一种基于鲁棒观测器的驾驶员介入识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于鲁棒观测器的驾驶员介入识别方法，包括以下步骤：S1.建立线控转向系统的系统动态方程，并对线控转向系统进行参数辨识；S2.建立鲁棒观测器来对驾驶员的输入扭矩进行观测；S3.通过该观测器估算驾驶员作用在方向盘上的力矩大小，当检测到该力矩大小超过预先设定的阈值并且持续一定时间时，则判断为驾驶员已经介入操作，车辆控制系统将控制权转交给驾驶员。本发明专利技术设计的观测器对不同的工况下对参数不确定性和系统噪声均具有鲁棒性，有利于在不同的工况下，对驾驶员干预进行识别。

【技术实现步骤摘要】
一种基于鲁棒观测器的驾驶员介入识别方法
本专利技术涉及自动驾驶领域，特别是涉及一种基于鲁棒观测器的驾驶员介入识别方法。
技术介绍
近年来，自动驾驶技术的发展如火如荼，然而，由于技术及法律层面的原因，完全的自动驾驶近期内实现依旧困难重重。这种情形下，有条件的自动驾驶(Level3级别自动驾驶)显然是一个比较好的选择。Level3级别的自动驾驶中，驾驶员与自动驾驶系统共存，并作为备用用户。尽管驾驶员不需要始终监视系统，但是在系统发生故障或系统遇到无法处理的情形时，驾驶员仍然需要及时响应自动驾驶系统发出的请求，以进行干预。这种情况下，及时识别驾驶员介入就成为一个关键的问题。当前驾驶员介入识别主要有两种方法：一种是用传感器测量的方法，这大大增加了系统的成本；另一种是基于传统电动助力转向系统进行驾驶员输入力矩的估计。然而，在线控转向系统中，由于取消了机械连接，来自地面的信息及扭矩传感器的信息无法得到利用。因此，如何利用尽量少的信息对驾驶员的输入力矩进行估计，以对驾驶员进行识别，成为新的研究问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于鲁棒观测器的驾驶员介入识别方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于鲁棒观测器的驾驶员介入识别方法，包括以下步骤：S1.建立线控转向系统的系统动态方程，并对线控转向系统进行参数辨识：S101.建立线控转向系统的系统动态方程：其中，Tsw为驾驶员输入力矩，Tm＝Ktim为路感反馈电机输入力矩，Gm为蜗轮蜗杆减速器减速比，Je为系统等效转动惯量，Be为系统等效阻尼，Tfr为系统库仑摩擦力；和分别为方向盘角速度和角加速度；Kt为电机转矩常数；im为电枢电流；S102.保持电机关闭，进行准静态实验，测量系统库仑摩擦力Tfr、库仑摩擦力的不确定量ΔTfr以及ΔTfr的最大不确定度ΔTfr0；S103.保持电机关闭，进行匀速实验，测量系统等效阻尼Be、等效阻尼的不确定量ΔBe以及ΔBe的最大不确定度ΔBe0；S104.电机以电流模式启动，进行堵转实验，测量电机转矩常数Kt、电机转矩常数的不确定量ΔKt和ΔKt的最大不确定度ΔKt0；S2.建立鲁棒观测器来对驾驶员的输入扭矩进行观测：S201.定义系统状态为将系统的状态方程写为y＝Cx其中C＝[100],u＝im,d＝Tfr,y＝θswS202.考虑到参数的不确定性，将系统状态方程改写为带有参数不确定性的状态方程形式：y＝Cx式中，A0,ΔA,B0,ΔB,d0，Δd和C由系统动态方程及辨识得到的参数推导得到，具体地：d0＝Tfr0不确定矩阵ΔA,ΔB表示为ΔA＝EAMFA,ΔB＝EBN(t)FB,Δd＝N(t)ΔTfr0其中，FA＝I3×3|N(t)|<1FB＝I1×1ΔBe0,ΔKt0和ΔTfr0为参数的最大不确定度，由参数辨识得到的参数范围得到；S203.建立观测器为：S204.将增益L的求解转化为线性矩阵不等式优化问题的求解，得到使得观测器的性能满足要求的增益L的值。S3.观测器中，通过该观测器估算驾驶员作用在方向盘上的力矩大小当检测到该力矩大小超过预先设定的阈值并且持续一定时间时，则判断为驾驶员已经介入操作，车辆控制系统将控制权转交给驾驶员。本专利技术的有益效果是：本专利技术设计的观测器对不同的工况下对参数不确定性和系统噪声均具有鲁棒性，有利于在不同的工况下，对驾驶员干预进行识别。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为线控转向系统路感模拟部分示意图；图3为鲁棒观测器原理示意图；图4为实施例中正转时的实验结果示意图；图5为实施例中反转时的实验结果示意图；图中，1-路感模拟电机，2-转角传感器，3-转向柱，4-蜗轮蜗杆减速器，5-方向盘。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，一种基于鲁棒观测器的驾驶员介入识别方法，包括以下步骤：S1.建立线控转向系统的系统动态方程，并对线控转向系统进行参数辨识：如图2所示，线控转向系统的模拟部分包括方向盘5、转向柱3和路感模拟电机1，所述路感模拟电机1通过蜗轮蜗杆减速器4与转向柱3的第一端连接，转向柱3的第二端与方向盘5连接，所述转向柱3上还安装有转角传感器2；所述转角传感器采集到的信号通过CAN总线传输给车辆控制部分，由车辆控制部分控制转向器上的驱动电机以相应的转角带动车轮进行转向；S101.建立线控转向系统的系统动态方程：其中，Tsw为驾驶员输入力矩，Tm＝Ktim为路感反馈电机输入力矩，Gm为蜗轮蜗杆减速器减速比，Je为系统等效转动惯量，Be为系统等效阻尼，Tfr为系统库仑摩擦力；和分别为方向盘角速度和角加速度；Kt为电机转矩常数；im为电枢电流；为对系统参数进行辨识首先采用了一种比较简单的参数辨识方法，快速地对系统参数进行测量，具体地：S102.保持电机关闭，进行准静态实验，测量系统库仑摩擦力Tfr、库仑摩擦力的不确定量ΔTfr以及ΔTfr的最大不确定度ΔTfr0：保持电机关闭，让方向盘以极低速恒速转动，此时，和近似为零，系统动态方程中近似为：Tsw＝Tfr；此时，所述方向盘为力矩方向盘，通过转矩转角传感器测量驾驶员输入力矩Tsw，从而得Tfr的值；根据Tfr及标称值Tfr0计算不确定量ΔTfr，记为：Tfr-Tfr0＝ΔTfr；其中，Tfr0和ΔTfr分别为Tfr的标称值和不确定量；在整个准静态实验过程中，确定ΔTfr最大不确定度ΔTfr0ΔTfr0＝max|ΔTfr|＝max|Tfr-Tfr0|；其中，max|Tfr-Tfr0|表示在整个准静态实验过程中，对Tfr与Tfr0之差的绝对值取最大值。S103.保持电机关闭，进行匀速实验，测量系统等效阻尼Be、等效阻尼的不确定量ΔBe以及ΔBe的最大不确定度ΔBe0：保持电机关闭，让方向盘以恒定角速度转动，此时，系统动态方程近似为：变形为根据Tfr0及转矩转角传感器的数值，估算Be的值；再由Be＝Be0+ΔBe；计算出ΔBe，其中Be0和ΔBe分别为Be的标称值和不确定量；在整个匀速实验过程中，计算ΔBe0：ΔBe0＝max|ΔBe|＝max|Be-Be0|；其中，max|Be-Be0|表示在整个匀速实验过程中，对Be和Be0之差的绝对值取最大值。S104.电机以电流模式启动，进行堵转实验，测量电机转矩常数Kt、电机转矩常数的不确定量ΔKt和ΔKt的最大不确定度ΔKt0：电机目标电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于鲁棒观测器的驾驶员介入识别方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1.建立线控转向系统的系统动态方程，并对线控转向系统进行参数辨识：/nS101.建立线控转向系统的系统动态方程：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于鲁棒观测器的驾驶员介入识别方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.建立线控转向系统的系统动态方程，并对线控转向系统进行参数辨识：
S101.建立线控转向系统的系统动态方程：



其中，Tsw为驾驶员输入力矩，Tm＝Ktim为路感反馈电机输入力矩，Gm为蜗轮蜗杆减速器减速比，Je为系统等效转动惯量，Be为系统等效阻尼，Tfr为系统库仑摩擦力；和分别为方向盘角速度和角加速度；Kt为电机转矩常数；im为电枢电流；
S102.保持电机关闭，进行准静态实验，测量系统库仑摩擦力Tfr、库仑摩擦力的不确定量ΔTfr以及ΔTfr的最大不确定度ΔTfr0；
S103.保持电机关闭，进行匀速实验，测量系统等效阻尼Be、等效阻尼的不确定量ΔBe以及ΔBe的最大不确定度ΔBe0；
S104.电机以电流模式启动，进行堵转实验，测量电机转矩常数Kt、电机转矩常数的不确定量ΔKt和ΔKt的最大不确定度ΔKt0；
S2.建立鲁棒观测器来对驾驶员的输入扭矩进行观测：
S201.定义系统状态为将系统的状态方程写为



y＝Cx
其中



C＝[100],u＝im,d＝Tfr,y＝θsw
S202.考虑到参数的不确定性，将系统状态方程改写为带有参数不确定性的状态方程形式：



y＝Cx
式中，A0,ΔA,B0,ΔB,d0，Δd和C由系统动态方程及辨识得到的参数推导得到，具体地：

d0＝Tfr0
不确定矩阵ΔA,ΔB表示为
ΔA＝EAMFA,ΔB＝EBN(t)FB,Δd＝N(t)ΔTfr0
其中，

FA＝I3×3

|N(t)|<1

FB＝I1×1
ΔBe0,ΔKt0和ΔTfr0为参数的最大不确定度，由参数辨识得到的参数范围得到；
S203.建立观测器为：



S204.将增益L的求解转化为线性矩阵不等式优化问题的求解，得到使得观测器的性能满足要求的增益L的值。
S3.观测器中，



通过该观测器估算驾驶员作用在方向盘上的力矩大小当检测到该力矩大小超过预先设定的阈值并且持续一定时间时，则判断为驾驶员已经介入操作，车辆控制系统将控制权转交给驾驶员。


2.根据权利要求1所述的一种基于鲁棒观测器的驾驶员介入识别方法，其特征在于：步骤S1所述的线控转向系统的模拟部分包括方向盘、转向柱和路感模拟电机，所述路感模拟电机通过蜗轮蜗杆减速器与转向柱的第一端连接，转向柱的第二端与方向盘连接，所述转向柱上还安装有转角传感器；所述转角传感器采集到的信号通过CAN总线传输给车辆控制部分，由车辆控制部分控制转向器上的驱动电机以相应的转角带动车轮进行转向。


3.根据权利要求1所述的一种基于鲁棒观测器的驾驶员介入识别方法，其特征在于：所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄超，张国旺，李亮，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11