CN115432061B - 用于约束转向系统的指令转向角的限制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于包括电动助力转向(EPS)系统的车辆的约束指令转向角的限制系统，其包括与车辆的至少一个其他系统成电子通信的控制器。控制器执行指令以接收多个轨迹规划输入，每个轨迹规划输入被表达为包括多个值的数组，其中多个轨迹规划输入包括轨迹速度数组、轨迹加速度数组和轨迹曲率数组。控制器还执行指令以基于指令转向角的相应理想变化率和EPS系统所允许的最大变化率来确定最大转向角变化率。
Description
技术领域
本公开涉及用于约束发送给作为车辆的一部分的转向系统的指令转向角的系统和方法。更明确地说，本公开涉及用于基于车辆的当前轨迹限制发送给转向系统的指令转向角的变化率的系统和方法。
背景技术
半自主和自主车辆在道路上变得越来越普遍。在半自主或免手驾驶期间，可以采用模型预测控制来确定车辆的加速、制动和转向。模型预测控制器试图通过控制提供给车辆转向系统的指令转向角来跟踪车辆的目标轨迹。模型预测控制器根据基于时间的轨迹信息、定位输入和规划者输入来确定指令转向角。然而，应当了解，有时定位输入可能有噪声并且生成不连续的信号。有噪声且不连续的定位输入信号可能会对指令转向角的计算产生不利影响。特别是，如果指令转向角的值有突然跳跃，那么这可能会使方向盘产生噪声或抖动，一些驾驶员可能会对此感到不快。
因此，尽管当前系统实现了它们的预期目的，但是本领域中需要一种用于确定指令转向角的改进系统。明确地说，本领域中需要一种在确定指令转向角时减轻有噪声或不连续定位输入的影响的系统。
发明内容
根据几个方面，公开了一种用于包括电动助力转向(EPS)系统的车辆的约束指令转向角的限制系统。限制系统包括与车辆的至少一个其他系统成电子通信的控制器。控制器执行指令以接收多个轨迹规划输入，每个轨迹规划输入被表达为包括多个值的数组，其中多个轨迹规划输入包括轨迹速度数组、轨迹加速度数组和轨迹曲率数组。控制器还执行指令以基于轨迹规划输入为每个曲率值确定指令转向角的相应理想(ideal)变化率，该每个曲率值是轨迹曲率数组的一部分。控制器还执行指令来为每个轨迹速度值确定EPS系统所允许的最大变化率，该曲率速度值为轨迹速度数组的一部分。最后，控制器执行指令以基于指令转向角的相应理想变化率和EPS系统所允许的最大变化率来确定最大转向角变化率，其中最大转向角变化率限制指令转向角。
在一个方面，控制器通过执行指令以基于轨迹曲率的当前值、轨迹曲率的后续值以及轨迹曲率的当前值与轨迹曲率的后续值之间的时间变化确定轨迹曲率的变化率来为作为轨迹曲率数组的一部分的每个曲率值确定指令转向角的相应理想变化率。
在另一方面，轨迹曲率的变化率由下式确定
其中表示轨迹曲率的变化率，ρn表示轨迹曲率的当前值，ρn+1表示轨迹曲率的后续值，并且Δt表示轨迹曲率的当前值ρn与轨迹曲率的后续值之间的时间变化。
在又一方面，控制器通过执行指令以基于轨迹曲率的变化率、车辆的轴距、车辆的转向梯度和车辆的纵向速度分量确定指令转向角的相应理想变化率来为作为轨迹曲率数组的一部分的每个曲率值确定指令转向角的相应理想变化率。
在再一方面，指令转向角的相应理想变化率由下式确定：
其中是指令转向角的相应理想变化率，/>是轨迹曲率的变化率，L是车辆的轴距，EG是车辆的转向梯度，并且vx是车辆的轨迹的纵向速度分量。
在一个方面，控制器包括保存在存储器中的一个或多个查找表，并且一个或多个查找表提供针对特定轨迹速度值所允许的最大变化率。
在另一方面，控制器通过执行指令以基于特定轨迹速度值在一个或多个查找表中定位对应的最大变化率值来确定EPS系统所允许的最大变化率。
在又一方面，控制器基于校准因子确定最大转向角变化率。
在再一方面，校准因子的值范围是从0到1。
在一个方面，控制器通过执行指令以将指令转向角的相应理想变化率与乘积相加以便确定第一值来确定指令转向角的最大变化率，其中乘积是通过将最大变化率乘以校准因子来确定的。
在另一方面，控制器通过执行指令以将第一值与最大变化率进行比较并且响应于确定第一值小于或等于最大变化率而将指令转向角的最大变化率设定为第一值来确定指令转向角的最大变化率。
在又一方面，控制器通过执行指令以将第一值与最大变化率进行比较并且响应于确定第一值大于最大变化率而将指令转向角的最大变化率设定为EPS系统所允许的最大变化率来确定指令转向角的最大变化率。
在一个方面，一种用于包括EPS系统的车辆的自主驾驶和主动安全(ADAS)系统。ADAS系统包括：轨迹跟踪控制器，其确定指令转向角，其中轨迹跟踪控制器与EPS系统成电子通信；以及限制系统，其包括与轨迹跟踪控制器成电子通信的控制器。控制器执行指令以接收多个轨迹规划输入，每个轨迹规划输入被表达为包括多个值的数组，其中多个轨迹规划输入包括轨迹速度数组、轨迹加速度数组和轨迹曲率数组。控制器还执行指令以基于轨迹规划输入为作为轨迹曲率数组的一部分的每个曲率值确定指令转向角的相应理想变化率。控制器执行指令以为作为轨迹速度数组的一部分的每个轨迹速度值确定EPS系统所允许的最大变化率。最后，控制器执行指令以基于指令转向角的相应理想变化率和EPS系统所允许的最大变化率来确定最大转向角变化率，其中最大转向角变化率限制指令转向角。
在一个方面，轨迹跟踪控制器基于最大转向角变化率来确定指令转向角。
在另一方面，控制器通过执行指令以基于轨迹曲率的当前值、轨迹曲率的后续值以及轨迹曲率的当前值与轨迹曲率的后续值之间的时间变化确定轨迹曲率的变化率来为作为轨迹曲率数组的一部分的每个曲率值确定指令转向角的相应理想变化率。
在又一方面，轨迹曲率的变化率由下式确定
其中表示轨迹曲率的变化率，ρn表示轨迹曲率的当前值，ρn+1表示轨迹曲率的后续值，并且Δt表示轨迹曲率的当前值ρn与轨迹曲率的后续值之间的时间变化。
在再一方面，控制器通过执行指令以基于轨迹曲率的变化率、车辆的轴距、车辆的转向梯度和车辆的纵向速度分量确定指令转向角的相应理想变化率来为作为轨迹曲率数组的一部分的每个曲率值确定指令转向角的相应理想变化率。
在一个方面，指令转向角的相应理想变化率由下式确定：
其中是指令转向角的相应理想变化率，/>是轨迹曲率的变化率，L是车辆的轴距，EG是车辆的转向梯度，并且vx是车辆的轨迹的纵向速度分量。
在另一方面，控制器基于校准因子确定最大转向角变化率。
在一个方面，公开了一种用于包括电动助力转向(EPS)系统的车辆的约束指令转向角的方法。所述方法包括由控制器接收多个轨迹规划输入，每个轨迹规划输入被表达为包括多个值的数组。多个轨迹规划输入包括轨迹速度数组、轨迹加速度数组和轨迹曲率数组。所述方法还包括基于轨迹规划输入为作为轨迹曲率数组的一部分的每个曲率值确定指令转向角的相应理想变化率。所述方法还包括为作为轨迹速度数组的一部分的每个轨迹速度值确定EPS系统所允许的最大变化率。最后，所述方法包括基于指令转向角的相应理想变化率和EPS系统所允许的最大变化率确定最大转向角变化率，其中最大转向角变化率限制指令转向角。
从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解的是，描述和具体示例仅既定用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据示例性实施例的包括自主驾驶和主动安全(ADAS)系统、电动助力转向(EPS)系统和包括所公开的限制系统的转向系统的车辆的示意图；
图2是根据示例性实施例的图1所示的限制系统的框图；
图3A示出了根据示例性实施例的说明示例性轨迹曲率数组的曲线图；
图3B示出了根据示例性实施例的说明转向角数组的示例性理想变化率的曲线图；以及
图4是示出由限制系统确定指令转向角的方法的处理流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。
参考图1，示出了示例性车辆10的示意图。车辆10是任何类型的机动车辆，诸如但不限于诸如轿车的客车、卡车、货车或运动型多用途车。车辆10包括相互电子通信的自主驾驶和主动安全(ADAS)系统12、电动助力转向(EPS)系统14和转向系统16。ADAS系统12包括与轨迹跟踪控制器22电子通信的限制系统20，EPS系统14包括与电动机26电子通信的EPS控制器24，电动机26向转向系统16提供辅助扭矩T。转向系统16包括方向盘30和多个齿轮、连杆和其他部件，用于通过操纵车轮18来控制车辆10的轨迹。
所公开的限制系统20包括控制器28，控制器28被配置成确定指令转向角的最大变化率最大变化率/>被发送到轨迹跟踪控制器22。轨迹跟踪控制器22确定指令转向角δcmnd，指令转向角δcmnd被发送到EPS系统14的EPS控制器24。EPS控制器24基于指令转向角δcmnd确定电动机命令34，电动机命令34被发送到电动机26。电动机26接着基于电动机命令34的值生成提供给转向系统16的辅助扭矩T。
如下解释，所公开的限制系统20基于表示车辆10的当前轨迹和速度的实时数据来约束发送到EPS系统14的指令转向角δcmnd。具体地说，限制系统20可以减少或防止指令转向角δcmnd的值的大变化或跳跃。明确地说，限制系统20减轻了提供给轨迹跟踪控制器22以确定指令转向角δcmnd的有噪声或不连续定位输入36的影响。应当了解，当车辆10以半自主或免手驾驶模式运行时，有噪声或不连续的定位数据可能会使方向盘30产生噪声或抖动，一些驾驶员可能会对此感到不快。
在一个非限制性实施例中，轨迹跟踪控制器22是模型预测控制器，然而，还可以使用其他类型的控制器。轨迹跟踪控制器22基于指令转向角的最大变化率和多个轨迹变量40来确定指令转向角δcmnd，多个轨迹变量40是从车辆10的轨迹生成系统32接收的并且在下文进行描述。如图1所示，轨迹生成系统32还向限制系统20的控制器28发送多个轨迹规划输入42。
继续参考图1，轨迹变量40包括车辆位置的纵向分量TrajXVF、车辆位置的横向分量TrajYVF和车辆的轨迹航向TrajψVF。轨迹变量40以车辆框架坐标表达并且呈数组形式。轨迹变量40由轨迹生成系统32基于定位输入36和位置规划输入38来确定。具体地说，定位输入36包括当前车辆位置的x分量HostXglobal、当前车辆位置的y分量HostYglobal和当前航向角Hostψglobal。应当了解，定位输入36在全局(global)框架中表达为标量值。位置规划输入38包括车辆的轨迹位置的x分量TrajXglobal、车辆的轨迹位置的y分量TrajYglobal和车辆的轨迹航向Trajψglobal。位置规划输入38在全局框架中表达为数组。最后，发送到控制器28的轨迹规划输入42包括车辆的轨迹速度TrajV、车辆的轨迹加速度TrajA和车辆的轨迹曲率Trajρ。轨迹规划输入42以车辆框架坐标表达并且呈数组形式。
限制系统20的控制器28与车辆10中的至少一个其他系统(即，轨迹生成系统32和轨迹跟踪控制器22)电子通信。如下解释，控制器28基于轨迹规划输入42和时间变化Δt(见图2)确定指令转向角的最大变化率图1中所示的控制器22、24、28可以指电子电路、组合逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)、执行代码的处理器(共享的、专用的或成组的)或者作为它们的一部分，或者上述一些或全部的组合，诸如在片上系统中。此外，控制器22、24、28可以是基于微处理器的，诸如具有至少一个处理器、存储器(RAM和/或ROM)以及相关联输入和输出总线的计算机。处理器可以在驻留于存储器中的操作系统的控制下运行。操作系统可以管理计算机资源，使得体现为一个或多个计算机软件应用程序(诸如驻留在存储器中的应用程序)的计算机程序代码可以变成由处理器执行的指令。在替代实施例中，处理器可以直接执行应用程序，在这种情况下，可以省略操作系统。
图2是图1所示的限制系统20的图示，其中控制器28包括一个或多个模块52、54和56。具体地说，在如图2所示的实施例中，控制器28包括转向角速率模块52、最大转向角速率模块54和上限模块56，然而，应当了解，控制器28还可以包括不同的或其他的模块。如图2所示，转向角速率模块52接收轨迹规划输入42和时间变化Δt，其中每个轨迹规划输入42基于时间变化Δt以数组形式表达。转向角速率模块52基于轨迹规划输入42和时间变化Δt确定指令转向角的理想变化率指令转向角的理想变化率/>假设车辆10完美地遵循预定轨迹和理想参数估计。指令转向角的理想变化率/>也以数组形式表达。
图3A是示出了表示车辆的轨迹曲率Trajρ的示例性轨迹曲率数组64的曲线图，其中时间t沿着x轴绘制并且车辆的轨迹曲率Trajρ沿着y轴绘制。如图3A所示，轨迹曲率数组64包括多个曲率值ρ。在图3A所示的示例中，数组64包括12个曲率值ρ，每个曲率值代表在唯一时间点的车辆的轨迹曲率Trajρ，其中曲率值ρ之间的间距是时间变化Δt。现在参考图3B，示出了说明指令转向角数组66的理想变化率的曲线图，理想变化率说明了指令转向角的相应理想变化率
参考图2、图3A和图3B，针对轨迹曲率数组64的每个曲率值ρn，转向角速率模块52确定指令转向角的相应理想变化率具体地说，转向角速率模块52基于等式1和2确定指令转向角的相应理想变化率/>首先，转向角速率模块52基于轨迹曲率的当前值ρn、轨迹曲率的后续值ρn+1以及轨迹曲率的当前值ρn与轨迹曲率的后续值ρn+1之间的时间变化Δt来确定轨迹曲率的变化率/>其在等式1中表达为：
转向角速率模块52接着基于轨迹曲率的变化率车辆10的轴距L、车辆10的转向梯度EG和车辆10的纵向速度分量vx来确定指令转向角的相应理想变化率/>轴距L和转向梯度EG可以是保存在控制器28的存储器中的固定值，并且纵向速度vx是车辆10的轨迹的纵向速度分量。具体地说，基于等式2确定指令转向角的相应理想变化率，等式2表达为：
返回参考图2，最大转向角速率模块54接收车辆的轨迹速度TrajV作为输入，其中车辆的轨迹速度TrajV以数组形式表达为轨迹速度数组，类似于图3a和图3B所示的数组64和66。最大转向角速率模块54为作为轨迹速度数组的一部分的每个轨迹速度值确定EPS系统14(见图1)所允许的最大变化率具体地说，控制器28包括保存在存储器中的一个或多个查找表60。一个或多个查找表60提供了EPS系统14对于特定轨迹速度值所允许的最大变化率/>最大转向角速率模块54通过在查找表60中定位对应值来为作为轨迹速度数组的一部分的每个轨迹速度值确定EPS系统允许的最大变化率/>
继续参考图2，上限模块56基于指令转向角的相应理想变化率最大变化率和校准因子γ来确定最大转向角变化率/>校准因子是存储在存储器中的根据经验确定的值，并且值的范围是从0到1。校准因子γ对最大变化率/>进行缩放。上限模块56通过首先将指令转向角的相应理想变化率/>与乘积相加以确定第一值来确定指令转向角的最大变化率/>乘积通过将EPS系统14允许的最大变化率/>乘以校准因子γ来确定。上限模块56接着将第一值与转向系统16允许的最大变化率/>进行比较。响应于确定第一值小于或等于EPS系统16允许的最大变化率/>上限模块56将指令转向角的最大变化率/>设定为第一值。然而，如果上限模块56确定第一值大于最大变化率/>则上限模块56将指令转向角的最大变化率/>设定为EPS系统14允许的最大变化率/>返回参考图1，控制器28接着向轨迹跟踪控制器22发送指令转向角的最大变化率/>
图4是示出用于通过图1所示的限制系统20确定指令转向角的最大变化率的示例性方法200的处理流程图。现在参考图1、图2和图4，方法200可以在框202处开始。在框202中，控制器28从车辆10的轨迹生成系统32接收多个轨迹规划输入42。如上提到，轨迹规划输入42各自被表达为包括多个值的数组，并且包括车辆的轨迹速度TrajV、车辆的轨迹加速度TrajA和车辆的轨迹曲率Trajρ。方法200接着可以前进到框204。
在框204中，转向角速率模块52基于轨迹规划输入42为轨迹曲率数组64的每个曲率值ρn确定指令转向角的相应理想变化率如上解释，等式1用于确定轨迹曲率的变化率/>并且等式2用于确定指令转向角的相应理想变化率。方法200接着可以前进到框206。
在框206中，最大转向角速率模块54为作为轨迹速度数组的一部分的每个轨迹速度值确定EPS系统14所允许的最大变化率具体地说，最大转向角速率模块54基于特定轨迹速度值在一个或多个查找表中定位EPS系统14允许的相应最大变化率/>方法200接着可以前进到框208。
在框208中，上限模块56基于指令转向角的相应理想变化率最大变化率/>和校准因子γ来确定最大转向角变化率/>具体地说，上限模块56通过首先将指令转向角的相应理想变化率/>与乘积相加以确定第一值来确定指令转向角的最大变化率其中乘积是通过将EPS系统14允许的最大变化率/>乘以校准因子γ来确定的。上限模块56接着将第一值与转向系统16允许的最大变化率/>进行比较。响应于确定第一值小于或等于EPS系统16允许的最大变化率/>上限模块56将指令转向角的最大变化率设定为第一值。然而，如果上限模块56确定第一值大于最大变化率/>则上限模块56将指令转向角的最大变化率/>设定为EPS系统14允许的最大变化率/>如图1所示，指令转向角的最大变化率/>接着被发送到轨迹控制器22。方法200接着可以终止。
大体参考附图，所公开的限制系统为车辆提供了各种技术效果和益处。具体地说，当前的车辆系统可以采用可校准的查找表来确定对指令转向角的最大变化率设置的单个值限制。然而，如果定位输入是有噪声或不连续的，那么这可能会导致方向盘有噪声或抖动。本公开提供了一种用基于车辆的当前轨迹实时分析确定指令转向角的输入约束的系统和方法来代替当前可校准查找表的方法。基于车辆的当前轨迹确定指令转向角可以减少或基本上消除方向盘的不希望移动。
本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本公开的主旨的变化既定属于本公开的范围内。这种变化不应被视为脱离本公开的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用于包括电动助力转向系统的车辆的约束指令转向角的限制系统，所述限制系统包括：
控制器，其与所述车辆的至少一个其他系统成电子通信，其中所述控制器执行用于以下操作的指令：
接收多个轨迹规划输入，每个轨迹规划输入被表达为包括多个值的数组，其中所述多个轨迹规划输入包括轨迹速度数组、轨迹加速度数组和轨迹曲率数组；
基于所述轨迹规划输入为作为所述轨迹曲率数组的一部分的每个曲率值确定所述指令转向角的相应理想变化率；
为作为所述轨迹速度数组的一部分的每个轨迹速度值确定所述电动助力转向系统允许的最大变化率；并且
基于所述指令转向角的所述相应理想变化率和所述电动助力转向系统允许的所述最大变化率确定最大转向角变化率，其中所述最大转向角变化率限制所述指令转向角；
其中所述控制器通过执行用于以下操作的指令来为作为所述轨迹曲率数组的一部分的每个曲率值确定所述指令转向角的所述相应理想变化率：
基于所述轨迹曲率的当前值、所述轨迹曲率的后续值以及所述轨迹曲率的当前值与所述轨迹曲率的所述后续值之间的时间变化来确定轨迹曲率的变化率。
2.根据权利要求1所述的限制系统，其中所述轨迹曲率的变化率由下式确定：
其中表示所述轨迹曲率的所述变化率，ρn表示所述轨迹曲率的当前值，ρn+1表示所述轨迹曲率的所述后续值，并且Δt表示所述轨迹曲率的所述当前值ρn与所述轨迹曲率的所述后续值之间的所述时间变化。
3.根据权利要求1所述的限制系统，其中所述控制器通过执行用于以下操作的指令来为作为所述轨迹曲率数组的一部分的每个曲率值确定所述指令转向角的所述相应理想变化率：
基于所述轨迹曲率的所述变化率、所述车辆的轴距、所述车辆的转向梯度和所述车辆的纵向速度分量来确定所述指令转向角的所述相应理想变化率。
4.根据权利要求3所述的限制系统，其中所述指令转向角的所述相应理想变化率由下式确定：
其中是所述指令转向角的相应理想变化率，/>是所述轨迹曲率的所述变化率，L是所述车辆的轴距，EG是所述车辆的转向梯度，并且vx是所述车辆的轨迹的纵向速度分量。
5.根据权利要求1所述的限制系统，其中所述控制器包括保存在存储器中的一个或多个查找表，并且其中所述一个或多个查找表提供针对特定轨迹速度值所允许的所述最大变化率。
6.根据权利要求5所述的限制系统，其中所述控制器通过执行用于以下操作的指令来确定所述电动助力转向系统所允许的最大变化率：
基于特定轨迹速度值在所述一个或多个查找表中定位对应的最大变化率值。
7.根据权利要求1所述的限制系统，其中所述控制器基于校准因子确定所述最大转向角变化率。
8.根据权利要求7所述的限制系统，其中所述校准因子的值范围是从0到1。
9.根据权利要求7所述的限制系统，其中所述控制器通过执行用于以下操作的指令来确定所述指令转向角的所述最大变化率：
将所述指令转向角的所述相应理想变化率与乘积相加以确定第一值，其中所述乘积是通过将所述最大变化率乘以所述校准因子来确定的。
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