CN219428227U - 一种方向盘零偏角自动标定装置及车辆 - Google Patents

一种方向盘零偏角自动标定装置及车辆 Download PDF

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廖文龙
安少朋
何弢
张润玺
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Abstract

本实用新型公开了一种方向盘零偏角自动标定装置及车辆，设置在目标车辆上，所述目标车辆设有控制系统和传感系统，包括：机械信息获取模块、标定参数设置模块、运动信息采集模块、优化求解模块和零偏角更新模块；实现方向盘零位偏差角度的在线标定，不再受限于车辆直行状态，可以在自动驾驶车辆行驶的整个过程中实现，提高了方向盘零偏角标定的适用性。

Description

一种方向盘零偏角自动标定装置及车辆
技术领域
本实用新型涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种方向盘零偏角自动标定装置及车辆。
背景技术
自动驾驶车辆的轨迹跟踪分为横向控制与纵向控制两部分，汽车方向盘是控制车辆横向运动的执行部件。如果车辆方向盘零位在安装标定等过程中存在偏差，会极大影响自动驾驶车辆的跟随性。对于需要沿边清扫的环卫车而言，方向盘零位偏差可能会影响清扫效果，甚至导致车辆剐蹭路牙，影响行车安全。
为了应对车辆间方向盘零位可能存在的偏差，应设计一种方向盘零位自动标定的装置及方法。现有的方向盘零位偏移的测量方式为驾驶车辆沿着严格标定后的直线行驶，而后从EPS(E l ectr i c Power Steer i ng，电动助力转向系统)上读取当前方向盘的角度并将其作为方向盘的零偏，整个测试过程费时费力，受人为因素影响较大。
如专利CN109649490A，提供了一种汽车方向盘零偏的自动标定方法：
(1)根据当前采样时间区间内车辆转动角度与预设角度阈值的关系来判断当前采样时间区间是否为直线行驶状态(即车辆横摆角速度较小)，若是，则将当前采样时间区间作为当前标定区间，并将获取到的汽车方向盘的转向角度作为当前时间区间内的标定结果；
(2)获取历史零偏标定结果，并结合当前标定时间得到的零偏标定结果，根据滑动平均、滤波等方法推测出汽车方向盘的实时零偏标定结果。
又如CN111688801A提供了一种转向盘零位自标定控制方法：
通过获取目标车辆的预设特征信息；根据所述预设特征信息判断所述目标车辆是否处于直行状态；在所述目标车辆处于直行状态时，获取置于所述目标车辆上转角传感器采集的当前转角值，将所述当前转角值自标定置零位。
上述两个专利公开的技术方案中，方向盘零位的自动标定只能在直线行驶状态，这大大限制了方向盘零位自动标定技术的使用场景。
实用新型内容
针对上述两篇专利提及的方向盘零位自动标定仅可在车辆直行状态进行的问题，本专利提出了一种方向盘零位自动标定的装置及方法，可以在车辆行驶过程中的各个场景调用，包括直行、转弯与掉头等场景，将方向盘零位自动标定方法推广到车辆整个行驶过程中。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种方向盘零偏角自动标定装置，设置在目标车辆上，所述目标车辆设有控制系统和传感系统，包括：机械信息获取模块、标定参数设置模块、运动信息采集模块、优化求解模块和零偏角更新模块；
所述机械信息获取模块与目标车辆的控制系统通信连接，所述标定参数设置模块与所述运动信息采集模块通信连接，所述运动信息采集模块还分别与目标车辆的传感系统和所述优化求解模块通信连接，所述优化求解模块还分别与所述机械信息获取模块、所述运动信息采集模块和所述零偏角更新模块通信连接，所述零偏角更新模块还与车辆控制系统通信连接；
所述机械信息获取模块从目标车辆的控制系统获取目标车辆的机械信息，并将获取的机械信息发送给所述优化求解模块；
所述标定设置模块设置标定参数，并将设置好的标定参数发送给所述运动信息采集模块；在实际应用中，标定参数是指标定方向盘偏差，进而计算方向盘零偏角。
所述运动信息采集模块按照所述标定参数利用目标车辆的传感系统采集目标车辆的运动信息，并将获取的运动信息发送给所述优化求解模块；
所述优化求解模块构建优化模型，利用所述机械信息和所述运动信息对优化模型进行求解得到优化结果，然后将所述优化结果发送给所述零偏角更新模块；
零偏角更新模块利用所述优化结果对方向盘零偏角进行更新得到更新后零偏角，然后将所述更新后零偏角发送给目标车辆的控制系统。
本实用新型的方向盘零位偏差角度的在线标定不再受限于车辆直行状态，可以推广到自动驾驶车辆(环卫车)的整个行驶过程中，包括直行、转弯与掉头等场景，大大提高了方向盘零位标定的适用性。
进一步的，所述目标车辆的运动信息包括车辆速度v、方向盘转角δs和车辆行驶过程中的横摆角速度
进一步的，所述机械信息包括目标车辆的轴距L和转向系统传动比is。
进一步的，所述运动信息采集模块的采样点数目m＝Tb/Ts，其中Tb和Ts分别为标定参数中的标定区间时长和标定步长。
进一步的，所述优化求解模块按照最小二乘法，以下列函数获得优化的零偏角δ0，n：
其中
式中，f(x)为优化的目标函数，Δδ为方向盘零偏角。
进一步的，所述零偏角更新模块采用下式对方向盘零偏角进行更新：
其中，θ0，n为更新后零偏角，θ0，n-1为更新前零偏角，δ0，n为优化所得零偏角，Ts为标定步长，T为时间常数。
本实用新型还提供一种车辆，包括控制系统和传感系统，还包括上述任一所述的方向盘零偏角自动标定装置。
进一步的，所述控制系统包括整车控制器；
所述目标车辆的传感系统包括速度传感器、角度传感器和角速度传感器，所述速度传感器测量车速，所述角度传感器测量方向盘转角，所述角速度传感器测量车辆行驶过程中的横摆角速度。
进一步的，所述控制系统提供机械信息，包括车辆的轴距L和转向系统传动比is；
所述传感系统提供车辆的运动信息，包括车速v、方向盘转角δs和横摆角速度
综上所述，本实用新型一种方向盘零偏角自动标定装置及车辆，具有如下有益效果：
实现方向盘零位偏差角度的在线标定，不再受限于车辆直行状态，可以在自动驾驶车辆行驶的整个过程中实现，提高了方向盘零偏角标定的适用性。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的运行示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1和图2所示，一种方向盘零位自动标定的装置，可以在车辆行驶过程中的各个场景调用，包括直行、转弯与掉头等场景，将方向盘零位自动标定方法推广到车辆整个行驶过程中。为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种方向盘零偏角自动标定装置，设置在目标车辆上，所述目标车辆设有控制系统和传感系统，包括：机械信息获取模块、标定参数设置模块、运动信息采集模块、优化求解模块和零偏角更新模块；
所述机械信息获取模块与目标车辆的控制系统通信连接，所述标定参数设置模块与所述运动信息采集模块通信连接，所述运动信息采集模块还分别与目标车辆的传感系统和所述优化求解模块通信连接，所述优化求解模块还分别与所述机械信息获取模块、所述运动信息采集模块和所述零偏角更新模块通信连接，所述零偏角更新模块还与车辆控制系统通信连接；
所述机械信息获取模块从目标车辆的控制系统获取目标车辆的机械信息，并将获取的机械信息发送给所述优化求解模块；
所述标定设置模块设置标定参数，并将设置好的标定参数发送给所述运动信息采集模块；在实际应用中，标定参数是指标定方向盘偏差，进而计算方向盘零偏角。
所述运动信息采集模块按照所述标定参数利用目标车辆的传感系统采集目标车辆的运动信息，并将获取的运动信息发送给所述优化求解模块；
所述优化求解模块构建优化模型，利用所述机械信息和所述运动信息对优化模型进行求解得到优化结果，然后将所述优化结果发送给所述零偏角更新模块；
零偏角更新模块利用所述优化结果对方向盘零偏角进行更新得到更新后零偏角，然后将所述更新后零偏角发送给目标车辆的控制系统。
本实用新型的方向盘零位偏差角度的在线标定不再受限于车辆直行状态，可以推广到自动驾驶车辆(环卫车)的整个行驶过程中，包括直行、转弯与掉头等场景，大大提高了方向盘零位标定的适用性。
在实际应用中，所述目标车辆的运动信息包括车辆速度v、方向盘转角δs和车辆行驶过程中的横摆角速度
所述机械信息包括目标车辆的轴距L和转向系统传动比is。
在一些实施例中，所述运动信息采集模块的采样点数目m＝Tb/Ts，其中Tb和Ts分别为标定参数中的标定区间时长和标定步长。
在一些实施例中，所述优化求解模块按照最小二乘法，以下列函数获得优化的零偏角δ0，n：
其中
式中，f(x)为优化的目标函数，Δδ为方向盘零偏角。
所述零偏角更新模块采用下式对方向盘零偏角进行更新：
其中，θ0，n为更新后零偏角，θ0，n-1为更新前零偏角，δ0，n为优化所得零偏角，Ts为标定步长，T为时间常数。
另外更新车辆获取方向盘零偏角度θ0，N时采用的滤波器可以采用高斯滤波器、跟踪微分器等，或其他滤波方案。
车辆的运动学方程从后轴处需要修改为质心处的运动学方程，车辆质心处的运动学公式：
本实用新型创造性的根据车辆运动学方程构造方向盘零位偏差的计算公式，以及使用最小二乘或优化的方法来求解当前标定区间的方向盘零偏量。因而克服了现有技术中的问题，方向盘零位偏差角度的在线标定不再受限于车辆直行状态，可以推广到自动驾驶车辆(环卫车)的整个行驶过程中，包括直行、转弯与掉头等场景，大大提高了方向盘零位标定的适用性。
本实用新型还提供一种车辆，包括控制系统和传感系统，还包括上述任一所述的方向盘零偏角自动标定装置。
进一步的，所述控制系统包括整车控制器；
所述目标车辆的传感系统包括速度传感器、角度传感器和角速度传感器，所述速度传感器测量车速，所述角度传感器测量方向盘转角，所述角速度传感器测量车辆行驶过程中的横摆角速度。
其中，所述控制系统提供机械信息，包括车辆的轴距L和转向系统传动比is；
所述传感系统提供车辆的运动信息，包括车速v、方向盘转角δs和横摆角速度
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种方向盘零偏角自动标定装置，设置在目标车辆上，所述目标车辆设有控制系统和传感系统，其特征在于，包括：机械信息获取模块、标定参数设置模块、运动信息采集模块、优化求解模块和零偏角更新模块；
所述机械信息获取模块与目标车辆的控制系统通信连接，所述标定参数设置模块与所述运动信息采集模块通信连接，所述运动信息采集模块还分别与目标车辆的传感系统和所述优化求解模块通信连接，所述优化求解模块还分别与所述机械信息获取模块、所述运动信息采集模块和所述零偏角更新模块通信连接，所述零偏角更新模块还与车辆控制系统通信连接；
所述机械信息获取模块从目标车辆的控制系统获取目标车辆的机械信息，并将获取的机械信息发送给所述优化求解模块；
所述标定设置模块设置标定参数，并将设置好的标定参数发送给所述运动信息采集模块；
所述运动信息采集模块按照所述标定参数利用目标车辆的传感系统采集目标车辆的运动信息，并将获取的运动信息发送给所述优化求解模块；
所述优化求解模块构建优化模型，利用所述机械信息和所述运动信息对优化模型进行求解得到优化结果，然后将所述优化结果发送给所述零偏角更新模块；
零偏角更新模块利用所述优化结果对方向盘零偏角进行更新得到更新后零偏角，然后将所述更新后零偏角发送给目标车辆的控制系统。
2.根据权利要求1所述的方向盘零偏角自动标定装置，其特征在于，所述目标车辆的运动信息包括车辆速度v、方向盘转角δS和车辆行驶过程中的横摆角速度
3.根据权利要求2所述的方向盘零偏角自动标定装置，其特征在于，所述机械信息包括目标车辆的轴距L和转向系统传动比is。
4.根据权利要求3所述的方向盘零偏角自动标定装置，其特征在于，所述运动信息采集模块的采样点数目m＝Tb/Ts，其中Tb和Ts分别为标定参数中的标定区间时长和标定步长。
5.根据权利要求4所述的方向盘零偏角自动标定装置，其特征在于，所述优化求解模块按照最小二乘法，以下列函数获得优化的零偏角δ0,n：
其中
式中，f(x)为优化的目标函数，Δδ为方向盘零偏角。
6.根据权利要求5所述的方向盘零偏角自动标定装置，其特征在于，所述零偏角更新模块采用下式对方向盘零偏角进行更新：
其中，θ0,n为更新后零偏角，θ0,n-1为更新前零偏角，δ0,n为优化所得零偏角，Ts为标定步长，T为时间常数。
7.一种车辆，其特征在于，包括控制系统和传感系统，还包括权利要求1-6任一所述的方向盘零偏角自动标定装置。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述控制系统包括整车控制器；
所述目标车辆的传感系统包括速度传感器、角度传感器和角速度传感器，所述速度传感器测量车速，所述角度传感器测量方向盘转角，所述角速度传感器测量车辆行驶过程中的横摆角速度。
9.根据权利要求7或8所述的车辆，其特征在于，所述控制系统提供机械信息，包括车辆的轴距L和转向系统传动比is；
所述传感系统提供车辆的运动信息，包括车速v、方向盘转角δs和横摆角速度
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