本發明涉及一種助力轉向系統及控制方法，特別涉及一種個性化的電動助力轉向系統及控制方法。

背景技術：

當前，現有的電動助力轉向系統(EPS)是在傳統的機械轉向系統的基礎上加裝了方向盤轉矩傳感器、電子控制單元、轉向助力電機及其減速機構。其中傳統的機械轉向系統主要包括方向盤、轉向軸、轉向器、轉向橫拉桿和轉向輪；方向盤轉矩傳感器安裝于轉向軸上用以檢測駕駛員作用于方向盤的操縱力矩；助力電機可安裝在轉向軸或轉向器上，通過減速機構給駕駛員提供助力力矩；方向盤轉矩傳感器信號與車速傳感器信號輸入到電子控制單元的基本控制助力模塊，計算出相應的助力力矩，作為助力電機輸出的目標力矩指令。

EPS系統輸出的助力力矩的大小與駕駛員作用于方向盤上的操縱力矩相關，其關系通過助力特性曲線決定。傳統的EPS系統僅僅采用一種助力特性曲線－直線型、折線型或曲線型。雖然任何一種助力特性曲線都可以實現EPS系統的主要功能－在各種行駛工況下提供最佳動力、減少能源消耗、改善汽車的轉向特性、提高汽車的主動安全性，但是目前的助力特性曲線并不能根據駕駛人的不同駕駛特性進行實時調節，即車上的EPS系統只是針對大多數人，其助力特性曲線不能完全滿足個人的需求，與汽車的智能化理念不符合。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有的EPS系統存在的智能化程度較低，不能滿足個性化需求的問題而提供的一種個性化的電動助力轉向系統及控制方法。

本發明提供的個性化的電動助力轉向系統包括有方向盤轉矩傳感器、電子控制單元、轉向助力電機、減速機構、方向盤轉角傳感器、手力傳感器和性別選擇開關，其中方向盤轉矩傳感器裝配在方向盤下部的轉向軸上，以檢測駕駛員作用于方向盤上的操縱力矩，包括力矩的大小和方向；轉向助力電機通過減速機構給駕駛員提供助力力矩；方向盤轉角傳感器安裝于轉向軸上，用以檢測駕駛員作用于方向盤上的轉角；手力傳感器安裝于方向盤上，用以檢測駕駛員握方向盤力的大小，性別選擇開關裝配在儀表盤上，方向盤轉矩傳感器、轉向助力電機、方向盤轉角傳感器、手力傳感器和性別選擇開關均與電子控制單元相連接，方向盤轉矩傳感器、方向盤轉角傳感器、手力傳感器和性別選擇開關能夠把獲得的信息傳遞給電子控制單元，電子控制單元通過獲得的信息指令轉向助力電機的工作。

電子控制單元包括有駕駛員習性辨識模塊、助力特性選擇模塊和基本助力模塊，其中駕駛員習性辨識模塊將駕駛員以最舒適的狀態作用在方向盤上的力矩大小為依據將駕駛員分為三類：A類、B類和C類，A類表示在相同條件下駕駛員作用于方向盤上的力矩較小，C類表示在相同條件下駕駛員作用于方向盤上的力矩較大，B類表示相同條件下駕駛員作用于方向盤上的力矩在A類和C類之間，助力特性選擇模塊是由M和W兩組助力特性曲線組成，其存儲于電子控制單元中，供EPS系統進行實時調用，其中M組助力特性曲線是針對于男性，分為L1、Z1和S1三種類型的助力特性曲線，W組助力特性曲線是針對于女性，分為L2、Z2和S2三種類型的助力特性曲線，其主要是根據控制環境變量以及車輛行駛速度不變的同時，駕駛員轉向最舒適時所需要的助力不同劃分的，L、Z、S型助力特性曲線分別與A、B、C三種駕駛習性相對應。

A、B、C類駕駛員的劃分應用Carsim RT實時仿真軟件和dSPACE實時仿真系統搭建的駕駛模擬器實驗平臺，并以此為基礎采集不同類型駕駛員的轉向數據，并將這些數據通過聚類算法分析出A、B、C三種類型的駕駛員，然后將這三種駕駛習性的相關數據儲存于ECU中。

性別選擇開關由M按鈕和W按鈕兩個按鈕組成，其中M按鈕為藍色，代表男性駕駛員，W按鈕為紅色，代表女性駕駛員。

本發明提供的個性化的電動助力轉向控制方法，其方法如下所述：

步驟一、駕駛員啟動汽車并且選定性別后，系統將進入工作狀態，車輛上的GPS系統也將實時采集車輛行駛過程中周圍的道路信息，并且將道路信息輸送給電子控制單元，當GPS檢測到前方有彎道路況或者駕駛員有轉向意圖，轉向燈亮時，方向盤轉矩傳感器、方向盤轉角傳感器以及手力傳感器將開始工作，車輛將實時記錄駕駛員作用于方向盤上的轉矩、轉角以及手力，方向盤轉矩傳感器、方向盤轉角傳感器和手力傳感器所采集到的數據經過濾波處理、信號放大和A/D轉換得到ECU能夠識別的數字信號并傳入ECU駕駛員習性辨識模塊中，濾波處理采用加權平均濾波法，處理過的數據采用訓練好的BP神經網絡模型和matlab中的gensim函數實現駕駛員類型的在線辨識，辨識出駕駛員轉向時的駕駛習性，確定出駕駛員的類別，A類、B類或者C類，并將辨識結果輸入到助力特性選擇模塊中；

步驟二、轉向過程包括轉向意圖和轉向執行兩個階段，車輛在轉向意圖階段辨識出駕駛員的駕駛習性后，電子控制單元中的助力特性選擇模塊將會調出符合該駕駛員駕駛習性的助力特性曲線，然后進入轉向執行階段，此時，方向盤轉角傳感器和手力傳感器將停止工作，但方向盤轉矩傳感器仍然處于工作狀態，實時記錄駕駛員作用于方向盤上的力矩的大小和方向，并與車速傳感器采集的車速信號和轉向助力電機的電流信號同時傳輸給電子控制單元，電子控制單元根據上述由駕駛習性所確定的助力特性曲線確定出轉向助力電機的控制電壓，使轉向助力電機產生相應的助力轉矩，助力轉矩通過減速器傳送到齒輪齒條機構，進而實現助力轉向。

本發明的工作原理：

電子控制單元主要包括駕駛員習性辨識模塊、助力特性選擇模塊和基本助力模塊。

所述的駕駛習性主要是指控制環境變量以及車輛行駛速度不變的情況下，駕駛員以最舒適的狀態作用在方向盤上的力矩大小，并以此為依據駕駛員習性辨識模塊將駕駛員分為三類：A類、B類和C類，A類表示在相同條件下駕駛員作用于方向盤上的力矩較小，C類表示在相同條件下駕駛員作用于方向盤上的力矩較大，B類表示相同條件下駕駛員作用于方向盤上的力矩在A類和C類之間。A、B、C類駕駛員的劃分需要大量的數據作支撐，實車試驗會有很大的難度，因此應用Carsim RT實時仿真軟件和dSPACE實時仿真系統搭建的駕駛模擬器實驗平臺，并以此為基礎廣泛采集不同類型駕駛員的轉向數據，并將這些數據通過聚類算法分析出A、B、C三種類型的駕駛員，然后將這三種駕駛習性的相關數據儲存于ECU中；

性別選擇開關安裝于車輛的儀表板上，用以供駕駛員選擇性別，以便于電子控制單元調用對應的助力特性數據庫。

助力特性數據庫是由M和W兩組助力特性曲線組成，其存儲于電子控制單元中，供EPS系統進行實時調用。其中M組助力特性曲線是針對于男性，分為L1、Z1和S1三種類型的助力特性曲線，W組助力特性曲線是針對于女性，分為L2、Z2和S2三種類型的助力特性曲線，其主要是根據控制環境變量以及車輛行駛速度不變的同時，駕駛員轉向最舒適時所需要的助力不同劃分的，L、Z、S型助力特性曲線分別與A、B、C三種駕駛習性相對應。這六種不同類型的助力特性曲線均采用直線型助力特性曲線(圖4給出了直線型助力特性曲線的大體形狀)，此種類型的助力特性曲線可以很好的提高轉向輕便性，曲線中的具體參數(開始助力時的轉向力矩、助力特性曲線的梯度、最大助力時的轉向力矩以及最大助力電流)均可通過駕駛模擬器進行大量的試驗獲得(選取不同性別不同年齡段的駕駛員進行試驗)。圖6給出了車速為0(即原地轉向)時的L1、Z1和S1三種類型的助力特性曲線，由于在相同的道路條件下轉向阻力矩是一定的，因此三種類型的助力特性曲線在助力變化區的橫縱坐標之和始終相同，即在相同附著條件的路面上(轉向阻力矩相同)，當駕駛員作用在方向盤上的力矩較小時，EPS系統的助力電機就會提供較大的助力，從而保證了駕駛員的轉向舒適性及轉向安全性。

安裝于儀表板上的性別選擇開關由兩個按鈕組成，M按鈕(藍色)代表男性駕駛員，W按鈕(紅色)代表女性駕駛員。設置此開關的目的是當駕駛員選擇性別后電子控制單元可以迅速的從助力特性數據庫中調出相對應的助力特性曲線，避免在行車過程中電子控制單元做重復性的動作，增加了該系統的響應速度，對提高行車安全有一定的意義。

駕駛員啟動汽車并且選定性別后，新型的EPS系統將進入工作狀態，車輛上的GPS系統也將實時采集車輛行駛過程中周圍的道路信息，并且將道路信息輸送給電子控制單元。當GPS檢測到前方有彎道路況或者駕駛員有轉向意圖(轉向燈亮)時，方向盤轉矩傳感器、轉角傳感器以及手力傳感器將開始工作，車輛將實時記錄駕駛員作用于方向盤上的轉矩、轉角以及手力。方向盤轉矩傳感器、方向盤轉角傳感器和手力傳感器所采集到的數據經過濾波處理、信號放大和A/D轉換得到ECU能夠識別的數字信號并傳入ECU駕駛員習性辨識模塊中。所述的濾波處理采用加權平均濾波法。處理過的數據采用訓練好的BP神經網絡模型和matlab中的gensim函數實現駕駛員類型的在線辨識，辨識出駕駛員轉向時的駕駛習性，確定出駕駛員的類別(A類、B類或者C類)，并將辨識結果輸入到助力特性選擇模塊中。

轉向過程包括轉向意圖和轉向執行兩個階段，車輛在轉向意圖階段辨識出駕駛員的駕駛習性后，個性化的電動助力轉向系統ECU中的助力特性選擇模塊將會調出符合該駕駛員駕駛習性的助力特性曲線。即假如通過BP神經網絡辨識出某駕駛員的駕駛習性為A類，也就是說在轉向過程中他作用于方向盤上的力較小時有更好的舒適感，這時就需要EPS系統提供更大的助力，因此系統需要從助力特性數據庫中調出L類的助力特性曲線，這樣才可以保證駕駛員在舒服轉向的同時完成轉向動作，確保轉向安全性。

進入轉向執行階段后，該系統與正常的EPS系統并無很大差別。駕駛員在進行轉向時，方向盤轉角傳感器和手力傳感器將停止工作，方向盤轉角傳感器和手力傳感器的這種分時段工作可以減少能源損耗，但方向盤轉矩傳感器仍然處于工作狀態，實時記錄駕駛員作用于方向盤上的力矩的大小和方向，并與車速傳感器采集的車速信號和助力電機的電流信號同時傳輸給電子控制單元，而電子控制單元根據上述由駕駛習性所確定的助力特性曲線確定出助力電機的控制電壓，使助力電機產生相應的助力轉矩，助力轉矩通過減速器傳送到齒輪齒條機構，進而實現助力轉向。

本發明的有益效果：

在原有EPS系統的基礎上進行改裝，結構較為簡單；從而使車輛能夠根據駕駛員的特性選擇合適的助力特性，使得EPS系統更加個性化和智能化；減小駕駛員的不舒適度，提高了汽車的行駛安全性。

附圖說明

圖1為本發明所述的個性化的電動助力轉向系統的結構示意圖。

圖2為本發明中實現電動助力轉向系統個性化的方法步驟示意圖。

圖3為本發明的個性化的電動助力轉向系統的基本控制原理圖。

圖4為本發明的駕駛員習性辨識模塊原理圖。

圖5為本發明系統中采用的助力特性曲線的基本類型示意圖。

圖6為本發明系統在原地轉向狀態時M組三種類型的助力特性曲線示意圖。

1、方向盤轉矩傳感器 2、電子控制單元 3、轉向助力電機 4、減速機構

5、方向盤轉角傳感器 6、手力傳感器 7、性別選擇開關 8、方向盤

9、轉向軸。

具體實施方式

請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示：

本發明提供的個性化的電動助力轉向系統包括有方向盤轉矩傳感器1、電子控制單元2、轉向助力電機3、減速機構4、方向盤轉角傳感器5、手力傳感器6和性別選擇開關7，其中方向盤轉矩傳感器1裝配在方向盤8下部的轉向軸9上，以檢測駕駛員作用于方向盤8上的操縱力矩，包括力矩的大小和方向；轉向助力電機3通過減速機構4給駕駛員提供助力力矩；方向盤轉角傳感器5安裝于轉向軸9上，用以檢測駕駛員作用于方向盤8上的轉角；手力傳感器6安裝于方向盤8上，用以檢測駕駛員握方向盤力的大小，性別選擇開關7裝配在儀表盤上，方向盤轉矩傳感器1、轉向助力電機3、方向盤轉角傳感器5、手力傳感器6和性別選擇開關7均與電子控制單元2相連接，方向盤轉矩傳感器1、方向盤轉角傳感器5、手力傳感器6和性別選擇開關7能夠把獲得的信息傳遞給電子控制單元2，電子控制單元2通過獲得的信息指令轉向助力電機3的工作。

電子控制單元2包括有駕駛員習性辨識模塊、助力特性選擇模塊和基本助力模塊，其中駕駛員習性辨識模塊將駕駛員以最舒適的狀態作用在方向盤8上的力矩大小為依據將駕駛員分為三類：A類、B類和C類，A類表示在相同條件下駕駛員作用于方向盤8上的力矩較小，C類表示在相同條件下駕駛員作用于方向盤8上的力矩較大，B類表示相同條件下駕駛員作用于方向盤8上的力矩在A類和C類之間，助力特性選擇模塊是由M和W兩組助力特性曲線組成，其存儲于電子控制單元2中，供EPS系統進行實時調用，其中M組助力特性曲線是針對于男性，分為L1、Z1和S1三種類型的助力特性曲線，W組助力特性曲線是針對于女性，分為L2、Z2和S2三種類型的助力特性曲線，其主要是根據控制環境變量以及車輛行駛速度不變的同時，駕駛員轉向最舒適時所需要的助力不同劃分的，L、Z、S型助力特性曲線分別與A、B、C三種駕駛習性相對應。

A、B、C類駕駛員的劃分應用Carsim RT實時仿真軟件和dSPACE實時仿真系統搭建的駕駛模擬器實驗平臺，并以此為基礎采集不同類型駕駛員的轉向數據，并將這些數據通過聚類算法分析出A、B、C三種類型的駕駛員，然后將這三種駕駛習性的相關數據儲存于ECU中。

性別選擇開關7由M按鈕和W按鈕兩個按鈕組成，其中M按鈕為藍色，代表男性駕駛員，W按鈕為紅色，代表女性駕駛員。

本發明提供的個性化的電動助力轉向控制方法，其方法如下所述：

步驟一、駕駛員啟動汽車并且選定性別后，系統將進入工作狀態，車輛上的GPS系統也將實時采集車輛行駛過程中周圍的道路信息，并且將道路信息輸送給電子控制單元2，當GPS檢測到前方有彎道路況或者駕駛員有轉向意圖，轉向燈亮時，方向盤轉矩傳感器1、方向盤轉角傳感器5以及手力傳感器6將開始工作，車輛將實時記錄駕駛員作用于方向盤8上的轉矩、轉角以及手力，方向盤轉矩傳感器1、方向盤轉角傳感器5和手力傳感器6所采集到的數據經過濾波處理、信號放大和A/D轉換得到ECU能夠識別的數字信號并傳入ECU駕駛員習性辨識模塊中，濾波處理采用加權平均濾波法，處理過的數據采用訓練好的BP神經網絡模型和matlab中的gensim函數實現駕駛員類型的在線辨識，辨識出駕駛員轉向時的駕駛習性，確定出駕駛員的類別，A類、B類或者C類，并將辨識結果輸入到助力特性選擇模塊中；

步驟二、轉向過程包括轉向意圖和轉向執行兩個階段，車輛在轉向意圖階段辨識出駕駛員的駕駛習性后，電子控制單元2中的助力特性選擇模塊將會調出符合該駕駛員駕駛習性的助力特性曲線，然后進入轉向執行階段，此時，方向盤轉角傳感器5和手力傳感器6將停止工作，但方向盤轉矩傳感器1仍然處于工作狀態，實時記錄駕駛員作用于方向盤8上的力矩的大小和方向，并與車速傳感器采集的車速信號和轉向助力電機3的電流信號同時傳輸給電子控制單元2，電子控制單元2根據上述由駕駛習性所確定的助力特性曲線確定出轉向助力電機3的控制電壓，使轉向助力電機3產生相應的助力轉矩，助力轉矩通過減速器傳送到齒輪齒條機構，進而實現助力轉向。

本發明的工作原理：

電子控制單元2主要包括駕駛員習性辨識模塊、助力特性選擇模塊和基本助力模塊。

所述的駕駛習性主要是指控制環境變量以及車輛行駛速度不變的情況下，駕駛員以最舒適的狀態作用在方向盤8上的力矩大小，并以此為依據駕駛員習性辨識模塊將駕駛員分為三類：A類、B類和C類，A類表示在相同條件下駕駛員作用于方向盤8上的力矩較小，C類表示在相同條件下駕駛員作用于方向盤8上的力矩較大，B類表示相同條件下駕駛員作用于方向盤8上的力矩在A類和C類之間。A、B、C類駕駛員的劃分需要大量的數據作支撐，實車試驗會有很大的難度，因此應用Carsim RT實時仿真軟件和dSPACE實時仿真系統搭建的駕駛模擬器實驗平臺，并以此為基礎廣泛采集不同類型駕駛員的轉向數據，并將這些數據通過聚類算法分析出A、B、C三種類型的駕駛員，然后將這三種駕駛習性的相關數據儲存于ECU中；

性別選擇開關7安裝于車輛的儀表板上，用以供駕駛員選擇性別，以便于電子控制單元2調用對應的助力特性數據庫。

助力特性數據庫是由M和W兩組助力特性曲線組成，其存儲于電子控制單元2中，供EPS系統進行實時調用。其中M組助力特性曲線是針對于男性，分為L1、Z1和S1三種類型的助力特性曲線，W組助力特性曲線是針對于女性，分為L2、Z2和S2三種類型的助力特性曲線，其主要是根據控制環境變量以及車輛行駛速度不變的同時，駕駛員轉向最舒適時所需要的助力不同劃分的，L、Z、S型助力特性曲線分別與A、B、C三種駕駛習性相對應。這六種不同類型的助力特性曲線均采用直線型助力特性曲線(圖4給出了直線型助力特性曲線的大體形狀)，此種類型的助力特性曲線可以很好的提高轉向輕便性，曲線中的具體參數(開始助力時的轉向力矩、助力特性曲線的梯度、最大助力時的轉向力矩以及最大助力電流)均可通過駕駛模擬器進行大量的試驗獲得(選取不同性別不同年齡段的駕駛員進行試驗)。圖6給出了車速為0(即原地轉向)時的L1、Z1和S1三種類型的助力特性曲線，由于在相同的道路條件下轉向阻力矩是一定的，因此三種類型的助力特性曲線在助力變化區的橫縱坐標之和始終相同，即在相同附著條件的路面上(轉向阻力矩相同)，當駕駛員作用在方向盤8上的力矩較小時，EPS系統的助力電機就會提供較大的助力，從而保證了駕駛員的轉向舒適性及轉向安全性。

安裝于儀表板上的性別選擇開關7由兩個按鈕組成，M按鈕(藍色)代表男性駕駛員，W按鈕(紅色)代表女性駕駛員。設置此開關的目的是當駕駛員選擇性別后電子控制單元2可以迅速的從助力特性數據庫中調出相對應的助力特性曲線，避免在行車過程中電子控制單元2做重復性的動作，增加了該系統的響應速度，對提高行車安全有一定的意義。

駕駛員啟動汽車并且選定性別后，新型的EPS系統將進入工作狀態，車輛上的GPS系統也將實時采集車輛行駛過程中周圍的道路信息，并且將道路信息輸送給電子控制單元2。當GPS檢測到前方有彎道路況或者駕駛員有轉向意圖(轉向燈亮)時，方向盤轉矩傳感器1、方向盤轉角傳感器5以及手力傳感器6將開始工作，車輛將實時記錄駕駛員作用于方向盤8上的轉矩、轉角以及手力。方向盤轉矩傳感器1、方向盤轉角傳感器5和手力傳感器6所采集到的數據經過濾波處理、信號放大和A/D轉換得到ECU能夠識別的數字信號并傳入ECU駕駛員習性辨識模塊中。所述的濾波處理采用加權平均濾波法。處理過的數據采用訓練好的BP神經網絡模型和matlab中的gens im函數實現駕駛員類型的在線辨識，辨識出駕駛員轉向時的駕駛習性，確定出駕駛員的類別(A類、B類或者C類)，并將辨識結果輸入到助力特性選擇模塊中。

轉向過程包括轉向意圖和轉向執行兩個階段，車輛在轉向意圖階段辨識出駕駛員的駕駛習性后，個性化的電動助力轉向系統ECU中的助力特性選擇模塊將會調出符合該駕駛員駕駛習性的助力特性曲線。即假如通過BP神經網絡辨識出某駕駛員的駕駛習性為A類，也就是說在轉向過程中他作用于方向盤8上的力較小時有更好的舒適感，這時就需要EPS系統提供更大的助力，因此系統需要從助力特性數據庫中調出L類的助力特性曲線，這樣才可以保證駕駛員在舒服轉向的同時完成轉向動作，確保轉向安全性。

進入轉向執行階段后，該系統與正常的EPS系統并無很大差別。駕駛員在進行轉向時，方向盤轉角傳感器5和手力傳感器6將停止工作，方向盤轉角傳感器5和手力傳感器6的這種分時段工作可以減少能源損耗，但方向盤轉矩傳感器1仍然處于工作狀態，實時記錄駕駛員作用于方向盤8上的力矩的大小和方向，并與車速傳感器采集的車速信號和助力電機的電流信號同時傳輸給電子控制單元2，而電子控制單元2根據上述由駕駛習性所確定的助力特性曲線確定出轉向助力電機3的控制電壓，使轉向助力電機3產生相應的助力轉矩，助力轉矩通過減速器傳送到齒輪齒條機構，進而實現助力轉向。