一种基于驾驶员特性的线控转向系统和传动比规划方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于驾驶员特性的线控转向系统和传动比规划方法，所述方法包括：步骤1，驾驶员驾驶汽车沿目标路径行驶；步骤2，信息处理单元实时接收信号，通过计算得到当前驾驶员操作信号，并传输给驾驶员特性辨识模块；步骤3，驾驶员特性辨识模块根据当前驾驶员操作信号分别计算出各个驾驶员特性参数；步骤4，个性化传动比控制单元根据驾驶员特性参数，进行相应的个性化控制。本发明专利技术考虑了不同驾驶员特性类型，并基于辨识得到的驾驶员特性参数对驾驶员进行分类，根据分类结果设计传动比补偿系数函数的权重系数，规划对应理想传动比，对有不同驾驶特性的驾驶员进行个性化传动比控制，满足了不同类型驾驶员的驾驶需求，提升了驾驶舒适性。驾驶舒适性。驾驶舒适性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于驾驶员特性的线控转向系统和传动比规划方法


[0001]本专利技术属于汽车转向系统
，具体涉及一种基于驾驶员特性的线控转向系统和传动比规划方法。

技术介绍

[0002]线控转向系统是线控底盘系统关键的组成部分。线控转向技术消除了传统转向系统固定转向传动比的限制，通过对转向传动比的干预控制，可以改善汽车的转向特性，进而提升汽车的操纵稳定性和主动安全性。
[0003]现有的线控转向变传动比技术中，大部分仅针对汽车车速、侧向加速度、横摆角速度等汽车状态参数进行变传动比规划控制，很少考虑到驾驶员本身特性对转向控制的影响。不同驾驶员的驾驶习惯和水平存在差异，因此不同驾驶员对汽车的操纵能力也不同，其对转向系统的需求也因人而异。激进型驾驶员由于方向盘操作幅度大，在驾驶中的体力和精神负担重，驾驶稳定性和舒适性较差，故激进型驾驶员对转向系统的需求主要是减小驾驶负担；而谨慎型的驾驶员通常操作幅度较小，修正路径偏差的速度较慢，因此路径跟踪精度不如激进型驾驶员，故谨慎型驾驶员对转向系统的需求主要是改善路径跟踪表现；一般型驾驶员则介于两者之间，且更为普遍地存在于驾驶员群体中，他们对转向系统的需求也更加多样化。因此，研究针对不同驾驶员驾驶特性的个性化传动比规划方法，具有重要实际意义。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于驾驶员特性的线控转向系统和传动比规划方法，以针对不同类型的驾驶员的驾驶特性对线控转向系统的传动比进行个性化控制，在保证汽车行驶稳定的同时满足不同类型驾驶员的驾驶需求。
[0005]本专利技术提供了一种基于驾驶员特性的线控转向系统，包括方向盘、转向管柱总成、路感电机、第一蜗轮蜗杆减速器、电机转向执行装置、转向控制单元；
[0006]所述方向盘与转向管柱总成相连接，所述转向管柱总成与路感电机及第一蜗轮蜗杆减速器相连接，所述转向管柱总成包括：上转向管柱、第一转矩传感器、第一转角传感器；驾驶员通过方向盘输入的力与路感电机输出转矩共同作用于上转向管柱上，所述第一转矩传感器和第一转角传感器分别安装在上转向管柱上；
[0007]所述电机转向执行装置包括转向电机模块、齿轮齿条机构、转向横拉杆、转向梯形、转向车轮；
[0008]所述转向电机模块包括转向电机、第二蜗轮蜗杆减速器、下转向管柱、第二转矩传感器、第二转角传感器；所述转向电机的输出端依次通过减速器、下转向管柱连接到齿轮齿条转向机构的小齿轮；所述齿轮齿条转向机构的齿条两端与转向横拉杆同轴线轴向固定连接；所述转向电机输出的旋转运动经第二蜗轮蜗杆减速器、下转向管柱转换为齿轮齿条机
构中小齿轮的旋转运动，小齿轮的旋转运动又经齿条机构转换为转向横拉杆的位移运动，第二转矩传感器和转矩传感器转角传感器分别安装在下转向管柱上；
[0009]所述转向控制单元包括主控制器和车辆状态获取单元；所述主控制器的输入端与第一转矩传感器、第二转矩传感器以及第一转角传感器、第二转角传感器连接，并获取方向盘转矩信号、转角信号，上转向管柱转向阻力矩信号以及转角信号；车辆状态获取单元为主控制器提供当前车辆状态的期望路径偏差信号、侧向加速度信号、横摆角速度信号、车速信号、地面干扰信号、侧向风干扰信号；所述主控制器的输出端连接转向电机、路感电机。
[0010]进一步地，所述主控制器包括信息处理单元、驾驶员特性辨识模块、个性化传动比控制单元、电机驱动单元；
[0011]所述信息处理单元与第一转矩传感器、第二转矩传感器以及第一转角传感器、第二转角传感器电气连接，用于获取各传感器实时采集的信号，同时信息号处理单元与车辆状态获取单元电气连接，获取车辆的期望路径偏差信号、车速信号、侧向加速度信号、横摆角速度信号、地面干扰信号、侧向风干扰信号；
[0012]所述驾驶员特性辨识模块接受信息处理单元的输入信号，计算驾驶员各驾驶特性参数，并将处理结果输入到个性化传动比控制单元，个性化传动比控制单元接收驾驶员特性辨识模块的输入信号，对驾驶员进行分类，并计算出最终的转向传动比，通过车载通讯线路向电机驱动单元输出指令；
[0013]所述电机驱动单元分别输出转向电机控制信号、路感电机控制信号，完成转向动作的控制过程。
[0014]本专利技术还提供了一种基于驾驶员特性的传动比规划方法，基于所述系统，包括以下步骤：
[0015]步骤1，驾驶员驾驶汽车沿目标路径行驶；
[0016]步骤2，信息处理单元实时接收方向盘转矩信号、转角信号、车辆位置信号、期望路径信号、侧向加速度信号、横摆角速度信号、车速信号、地面干扰信号，通过计算得到当前驾驶员操作信号，并传输给驾驶员特性辨识模块；
[0017]步骤3，驾驶员特性辨识模块根据当前驾驶员操作信号分别计算出各个驾驶员特性参数，并传输给个性化传动比控制单元；
[0018]步骤4，个性化传动比控制单元根据得到的驾驶员特性参数，进行相应的个性化控制，进而得到理想的转向传动比，随后根据方向盘输入转角计算相应的转向电机输出转角，同时根据转向阻力矩计算相应的路感反馈力矩，并向电机驱动单元传输信号；电机驱动单元根据个性化传动比控制单元的输出信号，计算出转向电机驱动电流以及路感电机驱动电流，输出转向电机控制信号和路感电机控制信号，驱动转向电机和路感电机工作；
[0019]步骤5，转向电机输出转角经过蜗轮蜗杆减速器和下转向管柱，转换为小齿轮转角，小齿轮转角经过齿条转换为转向横拉杆的位移，随后向转向梯形和转向车轮输出，完成转向的控制。
[0020]进一步地，所述步骤3包括以下步骤：
[0021]步骤3
‑
1，使用一阶预瞄模型对驾驶员进行建模：
[0022][0023]式中，s为拉普拉斯算子，无单位，(s)代表该变量在拉普拉斯域内；δ
sw
(s)为驾驶员方向盘转角，rad；τ
d
为驾驶员反应时间，s；G
h
驾驶员转向比例增益，m/rad；ΔY(s)为车辆当前位置与预瞄点处的侧向偏差，m，表示为：
[0024][0025]式中，为预瞄点处期望路径的侧向位置坐标，m；Y(s)为当前车辆的侧向位置坐标，m；φ(s)为车辆航向角，rad；L为预瞄距离，m，表示为：
[0026]L＝v
x
τ
p
[0027]式中，v
x
为车辆当前速度，m/s；τ
p
为驾驶员预瞄时间，s。
[0028]步骤3
‑
2，定义实测驾驶员方向盘转角与驾驶员模型输出的方向盘转角之间的误差e(s)为：
[0029]e(s)＝(1+τ
d
s)[δ
r
(s)
‑
δs
w
(s)][0030]式中，δ
sw
(s)为一阶预瞄模型输出的方向盘转角信号，rad；δ
r
(s)为信息处理单元记录下的驾驶员方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于驾驶员特性的线控转向系统，其特征在于，包括方向盘、转向管柱总成、路感电机、第一蜗轮蜗杆减速器、电机转向执行装置、转向控制单元；所述方向盘与转向管柱总成相连接，所述转向管柱总成与路感电机及第一蜗轮蜗杆减速器相连接，所述转向管柱总成包括：上转向管柱、第一转矩传感器、第一转角传感器；驾驶员通过方向盘输入的力与路感电机输出转矩共同作用于上转向管柱上，所述第一转矩传感器和第一转角传感器分别安装在上转向管柱上。2.根据权利要求1所述的一种基于驾驶员特性的线控转向系统，其特征在于，所述电机转向执行装置包括转向电机模块、齿轮齿条机构、转向横拉杆、转向梯形、转向车轮。3.根据权利要求2所述的一种基于驾驶员特性的线控转向系统，其特征在于，所述转向电机模块包括转向电机、第二蜗轮蜗杆减速器、下转向管柱、第二转矩传感器、第二转角传感器；所述转向电机的输出端依次通过减速器、下转向管柱连接到齿轮齿条转向机构的小齿轮；所述齿轮齿条转向机构的齿条两端与转向横拉杆同轴线轴向固定连接；所述转向电机输出的旋转运动经第二蜗轮蜗杆减速器、下转向管柱转换为齿轮齿条机构中小齿轮的旋转运动，小齿轮的旋转运动又经齿条机构转换为转向横拉杆的位移运动，第二转矩传感器和转矩传感器转角传感器分别安装在下转向管柱上。4.根据权利要求3所述的一种基于驾驶员特性的线控转向系统，其特征在于，所述转向控制单元包括主控制器和车辆状态获取单元；所述主控制器的输入端与第一转矩传感器、第二转矩传感器以及第一转角传感器、第二转角传感器连接，并获取方向盘转矩信号、转角信号，上转向管柱转向阻力矩信号以及转角信号；车辆状态获取单元为主控制器提供当前车辆状态的期望路径偏差信号、侧向加速度信号、横摆角速度信号、车速信号、地面干扰信号、侧向风干扰信号；所述主控制器的输出端连接转向电机、路感电机。5.根据权利要求4所述的一种基于驾驶员特性的线控转向系统，其特征在于，所述主控制器包括信息处理单元、驾驶员特性辨识模块、个性化传动比控制单元、电机驱动单元；所述信息处理单元与第一转矩传感器、第二转矩传感器以及第一转角传感器、第二转角传感器电气连接，用于获取各传感器实时采集的信号，同时信息号处理单元与车辆状态获取单元电气连接，获取车辆的期望路径偏差信号、车速信号、侧向加速度信号、横摆角速度信号、地面干扰信号、侧向风干扰信号。6.根据权利要求5所述的一种基于驾驶员特性的线控转向系统，其特征在于，所述驾驶员特性辨识模块接受信息处理单元的输入信号，计算驾驶员各驾驶特性参数，并将处理结果输入到个性化传动比控制单元，个性化传动比控制单元接收驾驶员特性辨识模块的输入信号，对驾驶员进行分类，并计算出最终的转向传动比，通过车载通讯线路向电机驱动单元输出指令；所述电机驱动单元分别输出转向电机控制信号、路感电机控制信号，完成转向动作的控制过程。7.一种基于驾驶员特性的传动比规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，驾驶员驾驶汽车沿目标路径行驶；步骤2，信息处理单元实时接收方向盘转矩信号、转角信号、车辆位置信号、期望路径信号、侧向加速度信号、横摆角速度信号、车速信号、地面干扰信号，通过计算得到当前驾驶员操作信号，并传输给驾驶员特性辨识模块；
步骤3，驾驶员特性辨识模块根据当前驾驶员操作信号分别计算出各个驾驶员特性参数，并传输给个性化传动比控制单元；步骤4，个性化传动比控制单元根据驾驶员特性参数，进行相应的个性化控制，进而得到转向传动比，随后根据方向盘输入转角计算相应的转向电机输出转角，同时根据转向阻力矩计算相应的路感反馈力矩，并向电机驱动单元传输信号；电机驱动单元根据个性化传动比控制单元的输出信号，计算出转向电机驱动电流以及路感电机驱动电流，输出转向电机控制信号和路感电机控制信号，驱动转向电机和路感电机工作；步骤5，转向电机输出转角经过第二蜗轮蜗杆减速器和下转向管柱，转换为小齿轮转角，小齿轮转角经过齿条转换为转向横拉杆的位移，随后向转向梯形和转向车轮输出，完成转向的控制。8.根据权利要求7所述的一种基于驾驶员特性的传动比规划方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：步骤3
‑
1，使用一阶预瞄模型对驾驶员进行建模：其中s为拉普拉斯算子，(s)代表s在拉普拉斯域内；δ
sw
(s)为驾驶员方向盘转角；τ
d
为驾驶员反应时间；G
h
驾驶员转向比例增益；ΔY(s)为车辆当前位置与预瞄点处的侧向偏差，表示为：其中为预瞄点处期望路径的侧向位置坐标；Y(s)为当前车辆的侧向位置坐标；φ(s)为车辆航向角；L为预瞄距离，表示为：L＝v
x
τ
p
其中v
x
为车辆当前速度；τ
p
为驾驶员预瞄时间；步骤3
‑
2，定义实测驾驶员方向盘转角与驾驶员模型输出的方向盘转角之间的误差e(s)为：e(s)＝(1+τ
d
s)[δ
r
(s)
‑
δ

【专利技术属性】
技术研发人员：张寒，李源浩，权威美，蒋文韬，赵万忠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：