CN114771641A - 力反馈方法、力反馈装置、存储介质和线控转向系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种力反馈方法、力反馈装置、计算机可读存储介质和线控转向系统。本申请实施方式的力反馈方法用于施加到线控转向系统的方向盘上。力反馈方法包括：获取方向盘的第一角度信号和转向器的第二角度信号；获取转向比；根据第一角度信号、第二角度信号、转向比计算第一角度信号与第二角度信号之间的当前角度偏差；根据当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱与转向器之间的当前虚拟连接力；根据当前虚拟连接力确定方向盘需要的手感力；获取路感力；根据手感力和路感力确定方向盘需要的综合手力。本申请实施方式中，虚拟连接力的计算可以真实地反应方向盘上的手力，给驾驶员较为真实的手感模拟和路感反馈。
Description
技术领域
本申请涉及线控转向技术领域，尤其涉及一种力反馈方法、力反馈装置、计算机可读存储介质和线控转向系统。
背景技术
车辆的线控转向技术的发展使得方向盘可以与转向执行机构机械解耦。驾驶员在驾驶车辆时，驾驶员的转向需求反应在方向盘的转动角度上，该转动角度通过传感器检测，转向执行机构根据传感器检测的信号执行转向驾驶行为，使得车辆按照驾驶员的期望来进行转向。
发明内容
本申请实施方式提供一种解决上述问题或至少部分地解决上述问题的力反馈方法、力反馈装置、计算机可读存储介质及线控转向系统。
本申请实施方式的力反馈方法，用于施加到线控转向系统的方向盘上，所述力反馈方法包括：
获取所述方向盘的第一角度信号和转向器的第二角度信号；
获取转向比；
根据所述第一角度信号、所述第二角度信号、所述转向比计算所述第一角度信号与所述第二角度信号之间的当前角度偏差；
根据所述当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱与所述转向器之间的当前虚拟连接力；
根据所述当前虚拟连接力确定所述方向盘需要的手感力；
获取路感力；
根据所述手感力和路感力确定所述方向盘需要的综合手力。
在某些实施方式中，所述力反馈方法还包括：
确定轮胎的齿条力；
所述根据所述当前虚拟连接力确定所述方向盘需要的手感力，包括：
根据所述齿条力、所述当前虚拟连接力和所述第一角度信号计算所述手感力。
在某些实施方式中，所述力反馈方法还包括：
确定轮胎的齿条力；
所述获取路感力，包括：
根据所述齿条力、所述预设虚拟刚度值、预设虚拟阻尼值计算所述路感力。
在某些实施方式中，所述力反馈方法还包括：
根据所述综合手力确定阻滞力矩电机需要输出的阻滞力矩；
发送与所述阻滞力矩对应的控制信号。
在某些实施方式中，所述力反馈方法还包括：
获取当前路面的环境参数；
根据所述环境参数确定所述预设虚拟刚度值。
在某些实施方式中，所述力反馈方法还包括：
获取当前路面的环境参数；
根据所述环境参数确定所述预设虚拟阻尼值。
在某些实施方式中，所述力反馈方法还包括：
获取当前手感反馈模式；
根据所述当前手感反馈模式获取虚拟刚度值与所述方向盘的角度信号之间的变化关系；
从所述变化关系中获取与所述第一角度信号对应的虚拟刚度值作为所述预设虚拟刚度值。
在某些实施方式中，所述根据所述当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱与所述转向器之间的当前虚拟连接力，包括：
根据所述预设虚拟刚度值确定所述第一角度信号与所述第二角度信号之间的最大允许偏差；
当所述当前角度偏差小于所述最大允许偏差时，从虚拟连接力与角度偏差的第一变化关系中，获取与所述当前角度偏差对应的虚拟连接力作为所述当前虚拟连接力；
当所述当前角度偏差大于或等于所述最大允许偏差时，从虚拟连接力与角度偏差的第二变化关系中，获取与所述当前角度偏差对应的虚拟连接力作为所述当前虚拟连接力。
在某些实施方式中，所述根据所述预设虚拟刚度值确定所述第一角度信号与所述第二角度信号之间的最大允许偏差，包括：
根据所述方向盘的力矩、阻滞力矩电机的力矩、所述方向盘和所述转向管柱的转动惯量、所述第一角度信号和所述预设虚拟刚度值计算所述最大允许偏差。
本申请实施方式的力反馈装置，包括一个或多个控制器，所述一个或多个控制器用于实现上述任一实施方式所述的力反馈方法。
本申请实施方式的反馈装置，用于施加到线控转向系统的方向盘上，所述力反馈装置包括获取模块、计算模块和确定模块：
所述获取模块用于获取所述方向盘的第一角度信号和转向器的第二角度信号；
所述获取模块还用于获取转向比；
所述计算模块用于根据所述第一角度信号、所述第二角度信号、所述转向比计算所述第一角度信号与所述第二角度信号之间的当前角度偏差；
所述确定模块用于根据所述当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱与所述转向器之间的当前虚拟连接力；
所述确定模块还用于根据所述当前虚拟连接力确定所述方向盘需要的手感力；
所述获取模块还用于获取路感力；
所述确定模块还用于根据所述手感力和路感力确定所述方向盘需要的综合手力。
本申请实施方式的计算机可读存储介质，其上存储有力反馈程序，所述程序被处理器执行时实现上述任一实施方式所述的力反馈方法。
本申请实施方式的线控转向系统，包括上述的力反馈装置。
本申请实施方式的力反馈方法、力反馈装置、计算机可读存储介质及线控转向系统中，由于虚拟连接力的计算结合了方向盘的第一角度信号与转向器的第二角度信号之间的角度偏差，并引入了预设虚拟刚度值，可以真实地反应方向盘上的手力，给驾驶员较为真实的手感模拟和路感反馈。
本申请的实施方式的附加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，或通过本申请的实施方式的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请某些实施方式的线控转向系统的结构示意图；
图2是本申请某些实施方式的力反馈方法的流程示意图；
图3是本申请某些实施方式的力反馈方法的流程示意图；
图4是本申请某些实施方式的力反馈方法的流程示意图；
图5是本申请某些实施方式的力反馈方法的流程示意图；
图6是本申请某些实施方式的力反馈方法的流程示意图；
图7是本申请某些实施方式的力反馈方法的流程示意图；
图8是本申请某些实施方式的力反馈方法的流程示意图；
图9是本申请某些实施方式的力反馈方法的场景示意图；
图10是本申请某些实施方式的力反馈方法的流程示意图；
图11是本申请某些实施方式的力反馈方法的场景示意图；
图12是本申请某些实施方式的力反馈方法的流程示意图；
图13是本申请某些实施方式的力反馈装置的模块示意图；
图14是本申请某些实施方式的力反馈装置的模块示意图；
图15是本申请某些实施方式的计算机可读存储介质的模块示意图。
主要元件及符号说明：
方向盘11、转向管柱12、第一角度传感器13、第一控制器14、阻滞力矩电机15、转向器16、第二角度传感器17、第二控制器18、转向执行电机19、轮胎20、力反馈装置50、控制器51、获取模块52、计算模块53、确定模块54、发送模块55、线控转向系统100、计算机可读存储介质200、程序201、处理器202。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。另外，下面结合附图描述的本申请的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参阅图1，本申请实施方式的线控转向系统100可分为上转向系统和下转向系统。上转向系统是方向盘11下面的部分，例如可包括转向管柱12等。下转向系统是拉动轮胎20进行转向的部分，例如可包括转向器16等。在传统机械转向中，转向管柱12与转向器16之间通过中间轴连接。在线控转向技术的框架下，转向管柱12与转向器16之间取消了中间轴，实现了上转向系统和下转向系统之间的机械解耦。然而，对于上转向系统来说，由于缺少了与下转向系统之间机械连接所带来的力传递，驾驶员在操作方向盘时缺少“手感(即：感觉不到自己到底转动了多少角度)”。因此，本申请提出一种力反馈方法，从而实现方向盘11能够向驾驶员提供模拟反馈的技术效果。其中，模拟反馈包括手感模拟和路感反馈。手感模拟是指模拟传统机械转向中相同的驾驶手感。路感反馈是指提供接近真实路面反馈的路感信息。
请参阅图1和图2，本申请实施方式的力反馈方法，用于施加到线控转向系统100的方向盘11上。力反馈方法包括：
S10：获取方向盘11的第一角度信号和转向器16的第二角度信号；
S20：获取转向比；
S30：根据第一角度信号、第二角度信号、转向比计算第一角度信号与第二角度信号之间的当前角度偏差；
S40：根据当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱12与转向器16之间的当前虚拟连接力；
S50：根据当前虚拟连接力确定方向盘11需要的手感力；
S60：获取路感力；
S70：根据手感力和路感力确定方向盘11需要的综合手力。
具体地，S10中，获取方向盘11的第一角度信号和转向器16的第二角度信号。具体实现时，线控转向系统100还可包括第一角度传感器13、第二角度传感器17和控制器51。第一角度传感器13可设置在方向盘11处，第一角度传感器13用于检测方向盘11的第一角度信号。方向盘11的第一角度信号可以是方向盘11的转动角度。第二角度传感器17可设置在转向器16处，第二角度传感器17用于检测转向器16的第二角度信号。转向器16的第二角度信号可以是转向器16的当前角度。
当驾驶员通过方向盘11进行转向操作时，第一角度传感器13检测到方向盘11的第一角度信号，并将第一角度信号发送给控制器51。第二角度传感器17检测转向器16的第二角度信号，并将第二角度信号发送给控制器51，以便控制器51根据第一角度信号、第二角度信号以及转向比计算第一角度信号与第二角度信号之间的当前角度偏差。此外，控制器51还根据第一角度信号确定转向执行电机19需要输出的转向力矩，从而控制转向执行电机19以转向力矩工作，通过转向器16控制轮胎20转动，实现驾驶员的转向意图。
S20和S30中，获取转向比，并根据第一角度信号、第二角度信号、转向比计算第一角度信号与第二角度信号之间的当前角度偏差。具体地，在计算当前角度偏差时，需要通过转向比将第一角度信号和第二角度信号换算至同一基准下再进行计算。示例性地，转向比可以是指方向盘11的转动角度与转向器16的转动角度之比。例如，方向盘11顺时针转动了180度，而转向器16只转动了10度，两者的转向比就是18:1。如前所述，方向盘11的第一角度信号是方向盘11的转动角度，转向器16的第二角度信号是转向器16的当前角度。例如，方向盘11顺时针转动了180度，则方向盘11的第一角度信号为180度。又例如，转向器16当前处于顺时针5度，则转向器16的第二角度信号为5度。在计算第一角度信号与第二角度信号之间的偏差时，可以先将方向盘11的第一角度信号180度通过转向比18:1换算为10度，再以10度来与转向器16的第二角度信号5度作比较来确定偏差，或者也可以将转向器16的第二角度信号按照转向比进行换算，再计算偏差，在此不作限制。由此，控制器51可以准确的计算出第一角度信号与第二角度信号之间的当前角度偏差，确保后续计算虚拟连接力的准确性。
在其他例子中，转向比也可以是方向盘11的转动角度与轮胎20的转动角度之比。而轮胎20的转动角度与转向器16的转动角度之间又具有一定的换算关系，通过不同的算法可实现根据方向盘11的转动角度与轮胎20的转动角度之比计算第一角度信号与第二角度信号之间的当前角度偏差。
S40中，根据当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱12与转向器16之间的当前虚拟连接力。其中，预设虚拟刚度值为可变参数。由于转向管柱12与转向器16之间取消了机械连接，为了提供更真实的手感模拟，转向管柱12与转向器16之间引入了虚拟连接的概念，将预设虚拟刚度值作为计算转向管柱12与转向器16之间的虚拟连接力的因素。需要指出的是，虚拟连接力是指模拟计算出转向管柱12与转向器16之间的连接力，转向管柱12与转向器16之间并不存在机械连接。
预设虚拟刚度值表征了上转向系统与下转向系统之间的跟随性。预设虚拟刚度值可以是预先设置好的。当根据实际情况上转向系统与下转向系统之间的跟随性越好时，则可以将预设虚拟刚度值设置得越大；当根据实际情况上转向系统与下转向系统之间的跟随性越差时，则可以将预设虚拟刚度值设置得越小。预设虚拟刚度的一些具体确定方式将在后文详细举例说明。
在一个实施例中，在预设虚拟刚度值一定时，当方向盘11的第一角度信号与转向器16的第二角度信号之间的角度偏差越大时，转向管柱12与转向器16之间的虚拟连接力越大。可以理解，当方向盘11的第一角度信号与转向器16的第二角度信号之间的角度偏差越大时，表明上转向系统与下转向系统之间转向的差距越大，驾驶员通过方向盘11进行转向操作越吃力，此时虚拟连接力越大才能越符合实际驾驶手感。进一步地，方向盘11的第一角度信号与转向器16的第二角度信号之间的角度偏差、转向管柱12与转向器16之间的虚拟连接力两者之间可呈线性递增函数关系、指数递增函数关系或多元高阶递增函数等，在此不作限制。
在一个实施例中，在方向盘11的第一角度信号与转向器16的第二角度信号之间的角度偏差一定时，当预设虚拟刚度值越大时，转向管柱12与转向器16之间的虚拟连接力越小。可以理解，当预设虚拟刚度值越大时，表明上转向系统与下转向系统之间的跟随性越好，驾驶员通过方向盘11进行转向操作越轻松，此时虚拟连接力越小才能越符合实际驾驶手感。进一步地，预设虚拟刚度值、转向管柱12与转向器16之间的虚拟连接力两者之间可呈线性递减函数关系、指数递减函数关系或多元高阶递减函数等，在此不作限制。
需要指的是，上述对于方向盘11的第一角度信号与转向器16的第二角度信号之间的偏差、预设虚拟刚度值、转向管柱12与转向器16之间的虚拟连接力三者之间的关系描述，仅用于示例性的说明确定虚拟连接力的方式，实际情况中确定虚拟连接力的方式并不限于此。
S50、S60、S70中，分别根据虚拟连接力确定方向盘11需要的手感力、获取路感力，并根据手感力和路感力确定方向盘11需要的综合手力。其中，手感力用于实现手感模拟，路感力用于实现路感模拟，最终手感力和路感力通过计算得到综合手力，该综合手力体现在对驾驶员转动方向盘11时感受到的方向盘11反作用力。
相关技术中，上转向系统的手感模拟和路感反馈通过下转向系统执行过程中转向执行电机19的输出力矩来估算轮胎20转向的齿条力，以模拟上下连接中间轴处的负载，并且通过转向执行电机19的输出力矩的波动来模拟路面的激励，以此进行手感模拟和路感反馈。但是，通过齿条力模拟并传递给上转向系统的方法本质上无法达到类似机械连接的真实模拟手感和反馈路感的效果。这主要受限于下转向系统的转向执行电机19的能力问题。比如，轮胎20遇到障碍物或者转向过快时，下转向系统的转向执行电机19无法提供足够的力来模拟当前齿条力的真实值，最后导致上转向系统的手感模拟失真，没有撞击感和紧密跟随的感觉，而是方向盘11直接打过去，并且上转向系统与下转向系统之间的转向产生了很大的差距，造成了严重的安全风险。
而本申请实施方式的力反馈方法中，由于虚拟连接力的计算结合了方向盘11的第一角度信号与转向器16的第二角度信号之间的角度偏差，并引入了预设虚拟刚度值，可以真实地反应方向盘11上的手力，给驾驶员较为真实的手感模拟和路感反馈。
请参阅图1和图3，在某些实施方式中，力反馈方法还包括：
S80：确定轮胎20的齿条力；
根据当前虚拟连接力确定方向盘11需要的手感力(即S50)，包括：
S51：根据齿条力、当前虚拟连接力和第一角度信号计算手感力。
具体地，S80可根据转向执行电机19的实际输出力矩确定轮胎20的齿条力(即载荷力)。实际输出力矩可包括实际输出力矩大小及其波动。实际输出力矩的大小可以用来估算轮胎20(本申请实施方式中的轮胎20均优选为前轮轮胎)两侧的齿条力大小，而实际输出力矩的波动可以反映轮胎20两侧的齿条力的波动，可以准确地获取实时情况。
S51中，确定轮胎20的齿条力后，再根据齿条力、当前虚拟连接力和第一角度信号计算手感力。本申请实施方式计算手感力的方式可以精准的模拟手感。
在一个实施例中，在虚拟连接力和第一角度信号一定时，当齿条力越大时，手感力越大。可以理解，当齿条力越大时，驾驶员通过方向盘11进行转向操作越吃力，此时手感力越大才能越符合实际驾驶手感。进一步地，齿条力与手感力两者之间可呈线性递增函数关系、指数递增函数关系或多元高阶递增函数等，在此不作限制。
在一个实施例中，在齿条力和第一角度信号一定时，当虚拟连接力越大时，手感力越大。可以理解，当虚拟连接力越大时，驾驶员通过方向盘11进行转向操作越吃力，此时手感力越大才能越符合实际驾驶手感。进一步地，虚拟连接力与手感力两者之间可呈线性递增函数关系、指数递增函数关系或多元高阶递增函数等，在此不作限制。
在一个实施例中，在齿条力和虚拟连接力一定时，当第一角度信号越大时，手感力越大。可以理解，当第一角度信号越大时，驾驶员通过方向盘11进行转向操作幅度越大，此时手感力越大才能越符合实际驾驶手感。进一步地，第一角度信号与手感力两者之间可呈线性递增函数关系、指数递增函数关系或多元高阶递增函数等，在此不作限制。
需要指的是，上述对于齿条力、虚拟连接力、第一角度信号、手感力四者之间的关系描述，仅用于示例性的说明确定手感力的方式，实际情况中确定手感力的方式并不限于此。
请参阅图1和图4，在某些实施方式中，力反馈方法还包括：
S80：确定轮胎20的齿条力；
获取路感力(即S60)，包括：
S61：根据齿条力、预设虚拟刚度值、预设虚拟阻尼值计算路感力。
具体地，S80可根据转向执行电机19的实际输出力矩确定轮胎20的齿条力(即载荷力)。实际输出力矩可包括实际输出力矩大小及其波动。实际输出力矩的大小可以用来估算轮胎20(本申请实施方式中的轮胎20均优选为前轮轮胎)两侧的齿条力大小，而实际输出力矩的波动可以反映轮胎20两侧的齿条力的波动，可以准确地获取实时情况。
S61中，确定轮胎20的齿条力后，再根据齿条力、预设虚拟刚度值、预设虚拟阻尼值计算路感力。
当前的路感主要是通过各种算法来进行模拟的，通常以对路面激励进行滤波的方式来保证舒适性，但这种过滤方式给人的感觉不够真实。而本申请实施方式根据齿条力、预设虚拟刚度值、预设虚拟阻尼值计算路感力，可以真实的反馈路感。
与预设虚拟刚度值类似地，在一个实施例中，预设虚拟阻尼值也为可变参数。预设虚拟刚度值反映了上转向系统与下转向系统之间的跟随性，而预设虚拟阻尼值反映的是跟随过程中的衰减情况。当根据实际情况上转向系统与下转向系统之间的跟随过程衰减越大时，则可以将预设虚拟阻尼值设置得越大；当根据实际情况上转向系统与下转向系统之间的跟随过程衰减越小时，则可以将预设虚拟阻尼值设置得越小。
在一个实施例中，在预设虚拟刚度值和预设虚拟阻尼值一定时，当齿条力越大时，路感力越大。可以理解，当齿条力越大时，驾驶员通过方向盘11进行转向操作越吃力，此时路感力越大才能越符合实际驾驶手感(路感力也是通过手感来反映的)。进一步地，齿条力与路感力两者之间可呈线性递增函数关系、指数递增函数关系或多元高阶递增函数等，在此不作限制。
在一个实施例中，在齿条力和预设虚拟阻尼值一定时，当预设虚拟刚度值越大时，路感力越小。可以理解，当预设虚拟刚度值越大时，表明上转向系统与下转向系统之间的跟随性越好，驾驶员通过方向盘11进行转向操作越轻松，此时路感力越小才能越符合实际驾驶手感。进一步地，预设虚拟刚度值与路感力两者之间可呈线性递增函数关系、指数递增函数关系或多元高阶递增函数等，在此不作限制。
在一个实施例中，在齿条力和预设虚拟刚度值一定时，当预设虚拟阻尼值越大时，路感力越大。可以理解，当预设虚拟阻尼值越大时，表明上转向系统与下转向系统之间的跟随过程衰减越大，驾驶员通过方向盘11进行转向操作越吃力，此时路感力越大才能越符合实际驾驶手感。进一步地，预设虚拟阻尼值与路感力两者之间可呈线性递增函数关系、指数递增函数关系或多元高阶递增函数等，在此不作限制。
需要指的是，上述对于齿条力、预设虚拟刚度值、预设虚拟阻尼值、路感力四者之间的关系描述，仅用于示例性的说明确定路感力的方式，实际情况中确定路感力的方式并不限于此。
请参阅图1和图5，在某些实施方式中，力反馈方法还包括：
S90：根据综合手力确定阻滞力矩电机15需要输出的阻滞力矩；
S100：发送与阻滞力矩对应的控制信号。
具体地，在根据手感力和路感力确定方向盘11需要的综合手力后，根据综合手力确定阻滞力矩电机15需要输出的阻滞力矩，并发送与阻滞力矩对应的控制信号至阻滞力矩电机15，从而可以控制阻滞力矩电机15以阻滞力矩工作，阻滞力矩用于控制方向盘11回正，以提供给驾驶员相应的手感模拟和路感反馈。
请参阅图6，在某些实施方式中，力反馈方法还包括：
S110：获取当前路面的环境参数；
S120：根据环境参数确定预设虚拟刚度值。
本申请实施方式的预设虚拟刚度值作为可调试参数，根据当前路面的环境参数确定预设虚拟刚度值，预设虚拟刚度值的设置较为合理，可以实时随环境参数变化，可以在保证舒适性的前提下保留最真实的手感模拟和路感反馈。
当前路面的环境参数例如可包括路面平整度、路面摩擦系数、路面障碍物情况等。
在一个实施例中，当前路面的环境参数包括路面平整度。路面平整度越高(即越平坦)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随性越好，那么可以将预设虚拟刚度值设置得越大；路面平整度越低(即越颠簸)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随性越差，那么可以将预设虚拟刚度值设置得越小。
在一个实施例中，当前路面的环境参数包括路面摩擦系数。路面摩擦系数越小(即越光滑)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随性越好，那么可以将预设虚拟刚度值设置得越大；路面摩擦系数越小(即越粗糙)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随性越差，那么可以将预设虚拟刚度值设置得越小。
在一个实施例中，当前路面的环境参数包括路面障碍物情况。路面障碍物越少(即阻力越小)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随性越好，那么可以将预设虚拟刚度值设置得越大；路面障碍物越多(即越阻力越大)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随性越差，那么可以将预设虚拟刚度值设置得越小。
本申请实施方式的预设虚拟刚度值可以通过标定的方式提前确定好各种环境参数以及对应的预设虚拟刚度值，在实际驾驶过程中，只需要通过环境感知模块检测当前路面的环境参数，以匹配与当前路面的环境参数对应的预设虚拟刚度值。
请参阅图7，在某些实施方式中，力反馈方法还包括：
S110：获取当前路面的环境参数；
S130：根据环境参数确定预设虚拟阻尼值。
本申请实施方式的预设虚拟阻尼值作为可调试参数，根据当前路面的环境参数确定预设虚拟阻尼值，预设虚拟阻尼值的设置较为合理，可以实时随环境参数变化，可以在保证舒适性的前提下保留最真实的手感模拟和路感反馈。
当前路面的环境参数例如可包括路面平整度、路面摩擦系数、路面障碍物情况等。
在一个实施例中，当前路面的环境参数包括路面平整度。路面平整度越高(即越平坦)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随过程衰减越小，那么可以将预设虚拟阻尼值设置得越小；路面平整度越低(即越颠簸)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随过程衰减越大，那么可以将预设虚拟阻尼值设置得越小。
在一个实施例中，当前路面的环境参数包括路面摩擦系数。路面摩擦系数越小(即越光滑)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随过程衰减越小，那么可以将预设虚拟阻尼值设置得越小；路面摩擦系数越小(即越粗糙)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随过程衰减越大，那么可以将预设虚拟阻尼值设置得越大。
在一个实施例中，当前路面的环境参数包括路面障碍物情况。路面障碍物越少(即阻力越小)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随过程衰减越小，那么可以将预设虚拟阻尼值设置得越小；路面障碍物越多(即越阻力越大)，则上转向系统与下转向系统之间的跟随过程衰减越大，那么可以将预设虚拟阻尼值设置得越大。
本申请实施方式的预设虚拟阻尼值可以通过标定的方式提前确定好各种环境参数以及对应的预设虚拟阻尼值，在实际驾驶过程中，只需要通过环境感知模块检测当前路面的环境参数，以匹配与当前路面的环境参数对应的预设虚拟阻尼值。
请参阅图1、图8和图9，在某些实施方式中，力反馈方法还包括：
S140：获取当前手感反馈模式；
S150：根据当前手感反馈模式获取虚拟刚度值与方向盘11的角度信号之间的变化关系；
S160：从变化关系中获取与第一角度信号对应的虚拟刚度值作为预设虚拟刚度值。
具体地，线控转向系统100可具有多个手感反馈模式，以供用户根据自身手感需求进行选择。在不同的手感反馈模式中，虚拟刚度值与方向盘11的角度信号之间的变化关系不同。在一个例子中，多个手感反馈模式包括舒适模式、标准模式、运动模式。如图9所示，在舒适模式、标准模式、运动模式中，虚拟刚度值与方向盘11的角度信号的对应变化关系不同。
对于同样的方向盘11的角度信号，在舒适模式下，虚拟刚度值偏低，具有较少的路面激励反馈；在标准模式下，虚拟刚度值适中，路面激励反馈一般；在运动模式下，虚拟刚度值较大，路面激励反馈明显。对于每个手感反馈模式内，虚拟刚度值与方向盘11的角度信号的变化关系曲线可以根据试车匹配标定。示例性地，虚拟刚度值随方向盘的角度信号变化而变化，中间位置偏小，末端位置偏大，可建立明显的中间感。在通过试车匹配标定获得方向盘11的多个角度信号及对应的虚拟刚度值后，可以通过线性插值得到完整的变化关系曲线。
在实际应用时，用户可先根据自身喜好从多个手感反馈模式选择期望的手感反馈模式。例如，若用户希望路面激励反馈稍弱，则可以选择舒适模式。在用户选定手感反馈模式后，控制器51可以获取到用户选择的手感反馈模式，也即使是当前手感反馈模式，然后判断出当前手感反馈模式为舒适模式，则获取舒适模式下的虚拟刚度值与方向盘11的角度信号之间的变化关系，即图9中的第一条曲线。最后根据方向盘11的第一角度信号获取第一条曲线中的对应的虚拟刚度值作为预设虚拟刚度值。
本申请实施方式的力反馈方法设置了多个不同的手感反馈模式，且在不同的手感反馈模式中，虚拟刚度值与方向盘11的角度信号之间的变化关系不同，由此，用户可以根据自身喜好和习惯选择合适的路面激励反馈强度，可以更好地满足不同用户群体对于手感的期望，提高用户体验。
请参阅图1、图10和图11，在某些实施方式中，根据当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱12与转向器16之间的当前虚拟连接力(即S40)，包括：
S41：根据预设虚拟刚度值确定第一角度信号与第二角度信号之间的最大允许偏差；
S42：当当前角度偏差小于最大允许偏差时，从虚拟连接力与角度偏差的第一变化关系中，获取与当前角度偏差对应的虚拟连接力作为当前虚拟连接力；
S43：当当前角度偏差大于或等于最大允许偏差时，从虚拟连接力与角度偏差的第二变化关系中，获取与当前角度偏差对应的虚拟连接力作为当前虚拟连接力。
具体地，在确定的预设虚拟刚度值不同时，第一角度信号与第二角度信号之间的最大允许偏差也不同。在一个实施例中，当预设虚拟刚度值越大时，第一角度信号与第二角度信号之间的最大允许偏差越小，以提高手感。可以理解，当虚拟刚度值无限大的时候，上转向系统与下转向系统之间完全跟随，应当不存在角度偏差，即第一角度信号与第二角度信号之间偏差趋于零。需要指出的是，本申请实施方式中，第一角度信号与第二角度信号之间的角度偏差均指的是通过转向比换算后的角度偏差。
本申请实施方式中，在第一角度信号与第二角度信号之间的当前角度偏差与最大允许偏差的大小关系不同时，用于确定当前虚拟连接力的方式也不同。在当前角度偏差小于最大允许偏差时，可以采用第一变化关系曲线(即图11中的第一条曲线)获取当前虚拟连接力；在当前角度偏差大于或等于最大允许偏差时，可以采用第二变化关系曲线(即图11中的第二条曲线)获取当前虚拟连接力。其中，在角度偏差相同的情况下，第二变化关系中对应的虚拟连接力大于第一变化关系中对应的虚拟连接力。
可以理解，最大允许偏差指的是系统设置的允许下转向系统滞后上转向系统的最大偏差。采用最大允许偏差作为基准进行比较，是希望由此得到更加真实的手感模拟。当当前角度偏差已经达到或超出最大允许偏差时，表明上转向系统与下转向系统之间转向的差距已经很大，驾驶员通过方向盘11进行转向操作的吃力程度应当进一步加大，此时虚拟连接力越大才能越符合实际驾驶手感，因此可切换为第二变化关系曲线来确定当前虚拟连接力。此外，采用最大允许偏差作为基准进行比较，还可以提高转向的安全性。当前角度偏差已经达到或超出最大允许偏差时，如果还是采用第一变化关系曲线来确定当前虚拟连接力，虚拟连接力增加不显著，导致上转向系统的手感模拟失真，驾驶员做出不合理的转向操作，容易造成安全风险问题。
请参阅图1和图12，在某些实施方式中，根据预设虚拟刚度值确定第一角度信号与第二角度信号之间的最大允许偏差(即S41)，包括：
S411：根据方向盘11的力矩、阻滞力矩电机15的力矩、方向盘11和转向管柱12的转动惯量、第一角度信号和预设虚拟刚度值计算最大允许偏差。
具体地，经研究，对线控转向系统100进行受力分析可以得到：
T1-M1-Δω_max*K1＝J1*α
其中，T1为方向盘11的力矩(也即为驾驶员手力矩，可通过设置扭矩传感器采集得到)，M1为阻滞力矩电机15的力矩，Δω_max为最大允许偏差，K1为预设虚拟刚度值，J1为方向盘11和转向管柱12的转动惯量(也即为上转向系统的转动惯量，由方向盘11的转动惯量和转向管柱12的转动惯量叠加而成)，α为方向盘11的第一角度信号(更具体地为角加速度)。具体可以理解为：T1为施加的力矩，M1为受到的来自阻滞力矩电机15的阻力矩，Δω_max*K1为受到的来自上转向系统本身的阻力矩，则T1-M1-Δω_max*K1即可得到上转向系统的合力矩J1*α。因此，经过转换变形，可采用如下公式计算最大允许偏差：
请参阅图1和图13，本申请实施方式还提供一种力反馈装置50。力反馈装置50包括一个或多个控制器51。一个或多个控制器51用于实现上述任一实施方式的力反馈方法。例如，一个或多个控制器51可用于实现S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70中的方法。也即是说，一个或多个控制器51可以用于：获取方向盘11的第一角度信号和转向器16的第二角度信号；获取转向比；根据第一角度信号、第二角度信号、转向比计算第一角度信号与第二角度信号之间的当前角度偏差；根据当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱12与转向器16之间的当前虚拟连接力；根据当前虚拟连接力确定方向盘11需要的手感力；获取路感力；根据手感力和路感力确定方向盘11需要的综合手力。
其中，一个或多个控制器51可以是指的一个总控制器，总控制器可分别与各个元件通信，并实现相应方法步骤。一个或多个控制器51也可以是指的两个或更多个控制器，两个或更多个控制器分别与各个元件通信，且两个或更多个控制器相互之间也可通信，以实现相应方法步骤。
以一个或多个控制器51包括第一控制器14和第二控制器18为例，第一控制器14可为上转向系统的控制器，第二控制器18可为下转向系统的控制器。第一控制器14用于获取方向盘11的第一角度信号。第二控制器18用于获取转向器16的第二角度信号；获取转向比；根据第一角度信号、第二角度信号、转向比计算第一角度信号与第二角度信号之间的当前角度偏差；根据当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱12与转向器16之间的当前虚拟连接力。第一控制器14还用于根据当前虚拟连接力确定方向盘11需要的手感力；获取路感力；根据手感力和路感力确定方向盘11需要的综合手力。
需要指出的是，上述对本申请实施方式的力反馈方法的解释说明同样适用于本申请实施方式的力反馈装置50，在此不一一展开说明。
请参阅图1和图13，本申请实施方式还提供一种线控转向系统100。线控转向系统100包括上述任一实施方式的力反馈装置50。线控转向系统100可应用在车辆中。
在一个实施例中，线控转向系统100可包括上述方向盘11、转向管柱12、第一角度传感器13、第一控制器14、阻滞力矩电机15、转向器16、第二角度传感器17、第二控制器18、转向执行电机19、轮胎20等。其中，力反馈装置50包括第一控制器14和第二控制器18。
需要指出的是，上述对本申请实施方式的力反馈方法、力反馈装置50的解释说明同样适用于本申请实施方式的线控转向系统100，在此不一一展开说明。
请参阅图1和图14，本申请实施方式还提供一种力反馈装置50。力反馈装置50包括获取模块52、计算模块53和确定模块54。本申请实施方式的力反馈方法可由本申请实施方式的力反馈装置50实现。例如，获取模块52可以用于获取方向盘11的第一角度信号和转向器16的第二角度信号。获取模块52还可以用于获取转向比。计算模块53可以用于根据第一角度信号、第二角度信号、转向比计算第一角度信号与第二角度信号之间的当前角度偏差。确定模块54可以用于根据当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱12与转向器16之间的当前虚拟连接力。确定模块54还可以用于根据当前虚拟连接力确定方向盘11需要的手感力。获取模块52还可以用于获取路感力。确定模块54还可以用于根据手感力和路感力确定方向盘11需要的综合手力。
在某些实施方式中，确定模块54还用于：确定轮胎20的齿条力；根据齿条力、当前虚拟连接力和第一角度信号计算手感力。
在某些实施方式中，确定模块54用于确定轮胎20的齿条力。获取模块52还用于根据齿条力、预设虚拟刚度值、预设虚拟阻尼值计算路感力。
在某些实施方式中，力反馈装置50还包括发送模块55。确定模块54还用于根据综合手力确定阻滞力矩电机15需要输出的阻滞力矩。发送模块55用于发送与阻滞力矩对应的控制信号。
在某些实施方式中，获取模块52还用于获取当前路面的环境参数。确定模块54还用于根据环境参数确定预设虚拟刚度值。
在某些实施方式中，获取模块52还用于获取当前路面的环境参数。确定模块54还用于根据环境参数确定预设虚拟阻尼值。
在某些实施方式中，获取模块52还用于：获取当前手感反馈模式；根据当前手感反馈模式获取虚拟刚度值与方向盘11的角度信号之间的变化关系；从变化关系中获取与第一角度信号对应的虚拟刚度值作为预设虚拟刚度值。
在某些实施方式中，确定模块54还用于：根据预设虚拟刚度值确定第一角度信号与第二角度信号之间的最大允许偏差；当当前角度偏差小于最大允许偏差时，从虚拟连接力与角度偏差的第一变化关系中，获取与当前角度偏差对应的虚拟连接力作为当前虚拟连接力；当当前角度偏差大于或等于最大允许偏差时，从虚拟连接力与角度偏差的第二变化关系中，获取与当前角度偏差对应的虚拟连接力作为当前虚拟连接力。在某些实施方式中，确定模块54还用于：根据方向盘11的力矩、阻滞力矩电机15的力矩、方向盘11和转向管柱12的转动惯量、第一角度信号和预设虚拟刚度值计算最大允许偏差。
需要指出的是，上述对本申请实施方式的力反馈方法的解释说明同样适用于本申请实施方式的力反馈装置50，在此不一一展开说明。
请参阅图1、图2和图15，本申请实施方式还提供一种计算机可读存储介质200，其上存储有力反馈程序201。程序201被处理器202执行时实现上述任一实施方式的力反馈方法。
例如，程序201被处理器202执行时实现如下力反馈方法：
S10：获取方向盘11的第一角度信号和转向器16的第二角度信号；
S20：获取转向比；
S30：根据第一角度信号、第二角度信号、转向比计算第一角度信号与第二角度信号之间的当前角度偏差；
S40：根据当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱12与转向器16之间的当前虚拟连接力；
S50：根据当前虚拟连接力确定方向盘11需要的手感力；
S60：获取路感力；
S70：根据手感力和路感力确定方向盘11需要的综合手力。
需要指出的是，上述对本申请实施方式的力反馈方法的解释说明同样适用于本申请实施方式的计算机可读存储介质200，在此不一一展开说明。
综上，本申请实施方式的力反馈方法、力反馈装置50、计算机可读存储介质200及线控转向系统100中，由于虚拟连接力的计算结合了方向盘11的第一角度信号与转向器16的第二角度信号之间的角度偏差，并引入了预设虚拟刚度值，可以真实地反应方向盘11上的手力，给驾驶员较为真实的手感模拟和路感反馈。
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多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，“多个”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，表示包括一个或更多个用于实现特定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。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
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，多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。例如，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。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (13)
1.一种力反馈方法，用于施加到线控转向系统的方向盘上，其特征在于，所述力反馈方法包括：
获取所述方向盘的第一角度信号和转向器的第二角度信号；
获取转向比；
根据所述第一角度信号、所述第二角度信号、所述转向比计算所述第一角度信号与所述第二角度信号之间的当前角度偏差；
根据所述当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱与所述转向器之间的当前虚拟连接力；
根据所述当前虚拟连接力确定所述方向盘需要的手感力；
获取路感力；
根据所述手感力和路感力确定所述方向盘需要的综合手力。
2.根据权利要求1所述的力反馈方法，其特征在于，所述力反馈方法还包括：
确定轮胎的齿条力；
所述根据所述当前虚拟连接力确定所述方向盘需要的手感力，包括：
根据所述齿条力、所述当前虚拟连接力和所述第一角度信号计算所述手感力。
3.根据权利要求1所述的力反馈方法，其特征在于，所述力反馈方法还包括：
确定轮胎的齿条力；
所述获取路感力，包括：
根据所述齿条力、所述预设虚拟刚度值、预设虚拟阻尼值计算所述路感力。
4.根据权利要求1所述的力反馈方法，其特征在于，所述力反馈方法还包括：
根据所述综合手力确定阻滞力矩电机需要输出的阻滞力矩；
发送与所述阻滞力矩对应的控制信号。
5.根据权利要求1或3所述的力反馈方法，其特征在于，所述力反馈方法还包括：
获取当前路面的环境参数；
根据所述环境参数确定所述预设虚拟刚度值。
6.根据权利要求3所述的力反馈方法，其特征在于，所述力反馈方法还包括：
获取当前路面的环境参数；
根据所述环境参数确定所述预设虚拟阻尼值。
7.根据权利要求1或3所述的力反馈方法，其特征在于，所述力反馈方法还包括：
获取当前手感反馈模式；
根据所述当前手感反馈模式获取虚拟刚度值与所述方向盘的角度信号之间的变化关系；
从所述变化关系中获取与所述第一角度信号对应的虚拟刚度值作为所述预设虚拟刚度值。
8.根据权利要求1所述的力反馈方法，其特征在于，所述根据所述当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱与所述转向器之间的当前虚拟连接力，包括：
根据所述预设虚拟刚度值确定所述第一角度信号与所述第二角度信号之间的最大允许偏差；
当所述当前角度偏差小于所述最大允许偏差时，从虚拟连接力与角度偏差的第一变化关系中，获取与所述当前角度偏差对应的虚拟连接力作为所述当前虚拟连接力；
当所述当前角度偏差大于或等于所述最大允许偏差时，从虚拟连接力与角度偏差的第二变化关系中，获取与所述当前角度偏差对应的虚拟连接力作为所述当前虚拟连接力。
9.根据权利要求8所述的力反馈方法，其特征在于，所述根据所述预设虚拟刚度值确定所述第一角度信号与所述第二角度信号之间的最大允许偏差，包括：
根据所述方向盘的力矩、阻滞力矩电机的力矩、所述方向盘和所述转向管柱的转动惯量、所述第一角度信号和所述预设虚拟刚度值计算所述最大允许偏差。
10.一种力反馈装置，其特征在于，包括一个或多个控制器，所述一个或多个控制器用于实现权利要求1-9任意一项所述的力反馈方法。
11.一种力反馈装置，用于施加到线控转向系统的方向盘上，其特征在于，所述力反馈装置包括获取模块、计算模块和确定模块：
所述获取模块用于获取所述方向盘的第一角度信号和转向器的第二角度信号；
所述获取模块还用于获取转向比；
所述计算模块用于根据所述第一角度信号、所述第二角度信号、所述转向比计算所述第一角度信号与所述第二角度信号之间的当前角度偏差；
所述确定模块用于根据所述当前角度偏差和预设虚拟刚度值确定转向管柱与所述转向器之间的当前虚拟连接力；
所述确定模块还用于根据所述当前虚拟连接力确定所述方向盘需要的手感力；
所述获取模块还用于获取路感力；
所述确定模块还用于根据所述手感力和路感力确定所述方向盘需要的综合手力。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有力反馈程序，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-9任意一项所述的力反馈方法。
13.一种线控转向系统，其特征在于，包括权利要求10所述的力反馈装置。
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