智能驾驶背景下乘用车 商用车 人机共享转向系统发展趋势报告-2024-04-智能网联

智能驾驶背景下转向系统发展趋势2汇报提纲1、乘用车智能转向系统2、商用车智能转向系统3、人机共享转向控制4、智能避撞系统5、小结31、乘用车智能转向系统1.1电动助力转向系统电动机4控制器助力表1、乘用车智能转向系统控制器助力表1.3EPS发展趋势路感问题模式实际转向角目标转向角电机力矩EPSPID(s) 实际转向角目标转向角电机力矩EPSPID(s) 助力表 控制器PID(s)目标转向角模式轨迹规划/路径跟踪问题1.2前轮主动转向系统1.2.1AFS结构及工作原理>AFS结构示意图方向盘输入轴方向盘输入轴行星齿轮A行星齿轮B转向齿条转向齿条输出轴56yref1、乘用车智能转向系统yref1.2前轮主动转向系统1.2.1AFS结构及工作原理>AFS作用及工作原理参考车辆模型 执行电机 实际车辆可变传动 实际车辆可变传动++方向盘δmodify控制器 T 71、乘用车智能转向系统1.2.2AFS关键技术>转角叠加电机与方向盘的力解耦：转角叠加电机对转向手感的干扰抑制>随速变传动比技术：保证低速转向轻便和高速转向稳定>基于主动转向的车辆稳定性控制技术：车辆运动跟随驾驶员意图的同时保证动力学稳定性1.2.3前轮独立主动转向系统转向驱动电机2转向驱动电机2左转向拉杆及转向轮齿轮齿条2齿轮齿条1右转向拉杆及转向轮转向驱动电机1方向盘行星齿轮机构2行星齿轮机构1>结构复杂>轮胎磨损>失效保护81、乘用车智能转向系统1.3线控转向系统1.3.1SBW结构及工作原理9驾驶员目标驾驶辅助系统目标驾驶员目标驾驶辅助系统目标1.3.2线控转向系统的关键技术1.3.3线控转向系统的发展趋势>线控转向系统的理想路感设计高精度路感模拟>路面不平导致的的路感波动抑制>线控转向系统的前轮转角伺服控制传感器冗余/控制器冗余/执行器冗余>线控转向系统的个性化路感风格>基于线控转向系统的人机共驾解车车-路系统转向交互控制器驾驶员1、乘用车智能转向系统1.4后轮主动转向系统>后轮主动转向系统的结构示意图左转向横拉杆右转向横拉杆转向驱动电机转向丝杠副车架左转向节右转向节>后轮主动转向系统的三种工作模式零相位转向逆相位转向 零相位转向逆相位转向1、乘用车智能转向系统1.4.2后轮主动转向系统的关键技术后桥半轴>前轮/后轮转向角度比设计>低速行驶的转弯灵活性和高速行驶的方向稳定性控制策略推杆滚珠丝杠机构齿轮减速器推杆滚珠丝杠机构齿轮减速器车架连接球头驱动电机转向节连接球头稳定性控制>两后轮协调转向，可提高车辆行驶稳定性>两后轮反向张开或内收，可产生一定的制动作用Mz/o1、乘用车智能转向系统Mz/o1.5差速转向/差动转向>高速修正汽车行驶方向，改善稳T/v在非公共区域内能够按照自主制定的规则应对，测试和运营相对较容易在开放性道路上，则需要建立诸如“专用车道”等公共规则解决驾驶员不足。在非公共区域内能够按照自主制定的规则应对，测试和运营相对较容易在开放性道路上，则需要建立诸如“专用车道”等公共规则解决驾驶员不足。从长时间驾驶中解放出来，以及应对“收发订单”等追加业务操作在感知到危险情况下瞬间调整行进方向以确保安全性作为“不会发生碰撞事故的汽车”提供更加安全的驾驶环境帮助弱势群体（高龄者、残障人士）的出行系统成本由用户承担能够促成削减运输过程中的人工成本，节省下来的这部分就可以填补到高额的系统成本上2.1商用车自动驾驶需求更加迫切、进程或更快较好的自动驾驶应用基础在市内街区由于与非自动驾驶汽车并存，发生交通事故可能性较高。如何解决事故（尤其是人身事故）的责任认定问题，从法律法规层面来看还非常困难带来诸多好处2、商用车智能转向系统2.2智能化商用车对新型转向系统的新要求智能•为应对商用车智能驾驶趋势，需要转向系统具备完成车道偏离辅助、列队行驶等功能的能力舒适•新一代的年轻驾驶员对驾驶舒适性要求较高•将近一半的驾驶员存在腰、肩、颈部的职业病，转向系统的操纵轻便性有望提高•高速行驶时操纵稳定性较好，路感清晰•为避免疲劳驾驶和集中注意力，转向系统的操纵负担应尽量小安全减速器2、商用车智能转向系统减速器转向传感器控制器电机电机受EPS电机功率及空间限//控制器电液转向响应滞后、角度控制难；不能直接用于自动回正、泊车和2、商用车智能转向系统2.4主流解决方案ZFReAX-GearMountedZFReAX-ColumnMountedZFReAX-GearMounted在原有循环球式液压助力转向器基础上叠加一套传感器-助力电实现功能实现功能技术背景随速助力增强高速转向手感的同时保证低速转向轻便性应急转向在液压助力系统失效时，助力电机完成系统必要的助力转向功能主动回正车辆完成转向动作之后，助力电机协助驾驶员完成转向轮回正部分自动驾驶在特殊驾驶场景下，系统在驾驶员的监控下，执行车辆侧向路径引导操作，比如自动转向功能侧风补偿助力电机保证车辆在遇到侧向风时处于直行状态，减轻驾驶员精神负担和物理操作负荷2、商用车智能转向系统2.5探索形方案ZFReAXZFReAXEPS(indevelopment)轮等取代现有系统。省去油泵或储液箱，与传统液压转向系统相比，实现了10%轻量化，同时由于不再需要补油，可维护性同时提高。与乘用车EPS最大的差异就是电机。ZF该款新产品上搭载的电机最大扭矩为70Nm。可产生的轴向力最大为55kN，可支持大型卡车。2、商用车智能转向系统2.6课题组在商用车智能转向方面进行的研究FromvehiclePWM_P+5VDPWMSt+24+5VDPWMSt+24VBatt+5VDIGN3phasepowerMotorcontrollerCANH_GNDPWMT1PWM_T2HALLAIGNMotorassemblyCANHHALLBCANHCRTACRTBCRTCCRTACRTBCRTCCANLFaultCANLFaultOthersPowerlineDigitalsignalAnalogysignalCommunication曲线MAP图2、商用车智能转向系统曲线MAP图2.6课题组在商用车智能转向方面进行的研究地面转向阻力矩驾驶员手力矩＋车辆动力学模型电机助力电机助力驾驶员在环场景下助力电机助力曲线三维MAP图设计目标前轮转角2、商用车智能转向系统目标前轮转角2.6课题组在商用车智能转向方面进行的研究实际方向盘转角理论建模转角跟随控制策略设计仿真分析电动辅助转向子系统内层目标转角跟随控制器车辆侧向动力学仿真模型车-路控制模型外层横向循迹控制器开环特性测试、分析嵌套式商用车转向控制架构车辆状态道路-环境信息多目标自适应调度控制策略3.人机共享转向控制3.1自动驾驶技术分级等级名称定义驾驶员执行全部的或部分的动态驾驶任务（DDT）0无自动化驾驶员是整个智能化系统唯一的决策者和执行者1驾驶辅助ADS在特定环境条件下执行DDT中的纵向或横向运动控制子任务2部分自动化ADS在特定环境条件下完成汽车的纵向和横向运动控制子任务自动驾驶系统（ADS）执行全部的动态驾驶任务（DDT）3ADS在特定环境条件下完成DDT的全部任务，根据系统要求，驾驶者提供合适的应答4高度自动化ADS在特定环境条件下完成DDT的全部任务，根据系统要求，驾驶者不一定需要对系统所有的请求作出应答5完全自动化ADS在所有人类驾驶者可以应付的环境条件下完成DDT的全部任务，驾驶者不一定需要对系统所有的请求作出应答3.人机共享转向控制3.2驾驶员驾驶带来的问题3.人机共享转向控制3.3共享型转向控制驾驶员和智能系统同时在人机一体化协同完成车辆转向驾驶任务感知层决策层执行层感知层决策层神经调节肌肉发力视觉感知神经调节肌肉发力传感系统控制单元执行机构感知层决策层执行层驾驶员目标车路系统转角/力矩叠加智能系统1参与者1系统动态博弈均衡策略信息交互参与者2力矩/转角交互×智能系统目标玩家23.人机共享转向控制驾驶员目标车路系统转角/力矩叠加智能系统1参与者1系统动态博弈均衡策略信息交互参与者2力矩/转角交互×智能系统目标玩家2人机同为控制实体，双方受控对象交联耦合，状态转移相互制约，具有双环并行的控制结构。基于动态非合作博弈理论的人机共享交互式转向建模员玩家玩家13.人机共享转向控制3.4基于前轮主动转向的共享型转向控制研究共享转向控制硬件在环（HIL）验证基于dSPACE实时仿真平台加型RackandpinionassemblyNonlinearevaluationmodel控制的研究。实验验证环节主要是基于dSPACE实Pinionangle硬件在环开发平台已经在汽车产品开发领域得到controlsignalAnglesensorcontrolsignalAnglesensorsignalVehiclestatecontrolsignal AnglesensorsignalRoadSteeringwheelassemb实可信，车辆模型用包含轮胎侧偏非线性的Carsim整车转向系统则用我组开发的线控转向试验台进行角度叠加的共享转向控制方面的研究。InteractivesteeringcontrollerRoadtrajectory3.人机共享转向控制3.5仿真及实验结果设定驾驶工况为高速公路上的双移线，驾驶员由于疲劳驾驶或分心等因素未能识别该进行转向操作，期望路径为直线；智能系统根据环境感知及决策系统规划处目标路径并控制方向盘进行轨迹跟踪，期望路径为双移线。这里仅给出开环纳什和闭环纳什均衡策略下的仿真及实验结果。所谓开环和闭环主要指的是博弈的参与在在博弈过程中所能得到的信息上的不同。4、智能避撞系统4.1避障系统总体方案车辆行驶环境车辆行驶环境传感、感知、信息融合及定位系统决策系统车载感器 传车载感器 传车辆运动状态感知处理信息预处理合信息融合交通参与物感知交通标识检测行驶区域检测车道信息检测行为预测轨迹规划风险评估风险评估定位高精度定位行为决策运动控制系统纵向运动控制横向运动控制横向运动控制λdi基于鲁棒补偿的RBF神经网络控制λdiUv,pdm控制策略IEHB执行器的Tλdi基于鲁棒补偿的RBF神经网络控制λdiUv,pdm控制策略IEHB执行器的Tvxoi4.2运动控制系统4.2.1紧急制动控制系统方案横摆力矩控制层基于ARBFNN-SMC的横摆力矩控制器参考模型层理想值vx驾驶员控制指令βdμβ,βd δ PIEHB执行器Mμvx制动力矩分配层转向特性识别&制动车轮选择&横摆力矩控制层基于ARBFNN-SMC的横摆力矩控制器参考模型层理想值vx驾驶员控制指令βdμβ,βd δ PIEHB执行器Mμvx制动力矩分配层转向特性识别&制动车轮选择&制动力矩调控识别与估计层观测器 β δ,PMYvxPvxP4.2.2直接横摆力矩控制系统方案自动驾驶汽车 ,δ,PM执行层IEHB执行机构控制PWM4、智能避撞系统4.2.3IEHB系统仿真模型建立鲁棒转向控制器fr自适应神经网络逼近器反演控制RBF神经网络变结构控制vy r鲁棒转向控制器fr自适应神经网络逼近器反演控制RBF神经网络变结构控制vy repΔΨδsa参考路径模型车辆动力学模型车辆运动学模型vx.vy车路-系统++K,eK,e rpxYGΨOWfX获得最优解停止是评估每一个种群的适应度YGΨOWfX获得最优解停止是评估每一个种群的适应度选择最优个体赌轮选择法P=适应度适应度 否通过遗传交叉创造下一代交叉概率Pc=0.8所采用的遗传算法方案示意图4.3决策系统4.3.1避撞轨迹规划与风险评估模型Y(xT,yT)Yy=ATXOX0,y0)DDL开始开始创建初始随机种群种群大小Np=100&染色体长度Lc=20&终止代数Gt=500执行变异变异概率Pm=0.1|=my(|x=nxy=AXpyk=T|=my(|x=nxy=AXpyk=T)传感系统YES2μg(pyx运动控制系统环境信息4.3.1避撞轨迹规划与风险评估模型（续）+YES驾驶行为决策分析行驶车速vx、车间距xfl和路面附着μ对安全距离模型的影响4、智能避撞系统 左前轮