一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术属于机动车电动控制技术领域，具体涉及一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制方法及控制系统，该方法包括：根据决策层发送的目标转角和实际转向角度之差经PID控制器之后得到主动转向电流；将主动转向电流输入到电机中，输出目标电流；电机输出力矩经由转向系统执行到前轮，形成主控制环；本发明专利技术通过提出的模糊自适应PID控制算法消除实际电流与所需的反向助力电流的差值，电机能够迅速、准确的输出目标电流。出目标电流。出目标电流。

【技术实现步骤摘要】
一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制方法及控制系统


[0001]本专利技术属于机动车电动控制
，具体涉及一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制方法及控制系统。

技术介绍

[0002]转向系统是影响汽车操纵稳定性和行驶安全性的关键系统之一，汽车转向系统已经完成了从机械转向系统到电动动力转向系统的转变，未来无人驾驶的主动转向是转向系统的最终目标。无人驾驶的研究重点主要分为三部分:感知层、决策层和执行层，执行层的主要目标是当接收到决策层发送的方向盘目标转角信号后，通过转向控制算法，实现转角跟随控制。
[0003]传统的电动动力转向系统(Electric Power Steering，EPS)只是根据驾驶员的转向操作，借助于电机助力系统施加可变的转向助力，减轻驾驶员的转向负担，而自动驾驶的主动转向系统不需要驾驶员操作，通过算法控制转向电机实时输出合适的力矩让汽车前轮转到理想的角度。现有的转向系统控制技术多采用线性控制算法，存在着控制精度不高，稳定性较弱等缺点。并且主动转向系统是一种多变量输入的非线性时变系统，运行工况变化范围较广，因此传统算法会存在自适应能力有限、抗干扰性弱的缺陷，导致主动转向到目标角度时会存在误差较大，调节时间较长，来回波动等问题。

技术实现思路

[0004]为解决以上现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制方法，该方法包括：
[0005]S1：启动主动转向系统，车辆系统实时获取车辆状态信息和环境信息，车辆的决策层控制器根据获取的信息确定汽车前轮目标转向角度θ
m
；
[0006]S2：将汽车前轮目标转向角度θ
m
输入到位置环的PID控制器，得到电机目标电流I
m
；
[0007]S3：将电机目标电流输入到电流环模糊自适应PID控制器中，确定此时的电流控制器的具体参数；
[0008]S4：根据电流控制器的具体参数确定理想控制电压，并将控制电压输入到执行电机中，生成电机电流；将生成的电机电流重新反馈到电流环模糊自适应PID控制器进行调控，完成电机电流的闭环控制；
[0009]S5：电机生成的电流作用在转向柱上，带动转向柱旋转经由传动系统带动前轮转到目标角度，完成整个主动转向系统的控制。
[0010]优选的，获取车辆状态信息和环境信息包括：采用传感器获取车辆的状态信息，获取的车辆状态信息包括前时刻的车速和车辆转向角度；采用车载摄像头和超声波雷达获取环境信息，获取的环境信息包括周围车辆与障碍物以及道路情况。
[0011]优选的，确定汽车前轮目标转向角度θ
m
的过程包括：车载摄像头获取周围环境信息后将环境信息输入到上层控制器中；传感器获取车辆自生的状态信息，并将自身状态信
息传输到上层控制器中；上层控制器根据输入的信息进行车辆的路径规划，根据车辆路径规划结果确定车辆的当前目标转向角度θ
m
。
[0012]优选的，采用位置环的PID控制器处理汽车前轮目标转向角度θ
m
的过程包括：以汽车目标转向角度θ
m
和实际转向角度θ
real
的差作为输入，经过PID控制器进行比例、积分、微分环节的调控之后得到电机应输出的目标电流Im，将目标电流输入到电流环中。
[0013]进一步的，PID控制器处理数据的公式为：
[0014][0015]优选的，采用电流环模糊自适应PID控制器对电机目标电流进行处理的过程包括：将位置环得到的目标电流和实际电流的差值输入到电流环模糊自适应PID控制器中，通过电流的模糊化和模糊规则推导出电流叠加的参数变化量
△
Kp、
△
Ki的值，将得到的
△
Kp、
△
Ki，叠加到初始值Kp、Ki上后获得电机控制此时的具体Kp、Ki参数，根据具体参数进行PID控制后得到电机的理想输出电压；将理想输出电压输入到ECU控制器中，通过PWM调节脉冲占空比值来控制助力电机两端的实际电压，完成对电机目标电流的处理。
[0016]进一步的，电流模糊化采用三角形隶属度函数，其公式为：
[0017][0018]进一步的，期望PWM占空比值的公式为：
[0019]u(n)＝u(n
‑
1)+[K
p0
+ΔK
p
(n)]*ec(n)+[K
i0
+ΔK
i
(n)]*e(n)
[0020]一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制的系统，该系统包括：上层控制器模块、位置环PID控制器模块、电流环模糊自适应PID控制器模块、转向电机模块以及转向执行机构模块；
[0021]所述上层控制器模块根据车上多个摄像头和超声波测距设备获得环境信息和车辆自身信息；根据该信息计算得到整车所需的理想前轮转向角度；
[0022]所述位置环PID控制器模块根据此时上层控制器的理想前轮转角和实际转角的差值，经过传统的PID控制器，得到转向电机应该输出的动态目标电流；
[0023]所述电流环模糊自适应PID控制器模块根据位置环输出的目标电流和实际电流的差值，经过变量模糊化、模糊规则推导获得电流环PID控制参数输出量
△
Kp、
△
Ki的模糊值，通过解模糊化后叠加到Kp、Ki上，从而获得电机PI控制的具体参数；
[0024]所述转向电机模块根据电流环输入的PI控制参数控制电机的输出助力矩；
[0025]所述转向执行机构模块根据转向电机电流的输出力矩克服地面行车的转向阻力矩，从而带动前轮转向，同时转角传感器实时反馈前轮转向角，达到转角闭环反馈控制。
[0026]本专利技术的有益效果：
[0027]1)本专利技术提出的双闭环反馈控制算法外环的转角环和内环的电流环组成，外环的转向角决定了内环理想电流的输入，内环电机电流的反馈控制效果是外环成功的基础，两者环环相扣，相辅相成。相比传统的主动转向控制方法，调节时间更短，稳态误差小，实际前轮转角能够较好的跟随目标转角，转向系统有着更加优良的控制效果。
[0028]2)相较于以往电机的控制算法一旦设计确定，结构就无法修改，本专利针对电流环提出的模糊自适应PID控制。它不仅吸取了模糊控制和PID控制的优点，而且克服了传统控制算法响应慢、自适应能力差的缺点，能够根据系统响应的不同时间段在系统运行过程中动态调节PID控制的参数，使输入输出论域随系统运行实时变化，提高了系统的动态响应性能、适应性和鲁棒性，从而达到了优良的控制效果。同时，电流环电机输出的实际电流能够准确的跟踪目标电流，为外环转角控制能够达到良好控制效果的打下了关键的基础。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的主动转向控制方法框图；
[0030]图2为控制系统响应示意图；
[0031]图3为本专利技术模糊自适应PID控制框图；
[0032]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制方法，其特征在于，包括：S1：启动主动转向系统，车辆系统实时获取车辆状态信息和环境信息；车辆的决策层控制器根据获取的信息确定汽车前轮目标转向角度θ
m
；S2：将汽车前轮目标转向角度θ
m
输入到位置环的PID控制器，得到电机目标电流I
m
；S3：将电机目标电流输入到电流环模糊自适应PID控制器中，确定此时的电流控制器的具体参数；S4：根据电流控制器的具体参数确定理想控制电压，并将控制电压输入到执行电机中，生成电机电流；将生成的电机电流重新反馈到电流环模糊自适应PID控制器进行调控，完成电机电流的闭环控制；S5：电机生成的电流作用在转向柱上，带动转向柱旋转经由传动系统带动前轮转到目标角度，完成整个主动转向系统的控制其中，PID控制器为比例
‑
积分
‑
微分控制器。2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制方法，其特征在于，获取车辆状态信息和环境信息包括：采用传感器获取车辆的状态信息，获取的车辆状态信息包括前时刻的车速和车辆转向角度；采用车载摄像头和超声波雷达获取环境信息，获取的环境信息包括周围车辆与障碍物以及道路情况。3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制方法，其特征在于，确定汽车前轮目标转向角度θ
m
的过程包括：车载摄像头获取周围环境信息后将环境信息输入到上层控制器中；传感器获取车辆自生的状态信息，并将自身状态信息传输到上层控制器中；上层控制器根据输入的信息进行车辆的路径规划，根据车辆路径规划结果确定车辆的当前目标转向角度θ
m
。4.根据权利要求1所述的一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制方法，其特征在于，采用位置环的PID控制器处理汽车前轮目标转向角度θ
m
的过程包括：以汽车目标转向角度θ
m
和实际转向角度θ
real
的差作为输入，经过PID控制器进行比例、积分、微分环节的调控之后得到电机应输出的目标电流Im，将目标电流输入到电流环中。5.根据权利要求4所述的一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制方法，其特征在于，PID控制器处理数据的公式为：其中，u(t)表示t时刻的输出，K
p
表示比例系数，e(t)表示t时刻的实际值与理想值的偏差，T
i
表示积分时间常数，T
d
表示微分时间常数。6.根据权利要求1所述的一种无人驾驶汽车主动转向系统的控制方法，其特征在于，采用电流环模糊自适应PID控制器对电...

【专利技术属性】
技术研发人员：禄盛，胡玉祥，赵洋，陈翔，马莹，朴昌浩，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：