CN114013499A - 无人驾驶方程式赛车横向控制系统、方法及车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种无人驾驶方程式赛车横向控制系统、方法及车辆，其中，系统包括：转向电机，用于根据扭矩输出指令对无人驾驶方程式赛车输出扭矩；检测器，用于检测转向电机的实际旋转角度；电机控制器，用于根据实际旋转角度生成转向电机的扭矩输出指令，其中，扭矩输出指令包括转向电机的目标输出扭矩；控制器，用于根据预设的横向控制策略计算无人驾驶方程式赛车的当前期望转角，控制电机控制器基于当前期望转角和实际旋转角度控制转向电机输出扭矩，直至实际旋转角度达到当前期望转角。由此，解决了相关技术中由于整个系统较大，且占据了大量空间，导致难以适用于方程式赛车的问题，保证整个系统简单可靠，空间占用率低，简单易于实现。

Description

无人驾驶方程式赛车横向控制系统、方法及车辆
技术领域
本申请涉及车辆技术领域，特别涉及一种无人驾驶方程式赛车横向控制系统、方法及车辆。
背景技术
相关技术中，通过将EPS(Electric Power Steering，电子助力转向)转向机构安装在转向轴上，实现对方程式赛车的线控化控制。
然而，由于整个系统较大，且占据了大量空间，难以适用于方程式赛车这种小型车辆，亟待解决。
申请内容
本申请提供一种无人驾驶方程式赛车横向控制系统、方法及车辆，以解决相关技术中由于整个系统较大，且占据了大量空间，导致难以适用于方程式赛车的问题，保证整个系统简单可靠，空间占用率低，简单易于实现。
本申请第一方面实施例提供一种无人驾驶方程式赛车横向控制系统，包括：
转向电机，用于根据扭矩输出指令对无人驾驶方程式赛车输出扭矩；
检测器，用于检测所述转向电机的实际旋转角度；
电机控制器，用于根据所述实际旋转角度生成所述转向电机的扭矩输出指令，其中，所述扭矩输出指令包括所述转向电机的目标输出扭矩；以及
控制器，用于根据预设的横向控制策略计算所述无人驾驶方程式赛车的当前期望转角，控制所述电机控制器基于所述当前期望转角和所述实际旋转角度控制所述转向电机输出扭矩，直至所述实际旋转角度达到所述当前期望转角。
可选地，还包括：
直流电源，所述直流电源与所述电机控制器相连，为所述电机控制器供电。
可选地，所述转向电机的输出轴与所述无人驾驶方程式赛车的转向齿条相接。
可选地，所述检测器为光电编码器。
可选地，所述光电编码器设置于所述转向电机的输出轴上。
可选地，所述控制器为整车控制器。
本申请第二方面实施例提供一种车辆，其包括上述的无人驾驶方程式赛车横向控制系统。
本申请第三方面实施例提供一种无人驾驶方程式赛车横向控制方法，包括以下步骤：
根据扭矩输出指令对无人驾驶方程式赛车输出扭矩；
检测转向电机的实际旋转角度；
根据所述实际旋转角度生成所述转向电机的扭矩输出指令，其中，所述扭矩输出指令包括所述转向电机的目标输出扭矩；以及
根据预设的横向控制策略计算所述无人驾驶方程式赛车的当前期望转角，控制所述电机控制器基于所述当前期望转角和所述实际旋转角度控制所述转向电机输出扭矩，直至所述实际旋转角度达到所述当前期望转角。
由此，可以根据扭矩输出指令对无人驾驶方程式赛车输出扭矩，并检测转向电机的实际旋转角度，并根据实际旋转角度生成转向电机的扭矩输出指令，其中，扭矩输出指令包括转向电机的目标输出扭矩，并根据预设的横向控制策略计算无人驾驶方程式赛车的当前期望转角，控制电机控制器基于当前期望转角和实际旋转角度控制转向电机输出扭矩，直至实际旋转角度达到当前期望转角。由此，解决了相关技术中由于整个系统较大，且占据了大量空间，导致难以适用于方程式赛车的问题，保证整个系统简单可靠，空间占用率低，简单易于实现。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种无人驾驶方程式赛车横向控制系统的方框示意图；
图2为根据本申一个请实施例的检测器安装位置示意图；
图3为根据本申请一个实施例的无人驾驶方程式赛车横向控制系统的结构示意图；
图4为根据本申请一个实施例的无人驾驶方程式赛车横向控制方法流程图；
图5为根据本申请一个实施例的控制算法的原理示意图；
图6为申请实施例提供的无人驾驶方程式赛车横向控制方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的无人驾驶方程式赛车横向控制系统、方法及车辆。针对上述背景技术中心提到的相关技术中由于整个系统较大，且占据了大量空间，导致难以适用于方程式赛车的问题，本申请提供了一种无人驾驶方程式赛车横向控制系统，可以根据扭矩输出指令对无人驾驶方程式赛车输出扭矩，并检测转向电机的实际旋转角度，并根据实际旋转角度生成转向电机的扭矩输出指令，其中，扭矩输出指令包括转向电机的目标输出扭矩，并根据预设的横向控制策略计算无人驾驶方程式赛车的当前期望转角，控制电机控制器基于当前期望转角和实际旋转角度控制转向电机输出扭矩，直至实际旋转角度达到当前期望转角。由此，解决了相关技术中由于整个系统较大，且占据了大量空间，导致难以适用于方程式赛车的问题，保证整个系统简单可靠，空间占用率低，简单易于实现。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种无人驾驶方程式赛车横向控制系统的结构示意图。
如图1所示，该无人驾驶方程式赛车横向控制系统10包括：转向电机100、检测器200、电机控制器300和控制器400。
其中，转向电机100用于根据扭矩输出指令对无人驾驶方程式赛车输出扭矩；检测器200用于检测转向电机100的实际旋转角度；电机控制器300用于根据实际旋转角度生成转向电机100的扭矩输出指令，其中，扭矩输出指令包括转向电机100的目标输出扭矩；控制器400用于根据预设的横向控制策略计算无人驾驶方程式赛车的当前期望转角，控制电机控制器300基于当前期望转角和实际旋转角度控制转向电机100输出扭矩，直至实际旋转角度达到当前期望转角。
可选地，在一些实施例中，转向电机100的输出轴与无人驾驶方程式赛车的转向齿条相接。
可选地，在一些实施例中，检测器200可以为光电编码器。
可选地，在一些实施例中，如图2所示，光电编码器设置于转向电机100的输出轴上。
可选地，在一些实施例中，控制器400可以为整车控制器。
具体而言，如图3所示，本申请实施例的无人驾驶方程式赛车横向控制系统需要使用转向电机100、检测器200、电机控制器300和控制器400。其中，转向电机100用于无人驾驶状态下转向扭矩的输出，转向电机100的输出轴接到赛车转向齿条上，保证动力传递；光电编码器安装在转向电机100输出轴上，用于转向电机100旋转角度测量；电机控制器300采用位置控制模式，用于转向电机100输出转角的控制；控制器400上搭载横向控制算法，用于计算无人车行驶的期望转角，控制器400和电机控制器300通过CAN通讯进行数据传输。
结合图4所示，整车控制器(即控制器400)中的控制算法决策出当前时刻期望转角，传输给电机控制器300，电机控制器300控制转向电机100旋转，通过光电编码器实时检测转向电机100输出轴旋转角度，作为反馈量输入给电机控制器300，从而实现一个闭环的转角控制，保证控制精度。转向电机100输出端带动齿轮齿条式转向机构，从而实现车辆转向，跟踪期望轨迹。
横向控制器算法基于预瞄跟随理论进行设计，驾驶员根据前方道路的信息和当前汽车的运动状态，遵循汽车预期轨迹与行驶轨迹误差最小原则，决定一条最优的圆弧轨迹(在一定车速下即最优的横向加速度)，然后驾驶员考虑汽车的动态特性与自身的动态特性来确定转向盘的角度输入。
举例而言，如图5所示，T为预瞄时间，v为当前车速矢量，x(t)、y(t)为车辆质心位置，
Figure BDA0003329849960000041
为车辆在预瞄坐标系y轴方向的速度。以单点预瞄为例，假设驾驶员注视前方某一点P，则期望选择一定的方向盘转角，即对应汽车的期望运动轨迹曲率为1/R，对应的期望侧向加速度为
Figure BDA0003329849960000042
经过T时间后，车辆抵达预瞄点，因此可得车辆最优预瞄侧向加速度为：
Figure BDA0003329849960000043
得到最优侧向加速度后，通过校正环节即可得出对应的期望方向盘转角。
由此，可以满足有人驾驶和无人驾驶双通路可行，同时保证无人驾驶工况下，线控转向系统控制精度和响应速度满足无人驾驶控制要求，横向控制算法要简单可靠，同时满足跟踪误差的要求。
进一步地，在一些实施例中，如图3所示，上述的无人驾驶方程式赛车横向控制装置10，还包括：直流电源500。其中，直流电源500与电机控制器300相连，为电机控制器300供电。
应当理解的是，本申请实施例还可以设置有直流电源500，并通过直流电源500为电机控制器供电，从而保证电机控制器300的不会出现供电不足现象。
根据本申请实施例提出的无人驾驶方程式赛车横向控制系统，可以根据扭矩输出指令对无人驾驶方程式赛车输出扭矩，并检测转向电机的实际旋转角度，并根据实际旋转角度生成转向电机的扭矩输出指令，其中，扭矩输出指令包括转向电机的目标输出扭矩，并根据预设的横向控制策略计算无人驾驶方程式赛车的当前期望转角，控制电机控制器基于当前期望转角和实际旋转角度控制转向电机输出扭矩，直至实际旋转角度达到当前期望转角。由此，解决了相关技术中由于整个系统较大，且占据了大量空间，导致难以适用于方程式赛车的问题，保证整个系统简单可靠，空间占用率低，简单易于实现。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的无人驾驶方程式赛车横向控制方法。
图6是本申请实施例的无人驾驶方程式赛车横向控制方法的流程图。
如图6所示，该无人驾驶方程式赛车横向控制方法，包括以下步骤：
在步骤S601中，根据扭矩输出指令对无人驾驶方程式赛车输出扭矩。
在步骤S602中，检测转向电机的实际旋转角度。
在步骤S603中，根据实际旋转角度生成转向电机的扭矩输出指令，其中，扭矩输出指令包括转向电机的目标输出扭矩。
在步骤S604中，根据预设的横向控制策略计算无人驾驶方程式赛车的当前期望转角，控制电机控制器基于当前期望转角和实际旋转角度控制转向电机输出扭矩，直至实际旋转角度达到当前期望转角。
需要说明的是，前述对无人驾驶方程式赛车横向控制系统实施例的解释说明也适用于该实施例的无人驾驶方程式赛车横向控制方法，此处不再赘述。
根据本申请实施例提出的无人驾驶方程式赛车横向控制方法，可以根据扭矩输出指令对无人驾驶方程式赛车输出扭矩，并检测转向电机的实际旋转角度，并根据实际旋转角度生成转向电机的扭矩输出指令，其中，扭矩输出指令包括转向电机的目标输出扭矩，并根据预设的横向控制策略计算无人驾驶方程式赛车的当前期望转角，控制电机控制器基于当前期望转角和实际旋转角度控制转向电机输出扭矩，直至实际旋转角度达到当前期望转角。由此，解决了相关技术中由于整个系统较大，且占据了大量空间，导致难以适用于方程式赛车的问题，保证整个系统简单可靠，空间占用率低，简单易于实现。
此外，本申请实施例还提出一种车辆，该车辆包括上述的无人驾驶方程式赛车横向控制系统，解决了相关技术中由于整个系统较大，且占据了大量空间，导致难以适用于方程式赛车的问题，保证整个系统简单可靠，空间占用率低，简单易于实现。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

Claims (8)

1.一种无人驾驶方程式赛车横向控制系统，其特征在于，包括：
转向电机，用于根据扭矩输出指令对无人驾驶方程式赛车输出扭矩；
检测器，用于检测所述转向电机的实际旋转角度；
电机控制器，用于根据所述实际旋转角度生成所述转向电机的扭矩输出指令，其中，所述扭矩输出指令包括所述转向电机的目标输出扭矩；以及
控制器，用于根据预设的横向控制策略计算所述无人驾驶方程式赛车的当前期望转角，控制所述电机控制器基于所述当前期望转角和所述实际旋转角度控制所述转向电机输出扭矩，直至所述实际旋转角度达到所述当前期望转角。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
直流电源，所述直流电源与所述电机控制器相连，为所述电机控制器供电。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转向电机的输出轴与所述无人驾驶方程式赛车的转向齿条相接。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测器为光电编码器。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光电编码器设置于所述转向电机的输出轴上。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器为整车控制器。
7.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求1-6任一项所述的无人驾驶方程式赛车横向控制系统。
8.一种无人驾驶方程式赛车横向控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据扭矩输出指令对无人驾驶方程式赛车输出扭矩；
检测转向电机的实际旋转角度；
根据所述实际旋转角度生成所述转向电机的扭矩输出指令，其中，所述扭矩输出指令包括所述转向电机的目标输出扭矩；以及
根据预设的横向控制策略计算所述无人驾驶方程式赛车的当前期望转角，控制所述电机控制器基于所述当前期望转角和所述实际旋转角度控制所述转向电机输出扭矩，直至所述实际旋转角度达到所述当前期望转角。
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