用于转向角度命令到扭矩命令转换的算法制造技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
用于转向角度命令到扭矩命令转换的算法
本专利技术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。
技术介绍
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30mph的模拟城市交通中驾驶。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。在2012年5月29日发布的标题为“ModelBasedPredictiveControlforAutomatedLanecentering/changingcontrolsystems（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“DetectionofDriverInterventionDuringaTorqueOverlayOperationinanElectricPowerSteeringSystem（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。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。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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术包括以下方案：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。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。3.根据方案2所述的方法，其中所述动力方程包括：其中是自对准扭矩，是车辆纵向速度，是转向角度，c和d是所述转向系统参数，k1、k2和k3是来自作为前和后轮胎刚度Cf和Cr的函数的轮胎特征的已知常数，m是车辆质量，w是车辆偏航率，ay是车辆横向加速度，Lp是轮胎拖距，并且Lm是机械拖距。4.根据方案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.根据方案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.根据方案1所述的方法，其中为转向系统建模包括以下方程：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，是车辆转向角度，z是用于转向系统的响应的系统延迟，D是多个取样时间步长的纯时间延迟，c和d是转向系统参数，并且n和m是系统阶。7.根据方案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k是当前时间步长并且k-1是前一个时间步长。8.根据方案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.根据方案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.根据方案1所述的方法，其中所述多个不同的车辆速度包括低车辆速度、中车辆速度和高车辆速度。11.根据方案1所述的方法，其中在车辆操作过程中在线校正转向模型包括使用以下方程：其中是遗忘因子。12.一种用于将车辆转向角度命令转换成用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2013.12.06 US 14/0997191.一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；测量在每个取样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，其中所述动力方程包括：其中是自对准扭矩，是车辆纵向速度，是转向角度，c和d是所述转向系统参数，k1、k2和k3是来自作为前和后轮胎刚度Cf和Cr的函数的轮胎特征的已知常数，m是车辆质量，w是车辆偏航率，ay是车辆横向加速度，Lp是轮胎拖距，并且Lm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多维查找表。6.根据权利要求1所述的方法，其中为转向系统建模包括以下方程：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，是车辆转向角度，z是用于转向系统的响应的系统延迟，D是多个取样时间步长的纯时间延迟，c和d是转向系统参数，并且n和m是系统阶。7.根据权利要求6所述的方法，其中多个取样时间步长包括当前取样时间步长和前一个取样时间步长，并且其中所述方程被转换成以下方程：其中k是当前取样时间步长并且k-1是前一个取样时间步长。8.根据权利要求7所述的方法，其中转换后的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.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个不同的车辆速度包括低车辆速度、中车辆速度和高车辆速度。11.根据权利要求1所述的方法，其中在车辆操作过程中在线校正转向模型包括使用以下方程：其中是遗忘因子。12.一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：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：JW李，YA戈奈姆，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US