CN115071821A - 用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法及系统 - Google Patents

用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法及系统 Download PDF

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CN115071821A CN202210809990.8A CN202210809990A CN115071821A CN 115071821 A CN115071821 A CN 115071821A CN 202210809990 A CN202210809990 A CN 202210809990A CN 115071821 A CN115071821 A CN 115071821A
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steering wheel
control system
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angle
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王佳妮
谢旌
陈一飞
施亮
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SAIC Volkswagen Automotive Co Ltd
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SAIC Volkswagen Automotive Co Ltd
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    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/025—Active steering aids, e.g. helping the driver by actively influencing the steering system after environment evaluation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
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Abstract

本发明公开了一种用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法，其包括步骤：采集方向盘输入转角，以及与之对应的方向盘输出转角；基于所述方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角，得到方向盘控制系统的传递函数，绘制出方向盘控制系统的伯德图；基于所述伯德图确定方向盘控制系统需要提升的相位裕度及其对应的频率；基于方向盘控制系统需要提升的相位裕度及其对应的频率确定超前补偿控制器的传递函数，将超前补偿控制器的传递函数离散化，得到离散的超前补偿控制器；将初始方向盘转角指令输入所述超前补偿控制器，将所述离散的超前补偿控制器输出的方向盘转角指令输入给方向盘执行器。相应地，本发明还公开了对应的控制系统。

Description

用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种控制方法及系统，尤其涉及一种车辆方向盘的控制方法及系统。
背景技术
目前车辆自动驾驶技术研究发展较快，其中车辆横向控制技术是智能驾驶技术中的关键技术之一，其性能好坏会对实际的驾乘体验有着十分重要的影响。
其中，车辆方向盘执行器的执行效率的优劣大大影响了控制的精度。例如，当方向盘执行器延迟比较大时，可能会造成控制器失稳。
因此在车辆方向盘控制系统的设计时，需要考虑延迟的影响。延迟的影响在网络控制系统(Networked Control system)较为普遍，现有技术中比较常见的解决办法是Smith预估补偿。Smith预估补偿器是建立在被控对象和网络延迟的精确数学模型之上。
然而对于车辆来说，在实际应用中，延迟有可能是随机的，并且Smith预估模型可能存在扰动，使其不能完全和被控对象模型相匹配，因此这个将这种方法用于车辆方向盘控制系统的鲁棒性不强。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法，其能够对控制延时进行补偿，从而提升自动驾驶方向盘控制的精度。
为了实现上述目的，本发明提出了一种用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法，其包括步骤：
100：采集方向盘输入转角，以及与之对应的方向盘输出转角；
200：基于所述方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角，得到方向盘控制系统的传递函数，绘制出方向盘控制系统的伯德图；基于所述伯德图确定方向盘控制系统需要提升的相位裕度及其对应的频率；
300：基于方向盘控制系统需要提升的相位裕度及其对应的频率确定超前补偿控制器的传递函数，将超前补偿控制器的传递函数离散化，得到离散的超前补偿控制器；
400：将初始方向盘转角指令输入所述超前补偿控制器，将所述离散的超前补偿控制器输出的方向盘转角指令输入给方向盘执行器。
需要说明的是，伯德图是系统频率响应的一种图示方法，由幅值图和相角图组成，两者都按频率的对数分度绘制。本技术方案可以通过传递函数进行伯德图的绘制，并根据伯德图从系统频率的角度分析系统性能。
进一步，在本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法的步骤100中，基于输入方向盘控制系统的指令，采集方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角。
更进一步地，在步骤100中，所述指令包括10度阶跃输入指令和幅值为10度的正弦函数输入指令。
进一步的，在本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法的步骤200中，采用MATLAB根据所述方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角计算得到所述传递函数。
MATLAB有系统辨识工具箱，能够根据输入输出数据计算得到系统的传递函数，或是状态空间模型。
进一步地，在本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法中，所述超前补偿控制器的传递函数Lead为：
Figure BDA0003738593260000021
其中a1表示比例增益系数，τ表示方向盘控制系统的周期，s表示频域的变量：其中根据
Figure BDA0003738593260000022
确定a1和τ，其中
Figure BDA0003738593260000023
表示需要提升的相位裕度，wm表示
Figure BDA0003738593260000024
对应的频率。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统，其能够对控制延时进行补偿，从而提升自动驾驶方向盘控制的精度。
本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统包括：
信号采集模块，其采集方向盘输入转角，以及与之对应的方向盘输出转角；
处理模块，其基于所述方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角，得到方向盘控制系统的传递函数，绘制出方向盘控制系统的伯德图；基于所述伯德图确定方向盘控制系统需要提升的相位裕度及其对应的频率；
超前补偿控制器，其传递函数基于方向盘控制系统需要提升的相位裕度及其对应的频率而获得；将超前补偿控制器的传递函数离散化，得到离散的超前补偿控制器；
执行器，其串接于所述超前补偿控制器下游；
其中，将初始方向盘转角指令输入所述超前补偿控制器，将所述离散的超前补偿控制器输出的方向盘转角指令输入给方向盘执行器。
进一步地，在本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统中，所述信号采集模块基于输入方向盘控制系统的指令，采集方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角。
更进一步地，在本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统中，所述指令包括10度阶跃输入指令和幅值为10度的正弦函数输入指令。
进一步地，在本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统中，所述处理模块采用MATLAB根据所述方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角计算得到所述传递函数。
进一步地，在本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统中，所述超前补偿控制器的传递函数Lead为：
Figure BDA0003738593260000031
其中a1表示比例增益系数，τ表示方向盘控制系统的周期，s表示频域的变量：其中根据
Figure BDA0003738593260000032
确定a1和τ，其中
Figure BDA0003738593260000033
表示需要提升的相位裕度，wm表示
Figure BDA0003738593260000034
对应的频率。
本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法从控制算法的角度弥补了原车辆方向盘控制系统中的执行器延时带来的负面影响，提高了控制精度，从而进一步提升了自动驾驶的控制精确度。
本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统具有同样有益的效果。
附图说明
图1为本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法在一种实施方式下的步骤流程示意图。
图2为本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统在一种实施方式下的架构示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法及系统做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
图1为本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法在一种实施方式下的步骤流程示意图。
如图1所示，在该实施方式下，用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法包括步骤：
100：设计执行器的测试用例，采集方向盘输入转角，以及与之对应的方向盘输出转角；在某些实施方式中，在步骤100中，基于输入方向盘控制系统的指令，采集方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角，该指令可以包括10度阶跃输入指令和幅值为10度的正弦函数输入指令。例如在某些实施例中，10度阶跃信号的一个示例是，前1s输入为0度，1s后输入10度。又例如，在某些实施例中，10度正弦函数信号的一个示例是，自1s时刻起输入正弦信号，幅值为正负10度，然后基于这些指令收集执行器输出信号。
200：将采集到的方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角输入到MATLAB进行系统辨识，可以得到方向盘控制系统的传递函数，绘制方向盘控制系统的伯德图，基于伯德图确定方向盘控制系统需要提升的相位裕度及其对应的频率。
300：设计超前补偿控制器，基于方向盘控制系统需要提升的频域段与相位裕度确定超前补偿控制器的传递函数Lead：
Figure BDA0003738593260000051
其中a1表示比例增益系数，τ表示方向盘控制系统的周期，s表示频域的变量：其中根据
Figure BDA0003738593260000052
确定a1和τ，其中
Figure BDA0003738593260000053
表示需要提升的相位裕度，wm表示
Figure BDA0003738593260000054
对应的频率；
将超前补偿控制器的传递函数离散化，得到离散的超前补偿控制器。
400：将初始方向盘转角指令输入超前补偿控制器，将离散的超前补偿控制器输出的方向盘转角指令输入给方向盘执行器，完成对方向盘执行器的延时补偿控制。
在一些实施方式中，本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统包括：
信号采集模块，其采集方向盘输入转角，以及与之对应的方向盘输出转角；
处理模块，其基于所述方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角，得到方向盘控制系统的传递函数，绘制出方向盘控制系统的伯德图；基于所述伯德图确定方向盘控制系统需要提升的频域段与相位裕度；
超前补偿控制器，其传递函数基于方向盘控制系统需要提升的频域段与相位裕而获得；将超前补偿控制器的传递函数离散化，得到离散的超前补偿控制器；
执行器，其串接于所述超前补偿控制器下游；
其中，将初始方向盘转角指令输入所述超前补偿控制器，将所述离散的超前补偿控制器输出的方向盘转角指令输入给方向盘执行器。
图2显示了本发明所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统在一种实施方式下的架构的核心模块。
从图2中可以看出，执行器串接在超前补偿控制器的下游，本技术方案将初始方向盘转角指令(即未进行补偿控制前的原设计中输入方向盘执行器的方向盘转角指令)输入到超前补偿控制器中，超前补偿控制器基于输入的初始方向盘转角指令输出经过修正的方向盘转角指令，并将其输出给方向盘执行器。
在本实施方式中，在将超前补偿控制器串联至执行器前，将目标转向角和反馈转向角做差，再将差值接入该超前补偿控制器后发送至执行器，可以获得串联超前补偿控制器后系统响应的对比结果。其中原方向盘控制系统响应调节时间近2s且存在固定稳态误差。而采用本技术方案后，方向盘控制系统需要0.2s达到目标值，响应速度快速提升且仅存在约0.05度的稳态误差，满足自动驾驶控制精度要求。
需要说明是，本技术方案中的前补偿控制器的设计可以基于ORP车辆平台的系统辨识。
需要说明的是，本发明保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法，其特征在于，包括步骤：
100：采集方向盘输入转角，以及与之对应的方向盘输出转角；
200：基于所述方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角，得到方向盘控制系统的传递函数，绘制出方向盘控制系统的伯德图；基于所述伯德图确定方向盘控制系统需要提升的相位裕度及其对应的频率；
300：基于方向盘控制系统需要提升的相位裕度及其对应的频率确定超前补偿控制器的传递函数，将超前补偿控制器的传递函数离散化，得到离散的超前补偿控制器；
400：将初始方向盘转角指令输入所述超前补偿控制器，将所述离散的超前补偿控制器输出的方向盘转角指令输入给方向盘执行器。
2.如权利要求1所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法，其特征在于，在步骤100中，基于输入方向盘控制系统的指令，采集方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角。
3.如权利要求2所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法，其特征在于，在步骤100中，所述指令包括10度阶跃输入指令和幅值为10度的正弦函数输入指令。
4.如权利要求1所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法，其特征在于，在步骤200中，采用MATLAB根据所述方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角计算得到所述传递函数。
5.如权利要求1所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制方法，其特征在于，所述超前补偿控制器的传递函数Lead为：
Figure FDA0003738593250000011
其中a1表示比例增益系数，τ表示方向盘控制系统的周期，s表示频域的变量：其中根据
Figure FDA0003738593250000012
确定a1和τ，其中
Figure FDA0003738593250000013
表示需要提升的相位裕度，wm表示
Figure FDA0003738593250000014
对应的频率。
6.一种用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统，其特征在于，包括：
信号采集模块，其采集方向盘输入转角，以及与之对应的方向盘输出转角；
处理模块，其基于所述方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角，得到方向盘控制系统的传递函数，绘制出方向盘控制系统的伯德图；基于所述伯德图确定方向盘控制系统需要提升的相位裕度及其对应的频率；
超前补偿控制器，其传递函数基于方向盘控制系统需要提升的相位裕度及其对应的频率而获得；将超前补偿控制器的传递函数离散化，得到离散的超前补偿控制器；
执行器，其串接于所述超前补偿控制器下游；
其中，将初始方向盘转角指令输入所述超前补偿控制器，将所述离散的超前补偿控制器输出的方向盘转角指令输入给方向盘执行器。
7.如权利要求6所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统，其特征在于，所述信号采集模块基于输入方向盘控制系统的指令，采集方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角。
8.如权利要求7所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统，其特征在于，所述指令包括10度阶跃输入指令和幅值为10度的正弦函数输入指令。
9.如权利要求6所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统，其特征在于，所述处理模块采用MATLAB根据所述方向盘输入转角以及与之对应的方向盘输出转角计算得到所述传递函数。
10.如权利要求6所述的用于车辆方向盘控制系统的补偿控制系统，其特征在于，所述超前补偿控制器的传递函数Lead为：
Figure FDA0003738593250000021
其中a1表示比例增益系数，τ表示方向盘控制系统的周期，s表示频域的变量：其中根据
Figure FDA0003738593250000022
确定a1和τ，其中
Figure FDA0003738593250000023
表示需要提升的相位裕度，wm表示
Figure FDA0003738593250000024
对应的频率。
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