由转向补偿机构对转向轮的转角进行角度补偿；所述转向补偿机构包括连接拉杆和补偿舵机，所述连接拉杆一端与转向齿条铰接，所述连接拉杆的另一端与所述补偿舵机的机壳固定连接，所述补偿舵机的转轴与转向拉杆固定连接，转向拉杆与车轮铰接，所述连接拉杆与所述转向拉杆均垂直于所述补偿舵机的转轴，所述转向齿条由转向盘或自动驾驶系统控制。
进一步地，所述当前道路路径的曲率半径由车辆位于距离当前位置之前LL距离时获得的路径点云数据得到。
进一步地，所述距离当前位置之前LL距离的值等于V0×t，V0为比当前时刻早t时间的时间点车速，t为设定的时间长度。
进一步地，设定最大补偿量δm，步骤7、判断转向外轮实际补偿量δo和转向内轮实际补偿量δi是否超过最大补偿量δm，实际补偿量超过最大补偿量时按最大补偿量对转向轮的转角进行角度补偿，否则按实际补偿量对转向轮的转角进行角度补偿。
进一步地，所述最大补偿量δm不超过3°
本发明所提供的技术方案的优点在于：
在自动驾驶状态下，通过当前的转向角度以及当前道路路径的曲率半径为依据分别计算角度补偿量得到实际补偿量，由此控制转向轮进行转向角度补偿，得到转向内外轮不同的转向角，减少车轮与地面的滑动摩擦，减少轮胎磨损，提高转向准确性。
附图说明
图1为自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法的流程示意图。
图2为转向补偿机构结构示意图。
图3为补偿舵机局部结构A向示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
请结合图1至图3所示，车辆的转向机构包括转向盘1、上转向柱2、转向柱万向节3、下转向柱4、转向电机5、转向齿轮6、转向齿条7、左转向拉杆8a和右转向拉杆8b。转向盘1与上转向柱2固定连接，上转向柱2与下转向柱4通过转向柱万向节3连接，转向电机5设置在下转向柱4上。下转向柱4上还连接有与转向齿条7匹配的转向齿轮6，转向齿轮6转动时转向齿条7左右移动。现有技术中转向齿条7左右两端与左转向拉杆8a和右转向拉杆8b铰接，左转向拉杆8a和右转向拉杆8b分别和左右车轮铰接。转向齿条7移动带动左转向拉杆8a和右转向拉杆8b使左右车轮转向。本实施例中包括了转向补偿机构，转向补偿机构左右各设置一套。左侧的转向补偿机构包括左连接拉杆9a和左补偿舵机10a，左连接拉杆9a一端与转向齿条7铰接，左连接拉杆9a的另一端与左补偿舵机10a的机壳固定连接，左补偿舵机10a的转轴11a与左转向拉杆8a固定连接。右侧的转向补偿机构包括右连接拉杆9b和右补偿舵机10b，右连接拉杆9b一端与转向齿条7铰接，右连接拉杆9b的另一端与右补偿舵机10b的机壳固定连接，右补偿舵机10b的转轴11b与右转向拉杆8b固定连接。在左补偿舵机10a和右补偿舵机10b的设有转轴的一侧固定安装两个限制左转向拉杆8a和右转向拉杆8b转动角度的限位柱12，使由左补偿舵机10a和右补偿舵机10b转动引起的左车轮和右车轮角度变化不超过3°。
本发明的自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法，包括以下步骤：
步骤1、计算当前转向轮平均转角δ＝δsw/i，δsw为当前车辆转向盘转角，i为转向系统速比，计算当前转弯半径R＝L/δ，L为轴距；
步骤2、计算转向外轮转角反馈量δo1＝L/(R+t/2)-L/R＝-Lt/[(2R+t)R]，转向内轮转角反馈量δi1＝L/(R-t/2)-L/R＝Lt/[(2R-t)R]，t为转向轮轮距；
步骤3、判断当前为手动驾驶状态还是自动驾驶状态，如为手动驾驶状态则进入步骤6，如为自动驾驶状态则进入步骤4；
步骤4、计算转向外轮转角前馈量δo2＝L/(R1+t/2)-L/R1＝-Lt/[(2R1+t)R1]，转向内轮转角前馈量δi2＝L/(R1-t/2)-L/R1＝Lt/[(2R1-t)R1]，R1为当前道路路径的曲率半径；当前道路路径的曲率半径由车辆位于距离当前位置之前LL距离时获得的路径点云数据得到，LL距离的值等于V0×t，V0为比当前时刻早t时间的时间点车速，t为设定的时间长度。
步骤5、计算转向外轮实际补偿量δo＝(δo1+δo2)/2，转向内轮实际补偿量δi＝(δi1+δi2)/2，进入步骤7；
步骤6、计算转向外轮实际补偿量δo＝δo1，转向内轮实际补偿量δi＝δi1；
步骤7，判断转向外轮实际补偿量δo和转向内轮实际补偿量δi是否超过最大补偿量δm，最大补偿量δm即为3°。实际补偿量超过最大补偿量时按最大补偿量由ECU控制左补偿舵机和右补偿舵机转动分别对转向轮的转角进行角度补偿，否则按实际补偿量由ECU控制左补偿舵机和右补偿舵机转动分别对转向轮的转角进行角度补偿。

Claims (5)

1.一种自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、计算当前转向轮平均转角δ＝δsw/i，δsw为当前车辆转向盘转角，i为转向系统速比，计算当前转弯半径R＝L/δ，L为轴距；步骤2、计算转向外轮转角反馈量δo1＝L/(R+t/2)-L/R＝-Lt/[(2R+t)R]，转向内轮转角反馈量δi1＝L/(R-t/2)-L/R＝Lt/[(2R-t)R]，t为转向轮轮距；步骤3、判断当前为手动驾驶状态还是自动驾驶状态，如为手动驾驶状态则进入步骤6，如为自动驾驶状态则进入步骤4；步骤4、计算转向外轮转角前馈量δo2＝L/(R1+t/2)-L/R1＝-Lt/[(2R1+t)R1]，转向内轮转角前馈量δi2＝L/(R1-t/2)-L/R1＝Lt/[(2R1-t)R1]，R1为当前道路路径的曲率半径；步骤5、计算转向外轮实际补偿量δo＝(δo1+δo2)/2，转向内轮实际补偿量δi＝(δi1+δi2)/2，进入步骤7；步骤6、计算转向外轮实际补偿量δo＝δo1，转向内轮实际补偿量δi＝δi1；步骤7，根据转向外轮实际补偿量δo和转向内轮实际补偿量δi由转向补偿机构对转向轮的转角进行角度补偿；所述转向补偿机构包括连接拉杆和补偿舵机，所述连接拉杆一端与转向齿条铰接，所述连接拉杆的另一端与所述补偿舵机的机壳固定连接，所述补偿舵机的转轴与转向拉杆固定连接，转向拉杆与车轮铰接，所述连接拉杆与所述转向拉杆均垂直于所述补偿舵机的转轴，所述转向齿条由转向盘或自动驾驶系统控制。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法，其特征在于，所述当前道路路径的曲率半径由车辆位于距离当前位置之前LL距离时获得的路径点云数据得到。
3.根据权利要求2所述的自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法，其特征在于，所述距离当前位置之前LL距离的值等于V0×t，V0为比当前时刻早t时间的时间点车速，t为设定的时间长度。
4.根据权利要求1所述的自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法，其特征在于，设定最大补偿量δm，步骤7、判断转向外轮实际补偿量δo和转向内轮实际补偿量δi是否超过最大补偿量δm，实际补偿量超过最大补偿量时按最大补偿量对转向轮的转角进行角度补偿，否则按实际补偿量对转向轮的转角进行角度补偿。
5.根据权利要求4所述的自动驾驶的前馈反馈转向轮补偿控制方法，其特征在于，所述最大补偿量δm不超过3°。
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