CN113562070B - 汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统，包括参数获取模块、参数处理模块、控制器、主动回正模块。本发明还公开了一种汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统的控制方法，通过获取转向管柱相对转角和车辆的运行参数确定方向盘修正转角和方向盘修正转角偏差，求得方向盘相对转角并判断车辆是否处于直行状态，当车辆处于直线行驶状态时关闭主动回正模块，并通过摩擦补偿模块调节转向系统的摩擦力矩，进一步地抵抗车辆直行时外界因素对车辆的影响，从而提高了车辆直线行驶能力的鲁棒性。

Description

汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车转向控制技术领域，具体地指一种汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统及其控制方法。

背景技术

车辆直线行驶能力受到多重因素影响，首先车辆本身的制造偏差，四轮定位偏差、左右轮胎锥度力大小、左右弹簧轴线力分布、载荷分布等车辆机械结构因素，其次转向系统EPS主动回正功能介入，再加上外界路面不平、侧风等都会影响车辆维持直线行驶的能力。机械部分制造偏差的提高会提升车辆维持直线行驶的能力，但也会直接造成制造成本的增加。

中国专利电动助力转向装置CN106470889B公开了一种安全并具有良好的转向感的电动助力转向装置，其具备脱离横向偏移抑制或侧向偏移抑制的功能，以便能够获得更好地降低横向偏移或侧向偏移时的驾驶员负荷的效果。电动助力转向装置具备用于通过基于电动机补正信号的电动机电流补正值来补正电流指令值的电动机电流补正值运算单元，该电动机电流补正值运算单元由用于判定车辆的直线行驶状态的直线行驶状态判定单元、用于至少基于直线行驶判定结果、转向角和作用力运算出电动机补正信号并将其输出的自适应运算单元、用于输出与车速相对应的车速增益的车速感应增益单元和用于将车速增益与电动机补正信号相乘并输出电动机电流补正值的输出运算单元构成，通过针对电动机补正信号和转向信息设定阈值并进行电动机补正信号以及转向信息与阈值的条件判定，以便具备脱离横向偏移抑制或侧向偏移抑制的功能。该方案采用传统的实体转向传感器，通过EPS增加力矩来实现增加抗外界干扰能力，虽然降低了道路、机械部分的干扰，增加车辆直行行驶鲁棒性，但没有规避EPS的回正功能造成的干扰。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统及其控制方法，该系统及方法在节省了方向盘角度传感器的基础上，通过不断更新方向盘修正角度，并控制EPS系统主动回正功能，提高车辆直线行驶能力鲁棒性。

为实现上述目的，本发明提供一种汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统，其特征在于：包括参数获取模块参数处理模块、控制器、主动回正模块；

所述参数获取模块，用于获取转向管柱相对转角△α、车速S、横向加速度a_y以及不足转向梯度ξ，所述转向管柱相对转角为当前转向管柱转角与车辆上电时转向管柱转角之差；

所述参数处理模块，用于根据转向管柱相对转角、车速、横向加速度以及不足转向梯度确定方向盘修正转角β和方向盘修正转角偏差△，所述方向盘修正转角为方向盘零位角与车辆处于直行状态时方向盘转角之差，所述方向盘修正转角偏差为方向盘修正转角的变化率；

所述控制器，用于判断当方向盘修正转角β位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0且方向盘修正转角偏差△小于或等于方向盘修正转角偏差阈值△0时，输出当前时刻的方向盘相对转角θ为转向管柱相对转角△α和当前时刻的方向盘修正转角β之和，所述方向盘相对转角θ为当前时刻的方向盘转角与车辆处于直行状态时方向盘转角之差；

以及用于判断当方向盘修正转角不位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0或方向盘修正转角偏差△大于方向盘修正转角偏差阈值△0时，输出当前时刻的方向盘相对转角为转向管柱相对转角和上一时刻的方向盘修正转角之和，其中方向盘修正转角偏差阈值△0包括方向盘修正转角偏差固定阈值△0’；

以及用于根据当前时刻的方向盘相对转角θ判断车辆是否处于直行状态；

所述主动回正模块，用于当车辆不满足直行状态时，主动执行方向盘回正，使车辆处于直行状态。

进一步地，所述参数处理模块用于通过如下公式得到方向盘修正转角β

其中，

为转向系统传动比，L为车辆轴距。

进一步地，所述参数处理模块还用于将方向盘修正转角β对时间进行求导然后乘以修正系数λ得到方向盘修正转角偏差△。

进一步地，所述控制器还用于判断如果当前时刻的方向盘相对转角的绝对值|θ|小于或等于方向盘相对转角阈值θ’，关闭主动回正模块。

进一步地，所述控制器还用于从车辆上电至首次满足方向盘修正转角位于方向盘修正转角阈值±方向盘修正转角偏差固定阈值且方向盘修正转角偏差小于或等于方向盘修正转角偏差固定阈值的过程中，输出方向盘修正转角阈值为上一时刻的方向盘修正转角，输出方向盘修正转角偏差阈值为上一时刻的方向盘修正转角偏差。

进一步地，所述控制器还用于当方向盘修正转角位于方向盘修正转角阈值±方向盘修正转角偏差固定阈值且方向盘修正转角偏差小于或等于方向盘修正转角偏差固定阈值时，输出方向盘修正转角阈值为上一时刻的方向盘修正转角，保持方向盘修正转角偏差阈值不变。

进一步地，还包括摩擦补偿模块，所述摩擦补偿模块用于调节转向系统的摩擦力力矩。

进一步地，所述控制器还用于判断当方向盘相对转角小于或等于方向盘相对转角设定值时，控制摩擦补偿模块增大转向系统的摩擦力力矩。

进一步地，所述控制器还用于判断当方向盘相对转角大于方向盘相对转角设定值时，控制摩擦补偿模块减小转向系统的摩擦力力矩。

本发明还提供一种上述所述的汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统的控制方法，包括：

获取转向管柱相对转角△α、车速S、横向加速度a_y以及不足转向梯度ξ，并根据上述获取的参数确定方向盘修正转角β和方向盘修正转角偏差△；

当方向盘修正转角β位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0且方向盘修正转角偏差△小于或等于方向盘修正转角偏差阈值△0时，输出当前时刻的方向盘相对转角θ为转向管柱相对转角△α和当前时刻的方向盘修正转角β之和；

当方向盘修正转角不位于向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0或方向盘修正转角偏差△大于方向盘修正转角偏差阈值△0时，输出当前时刻的方向盘相对转角为转向管柱相对转角和上一时刻的方向盘修正转角之和；

根据当前时刻的方向盘相对转角θ判断车辆是否处于直行状态，若车辆处于直行状态，不执行主动回正功能。

进一步地，当方向盘相对转角小于或等于方向盘相对转角设定值时，减小转向系统的摩擦力力矩；当方向盘相对转角大于方向盘相对转角设定值时，增大转向系统的摩擦力力矩。

本发明的有益效果：提高车辆直行能力的鲁棒性。本发明在省去方向盘转角传感器的基础上，通过获取车辆上电后转向管柱电机的转动角度获取转向管柱相对转角，然后根据车辆的运行参数确定方向盘修正转角和方向盘修正转角偏差，判断此时方向盘修正转角是否可接受，若不可接受则输出上一时刻的方向盘修正转角，并更新方向盘修正转角阈值和方向盘修正转角偏差阈值，为判断下一时刻方向盘修正转角是否可接受提供标准；获取转向管柱相对转角与方向盘修正转角之和作为方向盘的相对转角，方向盘的相对转角满足车辆处于直行状态的条件时，关闭主动回正模块，从而避免了方向盘相对转角与方向盘零位角不一致时自动启动主动回正模块，避免了对车辆直行状态的影响；同时通过摩擦补偿模块调节转向系统的摩擦力矩，进一步地抵抗车辆直行时外界因素对车辆的影响，从而提高了车辆直线行驶能力的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明控制系统结构示意图。

图中各部件标号如下：参数获取模块100、参数处理模块200、控制器300、主动回正模块400、摩擦补偿模块500。

具体实施方式

下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

如图1所示，一种汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统，包括参数获取模块100、参数处理模块200、控制器300、主动回正模块400。

参数获取模块100，用于获取转向管柱相对转角△α、车速S、横向加速度a_y以及不足转向梯度ξ，转向管柱相对转角为当前转向管柱转角与车辆上电时转向管柱转角之差，其中当前转向管柱转角与车辆上电时转向管柱转角均为未知量。本实施例中省去了方向盘转角传感器，并通过获取转向管柱电机上电后的相对转角来获取转向管柱相对转角，从而间接求解方向盘相对转角。本实施例中当前时刻的转向管柱转角等于方向盘转角、也等于车轮转角，因此默认为从方向盘到转向管柱再到车轮的转向传递过程中不存在偏差，而造成车辆处于直行状态时，方向盘转角与转向管柱转角均不为零的原因是路面的不平整度以及车辆转弯等外部客观因素。

参数处理模块200，用于根据转向管柱相对转角△α、车速S、横向加速度a_y以及不足转向梯度ξ确定方向盘修正转角β和方向盘修正转角偏差△，方向盘修正转角为方向盘零位角与车辆处于直行状态时方向盘转角之差，方向盘修正转角偏差为方向盘修正转角的变化率。

本实施例中，参数处理模块200用于通过如下公式得到方向盘修正转角β

其中，

为转向系统传动比，L为车辆轴距，不足转向梯度ξ为不足转向的变化率。

本实施例中，参数处理模块200还用于将方向盘修正转角β对时间进行求导，然后乘以修正系数λ得到方向盘修正转角偏差△，其中修正系数为固定值，其单位为s，可以将角速度单位转化为角度单位。

控制器300，用于判断当方向盘修正转角β位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0且方向盘修正转角偏差△小于或等于方向盘修正转角偏差阈值△0时，说明当前时刻的方向盘修正转角β可接受，输出当前时刻的方向盘相对转角θ为转向管柱相对转角△α和当前时刻的方向盘修正转角β之和，方向盘相对转角θ为当前时刻的方向盘转角与车辆处于直行状态时方向盘转角之差。

控制器300还用于判断当方向盘修正转角不位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0或方向盘修正转角偏差△大于方向盘修正转角偏差阈值△0时，说明当前时刻的方向盘修正转角β偏差较大，不可接受，输出当前时刻的方向盘相对转角为转向管柱相对转角△α和上一时刻的方向盘修正转角之和，其中方向盘修正转角偏差阈值△0包括方向盘修正转角偏差固定阈值△0’。

控制器300还用于判断如果当前时刻的方向盘相对转角的绝对值|θ|小于或等于方向盘相对转角阈值θ’，车辆处于直线行驶状态，关闭主动回正模块400。理论上来说，不管方向盘是处于方向盘零位角，当方向盘相对转角为0即表明车辆处于直线行驶状态，但是实际中只要方向盘相对转角在接近0的很小范围内变化，基本上也可以认定为车辆处于直行状态，因此方向盘相对转角阈值是一个很小的数值。此外这里采用方向盘相对转角来判定是因为，如果根据现有技术中方向盘转角接近0时判定车辆处于直行状态，会出现如果车辆处于直行状态时方向盘转角不接近0，那么按照现有技术中的设定此时会启动主动回正功能，导致车辆反而不能保持直行。

主动回正模块400，用于当车辆不满足直行状态时，主动执行方向盘回正，使车辆处于直行状态。

本实施例中，控制器300还用于从车辆上电至首次满足方向盘修正转角β位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差固定阈值△0’且方向盘修正转角偏差△小于或等于方向盘修正转角偏差固定阈值△0’的过程中，输出方向盘修正转角阈值为上一时刻的方向盘修正转角，输出方向盘修正转角偏差阈值为上一时刻的方向盘修正转角偏差。这样，是因为车辆上电时刻方向盘相对转角往往不满足车辆直行状态，因此需要通过快速更新确定车辆处于执行状态时的方向盘修正转角阈值，并不断减小方向盘修正转角偏差阈值，提高方向盘修正转角计算的可信度。

本实施例中，控制器300还用于当方向盘修正转角β不位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差固定阈值△0’或方向盘修正转角偏差△大于方向盘修正转角偏差固定阈值△0’时，输出方向盘修正转角阈值为上一时刻的方向盘修正转角，保持方向盘修正转角偏差阈值为方向盘修正转角偏差固定阈值△0’不变。此时方向盘修正转角阈值还需要随着方向盘修正转角变动，但是由于此时可认为车辆基本属于直线行驶状态，因此无需再更新方向盘修正转角偏差阈值。

本实施例中，还包括摩擦补偿模块500，摩擦补偿模块500用于调节转向系统的摩擦力力矩。

本实施例中，控制器300还用于判断当方向盘相对转角小于或等于方向盘相对转角设定值时，控制摩擦补偿模块500增大转向系统的摩擦力力矩。因为当方向盘相对转角越小时，车辆越接近直线行驶状态，因此为了保持车辆直线行驶的能力，通过增大转向系统的摩擦力力矩来抵抗外界路况对车辆的干扰。

本实施例中，控制器300还用于判断当方向盘相对转角大于方向盘相对转角设定值时，控制摩擦补偿模块500减小转向系统的摩擦力力矩。此时，车辆越偏离直线行驶状态，则越不需要保持车辆直线行驶的能力，因此需要减小转向系统的摩擦力力矩。

上述汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统的控制方法如下：

1、参数获取模块获取转向管柱相对转角△α、车速S、横向加速度a_y以及不足转向梯度ξ，参数处理模块根据上述获取的参数确定方向盘修正转角β和方向盘修正转角偏差△，方向盘修正转角为处于直行状态时方向盘转角与方向盘零位角之差。

2、从车辆上电至控制器判断首次满足方向盘修正转角β位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差固定阈值△0’且方向盘修正转角偏差△小于或等于方向盘修正转角偏差固定阈值△0’的过程中，令首个方向盘修正转角阈值β0为0，首个方向盘修正转角偏差阈值△0为正无穷大，输出方向盘修正转角阈值为上一时刻的方向盘修正转角，输出方向盘修正转角偏差阈值为上一时刻的方向盘修正转角偏差。在这个阶段，方向盘修正转角阈值和方向盘修正转角偏差阈值均是不断更新的，直到修正转角偏差阈值更新到修正转角偏差固定阈值，则进入下一阶段。

3、当方向盘修正转角β位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差固定阈值△0’且方向盘修正转角偏差△小于或等于方向盘修正转角偏差固定阈值△0’时，输出方向盘修正转角阈值为上一时刻的方向盘修正转角，保持方向盘修正转角偏差固定阈值不变。

在上述步骤2和步骤3中，当方向盘修正转角β位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0且方向盘修正转角偏差△小于或等于方向盘修正转角偏差阈值△0时，输出当前时刻的方向盘相对转角θ为转向管柱相对转角△α和当前时刻的方向盘修正转角β之和，方向盘相对转角为方向盘转角与处于直行状态时方向盘转角之差；

在上述步骤2和步骤3中，当方向盘修正转角不位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0或方向盘修正转角偏差△大于方向盘修正转角偏差阈值△0时，输出当前时刻的方向盘相对转角为转向管柱相对转角和上一时刻的方向盘修正转角之和；

4、如果当前时刻的方向盘相对转角的绝对值|θ|小于或等于方向盘相对转角阈值θ’，判断为车辆处于直行状态，关闭主动回正模块400；如果车辆不处于执行状态，则开启主动回正模块400。

同时，当方向盘相对转角小于或等于方向盘相对转角设定值时，减小转向系统的摩擦力力矩；当方向盘相对转角大于方向盘相对转角设定值时，增大转向系统的摩擦力力矩。

本发明在省去方向盘转角传感器的基础上，通过获取车辆上电后转向管柱电机的转动角度获取转向管柱相对转角，然后根据车辆的运行参数确定方向盘修正转角和方向盘修正转角偏差，判断此时方向盘修正转角是否可接受，若不可接受则输出上一时刻的方向盘修正转角，并更新方向盘修正转角阈值和方向盘修正转角偏差阈值，为判断下一时刻方向盘修正转角是否可接受提供标准；获取转向管柱相对转角与方向盘修正转角之和作为方向盘的相对转角，方向盘的相对转角满足车辆处于直行状态的条件时，关闭主动回正模块，从而避免了方向盘相对转角与方向盘零位角不一致时自动启动主动回正模块，避免了对车辆直行状态的影响；同时通过摩擦补偿模块调节转向系统的摩擦力矩，进一步地抵抗车辆直行时外界因素对车辆的影响，从而提高了车辆直线行驶能力的鲁棒性。

Claims (10)

1.一种汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统，其特征在于：包括参数获取模块(100)、参数处理模块(200)、控制器(300)、主动回正模块(400)；

所述参数获取模块(100)，用于获取转向管柱相对转角△α、车速S、横向加速度a_y以及不足转向梯度ξ；

所述参数处理模块(200)，用于根据转向管柱相对转角、车速、横向加速度以及不足转向梯度确定方向盘修正转角β和方向盘修正转角偏差△；

所述参数处理模块(200)用于通过如下公式得到方向盘修正转角β

其中，

为转向系统传动比，L为车辆轴距，不足转向梯度ξ为不足转向的变化率；

所述参数处理模块(200)还用于将方向盘修正转角β对时间进行求导然后乘以修正系数λ得到方向盘修正转角偏差△，其中修正系数为固定值，其单位为s，可以将角速度单位转化为角度单位；

所述控制器(300)，用于判断当方向盘修正转角β位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0且方向盘修正转角偏差△小于或等于方向盘修正转角偏差阈值△0时，输出当前时刻的方向盘相对转角θ为转向管柱相对转角△α和当前时刻的方向盘修正转角β之和；

以及用于判断当方向盘修正转角不位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0或方向盘修正转角偏差△大于方向盘修正转角偏差阈值△0时，输出当前时刻的方向盘相对转角为转向管柱相对转角和上一时刻的方向盘修正转角之和，其中方向盘修正转角偏差阈值△0包括方向盘修正转角偏差固定阈值△0’；

以及用于根据当前时刻的方向盘相对转角θ判断车辆是否处于直行状态；

所述主动回正模块(400)，用于当车辆不满足直行状态时，主动执行方向盘回正，使车辆处于直行状态。

2.根据权利要求1所述的汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统，其特征在于：所述参数处理模块(200)还用于将方向盘修正转角β对时间进行求导然后进行修正得到方向盘修正转角偏差△。

3.根据权利要求1所述的汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统，其特征在于：所述控制器(300)还用于判断如果当前时刻的方向盘相对转角的绝对值|θ|小于或等于方向盘相对转角阈值θ’，关闭主动回正模块(400)。

4.根据权利要求1所述的汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统，其特征在于：所述控制器(300)还用于从车辆上电至首次满足方向盘修正转角位于方向盘修正转角阈值±方向盘修正转角偏差固定阈值且方向盘修正转角偏差小于或等于方向盘修正转角偏差固定阈值的过程中，输出方向盘修正转角阈值为上一时刻的方向盘修正转角，输出方向盘修正转角偏差阈值为上一时刻的方向盘修正转角偏差。

5.根据权利要求1所述的汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统，其特征在于：所述控制器(300)还用于当方向盘修正转角位于方向盘修正转角阈值±方向盘修正转角偏差固定阈值且方向盘修正转角偏差小于或等于方向盘修正转角偏差固定阈值时，输出方向盘修正转角阈值为上一时刻的方向盘修正转角，保持方向盘修正转角偏差阈值不变。

6.根据权利要求1所述的汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统，其特征在于：还包括摩擦补偿模块(500)，所述摩擦补偿模块(500)用于调节转向系统的摩擦力力矩。

7.根据权利要求6所述的汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统，其特征在于：所述控制器(300)还用于判断当方向盘相对转角小于或等于方向盘相对转角设定值时，控制摩擦补偿模块(500)增大转向系统的摩擦力力矩。

8.根据权利要求6所述的汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统，其特征在于：所述控制器(300)还用于判断当方向盘相对转角大于方向盘相对转角设定值时，控制摩擦补偿模块(500)减小转向系统的摩擦力力矩。

9.一种如权利要求1～8任意一项所述的汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统的控制方法，其特征在于，包括：

获取转向管柱相对转角△α、车速S、横向加速度a_y以及不足转向梯度ξ，并根据上述获取的参数确定方向盘修正转角β和方向盘修正转角偏差△；

所述方向盘修正转角β通过如下公式获得

其中，

为转向系统传动比，L为车辆轴距；

将方向盘修正转角β对时间进行求导然后乘以修正系数λ得到方向盘修正转角偏差△；

当方向盘修正转角β位于方向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0且方向盘修正转角偏差△小于或等于方向盘修正转角偏差阈值△0时，输出当前时刻的方向盘相对转角θ为转向管柱相对转角△α和当前时刻的方向盘修正转角β之和；

当方向盘修正转角不位于向盘修正转角阈值β0±方向盘修正转角偏差阈值△0或方向盘修正转角偏差△大于方向盘修正转角偏差阈值△0时，输出当前时刻的方向盘相对转角为转向管柱相对转角和上一时刻的方向盘修正转角之和；

根据当前时刻的方向盘相对转角θ判断车辆是否处于直行状态，若车辆处于直行状态，不执行主动回正功能。

10.根据权利要求9所述的汽车直线行驶能力鲁棒性控制系统的控制方法，其特征在于：当方向盘相对转角小于或等于方向盘相对转角设定值时，减小转向系统的摩擦力力矩；当方向盘相对转角大于方向盘相对转角设定值时，增大转向系统的摩擦力力矩。

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