CN113799872A - 一种基于线控转向路感模拟的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线控转向路感模拟的控制方法及系统，属于汽车转向技术领域，路感电机控制器通过CAN总线接收方向盘转角传感器的转角信号和方向盘力矩传感器的力矩信号，确定驾驶方向和驾驶角度，并做出相应控制；路感电机控制器基于EPS电机输出力矩，通过方向盘转角和车速得到的阻尼补偿力矩、回正补偿力矩、摩擦补偿力矩和软止点补偿力矩，通过路感电机控制器上的温度确定的热保护补偿力矩，通过路面激励、车身姿态和路面情况确定的路面模拟补偿力矩，得到车辆在行驶过程中的实时的路感模拟，将总力矩请求输出给路感电机，由路感电机输出对应的转速。本发明通过多模块模拟路感，实现和传统汽车电动助力转向相同的驾驶手感。

Description

一种基于线控转向路感模拟的控制方法及系统

技术领域

本发明属于汽车转向技术领域，更具体地，涉及一种基于线控转向路感模拟的控制方法及系统。

背景技术

目前，随着汽车电子技术的不断发展，软件定义汽车成为汽车发展的趋势，在汽车横向控制领域，线控转向打破了传统汽车机械结构的束缚，极大程度的推动汽车集成化技术和自动驾驶的发展，在未来得到普遍的推广应用。线控转向技术利用传感器感知驾驶员的驾驶意图，通过汽车控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线将数据传递给控制器，控制器根据算法模块控制执行机构动作，实现汽车的横向转向控制，从而取代传统汽车方向盘和转向轮之间的机械连接，完全实现线控转向。

然而，线控转向的关键技术之一在于路感模拟，能否模拟出车辆在地面行驶的真实路面反馈力矩是虚拟路感评价的重要标准。基于路感模拟技术衍生出来的主动转向技术，是针对相同线控转向系统的车辆，实现将现有的路感模拟配置参数数据包通过5G网络，上传到云端存储器中，再通过空中下载技术(Over-the-Air Technology，OTA)在线刷写将配置参数刷写到其他车辆，使得模拟的路感可以做到在任意车辆的平行移植，这样可以极大的改善用户体验，因此，如何模拟出车辆在地面行驶的真实路面反馈力矩，实现和传统汽车电动助力转向相同的驾驶手感是目前亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于线控转向路感模拟的控制方法及系统，将路感模拟反馈给驾驶员的力矩细分成阻尼模拟、回正模拟、摩擦模拟、软止点模拟、热保护模拟以及路面模拟，通过多模块模拟路感，实现和传统汽车电动助力转向相同的驾驶手感。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于线控转向路感模拟的控制系统，包括：路感电机、与路感电机连接的路感电机控制器、EPS电机、与EPS电机连接的EPS控制器、通过CAN总线与路感电机控制器连接的方向盘力矩传感器、车速传感器、方向盘转角传感器、车身姿态传感器、齿条力传感器及路面数据采集处理模块；

路感电机控制器通过CAN总线接收方向盘转角传感器的转角信号和方向盘力矩传感器的力矩信号，确定驾驶方向和驾驶角度，当路感电机控制器接收到方向盘转角和力矩均为负时，基于EPS控制器获取的EPS电机输出力矩，通过方向盘转角传感器的方向盘转角和车速传感器的车速得到的阻尼补偿力矩、回正补偿力矩、摩擦补偿力矩和软止点补偿力矩，通过路感电机控制器上的温度确定的热保护补偿力矩，通过齿条力传感器的路面激励、车身姿态传感器的车身姿态和路面数据采集处理模块的路面情况确定的路面模拟补偿力矩，得到总的路感力矩，将总的路感力矩请求输出给路感电机，由路感电机输出对应的转速以实现车辆在行驶过程中的实时的路感模拟。

在一些可选的实施方案中，由

得到阻尼补偿力矩T_{阻尼补偿力矩}，其中，K_damp表示阻尼补偿系数，V为当前车速，V₁是阻尼补偿最小临界车速，θ为方向盘转角。

在一些可选的实施方案中，由

得到回正补偿力矩T_{回正补偿力矩}，其中，K_return表示回正补偿系数，V₂表示回正补偿最大临界车速。

在一些可选的实施方案中，由

得到软止点补偿力矩T_{软止点补偿力矩}，其中，K_limit表示软止点补偿系数，θ_limit表示方向盘极限角位置。

在一些可选的实施方案中，由T_{摩擦补偿力矩}＝K_{摩擦增益系数}*θ得到摩擦补偿力矩T_{摩擦补偿力矩}，其中，K_{摩擦增益系数}表示地面摩擦力矩随方向盘转角的增益系数。

在一些可选的实施方案中，所述通过路感电机控制器上的温度确定的热保护补偿力矩，包括：

通过路感电机控制器电路板上的温度传感器获取的温度值和路感电机电流进行积分估算出整个系统的温度数值，当估算出的整个系统的温度数值达到预设温度阈值时，产生热保护补偿力矩T_{热保护补偿力矩}，以限制助力力矩。

在一些可选的实施方案中，由T_d＝T_MOTOR-T_a+T_{阻尼补偿力矩}+T_{回正补偿力矩}+T_{软止点补偿力矩}+T_{热保护补偿力矩}+T_{摩擦补偿力矩}+T_{路面模拟补偿力矩}得到车辆在行驶过程中的实时的路感模拟，即总的路感力矩T_d，其中，T_MOTOR＝I_MOTOR*K_{电磁力矩系数}，I_MOTOR表示路感电机电流，K_{电磁力矩系数}表示路感电机电流对应电磁力矩转换系数，T_a为基础助力力矩，

K_{路面补偿系数}表示路面不平度功率谱对应摩擦力矩系数，M表示车重，g表示重力加速度，μ表示地面摩擦系数，V₀表示当前车速，F_齿轮表示传递到齿轮的力，θ_倾斜表示车身的倾斜角度，G_q(n)表示采集到的路面不平度功率谱G_q(n)。

在一些可选的实施方案中，所述控制系统还包括：第一蓄电池和第二蓄电池；所述第一蓄电池和第二蓄电池用于进行电源的冗余备份；

所述EPS电机包括进行冗余备份的第一EPS电机和第二EPS电机；所述EPS控制器包括进行冗余备份的第一EPS控制器和第二EPS控制器。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于线控转向路感模拟的控制方法，包括：

根据方向盘转角信号和方向盘力矩信号，确定驾驶方向和驾驶角度；

当路感电机控制器接收到方向盘转角和力矩均为负时，基于EPS电机输出力矩，通过方向盘转角和车速得到的阻尼补偿力矩、回正补偿力矩、摩擦补偿力矩和软止点补偿力矩，通过路感电机控制器上的温度确定的热保护补偿力矩，通过路面激励、车身姿态和路面情况确定的路面模拟补偿力矩，得到总的路感力矩，将总的路感力矩请求输出给路感电机，由路感电机输出对应的转速以实现车辆在行驶过程中的实时的路感模拟。

按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤，通过将路感模拟控制器的配置参数整合成数据包，通过网络发送到云端存储器，以使用户通过OTA在线刷写，移植到本地其他车辆。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明将路感模拟反馈给驾驶员的力矩细分成成六个模块，分别是阻尼模拟、回正模拟、摩擦模拟、软止点模拟、热保护模拟以及路面模拟。通过多模块模拟路感，实现和传统汽车电动助力转向相同的驾驶手感。将现有的路感模拟配置参数数据包通过5G网络，上传到云端存储器中，再通过OTA在线刷写将配置参数刷写到其他车辆，使得模拟的路感可以做到在任意车辆的平行移植，这样可以极大的改善用户体验。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于线控转向路感模拟的控制系统示意图；

图2是本发明实施例提供的一种冗余切换示意图；

图3是本发明实施例提供的一种多模块模拟路感示意图；

图4是本发明实施例提供的一种OTA参数配置示意图。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。

如图1所示是本发明实施例提供的一种基于线控转向路感模拟的控制系统示意图，包括：路感电机、与路感电机连接的路感电机控制器、EPS电机、与EPS电机连接的EPS控制器、通过CAN总线与路感电机控制器连接的方向盘力矩传感器、车速传感器、方向盘转角传感器、车身姿态传感器、齿条力传感器及路面数据采集处理模块；

路感电机控制器通过CAN总线接收方向盘转角传感器的转角信号和方向盘力矩传感器的力矩信号，确定驾驶方向和驾驶角度，并做出相应控制；

路感电机控制器基于EPS控制器获取的EPS电机输出力矩，通过方向盘转角传感器的方向盘转角和车速传感器的车速得到的阻尼补偿力矩、回正补偿力矩、摩擦补偿力矩和软止点补偿力矩，通过路感电机控制器上的温度确定的热保护补偿力矩，通过齿条力传感器的路面激励、车身姿态传感器的车身姿态和路面数据采集处理模块的路面情况确定的路面模拟补偿力矩，得到车辆在行驶过程中的实时的路感模拟，将总力矩请求输出给路感电机，由路感电机输出对应的转速。

在本实施例中，如图1所示，该系统还包括互为冗余的第一蓄电池(即图1中的蓄电池1)和第二蓄电池(即图1中的蓄电池2)，EPS电机包括互为冗余的第一EPS电机(即图1中的EPS电机1)和第二EPS电机(即图1中的EPS电机2)，EPS控制器包括互为冗余的第一EPS控制器(即图1中的EPS控制器1)和第二EPS控制器(即图1中的EPS控制器2)。

其中，如图2所示，正常情况下蓄电池1提供动力，当蓄电池1出现故障时，会自动切换到蓄电池2。具体切换逻辑如下：当蓄电池1发生故障时(电池电压低于工作保证电压或者出现断路等故障)会报出故障，系统检测到故障码后，会断开与蓄电池1串联的磁吸开关1，再自动给予蓄电池2串联的磁吸开关2通电，这时候开关吸合，蓄电池2会导通接替蓄电池1工作。

EPS控制器1和EPS控制器2集成在一块PCB板上，同时接受CAN网络上的信号，当发生故障时，会自动切换到备份装置来维持系统的正常功能实现。

在本实施例中，路感电机控制器通过CAN总线接收方向盘转角传感器的转角信号和方向盘力矩传感器的力矩信号，判断驾驶员驾驶的方向和驾驶的角度，做出相应控制。例如：当路感电机控制器接收到方向盘转角和力矩为负时(左正右负)，路感电机根据路感力矩模型计算出反向的路感力矩T_d，由路感电机输出对应的转速来实现车辆在行驶过程中的实时的路感模拟。

在本实施例中，如图3所示，路感电机控制器的路感模拟包括六大模块，分别是阻尼模拟，回正模拟，摩擦模拟，热保护模拟、软止点模拟和路面模拟。

根据传统汽车路感来源进行分析，得到总的路感力矩模型如下所示：

T_d＝T_MOTOR-T_a+T_{阻尼补偿力矩}+T_{回正补偿力矩}+T_{软止点补偿力矩}+T_{热保护补偿力矩}+T_{摩擦补偿力矩}+T_{路面模拟补偿力矩}

其中，T_d为路感力矩，T_MOTOR为EPS电机输出力矩，T_a为基础助力力矩，θ为方向盘转角，θ_limit为方向盘极限角位置，V₁是阻尼补偿最小临界车速，V为当前车速，V₂为回正补偿最大临界车速。

T_MOTOR＝I_MOTOR*K_{电磁力矩系数}

T_a＝θ*K_{角度增益系数}-sign(θ)V*K_{速度增益系数}

T_{摩擦补偿力矩}＝K_{摩擦增益系数}*θ

T_{热保护补偿力矩}是保护控制器硬件不因为过热损坏，在通过控制器电路板上的温度传感器和电机电流积分估算出整个系统的温度数值，当系统估算出的温度达到预设温度阈值时，会激活热保护机制，产生热保护补偿力矩，来限制助力力矩，防止由于持续高电流工作导致硬件损害，提高系统安全性能，具体数值根据实际标定确定。

在本实施例中，可以通过以下方式进行标定：设置不同环境温度，当系统估算出的温度达到阀值时，不断调整热保护力矩的值，使系统的温度不再升高(系统产生热量、环境温度、散热达到平衡得到具体数值)。

路感模拟通过接收齿条力传感器以及车身姿态传感器传递过来的路面激励，通过车轮、转向节、转向横拉杆传递到齿轮的力F_齿轮和车身的倾斜角度θ_倾斜，以及路面数据采集处理模块采集到的路面不平度功率谱G_q(n)，输出根据路况信息实时输出的路感模拟力矩，得到T_{路面模拟补偿力矩}，其中，

K_{路面补偿系数}表示路面不平度功率谱对应摩擦力矩系数，M表示车重，g表示重力加速度，μ表示地面摩擦系数，V₀表示当前车速。

将六个力矩进行模块求和就可以计算出车辆在行驶过程中的实时的路感模拟，将力矩请求输出给路感电机，电机输出对应的转速。

如图4所示，本实施例还提供了一种可移植的储存介质是将路感模拟控制器的配置参数整合成数据包，通过网络发送到云端存储器，用户可以通过OTA在线刷写，移植到本地其他车辆。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于线控转向路感模拟的控制系统，其特征在于，包括：路感电机、与路感电机连接的路感电机控制器、EPS电机、与EPS电机连接的EPS控制器、通过CAN总线与路感电机控制器连接的方向盘力矩传感器、车速传感器、方向盘转角传感器、车身姿态传感器、齿条力传感器及路面数据采集处理模块；

路感电机控制器通过CAN总线接收方向盘转角传感器的转角信号和方向盘力矩传感器的力矩信号，确定驾驶方向和驾驶角度，当路感电机控制器接收到方向盘转角和力矩均为负时，基于EPS控制器获取的EPS电机输出力矩，通过方向盘转角传感器的方向盘转角和车速传感器的车速得到的阻尼补偿力矩、回正补偿力矩、摩擦补偿力矩和软止点补偿力矩，通过路感电机控制器上的温度确定的热保护补偿力矩，通过齿条力传感器的路面激励、车身姿态传感器的车身姿态和路面数据采集处理模块的路面情况确定的路面模拟补偿力矩，得到总的路感力矩，将总的路感力矩请求输出给路感电机，由路感电机输出对应的转速以实现车辆在行驶过程中的实时的路感模拟。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，由

得到阻尼补偿力矩T_{阻尼补偿力矩}，其中，K_damp表示阻尼补偿系数，V为当前车速，V₁是阻尼补偿最小临界车速，θ为方向盘转角。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，由

得到回正补偿力矩T_{回正补偿力矩}，其中，K_return表示回正补偿系数，V₂表示回正补偿最大临界车速。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，由

得到软止点补偿力矩T_{软止点补偿力矩}，其中，K_limit表示软止点补偿系数，θ_limit表示方向盘极限角位置。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，由T_{摩擦补偿力矩}＝K_{摩擦增益系数}*θ得到摩擦补偿力矩T_{摩擦补偿力矩}，其中，K_{摩擦增益系数}表示地面摩擦力矩随方向盘转角的增益系数。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述通过路感电机控制器上的温度确定的热保护补偿力矩，包括：

通过路感电机控制器电路板上的温度传感器获取的温度值和路感电机电流进行积分估算出整个系统的温度数值，当估算出的整个系统的温度数值达到预设温度阈值时，产生热保护补偿力矩T_{热保护补偿力矩}，以限制助力力矩。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，由T_d＝T_MOTOR-T_a+T_{阻尼补偿力矩}+T_{回正补偿力矩}+T_{软止点补偿力矩}+T_{热保护补偿力矩}+T_{摩擦补偿力矩}+T_{路面模拟补偿力矩}得到车辆在行驶过程中的实时的路感模拟，即总的路感力矩T_d，其中，T_MOTOR＝I_MOTOR*K_{电磁力矩系数}，I_MOTOR表示路感电机电流，K_{电磁力矩系数}表示路感电机电流对应电磁力矩转换系数，T_a为基础助力力矩，

K_{路面补偿系数}表示路面不平度功率谱对应摩擦力矩系数，M表示车重，g表示重力加速度，μ表示地面摩擦系数，V₀表示当前车速，F_齿轮表示传递到齿轮的力，θ_倾斜表示车身的倾斜角度，G_q(n)表示采集到的路面不平度功率谱G_q(n)。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：第一蓄电池和第二蓄电池；所述第一蓄电池和第二蓄电池用于进行电源的冗余备份；

所述EPS电机包括进行冗余备份的第一EPS电机和第二EPS电机；所述EPS控制器包括进行冗余备份的第一EPS控制器和第二EPS控制器。

9.一种基于线控转向路感模拟的控制方法，其特征在于，包括：

根据方向盘转角信号和方向盘力矩信号，确定驾驶方向和驾驶角度；

当路感电机控制器接收到方向盘转角和力矩均为负时，基于EPS电机输出力矩，通过方向盘转角和车速得到的阻尼补偿力矩、回正补偿力矩、摩擦补偿力矩和软止点补偿力矩，通过路感电机控制器上的温度确定的热保护补偿力矩，通过路面激励、车身姿态和路面情况确定的路面模拟补偿力矩，得到总的路感力矩，将总的路感力矩请求输出给路感电机，由路感电机输出对应的转速以实现车辆在行驶过程中的实时的路感模拟。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求9所述方法的步骤，通过将路感模拟控制器的配置参数整合成数据包，通过网络发送到云端存储器，以使用户通过OTA在线刷写，移植到本地其他车辆。

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