与eps控制器结合的碰撞避免控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般涉及用于提供叠加扭矩命令以控制电动助力转向（EPS)电动机的系统 和方法，并且更具体来说，涉及用于提供叠加扭矩命令以控制EPS电动机的系统和方法，其 中该方法使用六维车辆运动模型，包括用于为车辆转向建模的单轨道线性自行车模型和单 自由度转向柱模型，以确定转向控制目标和提供确定最优的总转向柱扭矩(从其确定叠加 扭矩命令）的模型预测控制（MPC)。
【背景技术】
[0002] 传感器和致动器技术的发展已经使得驾驶者辅助系统（DAS)的发展能够防止交通 事故，特别是由驾驶者的失误或疏忽引起的那些事故。某些类型的DAS，诸如防抱死制动系 统(ABS)、电子稳定性控制（ESC)、自适应巡航控制（ACC)、车道偏离警告（LDW)系统、车道改 变辅助（LCA)、前向碰撞警报（FCA)以及车道保持辅助（LKA)已经在生产车辆中。主动安全 技术现在正在变成汽车工业中的主要研究领域。碰撞迫近制动是通过应用制动来避免或减 轻碰撞的有效方式。另一方面，碰撞避免转向可以允许在单独致动仅可能减轻碰撞的一些 情况下避免碰撞。
[0003] 本领域中已知用于在车辆驾驶者自己未采取规避动作的情况下提供主车辆的自 动转向以避开主车辆前方的较慢或停止物体的碰撞避免系统。已知的碰撞避免系统向车辆 驾驶者提供警告，并且取决于驾驶者是否采取规避动作，可以提供自动制动和/或自动转 向。如果系统确定有必要自动转向以避免碰撞，则系统必须计算用于主车辆的安全转向路 径以提供转向控制。那些系统中的一些能够检测车道标志以计算主车辆的转向路径来进行 用于碰撞避免目的的车道改变。那些碰撞避免系统还提供使得主车辆遵循计算出的转向路 径以提供车辆转向的转向命令。
[0004] 用于这些类型的系统的物体检测传感器可以使用许多技术中的任一种，诸如短程 雷达、远程雷达、具有图像处理的摄像机、激光或激光雷达、超声波等。物体检测传感器检测 主车辆的路径中的车辆和其他物体，并且应用软件使用物体检测信息来提供警告或者在适 当的情况下采取动作。警告可以是车辆仪表板或平视显示器（HUD)中的视觉指示，和/或 可以是音频警告或其他触觉反馈设备，诸如座椅震动。在许多车辆中，物体检测传感器直接 结合到前保险杠或车辆的其他罩板中。
[0005] 2012 年 5 月 29 日发布的标题为 "Model Based Predictive Control for Automated Lane Centering/Changing Control Systems(用于自动车道定中 / 改变控制系 统的基于模型的预测控制)"的美国专利号8, 190, 330 (该专利转让给此申请的受让人并且 以引用的方式并入本文）披露用于为自主或半自主车辆驱动的系统中的车道改变或车道定 中目的提供转向控制的系统和方法。2013年9月3日发布的标题为"Vehicle Collision Avoidance and Warning System(车辆碰撞避免和警告系统)"的美国专利号8, 527, 172(该 专利转让给此申请的受让人并且以引用的方式并入本文）披露使用组合的自动制动和转向 的碰撞避免系统。
[0006] 授予Moshchuk等人的美国专利申请公开号2013/0218396 (该申请转让给此申请 的受让人并且以引用的方式并入本文）披露用于提供包括提供自动转向辅助的增强的车辆 控制的系统和方法。'396申请描述使用转向模型的碰撞避免系统，该转向模型使用四维单 轨线性自行车模型来为车辆动力学建模。四维模型是用来产生控制电动助力转向（EPS)系 统以提供转向辅助所必需的车轮角度命令，其中车轮角度命令被转换成用于EPS系统中的 电动机的扭矩命令。'396申请使用比例积分微分（PID)控制来将车轮角度命令转换成用于 EPS系统的扭矩命令。然而，为此目的使用PID控制需要大量调谐以实现所有车辆速度下的 良好性能和稳健操作。PID控制的调谐是耗时的，并且由其产生的转向控制可能在调谐过程 中变得不稳定。另外，需要对转向致动器延迟进行补偿。
【发明内容】
[0007] 本发明描述用于产生用于供碰撞避免系统使用的EPS系统中的电动机的叠加扭 矩命令的系统和方法。该方法使用采用六维车辆运动模型的模型预测控制，该模型包括单 轨道线性自行车模型和单自由度转向柱模型的组合以便为车辆转向建模。该方法通过包括 最优总转向扭矩命令的成本函数确定转向控制目标，该目标定义当前车辆路径与所希望的 车辆路径之间的路径跟踪误差。MPC确定最优总转向扭矩命令以最小化路径误差，并且随后 使用驾驶者输入扭矩、EPS辅助扭矩和总柱扭矩命令来确定扭矩叠加命令。
[0008] 本发明包括以下方案： 1. 一种用于提供碰撞避免系统中的扭矩叠加命令的方法，所述扭矩叠加命令是提供给 车辆上的电动助力转向（EPS)电动机的扭矩命令的至少一部分，所述方法包括： 提供车辆转向系统的数学模型； 确定当前车辆路径与所希望的车辆路径之间的差； 提供模型预测控制以确定最小化所述差的用于电动机的最优总柱扭矩命令； 基于车辆速度提供EPS扭矩辅助命令； 使用最优总柱扭矩命令、驾驶者提供的扭矩以及用于特定车辆速度的EPS辅助扭矩来 确定扭矩叠加命令；以及 向EPS电动机提供总扭矩命令。
[0009] 2.根据方案1所述的方法，其中提供数学模型包括提供六维数学模型。
[0010] 3.根据方案2所述的方法，其中提供数学模型包括是提供单轨道自行车模型与单 自由度转向柱模型的组合的数学模型。
[0011] 4.根据方案3所述的方法，其中提供数学模型包括使用提供车辆重心与所述希望 的车辆路径的横向偏移的模型维度、车辆航向角度误差、车辆横向速度以及车辆偏航率的 单轨道自行车模型以及提供转向盘角度的维度参数和转向盘角度旋转速率的单自由度转 向柱模型。
[0012] 5.根据方案1所述的方法，其中确定差包括定义总扭矩命令与成本函数之间的关 系。
[0013] 6.根据方案5所述的方法，其中所述成本函数是二次函数。
[0014] 7.根据方案6所述的方法，其中所述二次函数由以下方程定义：
【主权项】
1. 一种用于提供碰撞避免系统中的扭矩叠加命令的方法，所述扭矩叠加命令是提供给 车辆上的电动助力转向（EPS)电动机的扭矩命令的至少一部分，所述方法包括： 提供车辆转向系统的数学模型； 确定当前车辆路径与所希望的车辆路径之间的差； 提供模型预测控制以确定最小化所述差的用于电动机的最优总柱扭矩命令； 基于车辆速度提供EPS扭矩辅助命令； 使用最优总柱扭矩命令、驾驶者提供的扭矩以及用于特定车辆速度的EPS辅助扭矩来 确定扭矩叠加命令；以及 向EPS电动机提供总扭矩命令。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中提供数学模型包括提供六维数学模型。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中提供数学模型包括是提供单轨道自行车模型与单 自由度转向柱模型的组合的数学模型。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中提供数学模型包括使用提供车辆重心与所述希望 的车辆路径的横向偏移的模型维度、车辆航向角度误差、车辆横向速度以及车辆偏航率的 单轨道自行车模型以及提供转向盘角度的维度参数和转向盘角度旋转速率的单自由度转 向柱模型。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中确定差包括定义总扭矩命令与成本函数之间的关 系。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述成本函数是二次函数。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述二次函数由以下方程定义：
其中/e是成本函数，是2X2权数矩阵，并且&是2X2权数矩阵，/是车辆横向偏 差，2是偏航率，并且馬是总扭矩控制命令。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中提供模型预测控制包括使用以下方程确定总扭矩 控制命令：
其中和&分别是矩阵A从anA的离散版本，是路径跟踪误差上的权 数，4是致动器命令上的权数，并且是设置点的向量。
9. 一种用于提供碰撞避免系统中的扭矩叠加命令的方法，所述扭矩叠加命令是提供给 车辆上的电动助力转向（EPS)电动机的扭矩命令的至少一部分，所述方法包括： 提供六维车辆转向模型，所述六维车辆转向模型是单轨道自行车模型与单自由度转向 柱模型的组合，其中单轨道自行车模型提供车辆重心的横向偏移的模型维度、车辆航向角 度、车辆横向速度以及车辆偏航率，并且单自由度转向柱模型提供转向盘角度的维度参数 和转向盘角度旋转速率； 确定当前车辆路径与所希望的车辆路径之间的差，包括定义总扭矩命令与二次成本函 数之间的关系； 提供模型预测控制以确定最小化所述差的用于电动机的总扭矩命令； 从EPS增强曲线表来提供EPS辅助扭矩； 使用总扭矩命令、驾驶者提供的扭矩以及EPS增强曲线辅助扭矩来确定扭矩叠加命 令；以及 向EPS电动机提供总扭矩命令。
10.-种用于提供碰撞避免系统中的扭矩叠加命令的转向系统，所述扭矩叠加命令是 提供给车辆上的电动助力转向（EPS)电动机的扭矩命令的至少一部分，所述转向系统包 括： 用于提供六维车辆转向模型的装置，所述六维车辆转向模型是单轨道自行车模型与单 自由度转向柱模型的组合，其中单轨道自行车模型提供车辆重心横向偏差的横向偏移的模 型维度、车辆航向角度、车辆横向速度以及车辆偏航率，并且单自由度转向柱模型提供转向 盘角度的维度参数和转向盘角度旋转速率； 用于确定当前车辆路径与所希望的车辆路径之间的差的装置，所述确定包括定义总扭 矩命令与二次成本函数之间的关系； 用于提供模型预测控制以确定最小化所述差的用于所述电动机的总扭矩命令的装 置； 用于从EPS增强曲线表提供EPS辅助扭矩的装置； 用于使用总扭矩命令、驾驶者提供的扭矩以及EPS增强曲线辅助扭矩来确定扭矩叠加 命令的装置；以及 用于向EPS电动机提供总扭矩命令的装置。
【专利摘要】公开了与EPS控制器结合的碰撞避免控制。一种用于产生用于供碰撞避免系统使用的EPS系统中的电动机的叠加扭矩命令的系统和方法。该方法使用采用六维车辆运动模型的模型预测控制，该模型包括单轨道线性自行车模型和单自由度转向柱模型的组合以便为车辆转向建模。该方法通过包括最优总转向扭矩命令的成本函数确定转向控制目标，该目标定义当前车辆路径与所希望的车辆路径之间的路径跟踪误差。MPC确定最优总转向扭矩命令以最小化路径误差，并且随后使用驾驶者输入扭矩、EPS辅助扭矩和总柱扭矩命令来确定扭矩叠加命令。
【IPC分类】B62D6-08
【公开号】CN104709348
【申请号】CN201410754655
【发明人】N.K.莫什楚克, S-K.陈, C.T.扎戈尔斯基
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2014年12月11日
【公告号】US20150158528