车辆转向的方法及系统与流程

1.本技术涉及车辆安全驾驶技术领域，特别涉及一种车辆转向的方法及系统。


背景技术：

2.电动助力转向系统(electric power steering，缩写eps)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统。eps主要包括扭矩传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ecu)等，该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点，因此在现有技术中得到了广泛使用。驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。
3.在智能驾驶系统巡航过程中，为维持车道居中行驶或者控制车辆转弯行驶，智能驾驶系统会请求电动助力转向系统eps主动转向。然而，当电动助力转向系统eps失效，则车辆无法响应智能驾驶系统的请求，这会给车上人员带来危险。相关技术中，为了解决这种情况，通常会通过增加相应控制设备的方式来进行冗余备份，这样不仅成本高，而且增加了装配难度和增加了占用空间。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种车辆转向的方法及系统，以解决相关技术中因通过增加相应控制设备的方式来进行冗余备份，从而导致成本高、装配难度大和占用空间大的问题。
5.第一方面，提供了一种车辆转向的方法，其包括如下步骤：
6.当车辆处于智能驾驶巡航工况，且车辆偏离车道时，若电动助力转向系统eps发生故障，则制动电控系统esc向转向轮施加制动力，驱使所述车辆转向；
7.根据实时获取到的车道信息，智能驾驶系统控制所述制动电控系统esc所输出的制动力大小，且当车辆居中行驶时，所述制动电控系统esc退出；
8.其中，所述车道信息包括车道线、车辆的行驶方向和设定时间内的航向角变化率。
9.一些实施例中，根据实时获取到的车道信息，智能驾驶系统控制所述制动电控系统esc所输出的制动力大小，包括如下步骤：
10.将设定时间内的航向角变化率与第一航向角变化率和第二航向角变化率进行比较；
11.若处于第一航向角变化率和第二航向角变化率之间，则保持所述制动电控系统esc所输出的制动力；
12.若大于第二航向角变化率，则减小所述制动电控系统esc所输出的制动力；
13.若小于第一航向角变化率，则增大所述制动电控系统esc所输出的制动力。
14.一些实施例中，判断车辆是否处于当前车道的左右两个车道线之间，且车辆的行驶方向与车道线大致平行；
15.若是，则车辆居中行驶；
16.否则，车辆偏离车道。
17.一些实施例中，获取设定时间内的航向角变化率，包括如下步骤：
18.获取车辆陀螺仪的横摆角速度，并计算各个信号周期的航向角，其中，设定时间为信号周期的整数倍；
19.将各个信号周期的航向角进行加和，得到总航向角；
20.求总航向角与设定时间的商值，得到设定时间内的航向角变化率。
21.一些实施例中，根据实时获取到的车道信息，智能驾驶系统控制所述制动电控系统esc所输出的制动力大小，包括如下步骤：
22.将横摆角速度与第一角速度和第二角速度进行比较；
23.若处于第一角速度和第二角速度之间，则保持所述制动电控系统esc所输出的制动力；
24.若大于第二角速度，则减小所述制动电控系统esc所输出的制动力；
25.若小于第一角速度，则增大所述制动电控系统esc所输出的制动力。
26.一些实施例中，当电动助力转向系统eps发生故障时，所述制动电控系统esc向转向轮施加的制动力所产生的轮边制动转向力矩w
制动
小于设定最小手力矩，所述设定最小手力矩为施加于方向盘上的手力矩的最小值。
27.一些实施例中，在制动电控系统esc向转向轮施加制动力之前，所述方法还包括如下步骤：
28.判断电动助力转向系统eps是否正常；
29.若发生故障，则进入制动电控系统esc向转向轮施加制动力的步骤；
30.若正常，则电动助力转向系统eps以设定最大力矩w
max
介入，并判断车辆是否仍偏离车道，若仍偏离车道，则进入制动电控系统esc向转向轮施加制动力的步骤，否则，通过电动助力转向系统eps进行转向。
31.一些实施例中，当车辆在电动助力转向系统eps以设定最大力矩w
max
介入后，仍偏离车道时，制动电控系统esc向转向轮施加制动力，并叠加设定最大力矩w
max
，驱使所述车辆转向。
32.一些实施例中，当所述车辆在电动助力转向系统eps以设定最大力矩w
max
介入后，仍偏离车道时，所述制动电控系统esc向转向轮施加的制动力所产生的轮边制动转向力矩w
制动
，与所述设定最大力矩w
max
的加和小于设定最小手力矩，所述设定最小手力矩为施加于方向盘上的手力矩的最小值。
33.第二方面，提供了一种车辆转向的系统，其包括：
34.制动电控系统esc，其用于当车辆处于智能驾驶巡航工况，且车辆偏离车道时，若电动助力转向系统eps发生故障，则向转向轮施加制动力，驱使所述车辆转向，以及，当车辆居中行驶时，退出；
35.智能驾驶系统，其用于根据实时获取到的车道信息，控制所述制动电控系统esc所输出的制动力大小；
36.其中，所述车道信息包括车道线、车辆的行驶方向和设定时间内的航向角变化率。
37.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
38.当车辆处于智能驾驶巡航工况，且车辆偏离车道时，若电动助力转向系统eps发生故障，此时通过制动电控系统esc向转向轮施加制动力，驱使车辆转向，然后智能驾驶系统通过实时获取到的车道信息，对制动电控系统esc所输出的制动力大小进行调节，直到车辆居中行驶时，制动电控系统esc不再施加制动力，并退出。
39.本技术是基于整车现有硬件基础上通过软件算法控制来实现对电动助力转向系统eps的冗余备份，不需要额外增加控制设备，几乎无成本增加，同时无需增加占用空间。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本技术实施例提供的车辆转向的方法流程图；
42.图2为本技术实施例提供的获取设定时间内的航向角变化率的流程图。
具体实施方式
43.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
44.本技术实施例提供了一种车辆转向的方法，可以解决相关技术中因通过增加相应控制设备的方式来进行冗余备份，从而导致成本高、装配难度大和占用空间大的问题。
45.参见图1所示，本技术实施例提供的一种车辆转向的方法，其包括如下步骤：
46.101：当车辆处于智能驾驶巡航工况，且车辆偏离车道时，若电动助力转向系统eps发生故障，则制动电控系统esc向转向轮施加制动力，驱使车辆转向；
47.102：根据实时获取到的车道信息，智能驾驶系统控制制动电控系统esc所输出的制动力大小，且当车辆居中行驶时，制动电控系统esc退出；
48.其中，车道信息包括车道线、车辆的行驶方向和设定时间内的航向角变化率。
49.本实施例的原理为：当车辆处于智能驾驶巡航工况，且车辆偏离车道时，若电动助力转向系统eps发生故障，此时通过制动电控系统esc向转向轮施加制动力，驱使车辆转向，例如，对右前转向轮施加制动力，使车辆向右主动转向。然后智能驾驶系统通过实时获取到的车道信息，对制动电控系统esc所输出的制动力大小进行调节，直到车辆居中行驶时，制动电控系统esc不再施加制动力，并退出。
50.本技术是在eps出现故障时，制动电控系统esc对车辆的转向轮实施制动，驱使车辆转向，并通过智能驾驶系统实时调节，确保居中行驶。
51.本技术是基于整车现有硬件基础上通过软件算法控制来实现对电动助力转向系统eps的冗余备份，不需要额外增加控制设备，几乎无成本增加，同时无需增加占用空间。
52.故而，本技术可以应用于维持直线或拐弯行驶时车道居中行驶的场景。
53.在一些优选的实施方式中，根据实时获取到的车道信息，智能驾驶系统控制制动电控系统esc所输出的制动力大小，包括如下步骤：
54.将设定时间内的航向角变化率与第一航向角变化率和第二航向角变化率进行比较；
55.若处于第一航向角变化率和第二航向角变化率之间，则说明此时车辆转向幅度适中，保持制动电控系统esc所输出的制动力即可；
56.若大于第二航向角变化率，则说明此时车辆转向幅度过大，容易造成侧翻，需减小制动电控系统esc所输出的制动力；
57.若小于第一航向角变化率，则说明此时车辆转向幅度过小，转向时间太长，无法及时纠偏，需增大制动电控系统esc所输出的制动力。
58.需要说明的是，第一航向角变化率和第二航向角变化率可以根据实际需要进行设定，比如出厂时，厂家设定好。
59.参见图2所示，在一些优选的实施方式中，获取设定时间内的航向角变化率，包括如下步骤：
60.201：获取车辆陀螺仪的横摆角速度，并计算各个信号周期的航向角，其中，设定时间为信号周期的整数倍；
61.本步骤中，可以按照如下公式计算：
[0062][0063]
其中，θ
i
为第i个信号周期t的航向角，i＝1、2...n。ω
i
‑1为第i个信号周期t最后测量到的横摆角速度，i＝1时，ω0为制动电控系统esc向转向轮施加制动力时测量的横摆角速度。
[0064]
比如，
[0065]
202：将各个信号周期的航向角进行加和，得到总航向角；
[0066]
也即，总航向角θ＝θ1 θ2 .... θ
m
，其中，m＝设定时间/信号周期t。
[0067]
203：求总航向角与设定时间的商值，得到设定时间内的航向角变化率。
[0068]
在一些优选的实施方式中，本技术还提供了另外一种调节制动力大小的方法，具体地，根据实时获取到的车道信息，智能驾驶系统控制制动电控系统esc所输出的制动力大小，包括如下步骤：
[0069]
将横摆角速度与第一角速度和第二角速度进行比较；
[0070]
若处于第一角速度和第二角速度之间，则说明此时车辆转向幅度适中，保持制动电控系统esc所输出的制动力；
[0071]
若大于第二角速度，则说明此时车辆转向幅度过大，容易造成侧翻，需减小制动电控系统esc所输出的制动力；
[0072]
若小于第一角速度，则说明此时车辆转向幅度过小，转向时间太长，无法及时纠偏，需增大制动电控系统esc所输出的制动力。
[0073]
本实施例是利用横摆角速度来动态调节制动力大小，其好处是，横摆角度速度通常是10微秒测量一次，能够及时第进行纠偏。
[0074]
在一些优选的实施方式中，还提供了判断车辆是否居中行驶的步骤，具体包括：
[0075]
判断车辆是否处于当前车道的左右两个车道线之间，且车辆的行驶方向与车道线大致平行；
[0076]
若是，则车辆居中行驶；
[0077]
否则，车辆偏离车道。
[0078]
其中，车道线是通过摄像头拍摄，车辆的行驶方向是由智能驾驶系统获取。
[0079]
需要说明的是，电动助力转向系统eps输出的设定最大力矩通常需要设置为一个合理值，若太大，则与驾驶员主动接管方向盘时的手力矩相冲突，造成驾驶员接管车辆困难，故通常要小于驾驶员施加于方向盘上的手力矩的最小值，比如3n
·
m，若太小，则车辆纠偏能力过小，甚至是无法实现纠偏目的。
[0080]
同样地，当电动助力转向系统eps发生故障时，制动电控系统esc向转向轮施加的制动力所产生的轮边制动转向力矩w
制动
小于设定最小手力矩，设定最小手力矩为施加于方向盘上的手力矩的最小值。
[0081]
这样，在智能驾驶巡航控制过程中，轮边制动转向力矩在控制转向时，在不与驾驶员主动接管方向盘时的手力冲突情况下，可以提升车辆主动转向能力。
[0082]
在实际驾驶过程中，电动助力转向系统eps可能突然发生故障，也有可能是正常的，为了使得本技术能够适应多种情况，在一些优选的实施方式中，在制动电控系统esc向转向轮施加制动力之前，方法还包括如下步骤：
[0083]
判断电动助力转向系统eps是否正常；
[0084]
若发生故障，则进入制动电控系统esc向转向轮施加制动力的步骤，对电动助力转向系统eps进行冗余备份；
[0085]
若正常，则电动助力转向系统eps以设定最大力矩w
max
介入，并判断车辆是否仍偏离车道，在判断之前，可以让车辆先行驶一段时间，比如1秒，1秒之后在判断，若仍偏离车道，则有可能是出现了轮胎磨损、四轮定位参数恶化等情况，此时车辆的直线稳定性变弱，才出现跑偏，那么就可以进入制动电控系统esc向转向轮施加制动力的步骤，否则，直接通过电动助力转向系统eps进行转向。
[0086]
当车辆在电动助力转向系统eps以设定最大力矩w
max
介入后，仍偏离车道时，可以直接完全由制动电控系统esc介入，利用制动电控系统esc，向转向轮施加制动力，驱使车辆转向，此时虽然电动助力转向系统eps未出现故障，但制动电控系统esc仍然对电动助力转向系统eps进行了冗余备份。
[0087]
然而，为了能够充分利用电动助力转向系统eps，在一些优选的实施方式中，当车辆在电动助力转向系统eps以设定最大力矩w
max
介入后，仍偏离车道时，制动电控系统esc介入，向转向轮施加制动力，并叠加设定最大力矩w
max
，驱使车辆转向，此时制动电控系统esc并未对电动助力转向系统eps进行冗余备份，而是辅助电动助力转向系统eps，以驱使车辆转向。
[0088]
基于前述同样的目的，当车辆在电动助力转向系统eps以设定最大力矩w
max
介入后，仍偏离车道时，制动电控系统esc向转向轮施加的制动力所产生的轮边制动转向力矩w
制动
，与设定最大力矩w
max
的加和小于设定最小手力矩，设定最小手力矩为施加于方向盘上的手力矩的最小值。
[0089]
这样，在智能驾驶巡航控制过程中，轮边制动转向通过与eps的主动转向能力叠加使用，在不与驾驶员主动接管方向盘时的手力冲突情况下，可以提升车辆主动转向能力。
[0090]
在本技术中，当车辆处于智能驾驶巡航工况，且车辆偏离车道时，若电动助力转向系统eps发生故障，制动电控系统esc向转向轮施加制动力，驱使车辆转向，具体是对单个转向轮施加制动力，该制动力会使车轮产生绕主销轴线转动的力矩，即轮边制动转向力矩w
制动
。当该轮边制动转向力矩大于车辆自身的抵抗转向的阻力矩时，车轮就会发生转动，同时转向系统的内部连接结构也会拉动另一侧的转向轮出现同步转动，从而使车辆发生转向。
[0091]
在前文中提到，制动电控系统esc可以作为冗余备份进行转向，也可以作为辅助手段进行转向，二者在计算轮边制动转向力矩w
制动
时，并不完全相同，以下分情况说明：
[0092]
(1)当车辆处于智能驾驶巡航工况，且车辆偏离车道时，若电动助力转向系统eps发生故障，此时轮边制动转向力矩w
制动
可以采用如下步骤计算：
[0093]
获取制动管路液压p
液压
，并结合车轮主销偏置距a、车轮主销内倾角α、制动卡钳活塞直径d、制动卡钳有效工作半径r和轮胎滚动半径r，计算得到初步制动转向力矩；
[0094]
由于轮边制动转向力矩无相应传感器测量，因此需转化为一个可测量的变量。在本实施例中，将其转化制动管路液压，通过制动管路液压来计算初步制动转向力矩，具体可以采用第一公式计算，该第一公式包括：
[0095]
w
初步制动
＝a
×
cosa
×
f
xb
[0096][0097]
上式中，w
初步制动
为初步制动转向力矩，f
ab
为轮边制动力。
[0098]
判断初步制动转向力矩是否大于车辆转向阻力矩w
阻
；
[0099]
若是大于，则将初步制动转向力矩作为轮边制动转向力矩w
制动
，驱使车辆转向；
[0100]
若不大于，则调整制动管路液压p
液压
，重新计算初步制动转向力矩。
[0101]
同时，车辆转向阻力矩w
阻
可以采用第二公式计算，该第二公式包括：
[0102]
w
阻
＝w
轮胎转向阻力矩
×
a w
eps
[0103]
w
轮胎转向阻力矩
＝f
×
fz
[0104]
上式中，w
轮胎转向阻力矩
为轮胎转向所产生的阻力矩，车轮主销偏置距a、轮胎滚阻f都是已知量，电动助力转向系统eps自身的阻力矩w
eps
可以通过转向系统设计查表得到，轮边动轴荷fz可以通过模型计算出来。
[0105]
轮边动轴荷fz可以采用第三公式计算，该第三公式包括：
[0106][0107][0108]
上式中，g为重力加速度，整车质心距离非转向轮所在轴的距离b、整车轴距l都是已知量，轮边驱动力矩f
驱动
为发动机或vcu输出的轮边驱动力矩，可以通过can信号获取，车辆加速度a0可以通过相应传感器获取。
[0109]
需要说明的是，转向轮通常是前轮，非转向轮通常是后轮，但是也不排除存在前轮
为非转向轮、后轮为转向轮的车型。
[0110]
当前轮是转向轮时，b指的是整车质心距离后轮轴的距离，同理，当后轮是转向轮时，b指的是整车质心距离前轮轴的距离。
[0111]
(2)当车辆在电动助力转向系统eps以设定最大力矩w
max
介入后，仍偏离车道时，制动电控系统esc介入，此时轮边制动转向力矩w
制动
可以采用如下步骤计算：
[0112]
获取制动管路液压p
液压
，并结合车轮主销偏置距a、车轮主销内倾角α、制动卡钳活塞直径d、制动卡钳有效工作半径r和轮胎滚动半径r，计算得到初步制动转向力矩；
[0113]
判断初步制动转向力矩与设定最大力矩w
max
的加和是否大于车辆转向阻力矩w
阻
；
[0114]
若是大于，则将初步制动转向力矩作为轮边制动转向力矩w
制动
，并叠加设定最大力矩w
max
，驱使车辆转向；
[0115]
若不大于，则调整制动管路液压p
液压
，重新计算初步制动转向力矩。
[0116]
其中，采用上述第一公式计算初步制动转向力矩，采用上述第二公式计算车辆转向阻力矩w
阻
，采用上述第三公式计算轮边动轴荷fz。
[0117]
智能驾驶系统控制制动电控系统esc所输出的制动力大小，也即通过控制制动管路液压p
液压
的大小，实现对制动力大小的控制。
[0118]
本技术实施例还提供了一种车辆转向的系统，其包括制动电控系统esc和智能驾驶系统，其中：
[0119]
制动电控系统esc，其用于：当车辆处于智能驾驶巡航工况，且车辆偏离车道时，若电动助力转向系统eps发生故障，则向转向轮施加制动力，驱使车辆转向，以及，当车辆居中行驶时，退出；
[0120]
智能驾驶系统，其用于：根据实时获取到的车道信息，控制制动电控系统esc所输出的制动力大小；
[0121]
其中，车道信息包括车道线、车辆的行驶方向和设定时间内的航向角变化率。
[0122]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0123]
需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0124]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。