车辆及其线控转向控制系统、方法与流程

1.本发明涉及车辆转向控制技术领域，尤其涉及一种车辆及其线控转向控制系统、方法。


背景技术：

2.随着车辆电动化、智能化的快速发展，自动驾驶功能配置成为车辆的主流发展趋势，线控转向系统作为转向控制的下一代核心技术，能够实现自动驾驶领域的深度融合，实现人机共驾，给整车带来更好的操控体验。
3.线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和主控制器三个主要部分及自动防故障系统、电源等辅助系统组成，在电信号的驱动下实现转向控制。现有的线控转向系统存在以下问题：由于线控转向系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，导致了路感信息无法直接传递给驾驶员，在转向控制过程中，方向盘总成与转向执行总成的运行参数无法反馈到驱动控制单元，车辆的转向控制指令无法快速响应车辆的真实驾驶状态，导致转向控制精度较差，影响用户驾驶体验。


技术实现要素：

4.本发明提供一种车辆及其线控转向控制系统、方法，以实现路感模拟电机及转向执行电机的闭环控制，有利于提高线性转向控制精度。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种线控转向控制系统，包括：中央控制模块、车辆状态观测模块、路感模拟模块及转向执行模块；所述中央控制模块，用于获取路感模拟电机的路感预测数据和转向执行电机的转向预测数据；所述车辆状态观测模块，用于获取实时车辆数据，并根据所述路感预测数据及所述转向预测数据对所述实时车辆数据进行优化，确定车辆状态参数；所述路感模拟模块，用于根据所述车辆状态参数及所述路感预测数据确定路感电机目标扭矩，基于所述路感电机目标扭矩，驱动所述路感模拟电机动作；所述转向执行模块，用于根据所述车辆状态参数及所述转向预测数据确定转向电机目标转角，基于所述转向电机目标转角，驱动所述转向执行电机动作。
6.第二方面，本发明实施例还提供了一种线控转向控制方法，用于上述线控转向控制系统，所述方法包括以下步骤：获取路感模拟电机的路感预测数据和转向执行电机的转向预测数据，将所述路感预测数据和所述转向预测数据传输至车辆状态观测模块，以使车辆状态观测模块根据所述路感预测数据及所述转向预测数据对实时车辆数据进行优化，确定车辆状态参数；根据所述车辆状态参数及所述路感预测数据确定路感电机目标扭矩，并根据所述路感电机目标扭矩驱动路感模拟电机动作；根据所述车辆状态参数及所述转向预测数据确定转向电机目标转角，并根据所述转向电机目标转角驱动转向执行电机动作。
7.第三方面，本发明实施例还提供了一种车辆，包括上述线控转向控制系统。
8.本发明实施例提供的车辆和线控转向控制方法，基于线控转向控制系统实现，该控制系统设置中央控制模块、车辆状态观测模块、路感模拟模块及转向执行模块，中央控制
模块获取路感模拟电机的路感预测数据和转向执行电机的转向预测数据；车辆状态观测模块根据路感预测数据、转向预测数据及实时车辆数据确定车辆状态参数；路感模拟模块根据车辆状态参数及路感预测数据确定路感电机目标扭矩，并根据路感电机目标扭矩驱动路感模拟电机动作；转向执行模块根据车辆状态参数及转向预测数据确定转向电机目标转角，并根据转向电机目标转角驱动转向执行电机动作，通过车辆状态观测模块实现路感模拟电机及转向执行电机的闭环控制，解决了现有的线控转向系统控制精度较差的问题，有利于提高转向控制精度，提升整车驾驶体验。
附图说明
9.图1是本发明实施例一提供的一种线控转向控制系统的结构示意图；
10.图2是本发明实施例一提供的另一种线控转向控制系统的结构示意图；
11.图3是本发明实施例一提供的又一种线控转向控制系统的结构示意图；
12.图4是本发明实施例一提供的又一种线控转向控制系统的结构示意图；
13.图5是本发明实施例一提供的又一种线控转向控制系统的结构示意图；
14.图6是本发明实施例二提供的一种线控转向控制方法的流程图；
15.图7是本发明实施例三提供的一种车辆的结构示意图。
具体实施方式
16.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
17.实施例一
18.图1是本发明实施例一提供的一种线控转向控制系统的结构示意图，本实施例可适用于对配置车辆状态观测系统的智能驾驶车辆进行线控转向控制的应用场景。
19.如图1所示，该线控转向控制系统00包括：中央控制模块10、车辆状态观测模块20、路感模拟模块30及转向执行模块40，其中，车辆状态观测模块20分别与中央控制模块10、路感模拟模块30及转向执行模块40进行数据交互。中央控制模块10，用于获取路感模拟电机m1的路感预测数据和转向执行电机m2的转向预测数据；车辆状态观测模块20，用于获取实时车辆数据，并根据路感预测数据及转向预测数据对实时车辆数据进行优化，确定车辆状态参数，其中，车辆状态参数可为优化修正后的车辆运行状态数据；路感模拟模块30，用于根据车辆状态参数及路感预测数据确定路感电机目标扭矩t，路感电机目标扭矩t用于驱动路感模拟电机m1动作，实现路感模拟电机m1的输出扭矩调节，对驾驶员提供路感反馈；转向执行模块40，用于根据车辆状态参数及转向预测数据确定转向电机目标转角α，基于转向电机目标转角α，驱动转向执行电机m2动作，实现转向执行电机m2的输出扭矩调节及转向控制。
20.其中，车辆状态观测模块20可采用模块化结构，设置至少一个车辆状态观测器，例如，车辆状态观测模块20可包括车速状态观测器、方向盘状态观测器和侧向加速度状态观测器，车速状态观测器用于根据输入量估算车辆的实际车速；方向盘状态观测器用于根据输入量估算车辆的实际方向盘转角及扭矩；侧向加速度状态观测器用于根据输入量估算车
辆的实际侧向加速度。
21.在本实施例中，车辆状态观测模块20的输入量可为车辆传感器采样数据和中央控制模块10的预测数据。
22.可选地，路感预测数据包括路感模拟电机m1的路感扭矩预测值及路感转角预测值；转向预测数据包括转向执行电机m2的转向扭矩预测值及转向转角预测值，其中，路感扭矩预测值可用于驱动路感模拟电机m1运行；转向转角预测值可用于驱动转向执行电机m2运行。
23.具体地，在智能车辆行驶过程中，车辆状态观测模块20将车辆传感器采集到的实时车辆数据及中央控制模块10提供的路感预测数据和转向预测数据作为输入参量，计算各车辆状态观测器的输出参数，根据各车辆状态观测器的输出参数对实时车辆数据进行修正，得到车辆状态参数，并将车辆状态参数传输至中央控制模块10、路感模拟模块30及转向执行模块40。
24.中央控制模块10接收经过修正的车辆状态参数，根据车辆状态参数和路感模拟电机m1的运行参数计算并修正路感模拟电机m1的路感扭矩预测值及路感转角预测值，并将修正后的路感扭矩预测值传输至路感模拟模块30；以及根据车辆状态参数和转向执行电机m2的运行参数计算并修正转向执行电机m2的转向扭矩预测值及转向转角预测值，并将修正后的转向转角预测值传输至转向执行模块40。
25.路感模拟模块30接收经过修正的车辆状态参数及中央控制模块10提供的路感扭矩预测值，根据车辆状态参数及路感扭矩预测值，基于路感输出扭矩与车辆状态之间的对应关系，决策出在当前车况下车辆实际需要的路感电机目标扭矩，并根据路感电机目标扭矩输出电机驱动信号，驱动路感模拟电机m1运行，以使路感模拟电机m1的输出转矩等于路感电机目标扭矩，基于车辆状态参数对路感扭矩预测值进行闭环修正，有利于优化路感模拟电机的输出扭矩，提供更真实的手力模拟和路感反馈。
26.转向执行模块40接收经过修正的车辆状态参数及中央控制模块10提供的转向转角预测值，根据车辆状态参数及转向转角预测值，基于转向输出扭矩与车辆状态之间的对应关系，决策出在当前车况下车辆实际需要的转向电机目标转角，并根据转向电机目标转角输出电机驱动信号，驱动转向执行电机m2运行，以使转向执行电机m2的输出转矩等于转向执行目标扭矩，基于车辆状态参数对转向转角预测值进行闭环修正，有利于优化转向执行电机m2的输出扭矩，提高转向控制精度。
27.由此，本发明通过车辆状态观测模块实现路感模拟电机及转向执行电机的闭环控制，解决了现有的线控转向系统控制精度较差的问题，有利于提高转向控制精度，提升整车驾驶体验。
28.可选地，实时车辆数据可为车辆传感器采样的数据。参考图1所示，实时车辆数据可包括下述至少一项：方向盘转角、方向盘扭矩、车速、轮速、横摆角速度和侧向加速度，可根据方向盘转角、方向盘扭矩、车速、轮速和侧向加速度计算转向执行电机的转向基准转角，并根据方向盘转角、车速、横摆角速度和侧向加速度计算转向执行电机的转向补偿转角，根据转向基准转角和转向补偿转角进行加权求和，计算转向转角预测值。
29.可选地，图2是本发明实施例一提供的另一种线控转向控制系统的结构示意图，在图1的基础上，示出了一种路感模拟模块及转向执行模块的具体实施方式，而非对上述模块
结构的限定。
30.如图2所示，路感模拟模块30可包括路感模拟子模块301和第一电机驱动控制子模块302，路感模拟子模块301用于接收车辆状态观测模块20输出的车辆状态参数及中央控制模块10输出的路感预测数据，例如为路感扭矩预测值，根据车辆状态参数对路感扭矩预测值进行修正，根据修正后的路感扭矩预测值确定路感电机目标扭矩t；第一电机驱动控制子模块302根据路感电机目标扭矩输出驱动信号，驱动路感模拟电机m1动作，实现方向盘手力模拟，为驾驶员提供路感反馈。
31.如图2所示，转向执行模块40可包括转向模拟子模块401、第二电机驱动控制子模块402和转向执行电机m2，转向模拟子模块401用于接收车辆状态观测模块20输出的车辆状态参数及中央控制模块10输出的转向预测数据，例如为转向转角预测值，根据车辆状态参数对转向转角预测值进行修正，根据修正后的转向转角预测值确定转向电机目标转角，第二电机驱动控制子模块402根据转向电机目标转角输出驱动信号，驱动转向执行电机m2动作，实现转向控制。
32.可选地，图3是本发明实施例一提供的又一种线控转向控制系统的结构示意图，在图2的基础上，示出了一种转向执行模块的具体实施方式，而非对上述模块结构的限定。
33.如图3所示，转向模拟子模块401包括转角预测子模块4011、转角实测子模块4012及转角计算子模块4013；转角预测子模块4011，用于根据车辆状态参数及转向预测数据确定输出转角预测值α1；转角实测子模块4012，用于获取转向执行电机的实测转角α2；转角计算子模块4013，用于根据输出转角预测值α1及实测转角α2计算转向电机目标转角α。
34.其中，转角实测子模块4012可为转角传感器，转角传感器用于采集转向执行电机m2的实时转角α2，并将采集得到的实测转角α2发送至转角计算子模块4013。
35.可选地，转角计算子模块4013可存储预设加权系数，基于预设加权系数，对输出转角预测值及实测转角进行加权求和，将加权求和的结果确定为转向电机目标转角。
36.具体地，转角预测子模块4011根据车辆状态观测模块20提供的车辆状态参数及中央控制模块10提供的转向转角预测值，确认当前时刻的车辆状态预测结果，根据当前时刻的车辆状态预测结果，基于转向角度与车辆状态之间的对应关系，确定输出转角预测值α1，其中，输出转角预测值α1与车辆状态预测结果一一对应；同时，转角实测子模块4012采集转向执行电机m2的实时转角，并将采集得到的实测转角α2发送至转角计算子模块4013，转角计算子模块4013对输出转角预测值α1及实测转角α2进行加权求和，确定转向执行电机m2当前时刻实际需要的转向电机目标转角α。
37.在转向驱动过程中，转向模拟子模块401将转向电机目标转角α发送至第二电机驱动控制子模块402，以使第二电机驱动控制子模块402根据转向电机目标转角α输出电机驱动电流，驱动转向执行电机m2运行。
38.需要说明的是，在本发明实施例中，第二电机驱动控制子模块402还可根据实测转角α2调节转向执行电机m2的绝对转角。
39.可选地，图4是本发明实施例一提供的又一种线控转向控制系统的结构示意图，在图2的基础上，示出了一种转向执行模块的具体实施方式，而非对上述模块结构的限定。
40.如图4所示，第二电机驱动控制子模块402可为冗余控制子模块，冗余控制子模块用于根据转向电机目标转角确定至少一个转向电机驱动电流，并根据至少一个转向电机驱
动电流驱动转向执行电机m2动作。
41.可选地，冗余控制子模块可采用互为冗余的两套控制单元，其中，两套控制单元可采用主控制单元和从控制单元的硬件结构，在正常工作模式下，根据主控制单元输出的驱动电流控制转向执行电机m2动作，从控制单元用于对主控制单元进行监控；若主控制单元发生故障，则根据从控制单元输出的驱动电流控制转向执行电机m2动作。
42.可选地，如图4所示，冗余控制子模块包括角度主控制器4021a、角度从控制器4021b、协同控制器、第一电机驱动控制器4023a及第二电机驱动控制器4023b，其中，角度从控制器4021b与角度主控制器4021a互相监测对方的工作状态，协同控制器可包括第一协同控制器4022a和第二协同控制器4022b。
43.参考图4所示，角度主控制器4021a用于根据转向电机目标转角α计算第一目标电流i1；角度从控制器4021b用于根据转向电机目标转角α计算第二目标电流i2；协同控制器4022用于对第一目标电流i1或者第二目标电流i2再分配，得到第一分配目标电流i1＇及第二分配目标电流i2＇，其中，第一分配目标电流i1＇及第二分配目标电流i2＇即为转向电机驱动电流；第一电机驱动控制器4023a用于根据第一分配目标电流i1＇驱动转向执行电机m2动作；第二电机驱动控制器4023b用于根据第二分配目标电流i2＇驱动转向执行电机m2动作。
44.可选地，第一分配目标电流i1＇与第二分配目标电流i2＇的电流值大小相等，相位相同，第一分配目标电流i1＇与第二分配目标电流i2＇为第一目标电流i1或者第二目标电流i2的一半。
45.具体地，基于电机控制理论，角度主控制器4021a和角度从控制器4021b在接收到转向电机目标转角α后，对转向电机目标转角α进行微分变换处理，得到目标驱动电流，其中，目标驱动电流可用于驱动转向执行电机m2按照转向电机目标转角α进行转向。
46.在正常运行模式下，角度主控制器4021a处于驱动工作状态，角度从控制器4021b处于监测运行状态，角度主控制器4021a输出第一目标电流i1，第一目标电流i1平均分配后分别输入第一协同控制器4022a和第二协同控制器4022b，第一协同控制器4022a根据分配得到的目标电流输出第一分配目标电流i1＇，第二协同控制器4022b根据分配得到的目标电流输出第二分配目标电流i2＇，第一电机驱动控制器4023a根据第一分配目标电流i1＇输出第一电机控制指令，驱动转向执行电机m2动作；第二电机驱动控制器4023b根据第二分配目标电流i2＇输出第二电机控制指令，驱动转向执行电机m2动作，在第一电机驱动控制器4023a和第二电机驱动控制器4023b的共同驱动下，转向执行电机m2的转向角度可等于转向电机目标转角α。
47.可选地，转向执行电机m2可为六相双绕组电机，有利于改善转向执行电机m2的动态特性，提升转向控制精度。
48.在本发明实施例中，可设置rps系列旋转位置传感器采集转向执行电机m2的电机转角，rps系列旋转位置传感器将电机转角发送至第一电机驱动控制器4023a及第二电机驱动控制器4023b，以使第一电机驱动控制器4023a及第二电机驱动控制器4023b根据电机转角和目标电流输出电机控制指令，实现转向执行电机m2的闭环驱动，有利于提高电机控制精度。
49.可选地，图5是本发明实施例一提供的又一种线控转向控制系统的结构示意图，与图1的实施例相比，图5所示的实施例示出一种中央控制模块与路感模拟电机m1和转向执行
电机m2之间的闭环控制逻辑，有利于提升中央控制模块的数据预测准确度。
50.参考图5所示，线控转向控制系统还包括第一检测模块50和第二检测模块60；第一检测模块50，用于采集路感模拟电机m1的路感输出参数，并将路感输出参数传输至中央控制模块10，以使中央控制模块10根据路感输出参数及车辆状态参数确定转向预测数据；第二检测模块60，用于采集转向执行电机m2的转向输出参数，并将转向输出参数传输至中央控制模块10，以使中央控制模块10根据转向输出参数及车辆状态参数确定路感预测数据。
51.其中，路感输出参数包括路感模拟电机m1的输出扭矩及电机转子位置；转向输出参数包括转向执行电机m2的输出扭矩及电机转子位置。
52.可选地，第一检测模块50可包括第一旋转位置传感器和第一动态扭矩传感器，第一旋转位置传感器用于采集路感模拟电机m1的实时转子位置，第一动态扭矩传感器用于采集路感模拟电机m1的实时输出扭矩；第二检测模块60可包括第二旋转位置传感器和第二动态扭矩传感器，第二旋转位置传感器用于采集转向执行电机m2的实时转子位置，第二动态扭矩传感器用于采集转向执行电机m2的实时输出扭矩。
53.具体地，在转向控制过程中，中央控制模块10接收路感模拟电机m1的实时输出扭矩和实时转子位置，并接收车辆状态观测模块20提供的经过闭环修正的车辆状态参数，将路感模拟电机m1的实时输出扭矩和实时转子位置及车辆状态参数作为输入参量，计算转向预测数据，实现路感模拟系统对转向控制的闭环修正；同时，中央控制模块10还接收转向执行电机m2的实时输出扭矩和实时转子位置，将转向执行电机m2的实时输出扭矩和实时转子位置及车辆状态参数作为输入参量，计算路感预测数据，实现转向控制系统对路感模拟系统的闭环修正。由此，通过转向控制系统和路感模拟系统的信号闭环反馈，优化路感模拟和转向控制效果，提高转向控制精度，提升整车驾驶体验。
54.实施例二
55.本发明实施例二提供了一种线控转向控制方法，基于上述线控转向控制系统实现，具备上述线控转向控制系统相同的技术效果和功能模块。
56.图6是本发明实施例二提供的一种线控转向控制方法的流程图。
57.如图6所示，该线控转向控制方法具体包括以下步骤：
58.步骤s1：获取路感模拟电机的路感预测数据和转向执行电机的转向预测数据，将路感预测数据和转向预测数据传输至车辆状态观测模块。
59.步骤s2：车辆状态观测模块根据路感预测数据、转向预测数据及实时车辆数据确定车辆状态参数。
60.步骤s3：根据车辆状态参数及路感预测数据确定路感电机目标扭矩，并根据路感电机目标扭矩驱动路感模拟电机动作。
61.步骤s4：根据车辆状态参数及转向预测数据确定转向电机目标转角，并根据转向电机目标转角驱动转向执行电机动作。
62.可选地，该线控转向控制方法还包括：根据车辆状态参数及转向预测数据确定输出转角预测值；获取转向执行电机的实测转角；根据输出转角预测值及实测转角计算转向电机目标转角。
63.可选地，该线控转向控制方法还包括：对转向执行电机进行冗余控制，冗余控制方法包括：根据转向电机目标转角确定至少一个转向电机驱动电流，并根据至少一个转向电
机驱动电流驱动转向执行电机动作。
64.可选地，该冗余控制方法具体包括以下步骤：根据转向电机目标转角计算第一目标电流；根据转向电机目标转角计算第二目标电流；对第一目标电流或者第二目标电流再分配，得到第一分配目标电流及第二分配目标电流；根据第一分配目标电流驱动转向执行电机动作；根据第二分配目标电流驱动转向执行电机动作。
65.可选地，第一分配目标电流与第二分配目标电流的电流值大小相等，相位相同。
66.可选地，该线控转向控制方法还包括：获取路感模拟电机的路感输出参数，并根据路感输出参数及车辆状态参数确定转向预测数据；以及获取转向执行电机的转向输出参数，并根据转向输出参数及车辆状态参数确定路感预测数据。
67.可选地，路感预测数据包括路感模拟电机的路感扭矩预测值及路感转角预测值；转向预测数据包括转向执行电机的转向扭矩预测值及转向转角预测值；实时车辆数据包括下述至少一项：方向盘转角、方向盘扭矩、车速、轮速、横摆角速度和侧向加速度。
68.实施例三
69.基于上述实施例，图7是本发明实施例三提供的一种车辆的结构示意图。
70.如图7所示，该车辆100包括本发明任一实施例提供的上述线控转向控制系统00，具备上述线控转向控制系统00相同的功能模块和有益效果。
71.可选地，该车辆100可为配置车辆状态观测系统的智能驾驶车辆。
72.本发明实施例提供的车辆，设置线控转向控制系统，该系统设置中央控制模块、车辆状态观测模块、路感模拟模块及转向执行模块，中央控制模块获取路感模拟电机的路感预测数据和转向执行电机的转向预测数据；车辆状态观测模块根据路感预测数据、转向预测数据及实时车辆数据确定车辆状态参数；路感模拟模块根据车辆状态参数及路感预测数据确定路感电机目标扭矩，并根据路感电机目标扭矩驱动路感模拟电机动作；转向执行模块根据车辆状态参数及转向预测数据确定转向电机目标转角，并根据转向电机目标转角驱动转向执行电机动作，通过车辆状态观测模块实现路感模拟电机及转向执行电机的闭环控制，解决了现有的线控转向系统控制精度较差的问题，有利于提高转向控制精度，提升整车驾驶体验。
73.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。