用于转向角度命令到扭矩命令转换的算法
【技术领域】
[0001] 本发明一般涉及用于将转向角度命令转换成转向扭矩命令的系统和方法，并且更 具体来说，涉及用于使用在车辆开发过程中收集的数据利用转向模型来将转向角度命令转 换成车辆转向扭矩命令的系统和方法，其中该模型在车辆开发之后实时更新。
【背景技术】
[0002] 现代车辆的操作正在变得越来越自主，即，车辆能够在驾驶者较少干预的情况下 提供更多的驾驶控制。巡航控制系统已经车载许多年，车辆操作者可以在该系统设置车辆 的特定速度，并且车辆将在无需驾驶者操作节气门的情况下维持那个速度。本领域中近年 来开发出自适应巡航控制系统，其中不仅系统维持设定的速度，而且将在使用各种传感器 (诸如雷达、激光雷达和摄像机）在主车辆前方检测到较慢移动的车辆的情况下自动将车 辆减速。现代车辆控制系统还可以包括自主泊车，其中车辆将自动地提供用于泊车的转向 控制，并且其中如果驾驶者做出可能会影响车辆稳定性和车道定中能力的不适宜的转向改 变，则控制系统将进行干预，其中车辆系统试图将车辆维持在靠近车道中心。已经演示了完 全自主车辆在遵守所有道路规则的同时在高达30 mph的模拟城市交通中驾驶。
[0003] 随着车辆系统改进，它们将变得更加自主，其目标在于完全自主驾驶的车辆。未来 车辆将有可能采用自主系统进行车道变换、车道保持、车道定中、通行、离开交通、进入交通 等。由于这些系统变得在车辆技术中更加流行，所以还将有必要确定在与这些系统组合以 控制车辆速度、转向以及超弛自主系统中驾驶者所起的作用。
[0004] 在 2012 年 5 月 29 日发布的标题为 "Model Based Predictive Control for Automated Lane centering/changing control systems(用于自动车道定中 / 车道变换控 制系统的基于模型的预测控制)"的美国专利号8, 190, 330 (转让给此申请的受让人并且以 引用的方式并入本文）中可以发现半自主车辆控制系统的示例，其披露用于为自主或半自 主车辆中的车道定中和车道变换目的提供转向角度控制的系统和方法。2012年5月1日发 布的标题为 "Detection of Driver Intervention During a Torque Overlay Operation in an Electric Power Steering System (在电动助力转向系统的扭矩覆盖操作期间的驾 驶者干预的检测)"的美国专利号8, 170, 751 (转让给此申请的受让人并且以引用的方式并 入本文）披露用于通过检测扭矩覆盖操作中的驾驶者干预来控制车辆转向的系统和方法。
[0005] 如所提及，本领域中已经演示了车道定中和/或车道保持系统使车辆自主地遵循 车辆行驶车道。为了安全目的，当前的车道定中和车道保持控制器通常具有例如3牛顿米 的最大转向扭矩极限。然而，在某些驾驶条件下，诸如在高速公路速度下驾驶和安全通过具 有相对紧迫的曲率半径(诸如500米）的转弯时，转向扭矩极限不够高得足以将车辆维持在 车道中。具体来说，在这些类型的条件下，车辆转向需要大于3牛顿米的转向扭矩以留在车 道内。因为该扭矩量超出车道定中系统可以提供的量，所以车道定中和/或车道保持算法 必须处理此状况。当车辆开始驶出车道时，当前的车道定中和车道保持控制器通常采用车 道偏离警告。因为车辆驾驶者在自主车辆驾驶过程中可能不完全专心，所以当车辆离开车 道时由系统提供的任何车辆偏离警告对于车辆操作者来说可能太迟以致无法接管车辆控 制并留在车道内。因此，本领域中需要在这种情况之前提供警告以使得驾驶者可以充分地 响应。
[0006] 以上论述涉及确定用于车道保持目的的转向扭矩。典型的车道保持或车道变换控 制算法计算车辆转向角度作为使车辆转向的命令而不是计算转向扭矩。然而，大部分转向 系统(例如，电动助力转向（EPS)系统)通常仅接受转向扭矩作为命令。因此，这些系统需要 一些用于将转向角度转换成转向扭矩的技术。在车道控制操纵过程中，转向角度到转向扭 矩的不精确转换可能导致车辆振动。因为有限的计算能力、不存在适合的传感器以及对于 停止和行走状况而言角度到扭矩转换的不精确，所以当前的转向模型通常不适用于在车道 控制算法中将转向角度转换成转向扭矩。因此，本领域中需要在这些类型的车道控制系统 中将转向角度命令有效地转换成转向扭矩命令。
【发明内容】
[0007] 本发明描述用于将车辆转向角度命令转换成用于车辆中的车辆转向系统的车辆 转向扭矩命令的系统和方法。该方法估计定义将车辆转向轮维持在中性转向位置或使得在 行走轮上没有偏滑角的位置的扭矩的自对准扭矩；在多个取样时间步长将已知的总转向扭 矩命令应用于转向系统，其中已知的转向扭矩命令包括自对准扭矩；以及测量在每个时间 步长的车辆转向角度。该方法随后使用扭矩命令、测量出的转向角度、系统延迟以及多个未 知参数来为车辆的转向系统建模。
[0008] 本发明包括以下方案： 1. 一种用于将车辆转向角度命令转换成用于车辆中的车辆转向系统的车辆转向扭矩 命令的方法，所述方法包括： 估计定义将车辆转向轮维持在初始转向角度的扭矩的自对准扭矩； 在多个取样时间步长将已知的总转向扭矩命令应用于转向系统，其中已知的转向扭矩 命令包括自对准扭矩； 测量在每个时间步长的车辆转向角度；以及 使用扭矩命令、测量出的转向角度、系统延迟以及对于多个不同车辆速度的多个转向 系统参数来为车辆的转向系统建模，其中为转向系统建模包括执行确定离线转向模型的离 线过程和在车辆操作过程中实时校正离线转向模型的在线过程。
[0009] 2.根据方案1所述的方法，其中估计自对准扭矩包括采用动力方程。
[0010] 3.根据方案2所述的方法，其中所述动力方程包括：
【主权项】
1. 一种用于将车辆转向角度命令转换成用于车辆中的车辆转向系统的车辆转向扭矩 命令的方法，所述方法包括： 估计定义将车辆转向轮维持在初始转向角度的扭矩的自对准扭矩； 在多个取样时间步长将已知的总转向扭矩命令应用于转向系统，其中已知的转向扭矩 命令包括自对准扭矩； 测量在每个时间步长的车辆转向角度；以及 使用扭矩命令、测量出的转向角度、系统延迟以及对于多个不同车辆速度的多个转向 系统参数来为车辆的转向系统建模，其中为转向系统建模包括执行确定离线转向模型的离 线过程和在车辆操作过程中实时校正离线转向模型的在线过程。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中估计自对准扭矩包括采用动力方程。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述动态方程包括：
其中是自对准扭矩，&是车辆纵向速度，(5是转向角度，〃和〇是转向系统参数，先、 4和4是来自作为前和后轮胎刚度以口G的函数的轮胎特征的已知常数，邊车辆质量， ?是车辆偏航率，<3,是车辆横向加速度，是轮胎拖距，并且/^是机械拖距。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中估计自对准扭矩包括使用经验数据集将自对准扭 矩建模为基于车辆速度、转向角度和其他车辆参数的多维查找表。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中使用经验方法估计自对准扭矩包括以已知的初始 转向角度和预定车辆速度驾驶所述车辆、将转向扭矩应用于转向系统、增加转向扭矩直到 其将转向轮维持在初始转向轮角度以及在预定转向轮角度和车辆速度下重复这些步骤以 填入查找表。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中为所述转向系统建模包括以下方程：
其中Ttetd是总扭矩并且包括自对准扭矩、驾驶者发起的扭矩以及转向系统扭矩,|是 车辆转向角度，^是用于转向系统的响应的系统延迟，々是多个取样时间步长的纯时间延 迟，忒口 〇是转向系统参数，并且和攻是系统阶。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中多个时间步长包括当前时间步长和前一个时间步 长，并且其中所述方程被转换成以下方程：
其中^是当前时间步长并且hi是前一个时间步长。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述方程通过最小平方过程求解以识别转向系统 参数并定义转向模型。
9. 根据权利要求7所述的方法，其中所述纯时间延迟通过阶跃响应试验来确定，所述 阶跃响应试验包括应用阶跃扭矩命令和测量时间差直到转向轮移动。
10. -种用于将车辆转向角度命令转换成用于车辆中的车辆转向系统的车辆转向扭矩 命令的方法，所述方法包括： 使用动力方程或者使用经验数据集将自对准扭矩建模为基于车辆速度、转向角度和其 他车辆参数的多维查找表，来估计定义将车辆转向轮维持在初始转向角度的扭矩的自对准 扭矩； 在多个取样时间步长将已知的总转向扭矩命令应用于转向系统，其中已知的转向扭矩 命令包括自对准扭矩； 测量在每个时间步长的车辆转向角度； 使用扭矩命令、测量出的转向角度、系统延迟以及多个转向系统参数来为车辆的转向 系统离线建模，其中为转向系统建模包括使用以下方程：
其中是总扭矩并且包括自对准扭矩、驾驶者发起的扭矩以及转向系统扭矩,(5是 车辆转向角度，^是用于转向系统的响应的系统延迟，々是多个取样时间步长的纯时间延 迟，O是转向系统参数，并且和攻是系统阶，并且其中所述方程通过最小平方过程求 解以识别转向系统参数；以及 在车辆操作过程中于在线过程中校正转向模型。
【专利摘要】本发明公开了用于转向角度命令到扭矩命令转换的算法。用于将车辆转向角度命令转换成用于车辆中的车辆转向系统的车辆转向扭矩命令的系统和方法。该方法估计定义将车辆转向轮维持在中性转向位置或使得在行走轮上没有偏滑角的位置的扭矩的自对准扭矩；在多个取样时间步长将已知的总转向扭矩命令应用于转向系统，其中已知的转向扭矩命令包括自对准扭矩；以及测量在每个时间步长的车辆转向角度。该方法随后使用扭矩命令、测量出的转向角度、系统延迟以及多个未知参数来为车辆的转向系统建模。
【IPC分类】B62D6-08, B62D5-04
【公开号】CN104691609
【申请号】CN201410730825
【发明人】李 J-W., A. 戈奈姆 Y.
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月5日
【公告号】US20150158524