一种用于配有EPS车辆的增量式双环PID方向盘控制方法技术

本发明专利技术公开一种用于配有EPS车辆的增量式双环PID方向盘控制方法，其控制系统为双环增量式PID控制器，以方向盘转角为输入建立外环控制器控制方向盘转速，内环控制器控制方向盘手力矩增量，实现方向盘的转角控制；同时对双环增量式PID控制器的参数进行标定。本发明专利技术的优点是仅利用方向盘转角信号，有效减小控制系统的复杂程度，尤其是可实现路面附着条件不确定下的转向精确控制。定下的转向精确控制。定下的转向精确控制。

【技术实现步骤摘要】
一种用于配有EPS车辆的增量式双环PID方向盘控制方法


[0001]本专利技术涉及一种用于EPS系统的下层转向控制方法，特别涉及一种用于配有EPS车辆的增量式双环PID方向盘控制方法。

技术介绍

[0002]目前智能汽车的研究越来越深入，而智能车横向控制是无人驾驶控制问题的关键技术之一。现有横向控制算法多根据车身状态、环境信息等，经过设定算法求解出合适的车轮转角，再通过车载通讯设备将转角信号传递给执行器执行。
[0003]针对EPS无人驾驶汽车系统，目前常用的下层转向控制方法有PID控制、滑模控制、拟合函数等。常见的PID控制存在响应时间较慢、波动较大等问题；而滑膜控制存在回正力矩、摩擦力矩等未知因素的影响，需要获取转向执行机构的物理参数；拟合函数的方法测试工作量大，且环境发生变化时性能无法保证。因此，需要设计一种快速、稳定的下层转向控制方法，实现回正力矩与车身参数等信息未知下的转角控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是要提供一种用于配有EPS车辆的增量式双环PID方向盘控制方法，只需要方向盘转角信号，即可实现方向盘转角控制。
[0005]为了解决以上的技术问题，本专利技术提供了一种用于配有EPS车辆的增量式双环PID方向盘控制方法，其控制系统为双环增量式PID控制器，以方向盘转角为输入建立外环控制器控制方向盘转速，内环控制器控制方向盘手力矩增量，实现方向盘的转角控制；具体控制步骤如下：S1：通过方向盘转角传感器测得方向盘当前转角，并与目标方向盘转角做差，得到偏差，并输入给外环PID，得到期望方向盘转速；；S2：再将方向盘转角对时间求导得到方向盘转角速度，并与外环PID输出的期望方向盘转速做差，得到，并输入给内环PID，得到期望方向盘手力矩增量；；S3：当前期望方向盘手力矩即为当前方向盘手力矩与当前期望方向盘
手力矩增量的和，其中当前方向盘手力矩通过方向盘转矩传感器测量得到，初始方向盘手力矩为0；；S4：通过车载通讯设备将当前期望方向盘手力矩信号发送给转向助力电机，实现对方向盘转角的控制。
[0006]所述双环增量式PID控制器的参数标定方法，具体步骤如下：1）给双环增量式PID控制器设定一套初始参数，车辆启动，当双环增量式PID控制器接收到目标方向盘转角信号后，方向盘产生一定的转角响应；2）通过方向盘转角传感器测得当前方向盘转角，并实时绘制和随时间变化的曲线，并观察曲线跟踪的效果；3）若观察到方向盘转角未达到目标转角时已经产生回调，判断为当前参数下方向盘目标转速慢，则增大外环PID参数；4）若观察到方向盘转角响应过慢，判断为当前参数下手力矩增量过慢，则增大内环PID参数；5）若观察到方向盘转角存在超调和波动，判断为当前参数下手力矩增量过快，方向盘目标转速过快，则同时减小外环与内环PID参数；6）若观察到方向盘转角无超调和波动，且方向盘转角跟踪误差的绝对值的控制精度≤2
°
，认为控制效果良好，标定完成，选择当前的双环PID参数作为最终的控制参数。
[0007]本专利技术的优越功效在于：1）本专利技术涉及双环PID控制的参数标定较为复杂，结合实车经验以及控制理论，给出了双环PID控制系统的参数标定流程，提高了控制效果；2）本专利技术仅利用方向盘转角信号，无需考虑回正力矩、摩擦力矩、路面附着情况、车速等对转角控制的影响，能够有效减小控制系统的复杂程度，尤其是可实现路面附着条件不确定下的转向精确控制；3）与传统PID控制方法相比，采用的是双环增量式PID控制器，双环的优点体现在可以对方向盘转角速度进行控制，从数学理论出发，即可控制方向盘转角的一阶导数，提高控制的平顺性；增量的优点体现在，控制模型针对的是变化而非是状态，以此排除回正力矩对控制效果的影响。
附图说明
[0008]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例的双环增量式PID控制系统的原理图；图2为本专利技术实施例的双环增量式PID标定流程图。
具体实施方式
[0009]以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。
[0010]图1示出了本专利技术实施例的双环增量式PID控制系统的原理图，图2示出了本专利技术实施例的双环增量式PID参数标定流程图。
[0011]如图1所示，本专利技术提供了一种用于配有EPS车辆的增量式双环PID方向盘控制方法，其控制系统为双环增量式PID控制器，基于无模型控制理论，外环PID输入为当前方向盘转角与目标方向盘转角的偏差，输出为期望方向盘转速；内环PID输入为当前方向盘转速与期望方向盘转速的偏差，输出为期望方向盘手力矩增量，实现方向盘的转角控制；具体控制步骤如下：S1：通过方向盘转角传感器测得方向盘当前转角，并与目标方向盘转角做差，得到偏差，并输入给外环PID，得到期望方向盘转速；；S2：再将方向盘转角对时间求导得到方向盘转角速度，并与外环PID输出的期望方向盘转速做差，得到，并输入给内环PID，得到期望方向盘手力矩增量；；S3：当前期望方向盘手力矩即为当前方向盘手力矩与当前期望方向盘手力矩增量的和，其中当前方向盘手力矩通过方向盘转矩传感器测量得到，初始方向盘手力矩为0；；S4：通过车载通讯设备将当前期望方向盘手力矩信号发送给转向助力电机，实现对方向盘转角的控制。
[0012]由于道路工况与车辆信息复杂多变，单一的PID参数很难实现各种工况下的良好控制。因此，本申请给出一种变参数PID控制器。EPS无人驾驶汽车系统在实现目标方向盘转角控制时，首先要克服回正力矩与摩擦力矩等。因此认为在一定小的手力矩范围内，手力矩的变化不会影响方向盘的转角，所以在该转角范围内，手力矩变化较快，即P参数设置较大；同样的，当方向盘转角误差绝对值较大时，可允许的转角速度应当较大，即P参数设置较大。表1给出了对应手力矩()和方向盘转角误差的绝对值()下的P参数的大小，其中“+”的数量越多，表示P参数越大；
表1：
[0013]结合控制理论与实车经验，通过实车试验对双环PID控制系统的参数进行标定，优化控制效果，所述双环增量式PID控制器的参数标定方法，如图2所示，具体步骤如下：1）给双环增量式PID控制器设定一套初始参数，车辆启动，当双环增量式PID控制器接收到目标方向盘转角信号后，方向盘产生一定的转角响应；2）通过方向盘转角传感器测得当前方向盘转角，并实时绘制和随时间变化的曲线，并观察曲线跟踪的效果；3）若观察到方向盘转角未达到目标转角时已经产生回调，判断为当前参数下方向盘目标转速慢，则增大外环PID参数；4）若观察到方向盘转角响应过慢，判断为当前参数下手力矩增量过慢，则增大内环PID参数；5）若观察到方向盘转角存在超调和波动，判断为当前参数下手力矩增量过快，方向盘目标转速过快，则同时减小外环与内环PID参数；6）若观察到方向盘转角无超调和波动，且方向盘转角跟踪误差的绝对值的控制精度≤2
°
，认为控制效果良好，标定完成，选择当前的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于配有EPS车辆的增量式双环PID方向盘控制方法，其特征在于：其控制系统为双环增量式PID控制器，以方向盘转角为输入建立外环控制器控制方向盘转速，内环控制器控制方向盘手力矩增量，实现方向盘的转角控制；具体控制步骤如下：S1：通过方向盘转角传感器测得方向盘当前转角，并与目标方向盘转角做差，得到偏差，并输入给外环PID，得到期望方向盘转速；；S2：再将方向盘转角对时间求导得到方向盘转角速度，并与外环PID输出的期望方向盘转速做差，得到，并输入给内环PID，得到期望方向盘手力矩增量；；S3：当前期望方向盘手力矩即为当前方向盘手力矩与当前期望方向盘手力矩增量的和，其中当前方向盘手力矩通过方向盘转矩传感器测量得到，初始方向盘手力矩为0；；S4：通过车载通讯设备将当前期望方向盘手力矩信号发送给转向助力电机，实现对方向盘转角的控制。2.根据权利要求1所述的一种用于配有EPS车辆的增量式双环PID方向盘控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴光强，刘凯，李泽凡，谭小强，李维钧，厉逸航，鞠丽娟，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：