一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法与流程

本发明涉及车辆转向控制。更具体地，本发明涉及一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法。

背景技术：

1、在电动助力转向系统中，为赋予驾驶员真实的路面触感并衰减路面冲击，现有方案普遍依据齿条力信号的幅值或其一阶差分与固定阈值进行比较，以此判定冲击事件，并在冲击期间通过高阻尼力矩抑制振荡。冲击解除后，阻尼力矩通常以直接切除或简易线性斜坡的方式退出。

2、然而，实际行车工况复杂多变。驾驶员执行的紧急转向动作与路面粗糙度激励均会导致齿条力出现高幅值与大幅值的一阶差分特征，基于固定阈值的判别机制难以将此类正常操作和路噪背景与真实路面冲击有效区分，容易引发阻尼功能的误触发，造成转向响应的非预期削弱和操控感下降。若为降低误报率而提高阈值，则尖锐障碍物引发的真实机械冲击可能因力信号幅值仍低于阈值而被漏检。在阻尼力矩管理方面，直接切换或简单斜坡退出易引发转向力矩阶跃，产生方向盘震颤和手感突变。更为突出的是，冲击期间阻尼的强势介入完全阻断了路面纹理信息向驾驶员的传递，而冲击后力矩直接恢复至当前的真实齿条力，忽略了冲击前纹理的延续，导致驾驶员在冲击事件后短时间内无法感知路面附着程度，产生路感断裂或盲区。

3、因此，如何在有限的车载计算资源下，从齿条力信号中准确辨识瞬态机械冲击、抑制正常驾驶动作和路面噪动干扰，实现阻尼力矩的柔性介入与退出，并在冲击后无缝恢复路面纹理传递，成为改善电动助力转向路感品质的一项关键技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供如下方案。

2、本发明提供一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法，采用如下的技术方案：获取齿条力序列、车速、转向角速度及车轮有效滚动半径；对所述齿条力序列进行实时缓存，并提取缓存数据的均值与振幅包络；计算所述齿条力序列在预设时间窗内的高阶差分特征值，作为瞬态能量异常指数；将所述瞬态能量异常指数与基于所述车速和转向角速度确定的自适应触发边界比较，通过具有迟滞阈值和持续判据的状态机判定冲击发生与耗散；设置纹理透传权重和冲击阻尼权重，且两者之和恒为1；当判定冲击发生时，控制所述纹理透传权重按指数衰减；当判定冲击耗散后，控制所述纹理透传权重在预设补偿窗内按线性速率恢复至1；在判定冲击耗散后的所述预设补偿窗内，利用所述车速和车轮有效滚动半径进行时间积分获得路面物理相位，根据所述均值与振幅包络及所述路面物理相位生成重构力矩信号，并通过从零线性递增至一的调制系数与当前齿条力信号融合，得到补偿后的转向力矩指令。

3、优选地，计算齿条力序列在预设时间窗内的高阶差分特征值，作为瞬态能量异常指数，包括：建立固定长度的环形缓冲区，用于存储齿条力序列的采样值；在每一个采样周期，对环形缓冲区内的齿条力序列计算相邻采样值的n阶差分，其中n为大于等于3的整数；对n阶差分取绝对值并累加，得到n阶差分绝对值之和；将n阶差分绝对值之和除以历史本征方差与防溢出系数之和、与分母最小阈值常数中的较大值，得到所述瞬态能量异常指数；其中，所述历史本征方差为基于齿条力序列在稳态条件下循环更新的方差值。

4、优选地，历史本征方差通过以下方式获得：在状态机未判定冲击发生的周期内，且车速的变化率和转向角速度的变化率均低于各自对应的预设稳态阈值时，对齿条力序列的方差进行循环更新，将更新后的方差作为历史本征方差。

5、优选地，基于车速和转向角速度确定的自适应触发边界，包括：以车速和转向角速度为索引，查询预存的二维查找表并通过插值计算获得触发阈值上限；根据触发阈值上限按预设比例确定迟滞阈值下限。

6、优选地，具有迟滞阈值和持续判据的状态机判定冲击发生与耗散，包括：当瞬态能量异常指数大于触发阈值上限时，判定冲击发生并输出上升沿；当瞬态能量异常指数小于迟滞阈值下限，且该状态持续预设数量的控制周期时，判定冲击耗散并输出下降沿。

7、优选地，预设数量的控制周期为3个控制周期。

8、优选地，控制纹理透传权重按指数衰减，包括：采用衰减速率系数对纹理透传权重进行指数衰减，衰减速率系数的标定范围为30至80。

9、优选地，控制纹理透传权重在预设补偿窗内按线性速率恢复至1，包括：在冲击耗散后，将恢复增益系数除以冲击持续时间与冲击持续时间下限阈值中的较大值，以确定线性恢复斜率，并在所述预设补偿窗内以所述线性恢复斜率使所述纹理透传权重线性递增恢复至1。

10、优选地，根据均值与振幅包络及路面物理相位生成重构力矩信号，包括：将均值与振幅包络作为基准，叠加以路面物理相位和基于统计特征的伪随机相位构成的正弦波动，生成重构力矩信号；其中，路面物理相位通过将车速除以车轮有效滚动半径后进行时间积分获得。

11、本发明实施例至少具有如下有益效果：

12、1.通过计算齿条力序列的三阶差分绝对值之和作为瞬态能量异常指数，能够捕捉冲击信号的高阶瞬态突变特征，同时抑制平滑的驾驶员操作信号。结合基于车速和转向角速度的自适应触发边界，以及具有迟滞阈值和持续判据的状态机逻辑，系统能够根据车辆实时运动状态动态调整判定标准，不仅避免了在剧烈驾驶或粗糙路面上的阻尼功能误触发，也防止了因阈值设置过高而导致的尖锐障碍物冲击漏检，显著提升了转向响应的精准度和操控感。

13、2.引入了纹理透传权重与冲击阻尼权重的混合控制机制，在冲击发生时，控制纹理透传权重按指数衰减，使阻尼通道快速获得权重以应对冲击前沿；在冲击耗散后，控制权重按线性速率恢复，这种非线性的权重切换策略保证了力矩输出的连续性，避免了硬切换带来的高频激振，实现了阻尼功能的平滑过渡，提升了驾驶的手感品质。

14、3.在冲击耗散后的预设补偿窗内，利用车速和车轮半径积分获得路面物理相位，并结合冲击前缓存的均值与振幅包络重构力矩信号。通过将重构力矩与当前齿条力按线性递增系数融合，系统能够在冲击结束后无缝衔接并补全丢失的路面纹理信息，使得驾驶员在经历路面冲击后，仍能连续感知路面附着情况，消除了路感盲区，提供了更加真实、连贯的转向路感反馈。

1.一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：获取齿条力序列、车速、转向角速度及车轮有效滚动半径；对所述齿条力序列进行实时缓存，并提取缓存数据的均值与振幅包络；计算所述齿条力序列在预设时间窗内的高阶差分特征值，作为瞬态能量异常指数；将所述瞬态能量异常指数与基于所述车速和转向角速度确定的自适应触发边界比较，通过具有迟滞阈值和持续判据的状态机判定冲击发生与耗散；设置纹理透传权重和冲击阻尼权重，且两者之和恒为1；当判定冲击发生时，控制所述纹理透传权重按指数衰减；当判定冲击耗散后，控制所述纹理透传权重在预设补偿窗内按线性速率恢复至1；在判定冲击耗散后的所述预设补偿窗内，利用所述车速和车轮有效滚动半径进行时间积分获得路面物理相位，根据所述均值与振幅包络及所述路面物理相位生成重构力矩信号，并通过从零线性递增至一的调制系数与当前齿条力信号融合，得到补偿后的转向力矩指令。

2.根据权利要求1所述的一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法，其特征在于，所述计算所述齿条力序列在预设时间窗内的高阶差分特征值，作为瞬态能量异常指数，包括：建立固定长度的环形缓冲区，用于存储所述齿条力序列的采样值；

3.根据权利要求2所述的一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法，其特征在于，所述历史本征方差通过以下方式获得：在所述状态机未判定冲击发生的周期内，且所述车速的变化率和所述转向角速度的变化率均低于各自对应的预设稳态阈值时，对所述齿条力序列的方差进行循环更新，将更新后的方差作为所述历史本征方差。

4.根据权利要求1所述的一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法，其特征在于，所述基于所述车速和转向角速度确定的自适应触发边界，包括：以所述车速和转向角速度为索引，查询预存的二维查找表并通过插值计算获得触发阈值上限；

5.根据权利要求4所述的一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法，其特征在于，所述具有迟滞阈值和持续判据的状态机判定冲击发生与耗散，包括：当所述瞬态能量异常指数大于所述触发阈值上限时，判定冲击发生并输出上升沿；

6.根据权利要求5所述的一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法，其特征在于，所述预设数量的控制周期为3个控制周期。

7.根据权利要求1所述的一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法，其特征在于，所述控制所述纹理透传权重按指数衰减，包括：采用衰减速率系数对所述纹理透传权重进行指数衰减，所述衰减速率系数的标定范围为30至80。

8.根据权利要求1所述的一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法，其特征在于，所述控制所述纹理透传权重在预设补偿窗内按线性速率恢复至1，包括：在冲击耗散后，将恢复增益系数除以冲击持续时间与冲击持续时间下限阈值中的较大值，以确定线性恢复斜率，并在所述预设补偿窗内以所述线性恢复斜率使所述纹理透传权重线性递增恢复至1。

9.根据权利要求1所述的一种基于齿条力融合估算的转向路感模拟方法，其特征在于，所述根据所述均值与振幅包络及所述路面物理相位生成重构力矩信号，包括：将所述均值与振幅包络作为基准，叠加以所述路面物理相位和基于统计特征的伪随机相位构成的正弦波动，生成所述重构力矩信号；