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一种智能车转向控制方法及系统.pdf

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一种 智能 转向 控制 方法 系统
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摘要
申请专利号:

CN201610461636.5

申请日:

2016.06.23

公开号:

CN106004996A

公开日:

2016.10.12

当前法律状态:

授权

?#34892;?#24615;:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||著?#38469;?#39033;变更IPC(主分类):B62D 5/04变更事项:申请人变更前:?#26412;?#26234;行者科技有限公司变更后:?#26412;?#26234;行者科技有限公司变更事项:地址变更前:102206 ?#26412;?#24066;昌?#35282;?#27801;河镇昌平路97号新元科技园A座511变更后:102208 ?#26412;?#24066;昌?#35282;?#22238;龙观镇东大街338号创客广场B4-006|||实质审查的生效IPC(主分类):B62D 5/04申请日:20160623|||公开
IPC分类号: B62D5/04; B62D6/00; B62D137/00(2006.01)N 主分类号: B62D5/04
申请人: ?#26412;?#26234;行者科技有限公司
发明人: 张德兆; 高建伟; 王肖; 王亚
地址: 102206 ?#26412;?#24066;昌?#35282;?#27801;河镇昌平路97号新元科技园A座511
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: ?#26412;?#27719;智胜知识产权代理事务所(普通合伙) 11346 代理人: 石辉
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法律状态
申请(专利)号:

CN201610461636.5

授权公告号:

|||||||||

法律状态公告日:

2018.12.14|||2017.01.25|||2016.11.09|||2016.10.12

法律状态类型:

授权|||著?#38469;?#39033;变更|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种智能车转向控制方法及系统,所述智能车转向控制方法包括以下步骤:采集车辆实际行驶信息和期望路径坐标点;根据采集到的车辆实际行驶信息和期望路径坐标点,按照车辆?#34892;?#22278;弧运动原则,计算并输出当前时刻的主体期望转角θt;根据采集到的车辆实际行驶信息和期望路径坐标点,修正所述主体期望转角θt,以得到最终期望转角;以及使方向盘转向电机按照所述最终期望转角控制车辆转向。本发明能够依据圆弧几何运动精确计算期望转角,并使车辆?#34892;?#21040;达期望路径,而且期望转角只需测量自车相关参数和设定预瞄距离,而无其它可调系数,因此有利于提升控制系?#36710;?#36866;应性和调试便捷性。

权利要求书

1.一种智能车转向控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
采集车辆实际行驶信息和期望路径信息;
根据采集到的车辆实际行驶信息和期望路径信息,按照车辆?#34892;?#22278;弧运
动原则,计算并输出当前时刻的主体期望转角θt;
根据采集到的车辆实际行驶信息和期望路径信息,修正所述主体期望转
角θt,以得到最终期望转角;以及
使方向盘转向电机按照所述最终期望转角控制车辆转向。
2.如权利要求1所述的智能车转向控制方法,其特征在于,修正所述主
体期望转角θt具体包括偏移角反馈修正,所述偏移角反馈修正的方法包括:
根据采集到的期望路径信息获得修正角度Δθ=k1θvr,k1是经验值,θvr为车
轴与期望路径方向之间的夹角,期望路径方向为期望路径上距离车辆?#34892;?#28857;最
近的点与标准预瞄点之间的连线方向;以及
利用修正角度Δθ修正所述主体期望转角θt,得到第一期望转角。
3.如权利要求1或2所述的智能车转向控制方法,其特征在于,修正所
述主体期望转角θt具体还包括横向距离偏差修正,所述横向距离偏差修正的方
法包括:
根据实际行驶信息和期望路径信息中的近处预瞄点,设定近处预瞄点的
横向距离偏差范围,所述近处预瞄点为期望路径上距离车辆当前位置比较近的
预瞄点;以及
比较所述横向距离偏差范围相应的极值转角和所述第一期望转角,确定
第二期望转角,该方法如下:
当所述第一期望转角处于所述横向距离偏差范围内时,所述第一期望转
角为所述第二期望转角;
当所述第一期望转角处于所述横向距离偏差范围外时,所述横距离偏差
范围的相应转角极值为所述第二期望转角。
4.如权利要求3所述的智能车转向控制方法,其特征在于,所述横向距
离偏差范围相应的极值转角的获得方法包括:
以所述近处预瞄点为基准,经过所述近处预瞄点作垂直于期望路径的垂
线,在该垂线上取距离所述近处预瞄点预设距离值的左右两个端点,所述两个
端点分别作为预瞄点依据圆弧运动原则即可得出对应所述横向距离偏差范围
相应的极值转角。
5.如权利要求4所述的智能车转向控制方法,其特征在于,修正所述主
体期望转角θt具体还包括未来转角预测修正,所述未来转角预测修正的方法包
括:
根据车辆实际行驶信息和期望路径信息,计算未?#22788;时刻的预测期望转
角;以及
比较所述预测期望转角与所述第二期望转角,确定第三期望转角,该确
定方法包括:
当所述预测期望转角位于依据所述第二期望转角确定的预设范围内时,
所述预测期望转角为所述第三期望转角;
当所述预测期望转角位于依据所述第二期望转角确定的预设范围外时,
依据所述第二期望转角确定的预设范围的相应极值为所述第三期望转角。
6.如权利要求5所述的智能车转向控制方法,其特征在于,修正所述主
体期望转角θt具体还包括转角极大值修正,所述转角极大值修正的方法包括:
根据期望路径信息中的极大值预瞄点,确定当前时刻的转角极大值;以

比较所述转角极大值和所述第三期望转角,确定第四期望转角,该确定
方法包括:
当所述第三期望转角大于所述转角极大值时,所述转角极大值为所述第
四期望转角;
当所述第三期望转角小于或等于所述转角极大值时,所述第三期望转角
为所述第四期望转角。
7.如权利要求6所述的智能车转向控制方法,其特征在于,根据期望路
径信息中的极大值预瞄点,确定当前时刻的转角极大值的方法包括:
所述极大值预瞄点为期望路径?#31995;?#36317;离车轴中点最近的点间距为2倍的
前后轴间距的点,所述极大值预瞄点和期望路径上距离车轴中点最近的点的连
线与车轴之间的夹角为当前时刻的转角极大值。
8.如权利要求7所述的智能车转向控制方法,其特征在于,修正所述主
体期望转角θt具体还包括转向不足修正,所述转向不足修正的方法包括:
根据实际行驶信息和期望路径信息,确定转向不足系数kturn,修正所述第
四期望转角,得到最终期望转角。
9.一种智能车转向控制系统,其特征在于,包括:
信息采集模块,用于采集车辆实际行驶信息和期望路径信息,并输出;
转角获取模块,用于接收所述采集装置采集到的信息,并根据采集到的
车辆实际行驶信息和期望路径信息,按照车辆?#34892;?#22278;弧运动原则,计算并输出
当前时刻的主体期望转角θt;
角度修正模块,用于接收所述转角获取模块计算得到的主体期望转角θt,
并根据采集到的车辆实际行驶信息和期望路径信息,修正所述主体期望转角
θt,以得到最终期望转角;以及
输出模块,用于接收所述角度修正模块输出的最终期望转角,并输出给
方向盘转向电机。

说明书

一种智能车转向控制方法及系统

?#38469;?#39046;域

本发明属于智能车辆?#38469;?#39046;域,特别是关于一种智能车转向控制方法及
系统。

背景?#38469;?br />

智能驾驶?#38469;?#22312;交通安全、环境保护及缓解交通压力等方面都有巨大的
应用潜力,目前已成为发达国家、汽车厂商及科技公司研究的重点。智能驾
驶研?#21487;?#21450;机械电子、模式识别、人工智能、控制科学及软件工程等诸多学
科知识,其中,智能车转向控制?#38469;?#26159;研究的重要内容之一。智能车转向控
制?#38469;?#38656;要将车辆的转向控制过程?#20132;?#36807;渡,在以安全为前提的情况下尽可
能地使转角合理而?#20132;?#21464;化,并考虑车辆行驶舒适性,达到或接近驾驶员的
驾驶水平。此外,合理的转向控制?#38469;?#36824;需要对各种型号的车辆具有广泛适
应性,减少参数的选取和调试,而对于不同的EPS(Electric Power
Steering,电动助力转向)电机,需要在算法上做相应地修正,以弥补转向电
机的非理想特性。因此,对于不同的车辆和EPS电机特性,合理的转向控制
?#38469;?#37117;需要有较好的适应性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能车转向控制方法及系统,其对于不同的
车辆和EPS电机特性具有较好的适应性。

为实现上述目的,本发明提供一种智能车转向控制方法,所述智能车转
向控制方法包括以下步骤:采集车辆实际行驶信息和期望路径信息;根据采集
到的车辆实际行驶信息和期望路径信息,按照车辆?#34892;?#22278;弧运动原则,计算并
输出当前时刻的主体期望转角θt;根据采集到的车辆实际行驶信息和期望路径
信息,修正所述主体期望转角θt,以得到最终期望转角;以及使方向盘转向电
机按照所述最终期望转角控制车辆转向。

进一步地,修正所述主体期望转角θt具体包括偏移角反馈修正,所述偏
移角反馈修正的方法包括:根据采集到的期望路径信息获得修正角度
Δθ=k1θvr,k1是经验值,θvr为车轴与期望路径方向之间的夹角,期望路径方向
为期望路径上距离车辆?#34892;?#28857;最近的点与预瞄点之间的连线方向;以及利用修
正角度Δθ修正所述主体期望转角θt,得到第一期望转角。

进一步地,修正所述主体期望转角θt具体还包括横向距离偏差修正,所
述横向距离偏差修正的方法包括:根据实际行驶信息和期望路径信息中的近处
预瞄点,设定近处预瞄点的横向距离偏差范围,所述近处预瞄点为期望路径上
距离车辆当前位置比较近的预瞄点;以及比较所述横向距离偏差范围相应的极
值转角和所述第一期望转角,确定第二期望转角,该方法如下:当所述第一期
望转角处于所述横向距离偏差范围内时,所述第一期望转角为所述第二期望转
角;当所述第一期望转角处于所述横向距离偏差范围外时,所述横距离偏差范
围的相应转角极值为所述第二期望转角。

进一步地,所述横向距离偏差范围相应的极值转角的获得方法包括:以
所述近处预瞄点为基准,经过所述近处预瞄点作垂直于期望路径的垂线,在该
垂线上取距离所述近处预瞄点预设距离值的左右两个端点,所述两个端点分别
作为预瞄点依据圆弧运动原则即可得出对应所述横向距离偏差范围相应的极
值转角。

进一步地,修正所述主体期望转角θt具体还包括未来转角预测修正,所
述未来转角预测修正的方法包括:根据车辆实际行驶信息和期望路径信息,计
算未?#22788;时刻的预测期望转角;以及比较所述预测期望转角与所述第二期望
转角,确定第三期望转角,该确定方法包括:当所述预测期望转角位于依据所
述第二期望转角确定的预设范围内时,所述预测期望转角为所述第三期望转
角;当所述预测期望转角位于依据所述第二期望转角确定的预设范围外时,依
据所述第二期望转角确定的预设范围的相应极值为所述第三期望转角。

进一步地,修正所述主体期望转角θt具体还包括转角极大值修正,所述
转角极大值修正的方法包括:根据期望路径信息中的极大值预瞄点,确定当前
时刻的转角极大值;以及比较所述转角极大值和所述第三期望转角,确定第四
期望转角,该确定方法包括:当所述第三期望转角大于所述转角极大值时,所
述转角极大值为所述第四期望转角;当所述第三期望转角小于或等于所述转角
极大值时,所述第三期望转角为所述第四期望转角。

进一步地,根据期望路径信息中的极大值预瞄点,确定当前时刻的转角
极大值的方法包括:所述极大值预瞄点为期望路径?#31995;?#36317;离车轴中点最近的点
间距为2倍的前后轴间距的点,所述极大值预瞄点和期望路径上距离车轴中点
最近的点的连线与车轴之间的夹角。

进一步地,修正所述主体期望转角θt具体还包括转向不足修正,所述转
向不足修正的方法包括:根据实际行驶信息和期望路径信息,确定转向不足系
数kturn,修正所述第四期望转角,得到最终期望转角。

本发明?#22266;?#20379;一种智能车转向控制系统,所述智能车转向控制系统包括:
信息采集模块,用于采集车辆实际行驶信息和期望路径信息,并输出;转角获
取模块,用于接收所述采集装置采集到的信息,并根据采集到的车辆实际行驶
信息和期望路径信息,按照车辆?#34892;?#22278;弧运动原则,计算并输出当前时刻的主
体期望转角θt;角度修正模块,用于接收所述转角获取模块计算得到的主体期
望转角θt,并根据采集到的车辆实际行驶信息和期望路径信息,修正所述主体
期望转角θt,以得到最终期望转角;以及输出模块,用于接收所述角度修正模
块输出的最终期望转角,并输出给方向盘转向电机。

本发明由于采取以上?#38469;?#26041;案,其具有以下优点:1、本发明可以依据
圆弧几何运动精确计算期望转角,并使车辆?#34892;?#21040;达期望路径;计算期望转
角只需测量自车相关参数和设定预瞄距离,而无其它可调系数,因此有利于
提升控制系?#36710;?#36866;应性和调试便捷性。2、本发明具有较强的?#31181;?#36710;辆走S弯
功能,在期望转角中加入了车和路的偏移角反馈,使车辆更加?#20132;?#22320;跟踪期
望路径。3、本发明可以比较精确地控制横向距离偏差,增加了近处预瞄点,
并使圆弧经过近处预瞄点附近,从而减小当前路径跟踪误差。4、本发明的未
来转角预测可以将未来转角做参考,弥补通讯、响应延时。5、本发明的前轮
转角极大值可以限制过大的期望转角值,使得方向盘打角更合理。

附图说明

图1是本发明确定前轮转角算法的流程图。

图2是本发明圆弧确定前轮转角示意图。

图3是本发明偏移角反馈示意图。

图4是本发明横向距离偏差的?#38469;?#31034;意图。

图5是本发明(a)当前时刻车辆与道路位置;(b)未?#22788;时刻车辆与道路
位置(以道路为定坐标系);(c)未?#22788;时刻车辆与道路位置(以车辆为定坐
标系)示意图。

图6是本发明未来时刻预瞄点在当前时刻的投影坐标示意图。

图7是本发明车辆前轮转角极大值示意图。

具体实施方式

在附图中,使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或
类似功能的元件。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中,术语“?#34892;摹薄ⅰ?#32437;向”、“横向”、“前”、
“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、
“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为
了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具
有特定的方?#24359;?#20197;特定的方?#36824;?#36896;和操作,因此不能理解为对本发明保护范
围的限制。

如图1所示,本实施例所提供的智能车转向控制方法,包括以下步骤:

步骤1):采集车辆实际行驶信息和期望路径信息,并获得标准预瞄点的
坐标点。

车辆实际行驶信息包括实际车速和实际方向盘转角。其中:实际车速由车
速传感器获得,车速传感器可以安装在车体上,通过测量车轮的轮速,以获得
实际车速信息。实际方向盘转角的获取方法是?#21644;?#36807;方向盘转向电机反馈给车
身控制单元的信号,再转化为实际方向盘转角信息。

期望路径信息包括路径上所有点的横纵坐标及其属性,属性可以表示为道
路类型、?#20064;?#29289;类型等;期望路径上标准预瞄点为选取的车辆前方一定距离处
dpreview的期望路径?#31995;?#26631;准预瞄点,例如图2中的标准预瞄点(xt,yt),按照车辆
?#34892;?#22278;弧运动原则,假设以固定前轮转角进行圆弧转弯运动,并且正好使车辆
?#34892;?#32463;过这个标准预瞄点(xt,yt)。

步骤2):根据采集到的车辆实际行驶信息和期望路径信息,按照车辆中
心圆弧运动原则,计算并输出当前时刻的主体期望转角θt,其获取方法具体如
下:

如图2所示,选取车辆前方一定距离处dpreview的期望路径(Target path)上
的标准预瞄点(xt,yt),假设以固定前轮转角进行圆弧转弯运动,并且正好使车
辆?#34892;?车轴中点M)经过这个标准预瞄点(xt,yt),那么这个前?#31181;?#28857;的转角
就是当前时刻的主体期望转角θt,并在下一个采样时间用同样的方法进行更
新。

确定圆弧转弯半径R的方法如下:

如果车身朝向正对着标准预瞄点(xt,yt),那么R为无穷大,主体期望转角θt
为0。

如果车身没有正对着标准预瞄点(xt,yt),则定义车辆第二轴的中点坐标为
(xr,yr),标准预瞄点的坐标为(xt,yt),这两对坐标值为已知,并?#20197;?#24359;的圆心O
一定是在第二轴两轮连线的延长线上,假如要求车辆?#34892;?#28857;M由圆弧运动经
过预瞄点(xt,yt),那么根据几何关系,车辆运动圆弧的半径为:

<mrow> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <msub> <mi>d</mi> <mi>x</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>d</mi> <mi>y</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>/</mo> <mn>4</mn> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>d</mi> <mi>x</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mfrac> <msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msup> <mn>4</mn> </mfrac> </mrow> </msqrt> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中,dx=|xt-xr|,dy=|yt-yr|,L为前后轴间距。根据车辆?#34892;?#28857;M的转
弯半径,车辆第二轴中点到圆弧?#34892;腛的距离为

<mrow> <msub> <mi>d</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mfrac> <msup> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msup> <mn>4</mn> </mfrac> </mrow> </msqrt> </mrow>

则此时主体期望转角θt为:

θt=arctan(L/dr) (2)

主体期望转角θt的正值代表了车辆的左转向,主体期望转角θt的负值代表
了车辆的右转向,正、负号的选取可以根据标准预瞄点(xt,yt)在车辆的左?#20063;?br />来确定。

通过(2)式计算得到的主体期望转角θt是根据车辆和标准预瞄点(xt,yt)的
位置准确地计算得出,并且也具有一定的物理含义,避免了参数和系数的选取,
从而可以适应不同EPS电机特性的车型。按照车辆?#34892;?#22278;弧运动原则,确定方
向盘期望转角所需的参数只有车身前后轴间距以及方向盘与前轮转角的传动
比。

步骤3):根据采集到的车辆实际行驶信息和期望路径信息,修正所述主
体期望转角θt,以得到最终期望转角。

步骤4):使方向盘转向电机按照所述最终期望转角控制车辆转向。

根据EPS的响应特性作?#23454;?#30340;参数微调,通过步骤3),一方面可以在一
定程度上弥补EPS硬件响应的缺陷,例如响应延时、角度跟踪精度低等,另一
方面可以使车辆更好地跟踪期望路径,减小横向距离偏差、转向角波动?#21462;?br />

在一个实施例中,如图3所示,在(2)式所确定的主体期望转角θt上加入
了偏移角反馈Δθ1。修正所述主体期望转角θt具体包括偏移角反馈修正,所述
偏移角反馈修正的方法包括:

步骤11):根据采集到的期望路径信息获得修正角度Δθ1=k1θvr,k1是经验
值,θvr为车轴与期望路径方向之间的夹角,期望路径方向为期望路径上距离
车辆?#34892;?#28857;最近的点A与标准预瞄点(xt,yt)之间的连线方向。

步骤12):利用修正角度Δθ1修正主体期望转角θt,得到第一期望转角。

在实际中,由于各种延时、不精确、响应误差等等,造成无法跟踪好路径,
比较严重的就是走S弯现象。?#31181;芐弯现象的方法就是当车辆朝偏离路的方向
行驶时,加大(2)式中的主体期望转角θt的角度,反之减小。与这种逻辑相符
的量可以是车轴与期望路径方向之间的夹角,期望路径方向为期望路径上距离
车辆?#34892;?#28857;最近的点与标准预瞄点之间的连线方向。这个角?#30830;?#39304;的比例部分
作为前?#21046;?#26395;转角的补充,即Δθ1=k1θvr。主体期望转角θt是(2)式的计算值,
所以在某些情况下即使Δθ1很大,也不能接?#29031;?#20010;太大的值。所以要对Δθ1的最
大?#21040;?#34892;限制,即如果Δθ1大于这个最大值,就设定为这个最大值。应用中设
定Δθ1的绝对值的最大值为对应的方向盘转角的10度。

在一个实施例中,如果标准预瞄点(xt,yt)距离较远,在直道上会出现忽略
局部路径变化而抄近道现象,在弯道则会出现严重的先?#24515;?#36947;后切外道现象,
造成横向距离偏差较大。造成这个问题的原因是车辆当前位置距离标准预瞄点
(xt,yt)太远,导致忽略了近处路径的变化。解决办法是增加选取一个近处预瞄
点,并对标准预瞄点(xt,yt)给出的所述第一期望转角进行?#23454;?#20462;正。

如图4所示,修正所述主体期望转角θt具体还包括横向距离偏差修正,
所述横向距离偏差修正的方法包括:

步骤21):根据实际行驶信息和期望路径信息中的近处预瞄点,设定近处
预瞄点的横向距离偏差范围。

步骤22):比较所述横向距离偏差范围相应的极值转角和所述第一期望转
角,确定第二期望转角,该方法如下:

步骤221):当所述第一期望转角处于所述横向距离偏差范围内时,所述
第一期望转角为所述第二期望转角。

步骤222):当所述第一期望转角处于所述横向距离偏差范围外时,所述
横距离偏差范围的相应转角极值为所述第二期望转角。

所述横向距离偏差范围相应的极值转角的获得方法包括:

所述近处预瞄点为期望路径上距离车辆当前位置比较近的点,如图4所
示,图中的近处预瞄点B。以近处预瞄点B为基准,经过近处预瞄点B作垂直
于期望路径的垂线,在该垂线上取距离近处预瞄点B预设距离值(例如:10cm)
的左右两个端点B1和B2,端点B1和B2的坐标点分别是图4中示出的(xnl,ynl)、
(xnr,ynr)。端点B1(xnl,ynl)和端点B2(xnr,ynr)代表了近处预瞄点B的横向距离偏差
的极限位置,所述横向距离偏差范围相应的极值转角为车辆?#34892;?#20998;别经过端点
B1(xnl,ynl)和端点B2(xnr,ynr)的前轮转角。

标准预瞄点(xt,yt)所确定的圆弧运动必须穿过由端点B1(xnl,ynl)和端点
B2(xnr,ynr)所构成的线段,那么就表示这个转角能够指向近处预瞄点B,并且距
离偏差也比较小;如果这个圆弧没有穿过这条线段,那么就取这个线段里接近
这个圆弧的端点B1(xnl,ynl)或端点B2(xnr,ynr)作为近处预瞄点,这相当于选取了
B1B2线段里的一个转角极限值,也就将近处的距离偏差控制为这个线段的长
度的一半。因此,就对横向距离偏差作了比较准确的控制。

在一个实施例中,对未来时刻期望转角做预测,并修正当前时刻的所述第
二期望转角。

在车辆运动过程中,当前的方向盘期望转角可以根据当前时刻标准预瞄点
来获得,但由于路径的方程未知,下一步或未来一定时间后方向盘预测期望转
角如何变化以及变化多?#35789;?#19981;知道的,至少是不能精确知道的。假如可以将更
远处的路径考虑在内,并获得未来的方向盘预测期望转角,那么对当前时刻的
所述第二期望转角有很大的指?#23478;?#20041;,可以在一定程度上修正通过当前时刻的
所述第二期望转角,从而做出更合理的判断。

修正所述主体期望转角θt具体还包括未来转角预测修正,所述未来转角
预测修正的方法包括:

步骤31):根据车辆实际行驶信息和期望路径信息,计算未?#22788;时刻的
方向盘预测期望转角。

转角预测,就是以当前的方向盘实际转角和当前车速为准,在一定时间ΔT后,
计算ΔT后的方向盘预测期望转角,那么这个期望转角相对于当前时刻来说就
是未?#22788;时刻的方向盘预测期望转角。由于方向盘转角与前轮有一一对应关
系,车辆反馈回来的是方向盘实际转角,此处的“方向盘预测期望转角”等同
于“前?#21046;?#26395;转角”。

如图5所示,图(a)表示当前时刻的车辆与期望路径(Target path)的位
置关系,以及当前预瞄点位置,并可算出当前的期望转角θt,此处指的是所述
第二期望转角。图(b)表示当车辆以当前车速v和当前方向盘实际转角θr运动
ΔT时间后的车辆与道路的位置关系,以及在未来时刻的预瞄点位置,并可算
出未来时刻的方向盘预测期望转角θtf,?#38469;?#26159;以道路为定坐标系,车辆在移动。
图(c)表示将图(b)的坐标系转换为以车辆为定坐标系后的位置关系图,那么图
(c)算出的未来时刻的方向盘预测期望转角θtf等同于图(b)中的结果。

如图6所示,图中的包括预期路径(Target path)、当前预瞄点(Current
preview point)和未来预瞄点(Future preview point)。应用转角预瞄的主
要工作在于如何获得未来时刻的方向盘预测期望转角θtf,这个工作的第一步便
是算出未来预瞄点(xpf,ypf)在当前时刻当前坐标系下的投影坐标(xpfnew,ypfnew)。

车辆以当前车速和转角进行直线或圆弧运动,如果是圆弧运动,则在ΔT时
间内会以点O为圆心,以用(1)式算出的Rvehicle为半径作圆心角为Δθ2的圆弧运
动。车辆运动后的未来预瞄点为(xpf,ypf),从而可以计算未来的期望转角,其
实这就相当于将未来预瞄点(xpf,ypf)沿着车辆运动圆弧的反方向以Rpreview为半
径作圆心角为Δθ2的圆弧运动,那么这个圆弧的终点(xpfnew,ypfnew)既是当前时刻
当前坐标系下的未来预瞄点(xpf,ypf)的投影。以当前车辆位置,以(xpfnew,ypfnew)为
当前预瞄点,即可算出当前时刻的预测期望转角θtf。坐标(xpfnew,ypfnew)的求取可
以通过协调式转弯模型或根据转弯半径计算得到。

另外,需要对预测期望转角θtf和所述第二期望转角进行对比,如果两者相
差太大,那么以当前期望转角为标准,对预测期望转角进行一定角度(方向盘
转角10度)内的限制。

步骤32):比较所述预测期望转角θtf与所述第二期望转角,确定第三期
望转角,该确定方法包括:

步骤321):当所述预测期望转角θtf位于依据所述第二期望转角确定的预
设范围内时,所述预测期望转角θtf为所述第三期望转角。

步骤322):当所述预测期望转角θtf位于依据所述第二期望转角确定的预
设范围外时,依据所述第二期望转角确定的预设范围的极值为所述第三期望转
角。

上述步骤中,依据所述第二期望转角确定的预设范围为:第二期望转角
-Δθ2≤预测期望转角≤第二期望转角+Δθ2。Δθ2是一个比较小的值,就是说预
测期望转角与第二期望转角相差不大时,设预测期望转角为第三期望转角。如
果相差比较大,设相应的极值为第三期望转角。

应用这种方法的更重要的一方面是针对EPS电机响应延时以及响应不灵
敏的修补措施。当车辆通讯有一定延时,如果提前将未来转角发?#32479;?#21435;,则可
以在一定程度上改善;另外,车辆EPS底层对小角度差不响应的问题可以通过
未来更大转角误差的输入来解决,因为如果当前的小角度期望转角误差没响
应,那么按照这样的情况下去,未来一定会走偏更多,从而造成更大的转角误
差,那么提前把这个更大的转角误差作为期望转角也有利于EPS对当前转角的
响应和跟踪。

如图7所示,在一个实施例中,修正所述主体期望转角θt具体还包括转
角极大值修正,所述转角极大值修正的方法包括:

步骤41):根据期望路径信息中的极大值预瞄点,确定当前时刻的转角极
大值θmax,该转角极大值θmax确定方法包括:

在期望路径上选取极大值预瞄点C,极大值预瞄点C为期望路径?#31995;?#36317;离
车轴中点M最近的点D间距为2倍的前后轴间距L的点,该线段DC与车轴的
夹角为当前时刻的转角极大θmax值。

步骤42):比较所述转角极大值θmax和所述第三期望转角,确定第四期望
转角,该确定方法包括:

步骤421):当所述第三期望转角大于所述转角极大值θmax时,所述转角
极大值θmax为所述第四期望转角。

步骤422):当所述第三期望转角小于或等于所述转角极大值θmax时,所
述第三期望转角为所述第四期望转角。

在实际前轮转向时,由于方向盘的响应时间问题,会造成前轮转角转动
延时,即不能立即转到所给的期望转角。前轮转动速度越低,车辆就越容易出
现不稳定现象,尤其是在速度较高时。寻找转角极大值是防止前轮转角无谓的
增大造成之后方向盘回正时需要更多时间,从而避免当前的延时造成未来的延
时累加。

另外,在?#34892;?#26102;候,前轮转角不需要转太大,就可以很好地趋向期望路
径,这也符合驾驶员开车的习惯。前轮转角极大值是以当前道路的位置和弯曲
程度为依据,保证车辆的运动可以缩小当前横向距离偏差的原则下设计和确定
的。

根据运动几何关系,当前道路的位置和弯曲程度所确定的最大转角值可
以由道路的一条割线与车辆朝向的夹角?#21019;?#26367;,这条割线的长度为两倍的前后
轴间距。可以通过几何关系证明这个转角极大值足以使当前的横向距离偏差变
小。

在一个实施例中,修正所述主体期望转角θt具体还包括转向不足修正,
所述转向不足修正的方法包括:

根据实际行驶信息和期望路径信息,具体地,根据实际车速以及横向距
离偏差,确定转向不足系数kturn,修正所述第四期望转角,得到最终期望转角。
系数kturn与车速和横向距离偏差呈正比例的函数,车速越大、横向距离偏差越
大,系数就越大。第四期望转角乘以系数kturn可以得到最终期望转角。

用圆弧法给出的前轮转角对于?#34892;?#36716;向的车辆是吻?#31995;模?#20294;如果是不足转
向的车辆,对于一个弯道,当车速较高地通过时,用圆弧法给出的前轮转角是
不足以跟踪好这个弯道的。因?#21496;?#35201;根据车速、横向距离偏差来确定一个大于
1的转向不足系数kturn,并且kturn也需要设置最大值限制,例如当根据车速、横
向距离偏差算出的kturn大于1.2时,那么就限定为1.2。

本发明?#22266;?#20379;一种智能车转向控制系统,智能车转向控制系统包括:

信息采集模块,用于采集车辆实际行驶信息和期望路径信息,并输出。

转角获取模块,用于接收所述采集装置采集到的信息,并根据采集到的
车辆实际行驶信息和标准预瞄点的坐标点,按照车辆?#34892;?#22278;弧运动原则,计算
并输出当前时刻的主体期望转角θt。

角度修正模块,用于接收所述转角获取模块计算得到的主体期望转角θt,
并根据采集到的车辆实际行驶信息和期望路径信息,修正所述主体期望转角
θt,以得到最终期望转角。

输出模块,用于接收所述角度修正模块输出的最终期望转角,并输出给
方向盘转向电机。

根据EPS的响应特性作?#23454;?#30340;参数微调,通过角度修正模块,一方面可
以在一定程度上弥补EPS硬件响应的缺陷,例如响应延时、角度跟踪精度低等,
另一方面可以使车辆更好地跟踪期望路径,减小横向距离偏差、转向角波动?#21462;?br />

最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本发明的?#38469;?#26041;案,而非对
其限制。本领域的普通?#38469;?#20154;员应当理解:可以对前述各实施例所记载的技
术方?#38468;?#34892;修改,或者对其中部分?#38469;?#29305;征进行等同替换;这些修改或者替
换,并不使相应?#38469;?#26041;案的本质脱离本发明各实施例?#38469;?#26041;案的精神和范
围。

关于本文
本文标题:一种智能车转向控制方法及系统.pdf
链接地址:http://www.pqiex.tw/p-5837965.html
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