一种自动驾驶汽车EPS控制系统、方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自动驾驶汽车EPS控制系统及方法。系统包括对EPS工作模块控制的上层控制模块以及对助力电机控制并对目标助力电流跟踪的下层控制模块；所述上层控制模块包括直线助力控制子模块、阻尼控制子模块以及回正控制子模块。所述上层控制模块在行车过程中连续接收车速信号、转向盘力矩信号和转向盘角速度信号，经直线助力控制子模块输出目标助力电流，与实际工作电流的偏差经模糊控制子模块的模糊PID调节后得到电机的控制电压，再通过脉宽调制技术对电动机的电流进行控制。本发明专利技术能够实现不同助力效果，调节转向“轻”与“灵”的矛盾，使汽车低速行驶转向轻便灵活，高速行驶稳定可靠。

An automatic driving vehicle EPS control system and method

The invention discloses an automatic driving vehicle EPS control system and method. The system includes the upper control module which controls the EPS working module and the lower control module which controls the booster motor and tracks the target boost current. The upper control module includes the linear boost control sub-module, the damping control sub-module and the correction control sub-module. The upper control module receives the vehicle speed signal, steering wheel moment signal and steering wheel angular speed signal continuously during the driving process, outputs the target assistant current through the linear assistant control sub-module, and obtains the control voltage of the motor after the deviation from the actual working current is adjusted by the fuzzy PID of the fuzzy control sub-module, and then controls the current of the motor through the pulse width modulation technology. The invention can realize different power-assisting effects, adjust the contradiction between \light\ and \spirit\ of steering, and make the low-speed steering of automobiles light and flexible, and high-speed driving stable and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种自动驾驶汽车EPS控制系统、方法
本专利技术涉及自动驾驶
，具体地，涉及一种自动驾驶汽车EPS控制系统、方法。
技术介绍
典型乘用车的转向系统由三组机械系统组成，第一组为方向盘(SteeringWheel)、转向柱(SteeringColumn)和中间轴(IntermediateShaft)，功能是将驾驶者的转向动作传递到第二组机械系统转向齿轮(SteeringGear)，通常有齿条小齿轮(Rackandpinion)或者蜗杆扇形齿轮(Wormandsector)，转向齿轮的作用是将方向盘的圆周运动转换横向直线运动，进而推动第三组机械系统转向连杆组(Steeringlinkage)带动前轮做转向的动作。汽车助力转向系统可以分为液压助力(HPS)，电动液压助力(EHPS)和电动助力(EPS)三大类，其中乘用车上以EPS为主流，商用车以HPS为主流，EHPS在大型SUV上比较常见，其余领域比较少见。不管商用车还是乘用车，不管是轿车还是SUV，未来的发展方向都是EPS。自动驾驶电动汽车是将驱动电机安装在驱动轮内或驱动轮附近，为汽车结构变革提供广阔空间，它代表着未来电动汽车发展的重要方向，具有结构紧凑、动力传动链短、传动高效等突出优点。其中电机(轮毅电机)是其重要部件，针对汽车转速和转矩的需求，响应速度快，可控性强。同时电机可反向转动，使得发电机的效率达到电动机的效率。与内燃机相比，其能量效率达90％。EPS控制策略及其算法是自动驾驶汽车转向控制系统的核心，也是目前自动驾驶汽车转向控制一直在攻克的难题。传统的PID控制将输出量的速度信号采用负反馈形式反馈到输入端并与误差信号比较，构成的回路称为速度反馈控制(velocityfeedbackcontrol)。如果输出量是机械角位移，可采用测速电机将机械量转换成正比于输出速度的电信号，从而获得速度反馈。传统PID的特点，控制器简单、鲁棒性强、系统可靠性高；应用传统PID控制，不能对参数进行精确调整，助力电机运行状况恶化，系统控制精度低。如用模糊控制可以很好的解决这些问题，但模糊控制系统难以消除静态误差，且易受模糊规则等级有限而引起系统误差。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种自动驾驶汽车EPS控制系统，该系统使得汽车转向轻便、操作稳定。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种自动驾驶汽车EPS控制系统，括对EPS工作模块控制的上层控制模块以及对助力电机控制并对目标助力电流跟踪的下层控制模块；所述上层控制模块包括直线助力控制子模块、阻尼控制子模块以及回正控制子模块；所述直线助力控制子模块通过设计助力特性曲线确定电机电流与转向盘力矩和车速间的关系，输出目标助力电流,用于使驾驶员获得良好的路感和转向手感，控制策略主要的设计目标即是助力特性曲线的设计；阻尼控制子模块用于抑制汽车高速转向时的横向摆动，保证汽车高速直线行驶时的操纵稳定性，防止转向发散，消除高速行驶时由路面干扰与冲击导致的摆振。回正控制子模块用于抑制高速转向时的横向摆动，加强转向盘在中心位置的稳定性，在开始回正时进行主动回正控制，在方向盘中心点区域附近进行阻尼控制，抑制回正超调；所述下层控制模块包括模糊PID控制子模块和电机控制子模块；所述模糊PID控制子模块用于控制EPS系统助力电机电流受车辆复杂运行工况的影响而具有很强的不确定性，消除模糊控制系统静态误差。所述电机控制子模块用于控制驱动轮和采集驱动轮车速信号。所述EPS控制系统的上层控制模块在行车过程中连续接收车速信号、转向盘力矩信号和转向盘角速度信号，经直线助力控制子模块输出目标助力电流，与实际工作电流的偏差经模糊PID控制子模块进行模糊PID调节后得到电机的控制电压，再通过脉宽调制技术对电动机的电流进行控制。本方案中，对EPS控制系统进行了模块的划分，控制策略与算法进行设计，在分析EPS助力模式以及助力电机电流控制算法的基础上，采用了模糊PID控制，并按照控制策略在Simulink中建立控制模型，结合助力特性模型、助力电机模型、PWM模型，建立完整EPS控制系统模型，并给出了不同于传统车辆的分布式驱动电动汽车EPS控制策略中车速信号反馈控制原理。本专利技术的另一目的在于提供一种应用了上述自动驾驶汽车EPS控制系统的方法，当转向盘右转，大于0，开启右转向助力模式；当转向盘右转，小于0，且θs大于θth，开启右转主动阻尼模式；当转向盘右转，小于0，且θs小于θth，开启右转回正模式；当转向盘左转，大于0，开启左转向助力模式；当转向盘左转，小于0，且|θs|大于|θth|，开左转主动阻尼模式；当转向盘左转，小于0，且且|θs|小于|θth|，开启左转回正模式；其中θs转向盘绝对角度，角速度，θth转向回正超调临界角。进一步地，所述直线助力控制子模块通过电机电流与转向盘力矩和车速间的函数关系表示，其函数表达式为：其中，I为助力电机的目标电流；Imax为助力电机最大工作电流；Td为转向盘输入力矩；KV为助力特性曲线的斜率，Tdo为转向系统开始助力时转向盘输入力矩；Tdmax为转向系统提供最大助力时转向盘的输入力矩。优选地，Td0＝1N·m，Tdmax＝6N·m，Imax＝20A。进一步地，当车速超过预设值而转矩信号处于[-1,1]N·m范围内时，所述阻尼控制子模块实行阻尼控制。进一步地，所述阻尼控制子模块通过控制助力电机产生反相电流提供发转力矩，来进行阻尼控制。进一步地，所述模糊PID控制子模块以目标电流与实际电机电流的偏差e及其变化率ec作为输入量，PID控制参数Kp、Ka、Kd的修正量△KP、△Ka、△Kd为模糊输出量；在一个采样周期内PID控制器的参数整定计算公式为Kp0、Ka0、Kd0分别是Kp、Ka、Kd的初值。进一步优选地，所述Kp0＝1.05，Ka0＝0.2，Kd0＝0.0015。本方案的PID模块控制既能对参数进行精确调整，又能消除模糊控制系统的静态误差。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术将控制系统划分了上层控制模块和下层控制模块，上层控制模块划分了直线助力控制、阻尼控制、回正控制三种工作模式，下层控制模块在分析EPS助力模式以及助力电机电流控制算法的基础上，设计了模糊PID控制，并按照控制策略建立控制模型，结合助力特性模型、助力电机模型、PWM模型，建立完整EPS控制系统模型，并给出了不同于传统车辆的自动驾驶电动汽车EPS控制策略中车速信号反馈控制原理。本专利技术通过ECU决定助力电动机的旋转方向和助力电流的大小，控制电动机进行转向助力；它可以容易地实现不同的助力效果，助力电流随着车速变化而变化，调节转向“轻”与“灵”的矛盾，使汽车低速行驶转向轻便灵活，高速行驶稳定可靠。并通过模型分析出对不同工况下电动助力转向系统在改善转向轻便性的同时提高了操纵稳定性，所设计的模糊PID控制子模块相比传统PID控制效果有所提高，也提高了自动驾驶汽车高速行驶稳定性。附图说明图1为实施例1自动驾驶汽车EPS控制系统原理图。图2为实施例1直线型助力特性曲线。图3为实施例1直线型助力Simulink图。图4为实施例1EPS转向助力三维模型图。图5实施例1EPS控制策略系统Simulink模型。图6为实施例1模糊PID控制参数在线整定流程图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动驾驶汽车EPS控制系统，其特征在于，包括对EPS工作模块控制的上层控制模块以及对助力电机控制并对目标助力电流跟踪的下层控制模块；所述上层控制模块包括直线助力控制子模块、阻尼控制子模块以及回正控制子模块；所述直线助力控制子模块通过设计助力特性曲线确定电机电流与转向盘力矩和车速间的关系，输出目标助力电流；阻尼控制子模块用于抑制汽车高速转向时的横向摆动，保证汽车高速直线行驶时的操纵稳定性，防止转向发散，消除高速行驶时由路面干扰与冲击导致的摆振。回正控制子模块用于抑制高速转向时的横向摆动，加强转向盘在中心位置的稳定性，在开始回正时进行主动回正控制，在方向盘中心点区域进行阻尼控制，抑制回正超调；所述下层控制模块包括模糊PID控制子模块和电机控制子模块；所述模糊PID控制子模块用于控制EPS系统助力电机电流受车辆复杂运行工况的影响而具有很强的不确定性，消除模糊控制系统静态误差；所述电机控制子模块用于控制驱动轮和采集驱动轮车速信号；所述上层控制模块在行车过程中连续接收车速信号、转向盘力矩信号和转向盘角速度信号，经直线助力控制子模块输出目标助力电流，与实际工作电流的偏差经模糊控制子模块的模糊PID调节后得到电机的控制电压，再通过脉宽调制技术对电动机的电流进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种自动驾驶汽车EPS控制系统，其特征在于，包括对EPS工作模块控制的上层控制模块以及对助力电机控制并对目标助力电流跟踪的下层控制模块；所述上层控制模块包括直线助力控制子模块、阻尼控制子模块以及回正控制子模块；所述直线助力控制子模块通过设计助力特性曲线确定电机电流与转向盘力矩和车速间的关系，输出目标助力电流；阻尼控制子模块用于抑制汽车高速转向时的横向摆动，保证汽车高速直线行驶时的操纵稳定性，防止转向发散，消除高速行驶时由路面干扰与冲击导致的摆振。回正控制子模块用于抑制高速转向时的横向摆动，加强转向盘在中心位置的稳定性，在开始回正时进行主动回正控制，在方向盘中心点区域进行阻尼控制，抑制回正超调；所述下层控制模块包括模糊PID控制子模块和电机控制子模块；所述模糊PID控制子模块用于控制EPS系统助力电机电流受车辆复杂运行工况的影响而具有很强的不确定性，消除模糊控制系统静态误差；所述电机控制子模块用于控制驱动轮和采集驱动轮车速信号；所述上层控制模块在行车过程中连续接收车速信号、转向盘力矩信号和转向盘角速度信号，经直线助力控制子模块输出目标助力电流，与实际工作电流的偏差经模糊控制子模块的模糊PID调节后得到电机的控制电压，再通过脉宽调制技术对电动机的电流进行控制。2.一种应用了权利要求1所述自动驾驶汽车EPS控制系统的方法，其特征在于，当转向盘右转，大于0，开启右转向助力模式；当转向盘右转，小于0，且θs大于θth，开启右转主动阻尼模式；当转向盘右转，小于0，且θs小于θth，开启右转回正模式；当转向盘左转，大于0，开启左转向助力模式；当转向盘左转，小于0，且|θs...

【专利技术属性】
技术研发人员：胥刚，程泊静，陈标，陈刚，李治国，秦咏梅，
申请(专利权)人：湖南汽车工程职业学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43