确定转向手力矩的方法、控制车辆转向的方法及装置与流程

本申请涉及领域汽车技术领域，特别是涉及一种确定转向手力矩的方法、控制车辆转向的方法及装置。

背景技术：

随着汽车技术的发展，驾驶辅助技术以及自动驾驶技术的发展也越来越迅速。对于驾驶辅助技术以及自动驾驶技术，驾驶员对车辆行驶过程中的安全性的要求越来越高。驾驶员利用驾驶辅助技术以及自动驾驶技术控制车辆行驶时，驾驶员可以及时并安全地控制车辆的转向是车辆安全行驶的保障。

一般来讲，驾驶员可以通过控制车辆的方向盘来控制车辆转向。而我国交通法规规定，在使用驾驶辅助技术时，驾驶员的手不能脱离方向盘的时间过长，也就是说，在使用驾驶辅助技术以及自动驾驶技术时，驾驶员的手放置在方向盘上，但不控制车辆的转向。

由于驾驶员控制车辆转向时施加在方向盘上的转向手力矩，与驾驶员不控制车辆转向时施加在方向盘上的转向手力矩存在差异。因此，确定驾驶员施加在方向盘上的转向手力矩，从而通过驾驶员施加在方向盘上的转向手力矩确定驾驶员是否需要控制车辆转向尤为重要。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本申请提供一种计算施加在汽车方向盘上的转向手力矩的方法、控制车辆转向的方法及装置。

第一方面，本申请提供了一种确定施加在汽车方向盘上的转向手力矩的方法，包括：

获取汽车转向系统的管柱的目标转向力矩；以及，获取所述管柱输出轴的目标转向角度；

利用所述目标转向力矩和所述目标转向角度，确定目标转向手力矩。

可选的，所述利用所述目标转向力矩和所述目标转向角度，确定所述目标转向手力矩，包括：

将所述目标转向力矩和所述目标转向角度作为目标转向手力矩估算模型的输入，利用所述目标转向手力矩估算模型确定所述目标转向手力矩；

所述目标转向手力矩估算模型，根据方向盘和所述管柱的转动惯量、所述目标转向手力矩、所述目标转向力矩、所述目标转向角度、所述管柱的转向角速度、所述管柱的转向手力矩、所述管柱的摩擦力矩、转矩传感器的扭转刚度、所述管柱的摩擦系数和所述管柱安装位置处的摩擦力矩之间的动力学关系确定。

可选的，所述目标转向手力矩估算模型，包括：

其中，其中，为所述管柱的转向角速度θsw的估算值为的导数、为所述目标转向手力矩；

为的导数；

u＝θout，θout为所述目标转向角度；

为y的估算值；

y＝ttb，其中，ttb为所述目标转向力矩；

ke为目标增益参数；所述目标增益参数为y与的差值的增益；

参数参数参数c＝[ktb00]、参数d＝[-ktb]；

ktb为转矩传感器的扭转刚度；jsw为所述方向盘和所述管柱的转动惯量；b为所述管柱的摩擦系数。

可选的，所述目标增益参数ke通过如下方式获得：

获取转矩传感器的扭转刚度ktb、方向盘和管柱的转动惯量jsw以及管柱的摩擦系数b；

根据a-kec为hurwitz矩阵，确定目标增益参数ke的取值范围；

获取所述管柱的测试转向力矩、所述管柱输出轴的测试转向角度以及测试转向手力矩；

根据所述测试转向力矩和所述测试转向角度利用测试转向手力矩估算模型获得估计转向手力矩；其中，所述测试转向手力矩估算模型包括测试增益参数，所述测试增益参数的取值在所述目标增益参数的取值范围内；

若所述测试转向手力矩和所述估计转向手力矩之间的差值满足预设条件，将所述测试增益参数确定为所述目标增益参数。

第二方面，本申请还提供了一种控制车辆转向的方法，包括：

获取以上第一方面任意一项所述的方法确定的目标转向手力矩；

若所述目标转向手力矩大于或者等于预设阈值，根据所述目标转向手力矩控制车辆转向。

第三方面，本申请还提供了一种确定施加在汽车方向盘上的转向手力矩的装置，包括：

第一获取单元，用于获取汽车转向系统的管柱的目标转向力矩；以及，获取所述管柱输出轴的目标转向角度；

确定单元，用于利用所述目标转向力矩和所述目标转向角度，确定目标转向手力矩。

可选的，所述确定单元，具体用于：

将所述目标转向力矩和所述目标转向角度作为目标转向手力矩估算模型的输入，利用所述目标转向手力矩估算模型确定所述目标转向手力矩；

所述目标转向手力矩估算模型，根据方向盘和所述管柱的转动惯量、所述目标转向手力矩、所述目标转向力矩、所述目标转向角度、所述管柱的转向角速度、所述管柱的转向手力矩、所述管柱的摩擦力矩、转矩传感器的扭转刚度、所述管柱的摩擦系数和所述管柱安装位置处的摩擦力矩之间的动力学关系确定。

可选的，所述目标转向手力矩估算模型，包括：

其中，其中，为所述管柱的转向角速度θsw的估算值、为的导数、为所述目标转向手力矩；

为的导数；

u＝θout，θout为所述目标转向角度；

为y的估算值；

y＝ttb，其中，ttb为所述目标转向力矩；

ke为目标增益参数；所述目标增益参数为y与的差值的增益；

参数参数参数c＝[ktb00]、参数d＝[-ktb]；

ktb为转矩传感器的扭转刚度；jsw为所述方向盘和所述管柱的转动惯量；b为所述管柱的摩擦系数。

可选的，所述目标增益参数通过如下方式获得：

获取转矩传感器的扭转刚度ktb、方向盘和管柱的转动惯量jsw以及管柱的摩擦系数b；

根据a-kec为hurwitz矩阵，确定目标增益参数ke的取值范围；

获取所述管柱的测试转向力矩、所述管柱输出轴的测试转向角度以及测试转向手力矩；

根据所述测试转向力矩和所述测试转向角度利用测试转向手力矩估算模型获得估计转向手力矩；其中，所述测试转向手力矩估算模型包括测试增益参数，所述测试增益参数的取值在所述目标增益参数的取值范围内；

若所述测试转向手力矩和所述估计转向手力矩之间的差值满足预设条件，将所述测试增益参数确定为所述目标增益参数。

第四方面，本申请还提供了一种控制车辆转向的装置，包括：

第二获取单元，用于获取利用如以上第一方面任意一项所述的方法确定的目标转向手力矩；

控制单元，用于若所述目标转向手力矩大于或者等于预设阈值，根据所述目标转向手力矩控制车辆转向。

与现有技术相比，本申请实施例具有以下优点：

在本申请实施例中，获取汽车转向系统的管柱的目标转向力矩；以及，获取所述汽车转向系统的管柱输出轴的目标转向角度；利用所述目标转向力矩和所述目标转向角度，确定所述目标转向手力矩。由此可见，在本申请实施例中，可以通过目标转向力矩和目标转向角度获得目标转向手力矩，由于目标转向力矩和目标转向角度以及目标转向手力矩之间满足一定的动力学关系，因此可以准确的确定施加在方向盘上的转向手力矩。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，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。

图1为本申请实施例提供的转向系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种确定施加在汽车方向盘上的转向手力矩的方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种确定目标增益参数的方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种控制车辆转向的方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种确定施加在汽车方向盘上的转向手力矩的装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种控制车辆转向的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为方便理解，首先对汽车的转向系统的结构进行简单介绍。

参见图1，该图为本申请实施例提供的转向系统的结构示意图。

在图1中，101为方向盘、102为管柱输入轴、103为转矩传感器、104为转角传感器、105为管柱输出轴、106为电机、107为减速机构、108为转向横拉杆、109为转向器(例如可以为齿轮齿条式转向器)、110和111为轮胎。

本申请的发明人经过研究发现，若假设管柱输出轴105、转向横拉杆108、轮胎110和111等部件的位置固定不动，则可以直接将所述转矩传感器103的测量值作为施加在方向盘上的手力矩。但是，在实际在使用中，这种假设是很难成立的，即管柱输出轴105、转向横拉杆108、轮胎110和111等部件的位置很难固定不动。因此，将所述转矩传感器103的测量值作为施加在方向盘上的转向手力矩，往往不准确。

为了解决上述问题，在本申请实施例中，在本申请实施例中，获取汽车转向系统的管柱的目标转向力矩；以及，获取所述汽车转向系统的管柱输出轴的目标转向角度；利用所述目标转向力矩和所述目标转向角度，确定所述目标转向手力矩。由此可见，在本申请实施例中，可以通过目标转向力矩和目标转向角度获得目标转向手力矩，由于目标转向力矩和目标转向角度以及目标转向手力矩之间满足一定的动力学关系，因此可以准确的确定施加在方向盘上的转向手力矩。

第一实施例

以下结合附图，详细说明本申请的各种非限制性实施方式。

参见图2，该图为本申请实施例提供的一种确定施加在汽车方向盘上的转向手力矩的方法的流程示意图。

本申请实施例提供的方法，例如可以通过如下步骤s201-s202实现。

s201：获取汽车转向系统的管柱的目标转向力矩；以及获取所述管柱输出轴的目标转向角度。

需要说明的是，在本申请实施例中，可以利用如图1中所示的转矩传感器103测量所述管柱的目标转向力矩。因此，可以获取所述转矩传感器103的测量值，从而获取所述目标转向力矩。

需要说明的是，在本申请实施例中，可以利用如图1所示的转角传感器104测量所述管柱输出轴的目标转向角度。因此，可以获取所述转角传感器104的测量值，从而获取所述目标转向角度。

需要说明的是，一般来讲，汽车的电动助力转向系统(electricpowersteering，eps)均带有所述转矩传感器103和转角传感器104，因此，可以便捷的获取所述目标转向力矩和所述目标转向角度。

s202：利用所述目标转向力矩和所述目标转向角度，确定目标转向手力矩。

本申请实施例中提及的目标转向手力矩，是指，驾驶员施加在方向盘上的力矩。

由于目标转向力矩和目标转向角度以及目标转向手力矩之间满足一定的动力学关系，因此可以利用所述目标转向力矩和所述目标转向角度，准确的确定施加在方向盘上的转向手力矩。

由此可见，利用本申请实施例提供的确定施加在汽车方向盘上的转向手力矩的方法，可以通过目标转向力矩和目标转向角度获得目标转向手力矩，由于目标转向力矩和目标转向角度以及目标转向手力矩之间满足一定的动力学关系，因此可以准确的确定施加在方向盘上的转向手力矩。

在一种可能的实现方式中，步骤s202在具体实现时，可以为：将所述目标转向力矩和所述目标转向角度作为目标转向手力矩估算模型的输入，利用所述目标转向手力矩估算模型确定所述目标转向手力矩。

其中，所述目标转向手力矩估算模型，根据方向盘和所述管柱的转动惯量、所述目标转向手力矩、所述目标转向力矩、所述目标转向角度、所述管柱的转向角速度、所述管柱的转向手力矩、所述管柱的摩擦力矩、转矩传感器的扭转刚度、所述管柱的摩擦系数和所述管柱安装位置处的摩擦力矩之间的动力学关系确定。

具体地，所述动力学关系可以通过以下公式(1)至公式(3)表示。

ttb＝ktb·(θsw-θout)公式(2)

tf＝b·θsw公式(3)

其中，jsw为所述方向盘和所述管柱的转动惯量；td为所述目标转向手力矩；ttb为所述目标转向力矩；tf为所述管柱安装位置处的摩擦力矩；θsw为所述管柱的转向角速度；θout为所述目标转向角度；ktb为所述转矩传感器的扭转刚度；b为所述管柱的摩擦系数；为θsw的二重导数。

需要说明的是，所述方向盘和所述管柱的转动惯量jsw、所述转矩传感器的扭转刚度ktb、所述管柱的摩擦系数b与所述管柱的材质以及表面加工精度有关，为已知量。

需要说明的是，θout可以通过所述转角传感器测量获得；ttb可以通过所述转矩传感器获得；θsw和td为未知量。

需要说明的是，在一种可能的实现方式中，所述目标转向手力矩估算模型，可以通过以下公式(4)表示。

其中，为未知量；其中，为所述管柱的转向角速度θsw的估算值、为的导数、为所述目标转向手力矩；

为的导数；

u＝θout，θout为所述目标转向角度；

为y的估算值；

已知量y＝ttb，其中，ttb为所述目标转向力矩；

ke为目标增益参数；所述目标增益参数为y与的差值的增益；

参数参数参数c＝[ktb00]、参数d＝[-ktb]；

ktb为转矩传感器的扭转刚度；jsw为所述方向盘和所述管柱的转动惯量；b为所述管柱的摩擦系数。

需要说明的是，上述公式(4)可以由公式(1)、(2)、(3)进行扩展，并确定所述目标增益参数ke获得。

具体地，当θout对应的所述转向手力矩td不变时，令u＝θout，y＝ttb，令对式(1)、(2)、(3)进行扩展，获得式(5)和式(6)。

y＝c·x+d·u公式(6)

关于公式(5)、(6)和公式(4)，需要说明的是：

是真实的值，该真实值是未知的。

是利用公式(4)估算获得的值，在实际应用中，可以将的值近似认为是x的值。

需要说明的是，所述目标增益参数ke是预先确定的值。以下结合附图介绍确定所述目标增益参数ke的具体实现。

参见图3，该图为本申请实施例提供的一种确定目标增益参数的方法的流程示意图。

本申请实施例提供的确定目标增益参数的方法，可以通过如下步骤s301-s303实现。

s301：获取转矩传感器的扭转刚度ktb、方向盘和管柱的转动惯量jsw以及管柱的摩擦系数b。

本申请实施例不具体限定获取所述转矩传感器的扭转刚度ktb、方向盘和管柱的转动惯量jsw以及管柱的摩擦系数b等系统参数的具体实现方式。

s302：。根据a-kec为hurwitz矩阵，确定目标增益参数ke的取值范围。需要说明的是，a-kec为赫尔维茨(hurwitz)矩阵，即所述矩阵a-kec的特征值具有负实部。

需求说明的是，a-kec的稳定性是保证整个转向手力矩估算模型有效的前提，但是转向手力矩估算模型的准确性由s303-s305确定。

s303：获取所述管柱的测试转向力矩、所述管柱输出轴的测试转向角度以及测试转向手力矩。

s304：根据所述测试转向力矩和所述测试转向角度利用测试转向手力矩估算模型获得估计转向手力矩；其中，所述测试转向手力矩估算模型包括测试增益参数，所述测试增益参数的取值在所述目标增益参数的取值范围内。

s305：若所述测试转向手力矩和所述估计转向手力矩之间的差值满足预设条件，将所述测试增益参数确定为所述目标增益参数。

关于s303-s305，需要说明的是，本申请实施例不具体限定获取所述测试转向力矩和所述测试转向角度的具体实现方式，作为一种示例，可以利用所述转矩传感器获得所述测试转向力矩，利用所述转角传感器获得所述测试转向角度。

需要说明的是，本实施例中提及的测试转向手力矩估算模型，可以通过与以上公式(4)类似的公式表示。只是，所述测试转向手力矩估算模型中，包括确定增益参数，而公式(4)中包括目标增益参数。

可以理解的是，步骤s302确定了目标增益参数的取值范围，在标定所述目标增益的具体取值时，测试增益参数的取值在所述目标增益参数的取值范围内。

可以理解的是，所述测试转向手力矩和所述估计转向手力矩之间的差值，可以表征所述测试转向手力矩估算模型的估算误差。

需要说明的是，本申请实施例中提及的测试转向手力矩，是指，施加在方向盘上的手力矩的真实值。

需要说明的是，本申请实施例中提及的所述测试转向手力矩和所述估计转向手力矩之间的差值满足预设条件，可以是所述测试转向手力矩和所述估计转向手力矩之间的差值小于预设差值阈值，此时，可以认为所述测试转向手力矩估算模型的估算结果比较准确，故而，可以将所述测试增益参数确定为目标增益参数。

需要说明的是，利用步骤s301-s305确定的目标增益参数，一方面，所述目标增益参数可以保证公式(4)所表示的目标转向手力矩估算模型的稳定性；另一方面，所述目标增益参数可以保证公式(4)所表示的目标转向手力矩估算模型的估算结果的准确性。

第二实施例

基于以上第一实施例提供的定施加在汽车方向盘上的转向手力矩方法，本申请实施例还提供一种控制车辆转向的方法。

参见图4，该图为本申请实施例提供的一种控制车辆转向的方法的流程示意图。

本申请实施例提供的控制车辆转向的方法，例如可以通过如下步骤s401-s402实现。

s401：获取目标转向手力矩。

需要说明的是，此处提及的，目标转向手力矩，可以是利用以上第一实施例提供的方法确定的目标转向手力矩。

s402：若所述目标转向手力矩大于或者等于预设阈值，根据所述目标转向手力矩控制车辆转向。

本申请实施例不具体限定所述预设阈值，所述预设阈值可以根据实际情况确定。作为一种示例，所述预设阈值可以为0.5牛米(nm)。

如前文所述，驾驶员控制车辆时，可以通过控制车辆的方向盘来控制车辆转向。而我国交通法规规定，在使用驾驶辅助技术和自动驾驶技术时，驾驶员的手不能脱离方向盘的时间过长，也就是说，在使用驾驶辅助技术和自动驾驶技术时，驾驶员的手放置在方向盘上，但不控制车辆转向。

而驾驶员控制车辆转向时施加在方向盘上的转向手力矩，与驾驶员不控制车辆转向时施加在方向盘上的转向手力矩存在差异。

在本申请实施例中，当所述目标转向手力矩大于获得等于预设阈值时，可以认为驾驶员想要主动控制车辆转向。此时，可以根据所述目标转向手力矩控制车辆转向。

由此可见，利用本申请实施例提供的控制车辆转向的方法，可以根据目标转向手力矩的大小判断驾驶员是否存在主动控制车辆转向的意图，当驾驶员想要主动控制车辆转向时，根据所述目标转向手力矩控制车辆转向。保证驾驶过程的安全性。

第三实施例

基于以上第一实施例提供的确定施加在汽车方向盘上的转向手力矩方法，本申请实施例还提供一种确定施加在汽车方向盘上的转向手力矩的装置。

参见图5，该图为本申请实施例提供的一种确定施加在汽车方向盘上的转向手力矩的装置的结构示意图。

本申请实施例提供的装置500例如可以具体包括：第一获取单元510和确定单元520。

第一获取单元510，用于获取汽车转向系统的管柱的目标转向力矩；以及，获取所述管柱输出轴的目标转向角度。

确定单元520，用于利用所述目标转向力矩和所述目标转向角度，确定目标转向手力矩。

可选的，所述确定单元520，具体用于：

将所述目标转向力矩和所述目标转向角度作为目标转向手力矩估算模型的输入，利用所述目标转向手力矩估算模型确定所述目标转向手力矩；

所述目标转向手力矩估算模型，根据方向盘和所述管柱的转动惯量、所述目标转向手力矩、所述目标转向力矩、所述目标转向角度、所述管柱的转向角速度、所述管柱的转向手力矩、所述管柱的摩擦力矩、转矩传感器的扭转刚度、所述管柱的摩擦系数和所述管柱安装位置处的摩擦力矩之间的动力学关系确定。

可选的，所述目标转向手力矩估算模型，包括：

其中，其中，为所述管柱的转向角速度、为的导数、为所述目标转向手力矩；

为的导数；

u＝θout，θout为所述目标转向角度；

为y的估算值；

y＝ttb，其中，ttb为所述目标转向力矩；

ke为目标增益参数；所述目标增益参数为y与的差值的增益；

参数参数参数c＝[ktb00]、参数d＝[-ktb]；

ktb为转矩传感器的扭转刚度；jsw为所述方向盘和所述管柱的转动惯量；b为所述管柱的摩擦系数。

可选的，所述目标增益参数通过如下方式获得：

获取转矩传感器的扭转刚度ktb、方向盘和管柱的转动惯量jsw以及管柱的摩擦系数b；

根据a-kec为hurwitz矩阵，确定目标增益参数ke的取值范围；

获取所述管柱的测试转向力矩、所述管柱输出轴的测试转向角度以及测试转向手力矩；

根据所述测试转向力矩和所述测试转向角度利用测试转向手力矩估算模型获得估计转向手力矩；其中，所述测试转向手力矩估算模型包括测试增益参数，所述测试增益参数的取值在所述目标增益参数的取值范围内；

若所述测试转向手力矩和所述估计转向手力矩之间的差值满足预设条件，将所述测试增益参数确定为所述目标增益参数。

关于所述装置500的各个单元的具体实现，可以参考第一实施例中相关内容的描述，此处不再赘述。

由此可见，利用本申请实施例提供的确定施加在汽车方向盘上的转向手力矩的装置，可以通过目标转向力矩和目标转向角度获得目标转向手力矩，由于目标转向力矩和目标转向角度以及目标转向手力矩之间满足一定的动力学关系，因此可以准确的确定施加在方向盘上的转向手力矩。

第四实施例

基于以上第二实施例提供的控制车辆转向的方法，本申请实施例还提供一种控制车辆转向的装置。

参见图6，该图为本申请实施例提供的一种控制车辆转向的装置的结构示意图。

本申请实施例提供的装置600例如可以具体包括：第二获取单元610和控制单元620。

第二获取单元610，用于获取目标转向手力矩。

控制单元620，用于若所述目标转向手力矩大于或者等于预设阈值，根据所述目标转向手力矩控制车辆转向。

关于所述装置600的各个单元的具体实现，可以参考第二实施例中相关内容的描述，此处不再赘述。

由此可见，利用本申请实施例提供的控制车辆转向的装置，可以根据目标转向手力矩的大小判断驾驶员是否存在主动控制车辆转向的意图，当驾驶员想要主动控制车辆转向时，根据所述目标转向手力矩控制车辆转向。保证驾驶过程的安全性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。