基于方向盘转矩的主动转向控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于方向盘转矩的主动转向控制方法，包括：基于车辆的规划轨迹，确定预瞄距离和预瞄点；根据预瞄点确定道路转弯曲率；根据道路转弯曲率、车辆当前车速和预先建立的车辆横向转动模型，得到车辆的方向盘转矩，车辆横向转动模型用于表征车辆在预设道路转弯曲率下的方向盘转矩与车速的对应关系。本发明专利技术的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，利用基于预瞄点计算得到的道路转弯曲率，结合车辆当前车速再通过车辆横向转动模型来得到对应的车辆方向盘转矩，可将道路形状特征信息同车辆方向盘转矩有机结合起来，从而根据规划轨迹得到车辆方向盘转矩，在掉头、转向等低速、大曲率自动驾驶行驶工况下，可以实现精准地沿着规划路径行驶。规划路径行驶。规划路径行驶。

【技术实现步骤摘要】
基于方向盘转矩的主动转向控制方法


[0001]本专利技术涉及自动驾驶
，尤其涉及一种基于方向盘转矩的主动转向控制方法。

技术介绍

[0002]自动驾驶车辆在行驶过程中，当道路的弯曲程度发生变化时，必然需要不断变换行车方向(车头)，以此适应道路弯曲程度的变化，因此自动驾驶车辆横向控制系统的实质就是对车辆行车方向的控制。
[0003]当前，自动驾驶车辆所采用的主动转向控制方法主要有两种，一种是控制器通过道路曲率计算出期望转角，通过输出期望转角大小发送至执行机构控制方向盘转动，实现自动驾驶车辆自动转向，简称基于转角的主动转向控制方法；另一种是通过输出方向盘转矩大小控制方向盘转动，实现自动驾驶车辆自动转向，简称基于转矩的主动转向控制方法。一般而言，基于转矩的控制方法，主要是先通过道路曲率，采用PID控制算法，计算出期望转矩。该方法在曲率较小的平直路面可以较好的沿着路线行驶，然而该方法对于曲率较大的路况，例如路口转向、掉头，则无法精准沿着路线行驶，因此该方法主要应用于车道保持功能开发。
[0004]因此，亟需一种基于方向盘转矩的主动转向控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于方向盘转矩的主动转向控制方法，以解决上述现有技术中的问题，能够在曲率较大的道路下，精准跟踪路径行驶。
[0006]本专利技术提供了一种基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其中，包括：
[0007]基于车辆的规划轨迹，确定预瞄距离和预瞄点；
[0008]根据所述预瞄点确定道路转弯曲率；
[0009]根据所述道路转弯曲率、所述车辆当前车速和预先建立的车辆横向转动模型，得到车辆的方向盘转矩，其中，所述车辆横向转动模型用于表征车辆在预设道路转弯曲率下的方向盘转矩与车速的对应关系。
[0010]如上所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其中，优选的是，所述基于车辆的规划轨迹，确定预瞄距离和预瞄点，具体包括：
[0011]基于车辆的规划轨迹，根据车辆实时车速确定预瞄距离；
[0012]根据所述预瞄距离确定预瞄点。
[0013]如上所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其中，优选的是，所述基于车辆的规划轨迹，根据车辆实时车速确定预瞄距离，具体包括：
[0014]在所述规划轨迹中，标定车辆在典型车速下所对应的最短预瞄距离，以得到最短预瞄距离
‑
典型车速关系表；
[0015]通过线性插值法，计算非典型车速下所对应的最短预瞄距离，以得到最短预瞄距
离
‑
非典型车速关系表；
[0016]根据车辆实时车速，在所述最短预瞄距离
‑
典型车速关系表或最短预瞄距离
‑
非典型车速关系表，查表确定车辆实时车速所对应的预瞄距离。
[0017]如上所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其中，优选的是，所述标定车辆在典型车速下所对应的最短预瞄距离，以得到最短预瞄距离
‑
典型车速关系表，具体包括：
[0018]步骤A1、控制车辆在最小典型车速下以恒定车速行驶，并设定初始的预瞄距离；
[0019]步骤A2、观察车辆的行驶状态，若不出现蛇形，则降低预瞄距离，再次进行实验，一直到车辆的行驶状态出现蛇形为止，此时取出现蛇形状态之前的预瞄距离作为该预设恒定车速下的预瞄距离；
[0020]步骤A3、控制车辆按典型车速从低到高的顺序增加车速，以预设恒定车速行驶，并执行步骤A1和A2，完成所有典型车速下的预瞄距离的标定。
[0021]如上所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其中，优选的是，所述根据所述预瞄距离确定预瞄点，具体包括：
[0022]从所述预瞄距离处开始，沿着所述规划轨迹向前方按预设距离间隔连续取多个路点作为预瞄点。
[0023]如上所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其中，优选的是，所述根据所述预瞄点确定道路转弯曲率，具体包括：
[0024]计算最优曲率目标函数，
[0025][0026]其中，J表示最优曲率目标函数，A
i
表示第i个预瞄点，C表示最优转弯圆弧的圆心，y表示最优转弯圆弧的圆心纵坐标，圆弧的半径也等于y，最优转弯圆弧以原点为起点，以x轴为切线，则C一定在y轴上，表示预瞄点A
i
到圆弧的距离，其等于A
i
到C的距离减去半径y，n表示预瞄点的数量，J等于将A
i
到圆弧的距离的平方与半径平方之差的平方和：
[0027]根据所述最优曲率目标函数，计算最优转弯半径，
[0028]令
[0029]可得最优转弯半径y，记A
i
坐标为(x
i
,y
i
)，则
[0030][0031]根据所述最优转弯半径y，得到最优转弯曲率ρ，
[0032]ρ为正时表示左转，ρ为负时表示右转；
[0033]将所述最优转弯曲率ρ作为所述道路转弯曲率。
[0034]如上所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其中，优选的是，所述车辆横向转动模型的建立方法包括：
[0035]采集模型标定数据；
[0036]对采集的所述模型标定数据进行数据处理，以建立车辆横向转动模型。
[0037]如上所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其中，优选的是，所述采集模型标定数据，具体包括：
[0038]分别按照方向盘角度从小到大递增的顺序和从到大小递减的顺序，依次采集模型标定数据，将方向盘固定在一个预设角度下，车辆从静止状态开始加速行驶，直到即将出现侧翻风险不能再加为止，在采样周期内，采集同一时刻下的车辆经度信息x，车辆纬度坐标信息y，车速信息v、方向盘转角Tn、方向盘转矩Tq。
[0039]如上所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其中，优选的是，所述对采集的所述模型标定数据进行数据处理，以建立车辆横向转动模型，具体包括：
[0040]通过所述车辆经度信息x和所述车辆纬度坐标信息y拟合得到道路曲率Q；
[0041]按照车速从小到大递增的顺序，通过在采样周期内，对同一车速vi下的多个方向盘转角Tn所对应的方向盘转矩取平均值的方法，计算该车速对应的方向盘转矩Tq
i
；
[0042]在道路曲率Q的工况下，将方向盘转矩Tq与车速v拟合成多项式Tq＝F(v)的形式，以得到不同道路曲率下的方向盘转矩与车速的对应关系式。
[0043]如上所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其中，优选的是，所述根据所述道路转弯曲率、所述车辆当前车速和预先建立的车辆横向转动模型，得到车辆的方向盘转矩，具体包括：
[0044]采用查表法，将所述道路转弯曲率Q与所述车辆横向转动模型中的各道路曲率进行比对，以查找所述道路转弯曲率Q对应的曲率区间Qn＜Q＜Qn+1；
[0045]根据所述车辆横向转动模型中，道路转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其特征在于，包括：基于车辆的规划轨迹，确定预瞄距离和预瞄点；根据所述预瞄点确定道路转弯曲率；根据所述道路转弯曲率、所述车辆当前车速和预先建立的车辆横向转动模型，得到车辆的方向盘转矩，其中，所述车辆横向转动模型用于表征车辆在预设道路转弯曲率下的方向盘转矩与车速的对应关系。2.根据权利要求1所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其特征在于，所述基于车辆的规划轨迹，确定预瞄距离和预瞄点，具体包括：基于车辆的规划轨迹，根据车辆实时车速确定预瞄距离；根据所述预瞄距离确定预瞄点。3.根据权利要求2所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其特征在于，所述基于车辆的规划轨迹，根据车辆实时车速确定预瞄距离，具体包括：在所述规划轨迹中，标定车辆在典型车速下所对应的最短预瞄距离，以得到最短预瞄距离
‑
典型车速关系表；通过线性插值法，计算非典型车速下所对应的最短预瞄距离，以得到最短预瞄距离
‑
非典型车速关系表；根据车辆实时车速，在所述最短预瞄距离
‑
典型车速关系表或最短预瞄距离
‑
非典型车速关系表，查表确定车辆实时车速所对应的预瞄距离。4.根据权利要求3所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其特征在于，所述标定车辆在典型车速下所对应的最短预瞄距离，以得到最短预瞄距离
‑
典型车速关系表，具体包括：步骤A1、控制车辆在最小典型车速下以恒定车速行驶，并设定初始的预瞄距离；步骤A2、观察车辆的行驶状态，若不出现蛇形，则降低预瞄距离，再次进行实验，一直到车辆的行驶状态出现蛇形为止，此时取出现蛇形状态之前的预瞄距离作为该预设恒定车速下的预瞄距离；步骤A3、控制车辆按典型车速从低到高的顺序增加车速，以预设恒定车速行驶，并执行步骤A1和A2，完成所有典型车速下的预瞄距离的标定。5.根据权利要求2所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其特征在于，所述根据所述预瞄距离确定预瞄点，具体包括：从所述预瞄距离处开始，沿着所述规划轨迹向前方按预设距离间隔连续取多个路点作为预瞄点。6.根据权利要求5所述的基于方向盘转矩的主动转向控制方法，其特征在于，所述根据所述预瞄点确定道路转弯曲率，具体包括：计算最优曲率目标函数，其中，J表示最优曲率目标函数，A
i
表示第i个预瞄点，C表示最优转弯圆弧的圆心，y表示最优转弯圆弧的圆心纵坐标，圆弧的半径也等于y，最优转弯圆弧以原点为起点，以x轴为切
线，则C一定在y轴上，表示预瞄点A
i
到圆弧的距离，其等于A
i

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫兵，丁钊，吴琼，范贤根，徐毅林，李涛，
申请(专利权)人：安徽江淮汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：