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技术领域

本发明涉及车辆转向系统领域，特别是涉及一种基于驾驶风格的自适应转向控制 系统及其控制方法。

背景技术

在传统的EPS系统工作时，其助力性能主要体现在三个方面，即：助力功能、回正功 能、阻尼功能。在EPS开发过程中，转向系统的助力性能都经由主机厂相关人员负责评审，并 由指定的工程人员固化系统参数，然后集成到整车提供给终端消费者；由于每个车型大多 采用预设的一套EPS调试参数，因此助力、回正、阻尼功能无法100%满足不同消费者的驾驶 操控要求。

随着市场的需求不断发展，在一些高端车上开始逐渐配置具有模式选择功能的 EPS，驾驶员可以通过模式按钮选择所需的转向操控风格。但是这种预设型模式选择方式大 多数只能支持3种驾驶模式，且无法根据实时的驾驶风格进行自动调节和切换，额外的开关 按钮会增加开发成本以及人机界面的复杂度。

专利文献CN101875370B中公开了一种汽车自适应智能转向系统，通过控制中央 ECU从CAN总线上提取横摆角速度信号、方向盘转角信号和车速信号进行计算，以确定角传 动比；同时，依赖于方向盘压力传感器对助力马达的输出力矩进行调整。但是该专利中对于 不同的驾驶模式的选择还是依赖于开发触发，并不能完全对驾驶员的操控风格做出判断后 分配合理的助力策略。

另外一方面，整车级别的电子系统装备越来越完善，各种各样的传感器被广泛地 应用在汽车各级部件上，能够监测车辆各种动态变化，CAN通讯技术的普及大大提高整车 信息的传递效率，也为转向系统的新功能的开发提供了有力的条件。

因此，基于现有车辆系统配置和转向系统功能平台，可以开发出高附加值的辅助 功能，可以进一步提升EPS产品的实用性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于驾驶风格的自适应转向控制系统及 其控制方法，具有可靠性能高、定位精确、结构紧凑、转位速度快、噪音小，价格低廉等优点， 同时在小型数控机床的应用及普及上有着广泛的市场前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

提供一种基于驾驶风格的自适应转向控制系统，其包括：

助力策略控制模块：接收发动机转速信号、油门踏板信号、车速信号、横摆角速度信号、 制动主缸压力信号、方向盘转角信号和方向盘扭矩信号，然后对接收信号分别进行处理，并 且按照权重综合计算驾驶风格系数，分配合理的助力控制策略信息；

回正策略控制模块：接收车速信号、横摆角速度信号以及方向盘转角信号，基于输入信 号的分析，分配合理的回正控制策略信息；

阻尼策略控制模块：接收车速信号、横摆角速度信号以及方向盘转角信号、方向盘扭矩 信号，分析以上输入信号，分配合理的阻尼控制策略信息；

执行单元模块：能够对EPSECU的控制指令做出快速响应并且输出需要的扭矩；

电动助力转向系统控制器分别接收和计算助力策略控制模块、回正策略控制模块和阻 尼策略控制模块的策略信息，集成后得到最终控制策略信息，通过控制执行单元模块中EPS 马达的工作电流电压来实现控制策略。

在本发明一个较佳实施例中，所述助力策略控制模块、所述回正策略控制模块和 所述阻尼策略控制模块各自单独进行信息接收和信息计算。

在本发明一个较佳实施例中，上述执行单元模块包括EPS马达。

一种基于驾驶风格的自适应转向控制系统的控制方法，其步骤包括：

通过定义静态驾驶、加速驾驶、制动驾驶、转向驾驶工况收集驾驶风格系数，并且通过 权重综合计算得到最终判断因子，进而分配相应的控制策略；

通过设定车速和方向盘的转动幅度，监测车辆横摆角速度变化，判断驾驶员的驾驶风 格，并且存储在电动助力转向系统控制器中；

通过定义车速、横摆角速度、方向盘转角的门限和方向盘扭矩信号的处理方法，判断驾 驶员的转向风格；

根据获得的助力、回正、阻尼策略控制模式的决策分配，得到EPS最终的控制策略，并发 送给EPS马达执行。

在本发明一个较佳实施例中，在助力策略控制模块中，助力策略控制模块接收CAN 总线上的发动机转速信号、油门踏板信号、车速信号、横摆角速度信号、制动主缸压力信号、 方向盘转角信号和方向盘扭矩信号，根据定义的驾驶方式对接收信号分别进行处理，并且 按照权重综合计算，得到当前的驾驶风格信息：

（1.1）静态驾驶方式计算，即车速信号时：

（1.1.1）方向盘转角信号、方向盘转角信号的加速度且方向盘扭矩传感 器信号，则静态驾驶方式计分为0；

（1.1.2）方向盘转角信号，方向盘转角信号的加速度且方向盘扭矩传感 器信号，则静态驾驶方式计分为1；

（1.1.3）其它条件下，静态驾驶方式计分为0.5;

其中，θ1、θ2、a1、a2、t1和t2为系统预设值，每当方向盘转角信号时完成一次计分 周期，静态驾驶方式的计分为20次历史计分的平均值S；

（1.2）加速驾驶方式计算，车辆速度变化表示为，当时：

（1.2.1）发动机转速且油门踏板信号P时，则加速驾驶方式计分为0；

（1.2.2）发动机转速且油门踏板信号P时，则加速驾驶方式计分为1；

（1.2.3）其它条件下，加速驾驶方式计分为0.5；

其中，为系统预设值，每当车辆速度变化从变化到时为完成一次计分周期，加速驾驶方式的计分为100次历史计分的平均值G；

（1.3）制动驾驶方式计算，制动主缸压力信号、制动主缸压力变化速度表示为时：

（1.3.1）0<时，制动驾驶方式计分为0;

（1.3.2）时，制动驾驶方式计分为1;

（1.3.3）其它条件下，制动驾驶方式计分为0.5。

其中，为系统预设值，每当时完成一次计分周期，制动驾驶方式的最 终计分为100次历史计分的平均值Z；

（1.4）转向驾驶方式计算，即车速信号，且方向盘转角信号绝对值时：

（1.4.1）横摆角速度信号，且方向盘转角信号变化速度<时，转向驾驶 方式计分为0；

（1.4.2）横摆角速度信号，且方向盘转角信号变化速度>，转向驾驶 方式计分为1；

（1.4.3）其它条件下，转向驾驶方式计分为0.5；

其中，r0、r1、θ3和θ4为系统预设值，每当时完成一次计分周期，转向驾驶方式的 计分为200次历史计分的平均值Y；

（1.5）最终的助力策略控制模块判断因子Assist_Base根据如下权重公式计算：

Assist_Base=。

6.根据权利要求5所述的基于驾驶风格的自适应转向控制系统的控制方法，其特 征在于，在回正策略控制模块中，回正策略控制模块接收CAN总线上的车速信号、横摆角速 度信号以及方向盘转角信号，根据对以上输入信号的分析，选择合适的回正控制策略：

（2.1）低速回正驾驶方式计算：

车速信号V，且方向盘转角信号绝对值条件满足时，即进入回正等待模式， 方向盘回正过程中，当方向盘转角信号的绝对值下降到时，开始下面的计算：

如车辆横摆角速度的绝对值，则回正驾驶方式计分为0；

如车辆横摆角速度的绝对值，则回正驾驶方式计分为1；

其余条件下，回正驾驶方式计分为0.5；

（2.2）高速回正驾驶方式计算：

当车速信号V，且方向盘转角信号绝对值条件满足时，即进入回正等待模 式，方向盘回正过程中，当方向盘转角信号的绝对值下降到时，开始下面的计算：

如车辆横摆角速度的绝对值，则回正驾驶方式计分为0；

如车辆横摆角速度的绝对值，则回正驾驶方式计分为1；

其余条件下，回正驾驶方式计分为0.5；

其中，、r2和r3为系统预设值，从方向盘进入等待 模式到方向盘回到中点位置为一次计分周期，回正驾驶方式的计算分值为50次历史计分的 平均值R，作为回正策略控制模块判断因子。

在本发明一个较佳实施例中，在阻尼策略控制模块中，阻尼策略控制模块需要接 收CAN总线上的车速信号、横摆角速度信号以及方向盘转角信号和方向盘扭矩信号，并对以 上输入信号的分析，选择合适的阻尼控制策略：

阻尼驾驶方式监测，即车速信号V，且横摆角速度信号时，方向盘转角 信号时：

如果方向盘扭矩信号，则驾驶员更依赖于EPS系统自身的稳定性，阻尼驾驶方 式计分为1；

如果方向盘扭矩信号，则驾驶员更习惯自身操作，阻尼驾驶方式计分为0；

其它条件时，阻尼驾驶方式计分为0.5；

其中，为可标定值，从满足信号条件开始进行累计计时，阻尼驾驶方式 的计分为满足计算条件下500秒历史计分的平均值D，平均值D作为阻尼策略控制模块判断 因子。

在本发明一个较佳实施例中，在助力策略控制模块中，所述判断因子Assist_Base 实时存储在电动助力转向系统控制器中；

根据判断因子的数值主动在第一助力策略、第二助力策略、第三助力策略中进行切换： 当Assist_Base>0.8时，分配为助力策略第三助力策略；当Assist_Base<0.2时，分配为助力 策略第二助力策略；当0.2Assist_Base0.8时。

在本发明一个较佳实施例中，在回正策略控制模块中，判断因子R实时存储在电动 助力转向系统控制器中；根据判断因子的数值主动在第一回正策略、第二回正策略、第三回 正策略中进行切换：当R>0.7时，分配为第二回正策略，；当R<0.3时，分配为第三回正策略； 当0.3R0.7时，分配为第一回正策略。

在本发明一个较佳实施例中，在阻尼策略控制模块中，判断因子D实时存储在电动 助力转向系统控制器中；根据判断因子的数值主动在第一阻尼策略、第二阻尼策略、第三阻 尼策略中进行切换：当D>0.7时，分配为第二阻尼策略；当D<0.3时，分配为第三阻尼策略；当 0.3D0.7时，分配为第一阻尼策略。

本发明的有益效果是：能够依据实时的车辆动态及驾驶员操作，在助力、回正、阻 尼三个功能模块中独立地运行，主动地调整控制策略，并最终输出到EPS的输出机构，实现 转向控制的最优化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 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发明的一些实施例，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它 的附图，其中：

图1为基于驾驶风格的自适应转向控制方法及系统的主要示意图；

图2为助力策略控制模块的示意图；

图3为回正策略控制模块的示意图；

图4为阻尼策略控制模块的示意图；

图5为最终转向控制策略的示意图。

具体实施方式

下面将对本发明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 例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范 围。

请参阅图1-5，本发明实施例包括：

一种基于驾驶风格的自适应转向控制系统，其包括：

助力策略控制模块：接收发动机转速信号、油门踏板信号、车速信号、横摆角速度信号、 制动主缸压力信号、方向盘转角信号和方向盘扭矩信号，然后对接收信号分别进行处理，并 且按照权重综合计算驾驶风格系数，分配合理的助力控制策略信息；

回正策略控制模块：接收车速信号、横摆角速度信号以及方向盘转角信号，基于输入信 号的分析，分配合理的回正控制策略信息；

阻尼策略控制模块：接收车速信号、横摆角速度信号以及方向盘转角信号、方向盘扭矩 信号，分析以上输入信号，分配合理的阻尼控制策略信息；

执行单元模块包括EPS马达：能够对EPSECU的控制指令做出快速响应并且输出需要的 扭矩；

电动助力转向系统控制器分别接收和计算助力策略控制模块、回正策略控制模块和阻 尼策略控制模块的策略信息，集成后得到最终控制策略信息，通过控制执行单元模块中EPS 马达的工作电流电压来实现控制策略。

所述助力策略控制模块、所述回正策略控制模块和所述阻尼策略控制模块各自单 独进行信息接收和信息计算。

一种基于驾驶风格的自适应转向控制系统的控制方法，其步骤包括：

通过定义静态驾驶、加速驾驶、制动驾驶、转向驾驶工况收集驾驶风格系数，并且通过 权重综合计算得到最终判断因子，进而分配相应的控制策略；

通过设定车速和方向盘的转动幅度，监测车辆横摆角速度变化，判断驾驶员的驾驶风 格，并且存储在电动助力转向系统控制器中；

通过定义车速、横摆角速度、方向盘转角的门限和方向盘扭矩信号的处理方法，判断驾 驶员的转向风格；

根据获得的助力、回正、阻尼策略控制模式的决策分配，得到EPS最终的控制策略，并发 送给EPS马达执行。

一.助力策略控制模块

在助力策略控制模块中，助力策略控制模块接收CAN总线上的发动机转速信号、油门踏 板信号、车速信号、横摆角速度信号、制动主缸压力信号、方向盘转角信号和方向盘扭矩信 号，根据定义的驾驶方式对接收信号分别进行处理，并且按照权重综合计算，得到当前的驾 驶风格信息：

（1.1）静态驾驶方式计算，即车速信号时：

（1.1.1）方向盘转角信号、方向盘转角信号的加速度且方向盘扭矩传感 器信号，则静态驾驶方式计分为0；

（1.1.2）方向盘转角信号，方向盘转角信号的加速度且方向盘扭矩传 感器信号，则静态驾驶方式计分为1；

（1.1.3）其它条件下，静态驾驶方式计分为0.5;

其中，θ1、θ2、a1、a2、t1和t2为系统预设值，每当方向盘转角信号时完成一次计分 周期，静态驾驶方式的计分为20次历史计分的平均值S；

（1.2）加速驾驶方式计算，车辆速度变化表示为，当时：

（1.2.1）发动机转速且油门踏板信号P时，则加速驾驶方式计分为0；

（1.2.2）发动机转速且油门踏板信号P时，则加速驾驶方式计分为1；

（1.2.3）其它条件下，加速驾驶方式计分为0.5；

其中，为系统预设值，每当车辆速度变化从变化到时为完成一次计分周期，加速驾驶方式的计分为100次历史计分的平均值G；

（1.3）制动驾驶方式计算，制动主缸压力信号、制动主缸压力变化速度表示为时：

（1.3.1）0<时，制动驾驶方式计分为0;

（1.3.2）时，制动驾驶方式计分为1;

（1.3.3）其它条件下，制动驾驶方式计分为0.5。

其中，为系统预设值，每当时完成一次计分周期，制动驾驶方式的最 终计分为100次历史计分的平均值Z；

（1.4）转向驾驶方式计算，即车速信号，且方向盘转角信号绝对值时：

（1.4.1）横摆角速度信号，且方向盘转角信号变化速度<时，转向驾驶 方式计分为0；

（1.4.2）横摆角速度信号，且方向盘转角信号变化速度>，转向驾驶 方式计分为1；

（1.4.3）其它条件下，转向驾驶方式计分为0.5；

其中，r0、r1、θ3和θ4为系统预设值，每当时完成一次计分周期，转向驾驶方式的 计分为200次历史计分的平均值Y；

（1.5）最终的助力策略控制模块判断因子Assist_Base根据如下权重公式计算：

Assist_Base=。

在助力策略控制模块中，所述判断因子Assist_Base实时存储在电动助力转向系 统控制器中，并且根据判断因子的数值主动在第一助力策略A1、第二助

力策略A2、第三助力策略A3中进行切换。

二.回正策略控制模块

在回正策略控制模块中，回正策略控制模块接收CAN总线上的车速信号、横摆角速度信 号以及方向盘转角信号，根据对以上输入信号的分析，选择合适的回正控制策略：

（2.1）低速回正驾驶方式计算：

车速信号V，且方向盘转角信号绝对值条件满足时，即进入回正等待模式， 方向盘回正过程中，当方向盘转角信号的绝对值下降到时，开始下面的计算：

如车辆横摆角速度的绝对值，则回正驾驶方式计分为0；

如车辆横摆角速度的绝对值，则回正驾驶方式计分为1；

其余条件下，回正驾驶方式计分为0.5；

（2.2）高速回正驾驶方式计算：

当车速信号V，且方向盘转角信号绝对值条件满足时，即进入回正等待模 式，方向盘回正过程中，当方向盘转角信号的绝对值下降到时，开始下面的计算：

如车辆横摆角速度的绝对值，则回正驾驶方式计分为0；

如车辆横摆角速度的绝对值，则回正驾驶方式计分为1；

其余条件下，回正驾驶方式计分为0.5；

其中，、r2和r3为系统预设值，从方向盘进入等待 模式到方向盘回到中点位置为一次计分周期，回正驾驶方式的计算分值为50次历史计分的 平均值R，作为回正策略控制模块判断因子。

在回正策略控制模块中，判断因子R实时存储在电动助力转向系统控制器中，并且 根据判断因子的数值主动在第一回正策略B1、第二回正策略B2、第三回正策略B3中进行切 换。

三.阻尼策略控制模块

在阻尼策略控制模块中，阻尼策略控制模块需要接收CAN总线上的车速信号、横摆角速 度信号以及方向盘转角信号和方向盘扭矩信号，并对以上输入信号的分析，选择合适的阻 尼控制策略：

阻尼驾驶方式监测，即车速信号V，且横摆角速度信号时，方向盘转角 信号时：

如果方向盘扭矩信号，则驾驶员更依赖于EPS系统自身的稳定性，阻尼驾驶方 式计分为1；

如果方向盘扭矩信号，则驾驶员更习惯自身操作，阻尼驾驶方式计分为0；

其它条件时，阻尼驾驶方式计分为0.5；

其中，为可标定值，从满足信号条件开始进行累计计时，阻尼驾驶方式 的计分为500秒历史实时计分的平均值D，平均值D作为阻尼策略控制模块判断因子。

在阻尼策略控制模块中，判断因子D实时存储在电动助力转向系统控制器中，并且 根据判断因子的数值主动在第一阻尼策略C1、第二阻尼策略C2、第三阻尼策略C3中进行切 换。

具体实施例一

在实际使用的汽车中，有混合动力的，也有纯电动的，本发明中仅以内燃机汽车为例来 进行详细描述，但本发明并不旨在限制于此。

如图1所示，基于驾驶风格的自适应转向控制方法及系统，EPSECU2通过控制 EPS马达1的工作电压电流完成控制指令的发送，发动机转速信号3和油门踏板信号4来源于 发动机控制系统，车速信号7、横摆角速度信号8和制动主缸压力信号9来自于ESC系统， 均通过CAN总线发送至EPSECU2，方向盘转角信号5和方向盘扭矩信号6来自EPS系统。

其中EPSECU2根据发动机转速信号3、油门踏板信号4、车速信号7、横摆角速 度信号8、制动主缸压力信号9、方向盘转角信号5、方向盘扭矩信号6计算并存储驾驶员 的驾驶风格，并且根据驾驶风格实时调整EPS的控制策略，并通过控制EPS马达1的工作电流 电压实现助力力矩输出。

另外，EPSECU2具有掉电自动保存功能，其目的是在驾驶员熄火或EPSECU2 断电后，驾驶员风格的计算因子可以保存，待EPSECU2重新工作时，可以立即调用驾驶员 风格信息作为实时调整。

如图2所示，助力策略控制模块A根据发动机转速信号3、油门踏板信号4、车速 信号7、横摆角速度信号8、制动主缸压力信号9、方向盘转角信号5、方向盘扭矩信号6实 时分配三种助力策略。

在车辆静止，即车速信号7为0时，监测方向盘转角信号5的大小和加速度，以及 方向盘扭矩信号6的幅值，以判断的驾驶员在车辆静态下的驾驶风格，并且以计分的方式 对三种不同驾驶风格进行区分，实时分值表示为S。

同样，在车辆加速过程中，即车速信号7的导数需要对发动机转速信号3和 油门踏板信号4进行处理计算，以表征驾驶员在驾驶过程中的行为特点，以计算得分G归类 驾驶风格。

驾驶员实施制动时，根据制动主缸压力信号9的变化速度，对于不同的驾驶操作计 分归纳，实时分值记为Z。

在转向驾驶时，设定方向盘转角信号5的门限值，可以过滤出大转向动作，同时监 控横摆角速度信号8和方向盘转角信号5的变化速率，可以归纳计算出驾驶员在动态转向 时的驾驶风格，以Y值计分归类。

最终的助力策略需要综合S、G、Z、Y的权重，最后计算出助力策略因子Assist_Base 的值，并实时保存在助力策略控制模块A中；

当Assist_Base>0.8时，分配为助力策略A3，助力偏小，突出路感，给驾驶员最直接的转 向手感；

当Assist_Base<0.2时，分配为助力策略A2，助力最大，转向手感轻盈；

当0.2Assist_Base0.8时，分配为助力策略A1，助力适中，能够满足大多数驾驶员 的要求。

如图3所示，回正策略控制模块B根据车速信号7、横摆角速度信号8、方向盘转 角信号5计算出车辆回正过程中不同的驾驶风格，并提供三种回正策略。

回正驾驶监测分为低速大转向角度和高速小转向角度两种情况，在车速信号7不 大于设定门限值的低速情况下，方向盘转角信号5大于设定阀值后，根据方向盘回正过程 中，车身横摆角速度信号8的幅值判断驾驶员的驾驶风格，并计算得到不同的驾驶方式系 数。

当车速信号7高于设定的门限值，驾驶员的转向幅度会相应降低，因此回正监测 算法中方向盘转角信号5的门限也需要调低，同样根据方向盘回正过程中的车身横摆角速 度的大小，对驾驶员的操控风格进行分值评定。

回正驾驶风格的系数为多次驾驶操作的平均值R，需要实时存储在回正策略控制 模块B中：

当R>0.7时，分配为回正策略B2，回正反馈迅速；

当R<0.3时，分配为回正策略B3，回正反馈相对迟滞；

当0.3R0.7时，分配为回正策略B1，回正反馈的响应适中。

如图4所示，阻尼策略控制模块C根据车速信号7、横摆角速度信号8、方向盘转 角信号5、方向盘扭矩信号6适时分配三种不同的阻尼控制策略。

阻尼工况驾驶风格的监测需要车速超过一定的门限值，并且方向盘转角信号5和 横摆角速度信号8保持在设定范围内，然后阻尼策略控制模块C记录方向盘扭矩信号6的幅 值，并以此判断驾驶员对EPS阻尼的需求程度，并计算出风格系数保存在阻尼策略控制模块 C内，最终阻尼工况驾驶风格系数记为D：

当D>0.7时，分配为阻尼策略C2，EPS的阻尼输出较大，不需要过多驾驶员干预便能获 得车辆稳定性；

当D<0.3时，分配为阻尼策略C3，EPS的阻尼输出较小，驾驶员需要在驾驶过程中适当控 制方向盘的运动，以获得车辆稳态表现；

当0.3D0.7时，分配为阻尼策略C1，阻尼输出适中。

如图4所示，最终控制策略D是对助力策略、回正策略、阻尼策略的逻辑串联集成， 其中助力策略包括助力策略A1、助力策略A2、助力策略A3；回正策略包括回正策略B1、回 正策略B2，回正策略B3；阻尼策略包括阻尼策略C1、阻尼策略C2、阻尼策略C3。

最终控制策略D包含27种EPS控制策略，并且根据驾驶员的风格自动切换。

本发明基于驾驶风格的自适应转向控制系统及其控制方法的有益效果是：能够依 据实时的车辆动态及驾驶员操作，在助力、回正、阻尼三个功能模块中独立地运行，主动地 调整控制策略，并最终输出到EPS的输出机构，实现转向控制的最优化。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领 域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。