CN115503812A - 一种路感模拟方法、装置、电子设备以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种路感模拟方法、装置、电子设备以及存储介质。其中，该方法包括：获取齿条位移、车速以及转向执行电机电磁力矩；根据齿条位移和转向执行电机电磁力矩，确定齿条力估计值；根据齿条力估计值、车速，以及预先设置的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系，确定路感力矩；根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，以根据所述期望反馈力矩进行路感模拟；其中，所述补偿力矩为根据至少一项分量补偿力矩得到，所述分量补偿力矩包括摩擦力矩、阻尼力矩、惯性力矩、限位力矩以及主动回正力矩。本技术方案，能够提高路感模拟的真实性、准确性和适用性，从而提升驾驶员的驾驶感受。

Description

一种路感模拟方法、装置、电子设备以及存储介质

技术领域

本发明涉及车辆转向控制技术领域，尤其涉及一种路感模拟方法、装置、电子设备以及存储介质。

背景技术

汽车转向系统从早期的纯机械转向系统、液压助力转向系统、电子液压助力转向系统、电动助力转向系统，发展到线控转向系统。线控转向将驾驶员的操作输入转化为电信号，无需机械装置连接，因此需要通过力反馈装置为驾驶员提供转向时的阻力反馈，使驾驶员获得可靠的路感，这种虚拟的、体现转向时路面反馈的力矩即路感力矩。

现有的路感力矩的模拟方法主要包括以下方式：一是通过力传感器采集齿条力后经过处理，提取出路感力矩，或者采用转矩传感器采集转向轮所受力矩，用于模拟转向回正力矩，提取出路感力矩。但是这种方式需要布置传感器，成本较高。二是获取车速、侧向加速度、方向盘转角等参数，通过函数拟合出路感力矩。但是这种方式对不同类型车辆的适用性较差，并且在复杂工况下的路感模拟效果欠佳。三是根据车辆动态响应、轮胎与路面作用、转向盘输入等状态参数，利用车辆动力学模型和轮胎力学模型，实时估算轮胎回正力矩和需要补偿的力矩，进而计算路感力矩。但是这种方式模型搭建难度大，成本较高，并且某些状态参数的准确性直接影响路感反馈的准确性。

发明内容

本发明提供了一种路感模拟方法、装置、电子设备以及存储介质，以实现提高路感模拟的真实性、准确性和适用性，从而提升驾驶员的驾驶感受。

根据本发明的一方面，提供了一种路感模拟方法，所述方法包括：

获取齿条位移、车速以及转向执行电机电磁力矩；

根据齿条位移和转向执行电机电磁力矩，确定齿条力估计值；

根据齿条力估计值、车速，以及预先设置的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系，确定路感力矩；

根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，以根据所述期望反馈力矩进行路感模拟；

其中，所述补偿力矩为根据至少一项分量补偿力矩得到，所述分量补偿力矩包括摩擦力矩、阻尼力矩、惯性力矩、限位力矩以及主动回正力矩。

根据本发明的另一方面，提供了一种路感模拟装置，包括：

数据获取模块，用于获取齿条位移、车速以及转向执行电机电磁力矩；

齿条力估计值确定模块，用于根据齿条位移和转向执行电机电磁力矩，确定齿条力估计值；

路感力矩确定模块，用于根据齿条力估计值、车速，以及预先设置的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系，确定路感力矩；

期望反馈力矩确定模块，用于根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，以根据所述期望反馈力矩进行路感模拟；

其中，所述补偿力矩为根据至少一项分量补偿力矩得到，所述分量补偿力矩包括摩擦力矩、阻尼力矩、惯性力矩、限位力矩以及主动回正力矩。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的路感模拟方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的路感模拟方法。

本申请实施例的技术方案，根据齿条位移和转向执行电机电磁力矩，确定出齿条力估计值，解决了现有技术中通过传感器采集齿条力需要布置传感器，存在成本较高的问题。本申请实施例的技术方案，通过预先设置的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系，确定出路感力矩，解决了现有技术中，根据车速、侧向加速度、方向盘转角等参数，通过函数拟合出路感力矩，存在对不同类型车辆的适用性较差，在复杂工况下的路感模拟效果欠佳的问题。本申请实施例的技术方案根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，以根据所述期望反馈力矩进行路感模拟，解决了现有技术中，通过车辆动态响应、轮胎与路面作用、转向盘输入等状态参数，利用车辆动力学模型和轮胎力学模型，实时估算轮胎回正力矩和需要补偿的力矩，进而计算路感力矩，存在模型搭建难度大，某些状态参数的准确性直接影响路感反馈的准确性的问题。本技术方案提高路感模拟的真实性、准确性和适用性，从而提升驾驶员的驾驶感受。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请实施例一提供的一种路感模拟方法的流程图；

图2是根据本申请实施例一提供的一种路感模拟方法的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系示意图；

图3是根据本申请实施例二提供的一种路感模拟方法的流程图；

图4是根据本申请实施例三提供的一种路感模拟装置的结构示意图；

图5是实现本申请实施例的一种路感模拟方法的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”“目标”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1为本申请实施例一提供了一种路感模拟方法的流程图，本申请实施例可适用于模拟路感的情况，该方法可以由路感模拟装置来执行，该路感模拟装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该路感模拟装置可配置于具有数据处理能力的电子设备中。如图1所示，该方法包括：

S110，获取齿条位移、车速以及转向执行电机电磁力矩。

其中，齿条位移用于确定齿条力估计值，根据各类应用场景，齿条位移可以通过多种方式获取，本申请实施例对齿条位移的获取方式不做限定。车速用于计算路感力矩。转向执行电机电磁力矩用于确定齿条力估计值。

本申请实施例中，可选的，获取齿条位移，包括：获取前轮转角，并根据前轮转角以及预设的前轮转角与齿条位移之间的映射关系，确定齿条位移；或者，获取转向执行电机转角，并根据预设的转向执行电机转角与齿条位移之间的映射关系，确定齿条位移。

其中，前轮转角是指车辆的前轮旋转的角度，可以通过前轮转角传感器获取。具体的，在车辆安装有前轮转角传感器的情况下，由于前轮转角与齿条位移存在映射关系，可以预先确定该映射关系，获取前轮转角后根据该映射关系确定出齿条位移。在车辆没有安装前轮转角传感器的情况下，由于转向执行电机转角可以反映车轮的转角，与齿条位移同样存在映射关系，可以预先确定该映射关系，获取转向执行电机转角后根据该映射关系确定出齿条位移。或者，获取转向执行机构小齿轮转角，由于转向执行机构小齿轮转角与齿条位移之间存在映射关系，根据该映射关系可以确定齿条位移，转向执行机构小齿轮转角可以根据安装在转向执行机构小齿轮处的扭矩转角传感器测得。需要说明的是，前轮转角与齿条位移的映射关系，转向执行电机转角与齿条位移的映射关系、小齿轮扭矩转角传感器角度信号与齿条间的映射关系由转向机构布置结构和元件参数具体确定，本实施例对此不进行限制。

本申请实施例中，可选的，获取转向执行电机电磁力矩，包括步骤A1-A3：

步骤A1，获取电机永磁体实际温度以及电机电流。

步骤A2，根据电机永磁体实际温度，确定反电动势常数实际值。

步骤A3，根据反电动势常数实际值和电机电流，确定转向执行电机电磁力矩。

其中，电机永磁体实际温度可表示为T_Mag，反电动势常数实际值可表示为K_eAct，则：

K_eAct＝K_eNorm[1+K_eCoef(T_Mag-25)]K_eSat；

其中，K_eNorm为常温下的反电动势常数值，K_eCoef为反电动势常数随温度变化的斜率，K_eSat为反电动势常数饱和度。

进一步的，得到反电动势常数实际值后，根据如下公式确定转向执行电机电磁力矩：

T_fm＝K_eActI；

其中，T_fm为转向执行电机电磁力矩，I为电机电流。

S120，根据齿条位移和转向执行电机电磁力矩，确定齿条力估计值。

其中，齿条力估计值是指齿条受到的横向作用力的估计值，齿条力估计值可以反映车辆状态、路面作用力等构成路感的必要信息。具体的，齿条位移以及转向执行电机电磁力矩可以反映车辆的转向状态，例如车辆处于急转弯状态、车辆处于大直径弯道状态等，因此根据齿条位移和转向执行电机电磁力矩，对齿条力进行实时估计，输出齿条力估计值。示例性的，可以通过卡尔曼滤波算法确定齿条力估计值。

进一步的，得到齿条力估计值之后，由于齿条力估计值包含了转向轮与路面作用的各种信息，其中的振动和干扰信息，不需要传导到驾驶员。因此，齿条力估计值需要经过滤波处理，以避免后续得到的路感力矩中包括干扰信息。

示例性的，转向系统受到外部作用的干扰频率中，预设频率阈值及以下频率的路面信息是需要传递给驾驶员的路感信息，频率大于预设频率阈值的信号中掺杂了诸多干扰信息，为进一步滤除干扰信息，本申请实施例通过低通滤波器对齿条力估计值进行滤波处理，滤波器传递函数为：

其中，s为传递函数的复频率自变量，ω_0,low为预设频率阈值。本申请实施例中，预设频率阈值可以是5Hz。

S130，根据齿条力估计值、车速，以及预先设置的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系，确定路感力矩。

具体的，由于不同车速下的齿条力估计值可以反映不同的路感力矩，所以齿条力估计值、车速以及路感力矩存在映射关系，预先设置该映射关系，然后实时获取车速以及齿条力估计值，根据该映射关系可以实时得到路感力矩。示例性的，不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系如图2所示。

需要说明的是，不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系可以根据实际情况进行标定，本申请实施例对此不做限定。

S140，根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，以根据所述期望反馈力矩进行路感模拟。

其中，所述补偿力矩为根据至少一项分量补偿力矩得到，所述分量补偿力矩包括摩擦力矩、阻尼力矩、惯性力矩、限位力矩以及主动回正力矩。期望反馈力矩是指用于路感模拟的力矩。

摩擦力矩可以模拟具备传统机械转向系统时机械摩擦产生的转向手感。阻尼力矩用于防止高车速行驶时，轻微拉动方向盘或松开方向盘时可能发生的车辆偏航振荡，也可以避免路面阻力变化导致的转向盘抖动。惯性力矩用于模拟传统机械转向系统反馈到驾驶者的驾驶感受，由于传统机械转向系统给驾驶者反馈的是转向盘运动与转向力矩间存在的由惯量引起的相位延迟，为保持线控转向系统与传统机械转向系统在驾驶感受上的一致性，本申请实施例设置惯性力矩模拟该驾驶感受，此外，需要惯性力矩控制补偿电机的转动惯量。限位力矩用于限制转向盘转角，起到软止点作用，由于线控转向系统的转向盘理论上可无限制地任意角度转动，实际情况下，前轮转角只能在一定范围内转动，因此需要对转向盘转角进行限位控制。主动回正力矩用于使转向盘主动回正到零位，零位是指车辆沿直线行驶时转向盘的位置，由于转向盘与前轮间不存在机械连接，驾驶员完成转向并脱手后，转向盘不会自动回到零位，需要设置主动回正力矩控制转向盘回正。

具体的，期望反馈力矩根据路感力矩以及补偿力矩得到，例如将路感力矩与补偿力矩叠加得到期望反馈力矩、将路感力矩与补偿力矩乘以相应的系数后叠加得到期望反馈力矩等。需要说明的是，补偿力矩根据实际情况可以任意包括一项或多项分量补偿力矩，本申请实施例对其不做限定。

在一个可行的实施例中，路感力矩的计算在转向盘总成中的路感电机控制器中进行，得到期望反馈力矩后，控制路感电机产生相应力矩值，反馈给操作转向盘的驾驶员。

本申请实施例的技术方案，根据齿条位移和转向执行电机电磁力矩，确定出齿条力估计值，解决了现有技术中通过传感器采集齿条力需要布置传感器，存在成本较高的问题。本申请实施例的技术方案，通过预先设置的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系，确定出路感力矩，解决了现有技术中，根据车速、侧向加速度、方向盘转角等参数，通过函数拟合出路感力矩，存在对不同类型车辆的适用性较差，在复杂工况下的路感模拟效果欠佳的问题。本申请实施例的技术方案根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，以根据所述期望反馈力矩进行路感模拟，解决了现有技术中，通过车辆动态响应、轮胎与路面作用、转向盘输入等状态参数，利用车辆动力学模型和轮胎力学模型，实时估算轮胎回正力矩和需要补偿的力矩，进而计算路感力矩，存在模型搭建难度大，并且某些状态参数的准确性直接影响路感反馈的准确性的问题。本技术方案提高了路感模拟的真实性、准确性和适用性，从而提升驾驶员的驾驶感受。

实施例二

图3为本申请实施例二提供的一种路感模拟方法的流程图，本申请实施例以上述实施例为基础对路感力矩、补偿力矩以及期望反馈力矩的确定进行具体化。

如图3所示，本申请实施例的方法具体包括如下步骤：

S210，获取齿条位移、车速以及转向执行电机电磁力矩。

S220，将齿条位移作为测量量，以及将转向执行电机电磁力矩作为控制量。

具体的，得到齿条位移以及转向执行电机电磁力矩后，需要确定齿条力估计值，本申请实施例将齿条位移作为测量量，将转向执行电机电磁力矩作为控制量，通过卡尔曼滤波算法确定齿条力估计值。

S230，将测量量和控制量输入至基于齿条动力学方程的卡尔曼滤波观测器中，得到所述卡尔曼滤波观测器输出的齿条力估计值。

其中，对于齿条助力转向(R-EPS)形式的转向执行机构，齿条动力学方程是指：

其中，M_rack为齿条质量，D_rack为齿条阻尼系数，F_rack为齿条力，c_gear为转向执行电机减速器减速比，T_motor为转向执行电机电磁力矩，L为齿条助力机构滚珠丝杠的导程，η为滚珠丝杠机构效率，x_r为齿条位移，

为齿条速度，

为齿条加速度。

基于齿条动力学方程，对于给定车型的转向器和转向执行机构，其齿条质量、阻尼系数、执行电机减速比、小齿轮分度圆半径为已知的常数，所以齿条力是随工作状况实时变化的量。本申请实施例根据上述原理，设计卡尔曼滤波观测器，将测量量和控制量输入至基于齿条动力学方程的卡尔曼滤波观测器中，通过卡尔曼滤波算法实时获得齿条力估计值。

本申请实施例中，卡尔曼滤波算法通过递推线性最小方差估计，使齿条力估计值的均方差最小，具有计算速度快和精度高的特点。

进一步的，为方便得到适用于齿条力估计值的卡尔曼滤波算法，选取齿条位移x_r、齿条速度

和齿条力F_r为状态变量，将上述齿条动力学方程写为离散的状态空间形式：

x_k＝Ax_k-1+Bu_k-1+w_k-1

z_k＝Hx_k+v_k；

其中，

u_k＝[T_motor(k)]，H＝[100]；

w为齿条系统过程噪声，v为测量噪声，假设二者均符合正态分布，w的协方差矩阵为Q，v的协方差矩阵为R，k表示当前状态，k-1表示前一时刻状态。

具体的，通过卡尔曼滤波观测器输出齿条力估计值包括步骤B1-B5：

步骤B1：设齿条系统当前状态为k，根据齿条系统前一时刻状态预测当前状态，即先验估计值：

x(k|k-1)＝A(k)x(k-1|k-1)+B(k)u(k-1)；

其中，x(k|k-1)为利用前一时刻状态预测的结果，即齿条系统状态的先验估计值；x(k-1|k-1)为利用前一时刻状态的后验估计值；u(k-1)为前一时刻的控制量。

步骤B2，对协方差矩阵进行先验估计：

P(k|k-1)＝A(k)P(k-1|k-1)A^T(k)+Q(k)；

式中，P(k|k-1)为k时刻齿条系统状态x(k|k-1)对应的协方差矩阵；P(k-1|k-1)为k-1时刻齿条系统状态x(k|k-1)对应的协方差矩阵。

步骤B3，计算k时刻的卡尔曼增益K_k(k)：

步骤B4，根据齿条系统k时刻状态的测量量并结合估计值，得到k时刻的最优后验估计值：

x(k|k)＝x(k|k-1)+K_k(k)[z(k)-H(k)x(k|k-1)]；

步骤B5，完成齿条系统状态x(k|k)的估计，对协方差矩阵误差进行更新：

P(k|k)＝[I-K_k(k)H(k)]P(k|k-1)；

基于以上步骤，本申请实施例通过卡尔曼滤波观测器根据不断输入的新的测量量进行“预测-校正”的过程，实时得到最优的齿条力估计值。

示例性的，路感电机控制器与转向执行电机控制器之间通过私域CAN(ControllerArea Network，控制器局域网络)通讯直接传输齿条力估计值，信号传输周期可以设置为1ms，以确保传输值实时性。

S240，根据齿条力估计值、车速，以及预先设置的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系，确定路感力矩。

S250，确定各分量补偿力矩。

本申请实施例中，可选的，确定各分量补偿力矩，包括以下至少一项：根据车速、转向盘转速以及摩擦系数，确定摩擦力矩；根据车速、转向盘转速以及转向盘手力矩，确定阻尼力矩；根据车速和转向盘转速，确定惯性力矩；根据转向盘转角、手力矩系数、限位力矩作用范围、限位力矩作用阈值以及最大限位力矩，确定限位力矩；根据车速、转向盘转角以及主动回正力矩系数，确定主动回正力矩。

其中，摩擦力矩可表示为：T_fr。理论上，摩擦力矩越小，路感越清晰，但如果摩擦力矩过小，转向盘对路面反馈(如颠簸、路面不平等)过于灵敏，驾驶员手感透明度过高，甚至在车辆高速行驶时容易造成驾驶员恐慌，不利于行驶安全。因此，摩擦力矩的设计需要平衡两者的影响。由于转向系统中的摩擦力矩主要来源于转向盘转动时部件之间的干摩擦，且摩擦力矩随转向盘由静止状态到转动状态迅速增大，此后摩擦力矩随转向盘转速的变化很小，同时，还需要将车速的影响考虑在内，本申请实施例采用平滑的双曲正切函数库伦摩擦模型设计摩擦力矩计算模块，输入信号为车速u和转向盘转速

输出摩擦力矩T_fr如下：

其中，C_f为摩擦系数，与车速u相关；a_f为调节摩擦力随转向盘转速增加而快慢变化的上升系数，与车速u相关。

阻尼力矩可表示为：T_dp，阻尼力矩大小与转向盘转速、手力矩、车速相关。设置阻尼力矩计算模块输入信号为车速u、转向盘转速

和转向盘手力矩T_sw，输出阻尼力矩T_dp如下：

其中，C₁为阻尼力矩系数增益，通过预设获得，可根据实车或台架测试效果标定或修正；C_1q为转向盘转速二次项扭矩增益，通过预设获得，可根据实车或台架测试效果标定或修正，转向盘转速二次项的引入有利于快速消减转向盘转速波动对车辆的影响；C₃为转向盘手力矩下限值，通过预设获得，可根据实车或台架测试效果标定或修正；C₄为转向盘手力矩上限值，通过预设获得，可根据实车或台架测试效果标定或修正。

惯性力矩可表示为：T_in，惯性力矩计算模块输入信号为车速u和转向盘转速

输出惯性力矩T_in如下：

其中，C_in为惯性力矩系数。

限位力矩可表示为：T_lm，示例性的，本申请实施例采用软件算法进行限位，当转向盘转角大于预先设定的极限位置时引入限位力矩，使转向盘力矩迅速增大，以提醒驾驶员已超出了转向盘极限位置。限位力矩计算模块输入信号为转向盘转角θ_sw，限位力矩如下所示：

其中，θ_lm为限位力矩起作用的最大角度值，根据转向盘转角最大范围进行设计确定，可以反映限位力矩作用阈值；θ_thrd为限位力矩作用范围，可根据预设值确定后依据实车测试效果标定；f_lm为限位力矩的出力比例；c_sw为手力矩系数，用于反映驾驶员的操作状态，总体趋势为当手力矩为0时，手力矩系数也为零，当手力矩增大后，手力矩系数迅速增大到1并保持不变；T_{m_max}为最大限位力矩，根据不同车速设置预设值确定，可根据实车测试效果标定修正。

主动回正力矩可表示为：T_re，设置主动回正力矩可以在低车速情况下，对转向盘起回正控制作用，提供一个额外力矩帮助转向盘回到中间位置。可以根据转向盘角度控制主动回正力矩，以克服转向盘在回正过程中的阻力矩。示例性的，主动回正力矩可以根据比例积分微分控制算法得到，所述比例积分微分控制算法所使用的增益，与车速以及转向盘转角相匹配，比例积分微分控制算法中的比例增益为：K_p，积分增益为：K_i，微分增益为：K_d。主动回正力矩计算模块输入为车速u和实际转向盘转角θ_sw，输出主动回正力矩如下：

其中，C_re为主动回正力矩系数，与车速相关；θ_tar为目标回正角度，设置为0°。

需要说明的是，本申请实施例对摩擦系数、手力矩系数、限位力矩作用范围、限位力矩作用阈值、最大限位力矩以及主动回正力矩系数的具体数值不做限定。

S260，将各分量补偿力矩和各分量补偿力矩调节系数的乘积之和，作为补偿力矩。

其中，各分量补偿力矩具有相匹配的各分量补偿力矩调节系数，该调节系数可以根据实际情况确定，本申请实施例对此不做限定，各分量补偿力矩调节系数用于其标定过程中根据驾驶员风格需求增强或削弱相对应的分量补偿力矩，便于实现不同车辆的参数调整和适配。

具体的，将各分量补偿力矩和对应的各分量补偿力矩调节系数进行乘积运算，将运算结果叠加，得到补偿力矩。

S270，根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，以根据所述期望反馈力矩进行路感模拟。

其中，所述补偿力矩为根据至少一项分量补偿力矩得到，所述分量补偿力矩包括摩擦力矩、阻尼力矩、惯性力矩、限位力矩以及主动回正力矩。

本申请实施例中，可选的，根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，包括：将路感力矩和路感力矩调节系数的乘积，与补偿力矩和补偿力矩调节系数的乘积之和，作为期望反馈力矩。

其中，路感力矩调节系数用于调整路感力矩。补偿力矩调节系数用于调整补偿力矩。本申请实施例通过设置路感力矩调节系数和补偿力矩调节系数，可以根据驾驶员对路感反馈轻重的不同需求，放大或减弱各调节系数，以实现不同期望路感反馈的个性化调整。

具体的，通过如下公式计算期望反馈力矩T_fb：

T_fb＝K_rdT_rd+K_cpT_cp；

其中，K_rd为路感力矩调节系数，T_rd为路感力矩，K_cp为补偿力矩调节系数，T_cp为补偿力矩。

本申请实施例的技术方案，通过获取齿条位移、车速以及转向执行电机电磁力矩；将齿条位移作为测量量，以及将转向执行电机电磁力矩作为控制量；将测量量和控制量输入至基于齿条动力学方程的卡尔曼滤波观测器中，得到所述卡尔曼滤波观测器输出的齿条力估计值；根据齿条力估计值、车速，以及预先设置的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系，确定路感力矩；确定各分量补偿力矩；将各分量补偿力矩和各分量补偿力矩调节系数的乘积之和，作为补偿力矩；根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，以根据所述期望反馈力矩进行路感模拟。本技术方案提高路感模拟的真实性、准确性和适用性，从而提升驾驶员的驾驶感受。

实施例三

图4为本申请实施例三提供的一种路感模拟装置的结构示意图，该装置可执行本发明任意实施例所提供的路感模拟方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。如图4所示，该装置包括：

数据获取模块310，用于获取齿条位移、车速以及转向执行电机电磁力矩；

齿条力估计值确定模块320，用于根据齿条位移和转向执行电机电磁力矩，确定齿条力估计值；

路感力矩确定模块330，用于根据齿条力估计值、车速，以及预先设置的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系，确定路感力矩；

期望反馈力矩确定模块340，用于根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，以根据所述期望反馈力矩进行路感模拟；

其中，所述补偿力矩为根据至少一项分量补偿力矩得到，所述分量补偿力矩包括摩擦力矩、阻尼力矩、惯性力矩、限位力矩以及主动回正力矩。

可选的，数据获取模块310包括：

齿条位移确定单元，用于获取前轮转角，并根据前轮转角以及预设的前轮转角与齿条位移之间的映射关系，确定齿条位移；或者，

获取转向执行电机转角，并根据预设的转向执行电机转角与齿条位移之间的映射关系，确定齿条位移；或者，

获取转向执行机构小齿轮转角，根据转向执行机构小齿轮转角与齿条位移之间的映射关系，确定齿条位移。

可选的，数据获取模块310包括：

数据获取单元，用于获取电机永磁体实际温度以及电机电流；

反电动势常数实际值确定单元，用于根据电机永磁体实际温度，确定反电动势常数实际值；

转向执行电机电磁力矩确定单元，用于根据反电动势常数实际值和电机电流，确定转向执行电机电磁力矩。

可选的，齿条力估计值确定模块320包括：

测量量以及控制量确定单元，用于将齿条位移作为测量量，以及将转向执行电机电磁力矩作为控制量；

齿条力估计值确定单元，用于将测量量和控制量输入至基于齿条动力学方程的卡尔曼滤波观测器中，得到所述卡尔曼滤波观测器输出的齿条力估计值。

可选的，期望反馈力矩确定模块340包括：

期望反馈力矩确定单元，用于将路感力矩和路感力矩调节系数的乘积，与补偿力矩和补偿力矩调节系数的乘积之和，作为期望反馈力矩。

可选的，所述装置还包括：

分量补偿力矩确定模块，用于确定各分量补偿力矩；

补偿力矩确定模块，用于将各分量补偿力矩和各分量补偿力矩调节系数的乘积之和，作为补偿力矩。

可选的，分量补偿力矩确定模块包括以下至少一项：

摩擦力矩确定单元，用于根据车速、转向盘转速以及摩擦系数，确定摩擦力矩；

阻尼力矩确定单元，用于根据车速、转向盘转速以及转向盘手力矩，确定阻尼力矩；

惯性力矩确定单元，用于根据车速和转向盘转速，确定惯性力矩；

限位力矩确定单元，用于根据转向盘转角、手力矩系数、限位力矩作用范围、限位力矩作用阈值以及最大限位力矩，确定限位力矩；

主动回正力矩确定单元，用于根据车速、转向盘转角以及主动回正力矩系数，确定主动回正力矩。

本申请实施例所提供的一种路感模拟装置可执行本发明任意实施例所提供的一种路感模拟方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例四

图5示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

如图5所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。

电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如路感模拟方法。

在一些实施例中，路感模拟方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的路感模拟方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行路感模拟方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种路感模拟方法，其特征在于，包括：

获取齿条位移、车速以及转向执行电机电磁力矩；

根据齿条位移和转向执行电机电磁力矩，确定齿条力估计值；

根据齿条力估计值、车速，以及预先设置的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系，确定路感力矩；

根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，以根据所述期望反馈力矩进行路感模拟；

其中，所述补偿力矩为根据至少一项分量补偿力矩得到，所述分量补偿力矩包括摩擦力矩、阻尼力矩、惯性力矩、限位力矩以及主动回正力矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取齿条位移，包括：

获取前轮转角，并根据前轮转角以及预设的前轮转角与齿条位移之间的映射关系，确定齿条位移；或者，

获取转向执行电机转角，并根据预设的转向执行电机转角与齿条位移之间的映射关系，确定齿条位移；或者，

获取转向执行机构小齿轮转角，根据转向执行机构小齿轮转角与齿条位移之间的映射关系，确定齿条位移。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取转向执行电机电磁力矩，包括：

获取电机永磁体实际温度以及电机电流；

根据电机永磁体实际温度，确定反电动势常数实际值；

根据反电动势常数实际值和电机电流，确定转向执行电机电磁力矩。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据齿条位移和转向执行电机电磁力矩，确定齿条力估计值，包括：

将齿条位移作为测量量，以及将转向执行电机电磁力矩作为控制量；

将测量量和控制量输入至基于齿条动力学方程的卡尔曼滤波观测器中，得到所述卡尔曼滤波观测器输出的齿条力估计值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，包括：

将路感力矩和路感力矩调节系数的乘积，与补偿力矩和补偿力矩调节系数的乘积之和，作为期望反馈力矩。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩之前，还包括：

确定各分量补偿力矩；

将各分量补偿力矩和各分量补偿力矩调节系数的乘积之和，作为补偿力矩。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定各分量补偿力矩，包括以下至少一项：

根据车速、转向盘转速以及摩擦系数，确定摩擦力矩；

根据车速、转向盘转速以及转向盘手力矩，确定阻尼力矩；

根据车速和转向盘转速，确定惯性力矩；

根据转向盘转角、手力矩系数、限位力矩作用范围、限位力矩作用阈值以及最大限位力矩，确定限位力矩；

根据车速、转向盘转角以及主动回正力矩系数，确定主动回正力矩。

8.一种路感模拟装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取齿条位移、车速以及转向执行电机电磁力矩；

齿条力估计值确定模块，用于根据齿条位移和转向执行电机电磁力矩，确定齿条力估计值；

路感力矩确定模块，用于根据齿条力估计值、车速，以及预先设置的不同车速下齿条力估计值与路感力矩的映射关系，确定路感力矩；

期望反馈力矩确定模块，用于根据路感力矩以及补偿力矩，确定期望反馈力矩，以根据所述期望反馈力矩进行路感模拟；

其中，所述补偿力矩为根据至少一项分量补偿力矩得到，所述分量补偿力矩包括摩擦力矩、阻尼力矩、惯性力矩、限位力矩以及主动回正力矩。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的路感模拟方法。

10.一种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计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的路感模拟方法。

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