CN114044052B - 一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器系统及方法，本发明通过判断车辆直线行驶来识别方向盘转角的绝对0度，再通过方向盘转向电机的相对转角来更新该车辆状态下的转角偏差值，进而来计算方向盘转角。本发明可以取代传统的方向盘转角传感器，在硬件成本上实现了节约。并且更加利于后期整车控制的转向角度数据处理效率及保证。另外，本发明避免了实时计算转角偏差值导致的运算量增加及实时性降低。

Description

一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，更具体的，涉及一种替代传统方向盘转角传感器的虚拟方向盘转角传感器。

背景技术

目前通常使用的方向盘转角传感器采用三个齿轮的机械结构，来测量转角和转过的圈数。大齿轮随方向盘管柱一起转动，两个小齿轮齿数相差1个，与传感器外壳一起固定在车身，不随方向盘转动而转动。两个小齿轮分别采集到随方向盘转动的转角，由于相差一个齿，不同的圈数就会相差特定的角度，通过计算得到方向盘的绝对转角。但是，实体方向盘转角传感器硬件价格昂贵，而且会随着使用频率的增加而易造成故障，对行车安全造成较大的安全隐患。

公开号为CN111572625A公开一种电动转向机转向绝对角度虚拟计算方法及装置，该发明通过向控制器和车身稳定控制器之间的参数交互及计算得到虚拟的方向盘绝对转角值，替代方向盘转角传感器。但是，上述专利存在的缺陷是：需要持续实时计算绝对转角与相对转角的差值，增加了控制器的运算量，使信号实时性降低。

发明内容

本发明仅在通过判断车辆直线行驶来识别方向盘转角的绝对0度，再通过方向盘转向电机的相对转角来更新该车辆状态下的转角偏差值，进而来计算方向盘转角。即降低了成本，又避免了实时计算转角偏差值导致的运算量增加及实时性降低。其具体技术方案如下所述。

作为第一方面，本发明提供了一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器系统，所述系统包括：

初始角度系统，用于获取转向助力电机位置，将其设定为转向助力电机的电机绝对0度a_{moto_0}，即将当前转向助力电机的角度设定为绝对零度。

ESC系统，用于判断车辆是否处于直行状态，且在直行状态下设定车辆方向为车辆绝对0度a_{vehicle_0}。

EPS系统，用于在电机绝对0度a_{moto_0}的基础上将获取的控制车辆进入直行状态的方向盘管柱的转动角度转换为相对方向盘转角a_ref；根据相对方向盘转角a_ref和车辆绝对0度a_{vehicle_0}计算出车辆绝对转角a_abs。

结合第一方面，在其可能的任意一种情况下的第一种情况为，所述初始角度系统用于获取车辆第一次通电时的转向助力电机位置，将其设定为转向助力电机的电机绝对0度a_{moto_0}进行存储。

结合第一方面或上述第一种情况，在其可能的任意一种情况下的第二种情况为，ESC系统用于根据两前轮轮速差值v_delta和横摆角速度绝对值|ω|分别进行预设时长的积分，再将两积分值分别与预设的两前轮轮速差值典型值和横摆角速度绝对值典型值进行比较，判断车辆是否处于直行状态。

作为第二方面，本发明提供了一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器计算方法，所述方法步骤如下：

步骤1，初始角度系统获取转向助力电机位置，将其设定为转向助力电机的电机绝对0度a_{moto_0}；

步骤2，EPS系统获取方向盘管柱相对于电机绝对0度a_{moto_0}的转动角度，输出为相对方向盘转角a_ref；

步骤3，ESC系统判断车辆是否处于直行，当车辆处于直行状态时，设定此时车辆处于车辆绝对0度a_{vehicle_0}；

步骤4，ESC系统读取EPS系统发送的相对方向盘转角a_ref，计算车辆直行状态时车辆绝对0度a_{vehicle_0}与相对方向盘转角a_ref的偏差值a_offset，计算公式如下：a_offset=a_{vehicle_0}-a_ref，并将偏差值a_offset发送给EPS系统；

步骤5，EPS系统根据接收到的a_offset，计算车辆绝对转角a_abs，计算公式如下：a_abs=a_ref+a_offset。

结合第二方面，在其可能的任意一种情况下的第三种情况为，所述步骤3中的ESC系统判断车辆是否处于直行的判断方法为：

步骤S1，获取车辆行驶状态信息，一旦达到预设条件，则执行步骤S2；

步骤S2，计算车辆两前轮轮速差值v_delta=|v_fl-v_fr|和车辆此时的横摆角速度绝对值|ω|，其中，v_fl为左前轮轮速，v_fr为右前轮轮速；

步骤S3，将两前轮轮速差值v_delta=|v_fl-v_fr|和横摆角速度绝对值|ω|分别进行t₁时长的积分，将积分t₁时长后的两个积分值分别与预设的两前轮轮速差值典型值1和横摆角速度绝对值典型值1进行比较，判断是否都进入典型值1范围内，如是，则开始进行t₂时长的积分；

步骤S4，将积分t₂时长后的两个积分值分别与预设的两前轮轮速差值典型值2和横摆角速度绝对值典型值2进行比较，判断是否都进入典型值2范围内，如是，则判断车辆处于直行状态。

结合上述第三种情况，在其可能的任意一种情况下的第四种情况为，所述典型值1和典型值2为通过将方向盘转角固定为不同角度时分别积分t₁时长和t₂时长所得到，其不同角度分别预设有对应的置信值，用于判断车辆直行状态保持效果。且步骤S4认定车辆处于直行状态后，输出相应的置信值赋予a_offset。

结合上述第四种情况，在其可能的任意一种情况下的第五种情况为，所述固定角度分别为±0°、±1°、±2°、±3°、±4°、±5°，其上述固定角度对应的置信值分别为0、1、2、3、4、5，置信值与车辆直行状态保持效果成反比。

结合上述第四、五种情况，在其可能的任意一种情况下的第六种情况为，若t₂时长的两个积分值落入典型值2范围内所获取的对应的置信值优于t₁时长的两个积分值落入典型值1范围内所获取的对应的置信值，则使用t₂时长获取的置信值；若t₁时长的两个积分值落入典型值1范围内所获取的对应的置信值优于t₂时长的两个积分值落入典型值2范围内所获取的对应的置信值，则沿用t₁时长获取的置信值。

作为第三方面，本发明提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或多个程序指令，所述程序指令被处理器执行时，完成上述的任意一种方法。

作为第四方面，本发明提供了一种车辆，所述车辆包括EPS装置、ESC装置、转向助力电机以及第三方面所述的一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质。

本发明的有益效果是：

仅需读取电子转向助力电机中的位置参数和轮速传感器的轮速信息等就可计算出绝对方向盘转角信号，可取消实体方向盘转角传感器，大大节省了成本。

设计了一种简单的绝对转角和相对转角的差值计算方法，可减少控制器的运算量，提高信号的实时性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的实施例2的方法流程图；

图2为本发明的实施例3的方法流程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例。

实施例1

本发明提供了一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器系统，所述系统包括：

初始角度系统，用于获取车辆第一次通电（接上蓄电池）时的转向助力电机位置，将其设定为转向助力电机的电机绝对0度a_{moto_0}，并将此位置存储到EEPROM进行存储，即将当前转向助力电机的角度设定为绝对零度，车辆正常上下电不需更新该值，直至下一次断开重连蓄电池才需更新该值。假设车辆在方向盘左打一圈360°状态下接上蓄电池，方向盘此状态下的位置为电机绝对0度a_{moto_0}。

ESC系统，用于根据两前轮轮速差值v_delta和横摆角速度绝对值|ω|分别进行预设时长的积分，再将两积分值分别与预设的两前轮轮速差值典型值和横摆角速度绝对值典型值进行比较，判断车辆是否处于直行状态。另外，本发明还可以利用GPS定位、雷达、摄像头等终端判断车辆是否处于直行状态。

且在直行状态下设定车辆方向为车辆绝对0度a_{vehicle_0}。即判断出车辆处于直行状态时，将此时的方向盘角度认定为处于绝对0°，则后续方向盘的转向操作就有了参照标准，从而获得相应的转向角度。

EPS系统，用于在电机绝对0度a_{moto_0}的基础上将获取的控制车辆进入直行状态的方向盘管柱的转动角度转换为相对方向盘转角a_ref；根据相对方向盘转角a_ref和车辆绝对0度a_{vehicle_0}计算出车辆绝对转角a_abs。

实施例2

如图1所示，本发明提供了一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器计算方法，所述方法步骤如下：

步骤1，汽车上电后，初始角度系统获取此时转向助力电机位置，将其设定为转向助力电机的电机绝对0度a_{moto_0}。并对该位置进行存储。

步骤2，EPS系统获取方向盘管柱相对于电机绝对0度a_{moto_0}的转动角度，输出为相对方向盘转角a_ref。相对方向盘转角a_ref即为控制车辆摆正时操控方向盘管柱相对于电机绝对0度a_{moto_0}的转向角度。

假设车辆通电时，方向盘处于左打一圈360。此时将方向盘回正，即方向盘向右回一圈，电机转子旋转360度，定义方向盘角度为左正右负，则此时的相对方向盘转角a_ref=-360°。

步骤3，ESC系统判断车辆是否处于直行，当车辆处于直行状态时，设定此时车辆处于车辆绝对0度a_{vehicle_0}。本发明认为车辆直线行驶时的方向盘绝对转角即为车辆绝对0度a_{vehicle_0}。

另外，本发明可以利用GPS定位、雷达、摄像头以及根据两前轮轮速差值v_delta和横摆角速度绝对值|ω|等方法判断车辆是否处于直行状态。

步骤4，ESC系统读取EPS系统发送的相对方向盘转角a_ref，计算车辆直行状态时车辆绝对0度a_{vehicle_0}与相对方向盘转角a_ref的偏差值a_offset，计算公式如下：a_offset=a_{vehicle_0}-a_ref，并将偏差值a_offset发送给EPS系统。

ESC系统计算车辆直行状态时车辆绝对0度a_{vehicle_0}与相对方向盘转角a_ref的偏差值a_offset，并将其发送给EPS系统。如果此时a_ref=-360°，则a_offset=-360°。

步骤5，EPS系统根据接收到的a_offset，计算车辆绝对转角a_abs，计算公式如下：a_abs=a_ref+a_offset。

通过上述步骤，先判断了车辆直行的状态，才能得到一个车辆绝对零度标定点，然后仅通过读取电子转向助力电机中的位置参数和轮速传感器的轮速信息等就可计算出绝对方向盘转角信号，输出绝对转角值，从而实现实体方向盘转角传感器的功能，完成真实转角参数的获取。

实施例3

如图2所示，为了获取更加精确的，本实施例提供了一种更加精确的计算方法。在实施例2的基础上，对步骤3进行了进一步的改进。

所述步骤3中的ESC系统判断车辆是否处于直行的判断方法为：

步骤S1，获取车辆行驶状态信息，一旦达到档位为D挡，车速>10.8km/h的预设条件，则执行步骤S2。

步骤S2，计算车辆两前轮轮速差值v_delta=|v_fl-v_fr|和车辆此时的横摆角速度绝对值|ω|，其中，v_fl为左前轮轮速，v_fr为右前轮轮速。

步骤S3，将两前轮轮速差值v_delta=|v_fl-v_fr|和横摆角速度绝对值|ω|分别进行t₁时长的积分，将积分t₁时长后的两个积分值分别与预设的两前轮轮速差值典型值1和横摆角速度绝对值典型值1进行比较，判断是否都进入典型值1范围内，如是，则开始进行t₂时长的积分。

步骤S4，将积分t₂时长后的两个积分值分别与预设的两前轮轮速差值典型值2和横摆角速度绝对值典型值2进行比较，判断是否都进入典型值2范围内，如是，则判断车辆处于直行状态，输出相应的预设置信值赋予a_offset。其中，若t₂时长的两个积分值落入典型值2范围内所获取的对应的置信值优于t₁时长的两个积分值落入典型值1范围内所获取的对应的置信值，则使用t₂时长获取的置信值赋予a_offset；若t₁时长的两个积分值落入典型值1范围内所获取的对应的置信值优于t₂时长的两个积分值落入典型值2范围内所获取的对应的置信值，则沿用t₁时长获取的置信值赋予a_offset；

其中，所述典型值1和典型值2为通过将方向盘转角固定为±0°、±1°、±2°、±3°、±4°、±5°角度时分别积分t₁时长和t₂时长所得到，其不同角度分别预设有对应的置信值0、1、2、3、4、5，用于判断车辆直行状态保持效果。置信值与车辆直行状态保持效果成反比，即置信值越大，证明车辆直行状态保持效果较差。比如置信值5对应的是方向盘转角固定为±5°，即意味着在该置信值下，车辆只要保证车辆在t1时长和t2时长的行驶过程中的车辆左、右偏差不超过±5°，便可认定为车辆处于直行状态。同理，置信值为0时，则代表车辆在t1时长和t2时长的行驶过程中的车辆左、右偏差不超过±0°。其直行状态保持效果明显优于置信值为5时的直行状态保持效果。

该方法解决的技术问题就是判断车辆的直行状态，以及后续绝对转角计算不断更新迭代的判断值。不同时间段的积分是为了确认车辆保持直行状态的能力。比如车辆长时间保持偏差为0°的直行状态很难，需要差值积分值保持在很小的范围内，如果一直达不到条件，就无法得到车辆直行状态来计算a_offset，这样就会影响绝对转角的计算。

因此可以先进入保持偏差为±5°的直行状态，将此时的直行状态置信值更新为5,同时也可以计算置信值为5的a_offset；如果车辆保持直行状态好，进入了±4°的直行状态典型值2范围内，则将此时的直行状态置信值更新为4，同时也可以计算置信值为4的a_offset；如果下一刻又识别±5°的直行状态，那么直行状态置信值还是保持为4，同时也采用置信值为4的a_offset；直到下一次进入±3°的直行状态，那么将此时的直行状态置信值更新为3，同时也计算置信值为3的a_offset；直至直行状态置信值更新为0，同时也计算置信值为0的a_offset，此时的直行状态最好，计算得到的a_offset和绝对转角就是最准确的。

应理解，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解为在阅读本发明的内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器计算方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

步骤1，初始角度系统获取转向助力电机位置，将其设定为转向助力电机的电机绝对0度a_{moto_0}；

步骤2，EPS系统获取方向盘管柱相对于电机绝对0度a_{moto_0}的转动角度，输出为相对方向盘转角a_ref；

步骤3，ESC系统判断车辆是否处于直行，当车辆处于直行状态时，设定此时车辆处于车辆绝对0度a_{vehicle_0}；

步骤S31，ESC系统判断车辆是否处于直行，获取车辆行驶状态信息，一旦达到预设条件，则执行步骤S32；

步骤S32，计算车辆两前轮轮速差值v_delta=|v_fl-v_fr|和车辆此时的横摆角速度绝对值|ω|，其中，v_fl为左前轮轮速，v_fr为右前轮轮速；

步骤S33，将两前轮轮速差值v_delta=|v_fl-v_fr|和横摆角速度绝对值|ω|分别进行t₁时长的积分，将积分t₁时长后的两个积分值分别与预设的两前轮轮速差值典型值1和横摆角速度绝对值典型值1进行比较，判断是否都进入通过将方向盘转角固定为不同角度时积分t₁时长得到的典型值1的范围内，如是，则开始进行t₂时长的积分；

步骤S34，将积分t₂时长后的两个积分值分别与预设的两前轮轮速差值典型值2和横摆角速度绝对值典型值2进行比较，判断是否都进入通过方向盘转角固定为不同角度时积分t₂时长得到的典型值2的范围内，如是，则认定车辆处于直行状态；

步骤4，ESC系统读取EPS系统发送的相对方向盘转角a_ref，计算车辆直行状态时车辆绝对0度a_{vehicle_0}与相对方向盘转角a_ref的偏差值a_offset，计算公式如下：a_offset=a_{vehicle_0}-a_ref，并将偏差值a_offset发送给EPS系统；

步骤5，EPS系统根据接收到的a_offset，计算车辆绝对转角a_abs，计算公式如下：a_abs=a_ref+a_offset。

2.根据权利要求1所述的一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器计算方法，其特征在于，所述典型值1和典型值2为通过将方向盘转角固定为不同角度时分别积分t₁时长和t₂时长所得到，其不同角度分别预设有对应的置信值，用于判断车辆直行状态保持效果，且步骤S34认定车辆处于直行状态后，输出相应的置信值赋予a_offset。

3.根据权利要求2所述的一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器计算方法，其特征在于，固定角度分别为±0°、±1°、±2°、±3°、±4°、±5°，其上述固定角度对应的置信值分别为0、1、2、3、4、5，置信值与车辆直行状态保持效果成反比。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器计算方法，其特征在于，若t₂时长的两个积分值落入典型值2范围内所获取的对应的置信值优于t₁时长的两个积分值落入典型值1范围内所获取的对应的置信值，则使用t₂时长获取的置信值赋予a_offset；若t₁时长的两个积分值落入典型值1范围内所获取的对应的置信值优于t₂时长的两个积分值落入典型值2范围内所获取的对应的置信值，则沿用t₁时长获取的置信值赋予a_offset。

5.一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器系统，其特征在于，所述系统包括初始角度系统、ESC系统和EPS系统，引用权利要求1至4中的任意一种方法。

6.根据权利要求5所述的一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器系统，其特征在于，所述初始角度系统用于获取车辆第一次通电时的转向助力电机位置，作为转向助力电机的电机绝对0度a_{moto_0}进行存储。

7.根据权利要求5所述的一种基于车辆直行判断的虚拟方向盘转角传感器系统，其特征在于，ESC系统用于根据两前轮轮速差值v_delta和横摆角速度绝对值|ω|分别进行预设时长的积分，再将两积分值分别与预设的两前轮轮速差值典型值和横摆角速度绝对值典型值进行比较，判断车辆是否处于直行状态。

8.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或多个程序指令，所述程序指令被处理器执行时，完成权利要求1至4中的任意一种方法。

9.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括EPS装置、ESC装置、转向助力电机以及权利要求8所述的一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质。

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