[發明專利]一種EPS特性未知的自動駕駛汽車方向盤轉向角跟蹤方法

有效

• 申請號: 201811113713.3
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109204458B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 楊殿閣;嚴瑞東;于春磊;江昆
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B62D15/02
• 分類號: B62D15/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發明提出了一種EPS特性未知的自動駕駛汽車方向盤轉向角跟蹤方法，屬于智能交通技術領域。本方法根據獲得的自動駕駛汽車的方向盤轉向角測量值和方向盤轉向角外部指令計算EPS轉向力矩指令M_{c_k}，M_{c_k}由離散化的反饋控制器算法力矩M_{feedback_k}和基于擴張干擾觀測的前饋補償器算法力矩M_{feedforward_k}之差得到，M_{feedforward_k}用于補償包括EPS未知特性在內的各類干擾對自動駕駛汽車前輪轉動系統的影響，M_{feedback_k}用于對自動駕駛汽車方向盤轉角期望值進行跟蹤，然后將M_{c_k}作為EPS的轉向力矩輸入。本發明以轉向力矩作為線控輸入接口，將整個EPS系統視為執行機構，可有效抑制EPS特性未知、道路坑洼、風阻、自動駕駛汽車前輪轉動模型參數不確定性、斜坡重力橫向分量等干擾對自動駕駛汽車方向盤轉向角跟蹤精度的影響。

技術領域

本發明涉及智能交通技術領域，特別涉及一種EPS特性未知的自動駕駛汽車方向盤轉向角跟蹤方法。

背景技術

自動駕駛提供了全新的交通出行綜合解決方案，在移動互聯網、大數據、云計算的浪潮下，自動駕駛汽車已成為當前自動駕駛汽車產業的發展趨勢。目前自動駕駛汽車的橫向控制主要采用電動助力轉向系統(EPS)作為執行機構，但是自動駕駛汽車的EPS生產廠商眾多，EPS協議及EPS特性是自動駕駛汽車零部件企業核心技術，短期內很難全面對外開放；不同EPS廠商開放的線控輸入輸出接口不同，而且不同車企的CANBUS(CAN總線)協議中開放的接口也不同，例如，有的自動駕駛汽車線控平臺將方向盤轉向角作為輸入接口，有的自動駕駛汽車線控平臺將轉向力矩作為輸入接口。當汽車線控平臺以轉向力矩作為線控輸入接口時，未知的EPS特性(短期內很難全面對外開放)、道路坑洼、風阻等干擾都會影響自動駕駛汽車方向盤轉向角跟蹤控制的精度。

目前針對以轉向力矩作為線控輸入接口的自動駕駛汽車轉向控制算法，有的采用反饋控制算法，有的采用前饋控制算法和反饋控制算法相結合的控制算法。上述算法有的只考慮斜坡重力橫向分量干擾、有的只考慮道路坑洼和風阻；但是針對同時考慮EPS特性未知、道路坑洼、風阻、自動駕駛汽車前輪轉動模型參數不確定性、斜坡重力橫向分量干擾的情況，目前未見擴張干擾觀測器(韓京清,一類不確定對象的擴張狀態觀測器[J].控制與決策,1995.01(20):85-88)算法在以轉向力矩作為線控輸入接口的自動駕駛汽車方向盤轉向角跟蹤控制中的應用。

本發明涉及的技術術語說明如下：

ESO(Extended State Obser)是擴張干擾觀測器算法，具有設計簡單，應用方便的特點。

PD(Proportional Differential)控制器是比例微分控制器算法，PD控制器結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便等優點。

SMC(Sliding Model Control)是滑模控制，可以在動態過程中根據控制對象當前的狀態不斷變化，迫使該控制對象按照預定滑動模態的狀態軌跡運動，具有快速響應、對應參數變化及擾動不靈敏、無需控制對象在線辨識、物理實現簡單等優點。

魯棒H_∞控制方法，是使得噪聲到期望輸出之間的傳遞函數盡可能小的控制方法，從而達到抗擾的目的，魯棒H_∞控制具有較強的保守性。

EPS(Electronic Power Steering)是電動助力轉向系統，利用電動機產生的動力協助駕車者進行動力轉向。

CANBUS(Controller Area Net-work BUS)是CAN總線，是連接傳感器、執行器、控制器等現場設備，面向廣播的串行總線系統，最初由美國通用自動駕駛汽車公司開發用于自動駕駛汽車工業。

CAN解碼盒，也稱CANBUS總線數據解碼盒，主要用于自動駕駛汽車數據采集與故障診斷。