[發明專利]一種方向盤模擬系統及其建模方法

有效

• 申請號: 202011217171.1
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112331018B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 蔡錦康;趙蕊;鄧偉文;丁娟
• 申請（專利權）人: 浙江天行健智能科技有限公司
• 主分類號: G09B9/04
• 分類號: G09B9/04
• 代理公司: 蘇州根號專利代理事務所(普通合伙) 32276
• 代理人: 仇波

本發明公開了一種方向盤模擬系統及其建模方法。該方向盤模擬系統包括主控制器，伺服電機，傳動機構，減速器，扭桿，方向盤，以及電流PID控制器。該方向盤模擬系統的建模方法通過設計DOE試驗并進行實車試驗，獲得高斯回歸建模所需DOE數據，再使用DOE數據進行高斯過程回歸建模，得到方向盤高斯回歸模型、動力系統高斯回歸模型，再以方向盤高斯回歸模型、動力系統高斯回歸模型為基礎搭建方向盤模擬系統仿真模型。相較于現有技術，本發明的方向盤模擬系統及根據該建模方法搭建的帶PID控制器的方向盤模擬系統仿真模型具有高準確度、高可信度的優點，大幅降低了汽車駕駛輔助系統的開發成本，為方向盤模擬系統開發和優化奠定基礎。

技術領域

本發明涉及汽車技術領域，具體涉及一種方向盤模擬系統及其建模方法。

背景技術

隨著汽車技術的發展，自動駕駛和輔助駕駛已經逐漸成為汽車產業的重要發展趨勢。高級駕駛輔助系統正在被越來越多的主流車型采用。但是在進行輔助駕駛系統開發的過程中一般需要開發者進行大量的路面實驗，從而證明其控制系統的準確性、魯棒性和安全性。如果這些路面實驗全部在實際路面中進行，會大幅提高輔助駕駛系統的開發成本，因此，在虛擬環境下進行輔助駕駛系統開發、測試對降低輔助駕駛系統開發成本具有重要意義。專利CN201811029833.5公開了一種虛擬駕駛方法和系統，但是并沒有涉及方向盤系統的建模方法。方向盤系統是車輛的重要組成部分，為了提高輔助駕駛仿真的可信度，開發者應當采用可信度較高的方向盤系統。專利CN201921391411.2公開了一種方向盤裝置以及包括該方向盤裝置的模擬車，但其并未提供高準確度模擬方向盤回力的方法；專利CN201921662820.1提供了一種方向盤、車輛以及游戲機，涉及到一種可拆卸的方向盤結構，并不涉及用于輔助駕駛開發的高可信度方向盤模擬系統的建模方法。因此，目前，方向盤虛擬系統普遍存在可信度不足、成本高、難以建立準確仿真模型等問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明主要的目的在于提供一種成本低、可信度較高、便于建立高準確仿真模型的方向盤模擬系統及其建模方法。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種方向盤模擬系統，包括主控制器，伺服電機，傳動機構，減速器，扭桿，方向盤，以及電流PID控制器；

所述伺服電機在電源的驅動下輸出扭矩并通過所述傳動機構及減速器傳遞給所述扭桿，從而對所述方向盤產生實際方向盤回力；

所述主控制器，用于接收所述方向盤的轉角信號并根據方向盤旋轉角度計算得到理論方向盤回力，通過主電流控制信號控制所述電源向所述伺服電機輸出主電流；

所述電流PID控制器，用于根據所述方向盤的實際方向盤回力與理論方向盤回力的差值輸出調節電流信號控制所述電源向所述伺服電機輸出調節電流，所述伺服電機由所述電源輸出的主電流和調節電流共同作用下得到的電機輸入電流驅動。

優選地，在一具體實施例中，所述傳動機構為皮帶輪傳動機構。

一種方向盤模擬系統的建模方法，該建模方法包括以下步驟：

設計DOE試驗并進行實車試驗，采集車輛信息，對所述車輛信息進行測試以獲得測試數據作為高斯回歸建模所需DOE數據，所述測試數據包括車輛橫擺角、方向盤轉角、車身重量、路面坡度和方向盤回力；

使用DOE數據進行高斯過程回歸建模，得到方向盤高斯回歸模型、動力系統高斯回歸模型，再以方向盤高斯回歸模型、動力系統高斯回歸模型為基礎搭建方向盤模擬系統仿真模型。

進一步地，該建模方法中的方向盤高斯回歸模型的建模步驟具體包括：

進行DOE試驗設計：將車輛橫擺角、方向盤轉角、車身重量、路面坡度作為影響方向盤回力的主要因素，隨機產生N個4維點，組成方向盤DOE矩陣，每個點的4個維度分別對應橫擺角、方向盤轉角、車身重量和路面坡度；