[发明专利]一种用于自动驾驶汽车的转向助力方法

说明书

本发明实施例提供一种用于自动驾驶汽车的转向助力方法，包括：建立电动助力转向系统的数学模型；基于所述转向系统的数学模型，通过采集转矩传感器信号、车速信号和前轮转角信号，获得汽车转向阻力矩的预估值和路面附着系数的预估值；基于所述非线性数学模型及所述汽车转向阻力矩的预估值和路面附着系数的预估值，获得汽车行驶安全边界；根据汽车转向阻力矩的预估值和路面附着系数的预估值以及汽车行驶安全边界，获得电机助力矩变化规律；根据所述电机助力矩变化规律确定转向助力矩，实现自动驾驶汽车的转向助力。根据本技术方案确定的转向助力特性可以有效地协调控制汽车底盘纵向和侧向系统的工作，实现自动驾驶汽车在各种工况下总体性能的最优。

技术领域

本发明属于汽车转向助力技术领域，具体的说，是涉及一种用于自动驾驶汽车的转向助力方法。

背景技术

电动助力转向EPS在汽车上的功能之一是为驾驶员转动方向盘时提供转向助力矩，另一个功能是作为执行器为自动驾驶汽车的高级功能，如自动泊车、车道保持等，提供转向执行操作。从L1到L5级别的自动驾驶汽车都需要汽车驾驶辅助系统实现转向操作，EPS系统可以根据转向盘力矩和车速的不同，决定是否助力以及助力的大小，具备以往任何转向助力系统所不具备的车速感应能力和助力效果。一般情况下，在车辆低速时，为提高汽车转向轻便性，EPS提供较大转向助力；随着车速的提高，为保证汽车行驶稳定性，使驾驶员能够感受到比较明显的“路感”，EPS提供的转向助力可以逐渐减小。但是这种控制策略用到自动驾驶汽车上需要做一些修正。比如，在正常良好的路况上行驶时，自动驾驶汽车的转向操作可以不需要驾驶员参与，即EPS系统中的转向助力电机完全提供转向力矩，转向力矩的大小需要综合车速、路感、方向盘最佳回正性等因素设计；而在遇到突发情况，需要驾驶员接过方向盘操纵权时，EPS系统一方面应当有效判别驾驶员转向力矩是不是短暂的干扰力矩，另一方面需要和车身电子稳定性控制ESP系统协调控制，避免中低速情况下因ESP系统的介入造成驾驶员的不适，可以由EPS辅助驾驶员恢复汽车行驶的正确方向。目前，常用的电机助力特性的设计方法有将模糊神经网络与PID控制策略相结合的方法，建立含时滞的横摆角速度反馈控制电机助力转向模型，基于人工免疫的补偿控制策略控制助力电机输出电流等。这些方法的优点是转向助力特性可编程且鲁棒性良好，在任何工作条件下底层算法都能保证实际助力转矩趋近目标值，但缺点是无法感知转向阻力矩的变化情况，转向时的操作力矩完全取决于目标力矩的设定值，如果目标值无法根据路面、负载等情况进行调整则容易丧失路感。因此，本领域中尚缺乏能够应用在自动驾驶汽车上，可以实现EPS与ESP系统协调配合工作，既兼顾汽车行驶稳定性又考虑到路感需求的转向助力方法。

发明内容

为了改善上述问题，本发明的目的在于设计了一种应用在自动驾驶汽车上，基于三自由度非线性汽车动力学模型的转向助力方法。该方法利用传统EPS模型动态预估路面附着系数和转向阻力矩，按照汽车行驶安全边界的原则，应用NSGA-II多目标优化方法动态输出电机助力矩。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于自动驾驶汽车的转向助力方法，具体包括以下步骤：

步骤一、建立电动助力转向系统的数学模型；

步骤二、基于所述转向系统的数学模型，通过采集转矩传感器信号、车速信号和前轮转角信号，获得汽车转向阻力矩的预估值和路面附着系数的预估值；

步骤三、基于所述非线性数学模型及所述汽车转向阻力矩的预估值和路面附着系数的预估值，获得汽车行驶安全边界；

步骤四、根据所述汽车转向阻力矩的预估值和路面附着系数的预估值以及汽车行驶安全边界，应用NSGA-II多目标优化算法，获得电机助力矩变化规律；

步骤五、根据所述电机助力矩变化规律确定转向助力矩，实现自动驾驶汽车的转向助力。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：