车辆转向控制前馈标定方法和系统与流程

1.本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种车辆转向控制前馈标定方法，以及一种车辆转向控制前馈标定系统。


背景技术：

2.车辆智能驾驶或高级驾驶辅助系统转向控制算法中通常使用前馈控制作为开环控制器，即给定特定车速下使车辆在特定曲率半径的道路上居中行驶所需的方向盘转向扭矩或角度。现有前馈扭矩或角度值的标定可分为实际道路驾驶员数据采集、阿克曼转角公式计算、车辆动力学公式计算、动态广场测定等方法。道路驾驶员数据采集即在不同曲率半径的道路上由驾驶员驾驶车辆，将驾驶员手力矩或方向盘转角作为前馈力矩或转角值。该方法需要在实际交通场景中寻找不同曲率的道路，工作量较大，且某些车辆的转向系统驾驶员驾驶车辆与驾驶辅助系统控制转向采用的助力策略不同，驾驶员手力与前馈力矩存在偏差。阿克曼转角公式计算即采用阿克曼转角公式β＝l/ρ计算车辆通过曲率半径为ρ的道路所需的前轮转角β，再由转向系统的传动比计算所需的方向盘转角。该方法适用于转角接口的转向系统，但实际市场中车辆仍大量采用转矩接口的转向系统，且阿克曼转角公式中需要有一个与速度相关的非线性补偿量，仍需要人工标定。车辆动力学公式计算通过简化的转向系统模型直接计算以车速v通过曲率半径为ρ的道路所需的前轮转矩m。该方法需要整车质量m、主销前倾偏执nv、质心到后轴的距离lr等参数难以获取，在实际标定中比较少用。动态广场测定即在动态广场中将车辆速度稳定在v，通过驾驶辅助控制器发送扭矩或转角指令，测量稳定状态下车辆的横摆角速度ω，进而得到稳定状态下的转弯半径该方法对测试场地要求不高，且通过驾驶辅助控制器发送的扭矩接近真实场景，在前馈标定中较为常用。但该方法需要采集大量数据，人工逐个阅读数据筛选的效率不高，因此从大数据中快速处理得到车速、曲率半径与转向前馈力矩或转角的对应关系是一个待解决的问题，本发明针对此问题设计了一种智能车辆转向控制前馈标定方法，并通过编程程序自动化得到车速、曲率半径与转向前馈力矩的对应关系。


技术实现要素：

3.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
4.本发明要解决的技术问题是提供一种能从大量测试数据中快速处理得到车速、曲率半径与转向前馈力矩或转角的对应关系的车辆转向控制前馈标定方法
5.相应的，本发明还提供了一种能从大量测试数据中快速处理得到车速、曲率半径
与转向前馈力矩或转角的对应关系的车辆转向控制前馈标定系统。
6.为解决上述技术问题，本发明提供的车辆转向控制前馈标定方法，包括以下步骤：
7.s1，选择指定条件路面，控制车辆行驶，驾驶辅助控制器发送转向扭矩请求；
8.s2，分别采集多个指定车速下扭矩按指定规律增大的车辆横摆角速度、车速、车辆方向盘转角和请求扭矩信号；
9.s3，指定车速波动区间、方向盘转角波动区间和连续稳定时间，使用滑动窗口法，依次判断下一个数据点是否是稳态信号点；
10.s4，计算稳态信号段的车辆转弯半径，形成车速、扭矩和转弯半径值矩阵；
11.s5，根据车速拟合得到转向力矩与曲率半径关系。
12.可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定方法，指定条件路面为干燥、平台的动态广场。
13.可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定方法，多个指定车速包括10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、60km/h、80km/h、100km/h和120km/h。
14.可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定方法，扭矩按指定规律增大包括，在同一车速下扭矩从0.1n按扭矩步长0.1nm增加到3nm。
15.可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定方法，所述滑动窗口法包括：
16.将滑动窗初始点设为数据的起始点，依次判断下一个数据点是否是稳态信号点；
17.对于某一个数据点，如果该数据点的车速与滑动窗初始点车速差小于车速波动区间且该数据点的方向盘转角与滑动窗初始点方向盘转角差小于方向盘转角波动区间，则该数据点为稳态信号点；
18.如果该数据点为稳态信号点，则将该点加入滑动窗，否则，重置该点为滑动窗初始点；
19.判断滑动窗长度是否大于连续稳定时间，如果滑动窗长度大于连续稳定时间，则记录该滑动窗中的数据为一个稳态信号段，并重置该点为滑动窗初始点。
20.可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定方法，步骤s4包括：
21.根据车辆稳态转向半径公式r＝v/ω,计算每个稳态信号段的转弯半径平均值，记录稳态信号段的车速、扭矩和转弯半径值矩阵为[v，torq，r],v为车速，torq为扭矩，r为每个稳态信号段的转弯半径平均值，ω为横摆角速度。
[0022]
计算每个稳态信号段的转弯半径平均值:车辆转向到达稳态后持续一段时间，以固定频率采集数据点，每个点根据公式计算转向半径，最后对这些点计算的半径求平均。可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定方法，步骤s4包括：
[0023]
将稳态信号段车速、扭矩和转弯半径值矩阵按照车速分组，得到同一车速下不同转向半径和转向力矩数列，采用最小二乘法求解下述公式(1)系数c0、c1、c2和c3拟合得到转向力矩和转向半径的关系：
[0024]
torq＝c0 c1*r c2*r2 c3*r3ꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)；
[0025]
采用插值法得不同曲率半径的转向力矩值。
[0026]
可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定方法，作为插值点的曲率半径为100、150、300、500、1000和3000。
[0027]
为解决上述技术问题，本发明提供一种车辆转向控制前馈标定系统，包括：
[0028]
控制模块，其用于控制车辆行驶在指定条件路面，其指令驾驶辅助控制器发送转向扭矩请求；
[0029]
采集模块，其用于分别采集多个指定车速下扭矩按指定规律增大的车辆横摆角车速、车辆车速、车辆方向盘转角和请求扭矩信号；
[0030]
稳态点获取模块，其根据指定车速波动区间、方向盘转角波动区间和连续稳定时间，使用滑动窗口法，依次判断下一个数据点是否是稳态信号点；
[0031]
计算模块，其用于计算稳态信号段的车辆转弯半径，形成车速、扭矩和转弯半径值矩阵；
[0032]
拟合模块，其用于根据车速拟合得到转向力矩与曲率半径关系。
[0033]
可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定系统，指定条件路面为干燥、平台的动态广场。
[0034]
可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定系统，多个指定车速包括10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、60km/h、80km/h、100km/h和120km/h。
[0035]
可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定系统，扭矩按指定规律增大包括，在同一车速下扭矩从0.1n按扭矩步长0.1nm增加到3nm。
[0036]
可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定系统，所述滑动窗口法包括：
[0037]
将滑动窗初始点设为数据的起始点，依次判断下一个数据点是否是稳态信号点；
[0038]
对于某一个数据点，如果该数据点的车速与滑动窗初始点车速差小于车速波动区间且该数据点的方向盘转角与滑动窗初始点方向盘转角差小于方向盘转角波动区间，则该数据点为稳态信号点；
[0039]
如果该数据点为稳态信号点，则将该点加入滑动窗，否则，重置该点为滑动窗初始点；
[0040]
判断滑动窗长度是否大于连续稳定时间，如果滑动窗长度大于连续稳定时间，则记录该滑动窗中的数据为一个稳态信号段，并重置该点为滑动窗初始点。
[0041]
可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定系统，计算模块采用以下方式得不同曲率半径的转向力矩值；
[0042]
根据车辆稳态转向半径公式r＝v/ω,计算每个稳态信号段的转弯半径平均值，记录稳态信号段的车速、扭矩和转弯半径值矩阵为[v，torq，r],v为车速，torq为扭矩，r为每个稳态信号段的转弯半径平均值，ω为横摆角速度；
[0043]
将稳态信号段车速、扭矩和转弯半径值矩阵按照车速分组，得到同一车速下不同转向半径和转向力矩数列，采用最小二乘法求解下述公式(1)系数c0、c1、c2和c3拟合得到转向力矩和转向半径的关系：
[0044]
torq＝c0 c1*r c2*r2 c3*r3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)；
[0045]
采用插值法得不同曲率半径的转向力矩值。
[0046]
可选择的，进一步改进所述的车辆转向控制前馈标定系统，作为插值点的曲率半径为100、150、300、500、1000和3000。
[0047]
本发明通过指定车速波动区间、方向盘转角波动区间和连续稳定时间，使用滑动窗口法，依次判断下一个数据点是否是稳态信号点；计算稳态信号段的车辆转弯半径，形成车速、扭矩和转弯半径值矩阵；根据车速拟合得到转向力矩与曲率半径关系，能从大量测试
数据中快速处理得到车速、曲率半径与转向前馈力矩或转角的对应关系，可以极大的提高智能驾驶系统或高级辅助驾驶系统转向前馈的标定的开发效率。
附图说明
[0048]
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
[0049]
图1是滑动窗口示意图一。
[0050]
图2是滑动窗口示意图二。
具体实施方式
[0051]
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。
[0052]
第一实施例；
[0053]
本发明提供一种车辆转向控制前馈标定方法，包括以下步骤：
[0054]
s1，选择指定条件路面，控制车辆行驶，驾驶辅助控制器发送转向扭矩请求；
[0055]
s2，分别采集多个指定车速下扭矩按指定规律增大的车辆横摆角速度、车速、车辆方向盘转角和请求扭矩信号；
[0056]
s3，指定车速波动区间、方向盘转角波动区间和连续稳定时间，使用滑动窗口法，依次判断下一个数据点是否是稳态信号点；
[0057]
s4，计算稳态信号段的车辆转弯半径，形成车速、扭矩和转弯半径值矩阵；
[0058]
s5，根据车速拟合得到转向力矩与曲率半径关系。
[0059]
第二实施例；
[0060]
本发明提供一种车辆转向控制前馈标定方法，包括以下步骤：
[0061]
s1，选择干燥、平台的动态广场，控制车辆分别按10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、60km/h、80km/h、100km/h和120km/h行驶，驾驶辅助控制器发送转向扭矩请求；
[0062]
s2，分别采集上述各车速下扭矩从0.1n按扭矩步长0.1nm增加到3nm的车辆横摆角速度、车速、车辆方向盘转角和请求扭矩信号；
[0063]
s3，指定车速波动区间、方向盘转角波动区间和连续稳定时间，将滑动窗初始点设为数据的起始点，依次判断下一个数据点是否是稳态信号点；
[0064]
参考图1所示，对于某一个数据点，如果该数据点的车速与滑动窗初始点车速差小于车速波动区间且该数据点的方向盘转角与滑动窗初始点方向盘转角差小于方向盘转角波动区间，则该数据点为稳态信号点；
[0065]
如果该数据点为稳态信号点，则将该点加入滑动窗，否则，重置该点为滑动窗初始点；
[0066]
判断滑动窗长度是否大于连续稳定时间，如果滑动窗长度大于连续稳定时间，则记录该滑动窗中的数据为一个稳态信号段，并重置该点为滑动窗初始点，依次判断下一个数据点是否是稳态信号点；
[0067]
s4，根据车辆稳态转向半径公式r＝v/ω,计算每个稳态信号段的转弯半径平均值，记录稳态信号段的车速、扭矩和转弯半径值矩阵为[v，torq，r],v为车速，torq为扭矩，r为每个稳态信号段的转弯半径平均值，ω为横摆角速度；
[0068]
s5，将稳态信号段车速、扭矩和转弯半径值矩阵按照车速分组，得到同一车速下不同转向半径和转向力矩数列，采用最小二乘法求解下述公式(1)系数c0、c1、c2和c3拟合得到转向力矩和转向半径的关系：
[0069]
torq＝c0 c1*r c2*r2 c3*r3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)；
[0070]
采用插值法得不同曲率半径的转向力矩值；
[0071]
作为插值点的曲率半径为100、150、300、500、1000和3000。
[0072]
第三实施例；
[0073]
本发明提供一种车辆转向控制前馈标定系统，包括：
[0074]
控制模块，其用于控制车辆行驶在指定条件路面，其指令驾驶辅助控制器发送转向扭矩请求；
[0075]
采集模块，其用于分别采集多个指定车速下扭矩按指定规律增大的车辆横摆角车速、车辆车速、车辆方向盘转角和请求扭矩信号；
[0076]
稳态点获取模块，其根据指定车速波动区间、方向盘转角波动区间和连续稳定时间，使用滑动窗口法，依次判断下一个数据点是否是稳态信号点；
[0077]
计算模块，其用于计算稳态信号段的车辆转弯半径，形成车速、扭矩和转弯半径值矩阵；
[0078]
拟合模块，其用于根据车速拟合得到转向力矩与曲率半径关系。
[0079]
第四实施例；
[0080]
本发明提供一种车辆转向控制前馈标定系统，包括：
[0081]
控制模块，其用于控制车辆行驶在干燥、平台的动态广场，其指令驾驶辅助控制器发送转向扭矩请求；
[0082]
采集模块，其用于分别10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、60km/h、80km/h、100km/h和120km/h下扭矩按扭矩从0.1n按扭矩步长0.1nm增加到3nm的车辆横摆角车速、车辆车速、车辆方向盘转角和请求扭矩信号；
[0083]
稳态点获取模块，其根据指定车速波动区间、方向盘转角波动区间和连续稳定时间，参考图1结合图2所示，将滑动窗初始点设为数据的起始点，依次判断下一个数据点是否
是稳态信号点；
[0084]
对于某一个数据点，如果该数据点的车速与滑动窗初始点车速差小于车速波动区间且该数据点的方向盘转角与滑动窗初始点方向盘转角差小于方向盘转角波动区间，则该数据点为稳态信号点；
[0085]
如果该数据点为稳态信号点，则将该点加入滑动窗，否则，重置该点为滑动窗初始点；
[0086]
判断滑动窗长度是否大于连续稳定时间，如果滑动窗长度大于连续稳定时间，则记录该滑动窗中的数据为一个稳态信号段，并重置该点为滑动窗初始点；
[0087]
计算模块，根据车辆稳态转向半径公式r＝v/ω,计算每个稳态信号段的转弯半径平均值，记录稳态信号段的车速、扭矩和转弯半径值矩阵为[v，torq，r],v为车速，torq为扭矩，r为每个稳态信号段的转弯半径平均值，ω为横摆角速度；
[0088]
拟合模块，将稳态信号段车速、扭矩和转弯半径值矩阵按照车速分组，得到同一车速下不同转向半径和转向力矩数列,采用最小二乘法求解下述公式(1)系数c0、c1、c2和c3拟合得到转向力矩和转向半径的关系：
[0089]
torq＝c0 c1*r c2*r2 c3*r3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)；
[0090]
采用插值法得不同曲率半径的转向力矩值；
[0091]
所示作为插值点的曲率半径为100、150、300、500、1000和3000。
[0092]
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
[0093]
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。