车辆自动驾驶的转向控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了车辆自动驾驶的转向控制系统及方法，该转向控制系统包括：方向盘模块、助力转向模块和自动转向控制模块，自动转向控制模块包括自动驾驶控制单元、车辆控制单元和EPS控制单元，自动驾驶控制单元，用于发出车辆转向的指令、启动人工驾驶模式/自动驾驶模式；车辆控制单元，用于接收自动驾驶控制单元发出的车辆转向指令，并通过计算确定车辆的实时转向角度、液压油泵电机的实时转速和转向助力电机的实时转速，形成转向信号；EPS控制单元，用于接收转向信号，并将转向信号发送至助力转向模块。本发明专利技术在不改变车辆原有的人工转向系统作用的基础上，集成自动转向控制功能，不仅转向结构变动小，而且自动转向控制与人工转向控制保持独立。制保持独立。制保持独立。

【技术实现步骤摘要】
车辆自动驾驶的转向控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及车辆转向控制
，尤其涉及车辆自动驾驶的转向控制系统及方法。

技术介绍

[0002]目前在自动驾驶的转向控制系统中，转向控制算法主要分为嵌套式PID转向控制算法和基于向量运算的转角算法，这二者都有弊端。嵌套式PID转向控制算法需要大量的数据传感器，转向系统与方向盘无法实现完全解耦，因此车辆转向结构复杂。基于向量运算的转角算法采用向量运算方法建立车轮转角计算数学模型，该算法适用于独立转向车轮的转角计算，车辆角速度计算值精度不高，因此在泊车、车辆低速转弯的场景下存在弊端。

技术实现思路

[0003]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了车辆自动驾驶的转向控制系统及方法，该转向系统在不改变车辆原有的人工转向系统作用的基础上，集成自动转向控制功能，不仅转向结构变动小，而且自动转向控制与人工转向控制保持独立。
[0004]本专利技术提出的车辆自动驾驶的转向控制系统，包括：
[0005]方向盘模块，用于在人工驾驶模式下接收驾驶员的转向输入，控制车辆的转向；
[0006]助力转向模块，用于在自动驾驶模式下接收转向信号并控制车辆的转向；
[0007]自动转向控制模块，包括自动驾驶控制单元、车辆控制单元和EPS控制单元，其中：
[0008]自动驾驶控制单元，用于发出车辆转向的指令、启动人工驾驶模式/自动驾驶模式；
[0009]车辆控制单元，用于接收自动驾驶控制单元发出的车辆转向指令，并通过计算确定车辆的实时转向角度、助力转向模块中与液压控制阀连接的液压油泵电机的实时转速和助力转向模块中的转向助力电机的实时转速，形成转向信号；
[0010]EPS控制单元，用于接收转向信号，并将转向信号发送至助力转向模块。
[0011]优选地，所述方向盘模块包括方向盘、转向管柱支架和转向轴，所述转向管柱支架套设在所述转向轴的外侧，且所述转向管柱支架和转向轴的上端均与所述方向盘固定连接。
[0012]优选地，所述助力转向模块包括转向助力电机、转向支架、倾斜支架、EPS控制器、万向节、连接法兰、连接轴和液压转向控制阀，所述转向助力电机的输入轴通过所述连接法兰与所述转向轴连接，所述所述转向助力电机的输出轴与所述万向节连接，所述万向节下端与所述连接轴固定连接，所述连接轴通过连接法兰与所述液压转向阀连接，所述液压转向阀通过液压管路与车辆的转向执行机构连接，所述EPS控制器固定在所述转向支架上，所述转向支架与所述倾斜支架固定连接，倾斜支架与所述转向助力电机下端固定连接，所述EPS控制器的信号端连接转向助力电机。
[0013]本专利技术提出的上述车辆自动驾驶的转向控制系统的控制方法，方法步骤如下：
[0014]S1：自动驾驶控制单元向车辆控制单元发出转向指令，车辆控制单元接收转向指令后读取车辆前轮编码器的位置数值X；
[0015]S2：车辆控制单元根据S1获取的编码器位置数值X计算车辆左前轮实际转向角度Y、车辆实际转向角度C和右前轮实际转向角度R；
[0016]S3：车辆控制单元根据S2的车辆实际转向角度C计算自动驾驶的车辆转向偏差A；
[0017]S4：车辆控制单元根据S1的编码器位置值X判断是否允许车辆同步转向，若允许则执行S5，若不允许则将自动驾驶模式切换到人工驾驶模式，等待人工进行转向操作；
[0018]S5：车辆控制单元根据S3的车辆转向偏差A计算液压油泵电机的实时转速P
out
和转向助力电机的实时转速ST
out
；
[0019]S6：车辆控制单元将转向助力电机的实时转速ST
out
输出给EPS控制器，EPS控制器控制转向助力电机转动；将液压油泵电机的实时转速P
out
输出给油泵电机控制器，油泵电机控制器控制油泵电机转动，完成车辆的转向。
[0020]优选地，所述S2中车辆控制单元通过读取大小同步带速比和编码器零位标定值，计算车辆左前轮实际转向角度Y，计算公式为：
[0021][0022]其中，X为编码器位置实时数值；A为编码器零位标定值；n为编码器的单圈分辨率；π为圆周率；σ为大小同步带速比，v1为小同步带轮齿数，v2为大同步带轮齿数，limit(a,b,c)函数表示，若a＜b＜c则limit(a,b,c)＝b，若b≤a则limit(a,b,c)＝a，若b≥c则limit(a,b,c)＝c；
[0023]在自动驾驶模式右转时，车辆实际转向角度C的计算公式为：
[0024][0025]在自动驾驶模式右转时，车辆右前轮实际转向角度R的计算公式为：
[0026][0027]在自动驾驶模式左转时，车辆实际转向角度C的计算公式为：
[0028][0029]在自动驾驶模式左转时，车辆右前轮实际转向角度R的计算公式为：
[0030][0031]其中，Y为车辆左前轮实际转向角度；S为车辆前轮两主销中心距离；L为车辆前后轮轴距；在自动驾驶模式右转时，若R＞0，则R＝
‑
R；
[0032]自动驾驶模式方向盘回正时，车辆的实际转向角度C＝0，车辆右前轮实际转向角度R＝0。
[0033]优选地，所述S3中车辆转向偏差A是通过自动驾驶控制单元输出的车辆转向角度C
zj
与车辆的实际转向角度C进行判断，车辆转向偏差A的计算公式为：
[0034]若|C
zj
‑
C|≤A
max
，则A＝C
zj
‑
C；
[0035]若|C
zj
‑
C|＞A
max
且C
zj
‑
C＜0，则A＝
‑
A
max
；
[0036]若|C
zj
‑
C|＞A
max
且C
zj
‑
C＞0，则A＝A
max
；
[0037]其中，A
max
为自动驾驶模式最大允许转向偏差；C
zj
为自动驾驶控制单元发送给车辆控制单元的车辆转向角度数值。
[0038]优选地，所述S4中通过编码器位置值X判断是否允许车辆同步转向的判断条件为：
[0039](R
max
‑
200)≤X≤(L
max
+200)
[0040]其中，R
max
为编码器右极限标定值；L
max
为编码器左极限标定值。
[0041]优选地，所述S5中液压油泵电机转速P
out
的计算公式为：
[0042][0043]其中，A
min
为自动驾驶模式最小允许转向偏差；A
max
为自动驾驶模式最大允许转向偏差；P
Amax
为自动驾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.车辆自动驾驶的转向控制系统，其特征在于，包括：方向盘模块，用于在人工驾驶模式下接收驾驶员的转向输入，控制车辆的转向；助力转向模块，用于在自动驾驶模式下接收转向信号并控制车辆的转向；自动转向控制模块，包括自动驾驶控制单元、车辆控制单元和EPS控制单元，其中：自动驾驶控制单元，用于发出车辆转向的指令、启动人工驾驶模式/自动驾驶模式；车辆控制单元，用于接收自动驾驶控制单元发出的车辆转向指令，并通过计算确定车辆的实时转向角度、助力转向模块中与液压控制阀连接的液压油泵电机的实时转速和助力转向模块中的转向助力电机的实时转速，形成转向信号；EPS控制单元，用于接收转向信号，并将转向信号发送至助力转向模块。2.根据权利要求1所述的车辆自动驾驶的转向控制系统，其特征在于，所述方向盘模块包括方向盘(1)、转向管柱支架(2)和转向轴(3)，所述转向管柱支架(2)套设在所述转向轴(3)的外侧，且所述转向管柱支架(2)和转向轴(3)的上端均与所述方向盘(1)固定连接。3.根据权利要求2所述的车辆自动驾驶的转向控制系统，其特征在于，所述助力转向模块包括转向助力电机(21)、转向支架(22)、倾斜支架(23)、EPS控制器(24)、万向节(25)、连接法兰(26)、连接轴(27)和液压转向控制阀(28)，所述转向助力电机(21)的输入轴通过所述连接法兰(26)与所述转向轴(3)连接，所述所述转向助力电机(21)的输出轴与所述万向节(25)连接，所述万向节(25)下端与所述连接轴(27)固定连接，所述连接轴(27)通过连接法兰(26)与所述液压转向阀(28)连接，所述液压转向阀(28)通过液压管路与车辆的转向执行机构连接，所述EPS控制器(24)固定在所述转向支架(22)上，所述转向支架(22)与所述倾斜支架(23)固定连接，倾斜支架(23)与所述转向助力电机(21)下端固定连接，所述EPS控制器(24)的信号端连接转向助力电机(21)。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的车辆自动驾驶的转向控制系统的控制方法，其特征在于，方法步骤如下：S1：自动驾驶控制单元向车辆控制单元发出转向指令，车辆控制单元接收转向指令后读取车辆前轮编码器的位置数值X；S2：车辆控制单元根据S1获取的编码器位置数值X计算车辆左前轮实际转向角度Y、车辆实际转向角度C和右前轮实际转向角度R；S3：车辆控制单元根据S2的车辆实际转向角度C计算自动驾驶的车辆转向偏差A；S4：车辆控制单元根据S1的编码器位置值X判断是否允许车辆同步转向，若允许则执行S5，若不允许则将自动驾驶模式切换到人工驾驶模式，等待人工进行转向操作；S5：车辆控制单元根据S3的车辆转向偏差A计算液压油泵电机的实时转速P
out
和转向助力电机的实时转速ST
out
；S6：车辆控制单元将转向助力电机的实时转速ST
out
输出给EPS控制器，EPS控制器控制转向助力电机转动；将液压油泵电机的实时转速P
out
输出给油泵电机控制器，油泵电机控制器控制油泵电机转动，完成车辆的转向。5.根据权利要求4所述的车辆自动驾驶的转向控制系统的控制方法，其特征在于，所述S2中车辆控制单元通过读取大小同步带速比和编码器零位标定值，计算车辆左前轮实际转向角度Y，计算公式为：
其中，X为编码器位置实时数值；A为编码器零位标定值；n为编码器的单圈分辨率；π为圆周率；σ为大小同步带速比，v1为小同步带轮齿数，v2为大同步带轮齿数，limit(a,b,c)函数表示，若a＜b＜c则limit(a,b,c)＝b，若b≤a则limit(a,b,c)＝a，若b≥c则limit(a,b,c)＝c；在自动驾驶模式右转时，车辆实际转向角度C的计算公式为：在自动驾驶模式右转时，车辆右前轮实际转向角...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪伟，张曦，金世卓，彭钰杰，王勇，李黎明，姚甲，蔡斯宸，
申请(专利权)人：合力工业车辆上海有限公司，
类型：发明
国别省市：