智能駕駛背景下轉向系統發展趨勢1、乘用車智能轉向系統2、商用車智能轉向系統3、人機共享轉向控制4、智能避撞系統5、小結附、

EPS相關技術匯報提綱21、乘用車智能轉向系統1.1

電動助力轉向系統1.1.1

EPS結構示意圖1.1.2

EPS工作原理ECU3轉矩電流電動機齒輪齒條轉向器轉矩傳感器轉向軸減速機構車速1、乘用車智能轉向系統1.3

EPS發展趨勢面向汽車智能化的電動助力轉向系統解決方案：1-D

T(u)電機力矩

EPS轉向系sy統stem電機力矩實E際P系統助力表systemEPS轉向系統軌跡規劃/路徑跟蹤問題目標轉向角轉角伺服控制器控制器路感問題駕駛員操縱

力矩PID(s)1-D

T(u)控制器系統自動駕駛模式電動助力模式駕駛員目標

轉角

神經肌肉

實際轉向角目標轉向角助力表PID(s)41、乘用車智能轉向系統前輪主動轉向系統AFS結構及工作原理AFS結構示意圖轉向柱行星架5電機輸出軸方向盤輸入軸行星齒輪A行星齒輪B轉向齒條1、乘用車智能轉向系統前輪主動轉向系統AFS結構及工作原理AFS作用及工作原理可變傳動比i執行電機實際車輛方向盤駕駛員參考車輛模型?δ*+控制器y+δmodifyyreff

+δ

*θhThδ?6及轉向輪齒輪齒條1右轉向拉桿及轉向輪轉向驅動電機1方向盤1.2.2

AFS關鍵技術

轉角疊加電機與方向盤的力解耦：轉角疊加電機對轉向手感的干擾抑制

隨速變傳動比技術：保證低速轉向輕便和高速轉向穩定1、乘用車智能轉向系統

基于主動轉向的車輛穩定性控制技術：車輛運動跟隨駕駛員意圖的同時保證動力學穩定性

結構復雜

輪胎磨損

失效保護行星齒輪機構171.2.3

前輪獨立主動轉向系統轉向驅動電機2左轉向拉桿行星齒輪機構2齒輪齒條21、乘用車智能轉向系統線控轉向系統SBW結構及工作原理81、乘用車智能轉向系統駕駛員

控制器

轉向交互1.3.3線控轉向系統的發展趨勢

線控轉向系統的個性化路感風格設計

基于線控轉向系統的人機共駕解決方案91.3.2

線控轉向系統的關鍵技術

線控轉向系統的理想路感設計高精度路感模擬

路面不平導致的的路感波動抑制

線控轉向系統的前輪轉角伺服控制

線控轉向系統的冗余設計：傳感器冗余/控制器冗余/執行器冗余駕駛員目標駕駛輔助系統目標車-路系統后輪主動轉向系統后輪轉向系統的工作原理

后輪主動轉向系統的結構示意圖1、乘用車智能轉向系統副車架

后輪主動轉向系統的三種工作模式左轉向橫拉桿

右轉向橫拉桿轉向驅動電機

轉向絲杠逆相位轉向零相位轉向同相位轉向右轉向節左轉向節低速10高速中速1.4.2

后輪主動轉向系統的關鍵技術

前輪/后輪轉向角度比設計

低速行駛的轉彎靈活性和高速行駛的方向穩定性控制策略

基于主動后輪轉向的車輛動力學穩定性控制1.4.3

后輪獨立主動轉向系統

兩后輪協調轉向，可提高車輛行駛穩定性

兩后輪反向張開或內收，可產生一定的制動作用1、乘用車智能轉向系統推桿滾珠絲杠機構轉向節連接球頭 齒輪減速器車架連接球頭驅動電機后橋半軸電動i伸縮臂111、乘用車智能轉向系統1.5

差速轉向/差動轉向

低速大轉角轉彎可能有困難；

輪胎磨損困難嚴重；

高速修正汽車行駛方向，改善穩定性有作用。T/

vM

z

/

12在市內街區由于與非自動駕駛汽車并存，發生交通事故可能性較高。如何解決事故（尤其是人身事故）的責任認定問題，從法律法規層面來看還非常困難在非公共區域內能夠按照自主制定的規則應對，測試和運營相對較容易在開放性道路上，則需要建立諸如“專用車道”等公共規則2、商用車智能轉向系統2.1商用車自動駕駛需求更加迫切、進程或更快較好的自動駕駛應用基礎帶來諸多好處提高道路安全性；優化交通流量；降低燃油消耗；

……自動駕駛的需求解決駕駛員不足。從長時間駕駛中解放出來，以及應對“收發訂單”等追加業務操作在感知到危險情況下瞬間調整行進方向以確保安全性系統成本由用戶承擔面臨的課題作為“不會發生碰撞事故的汽車”提供更加安全的駕駛環境幫助弱勢群體（高齡者、殘障人士）的出行法律法規系統成本乘用車13商用車能夠促成削減運輸過程中的人工成本，節省下來的這部分就可以填補到高額的系統成本上2、商用車智能轉向系統智能為應對商用車智能駕駛趨勢，需要轉向系統具備完成車道偏離輔助、列隊行駛等功能的能力新一代的年輕駕駛員對駕駛舒適性要求較高將近一半的駕駛員存在腰、肩、頸部的職業病，轉向系統的操縱輕便性有望提高高速行駛時操縱穩定性較好，路感清晰為避免疲勞駕駛和集中注意力，轉向系統的操縱負擔應盡量小舒適安全2.2智能化商用車對新型轉向系統的新要求142、商用車智能轉向系統電液轉向響應滯后、

角度控制難；不能直接用于自動回正、

泊車和智能轉向的轉角、轉矩控制2.3

傳統EPS和ECHPS在商用車智能轉向控制應用上存在瓶頸受EPS電機功率及空間限制，

目前只能用于中小型乘用車智能轉向控制電磁閥及/控制器轉向傳感器15控制器減速器電機2、商用車智能轉向系統在原有循環球式液壓助力轉向器基礎上疊加一套傳感器-助力電機-控制單元總成實現功能 技術背景隨速助力 增強高速轉向手感的同時保證低速轉向輕便性應急轉向 在液壓助力系統失效時，

助力電機完成系統必要的助力轉向功能主動回正 車輛完成轉向動作之后，

助力電機協助駕駛員完成轉向輪回正部分自動駕駛 在特殊駕駛場景下，

系統在駕駛員的監控下，

執行車輛側向路徑引導操作，

比如自動轉向功能側風補償 助力電機保證車輛在遇到側向風時處于直行狀態，

減輕駕駛員精神負擔和物理操作負荷162.4主流解決方案ZFReAX-Column

MountedZFReAX-Gear

Mounted2.5

探索形方案采用48

V系統的電機、減速齒輪等取代現有系統。省去油泵或儲液箱，與傳統液壓轉向系統相比，實現了10%輕量化，

同時由于不再需要補油，可維護性同時提高。與乘用車EPS最大的差異就是電機。ZF該款新產品上搭載的電機最大扭矩為70Nm。可產生的軸向力最大為55kN，可支持大型卡車。ZFReAXEPS(in

development)2、商用車智能轉向系統172、商用車智能轉向系統集成式商用車電液耦合轉向系統控制器及性能測試平臺開發+24VBatt+5VDGNDIGN3

phasepowerMotor

controllerCANHCANLFaultsignals+5VDCRTACRTBCRTCHALLCQEPAQEPBOthersIGNCANHCANLPowerlineDigital

signalAnalogysignalCommunicationGNDPWM

T1PWM_T2HALLAMotor

assemblyHALLB2.6課題組在商用車智能轉向方面進行的研究From

vehicle120120+24VBattGNDPWM_

PPWM

_S182、商用車智能轉向系統電機助力曲線MAP圖車速2.6課題組在商用車智能轉向方面進行的研究地面轉向阻力矩駕駛員在環場景下助力電機助力曲線三維MAP圖設計車輛動力學模型駕駛員手力矩192、商用車智能轉向系統外層橫向循跡控制器開環特性測試、分析嵌套式商用車轉向控制架構2.6課題組在商用車智能轉向方面進行的研究駕駛員不在環，即無人駕駛場景下商用車橫向自動循跡控制策略設計實際方向盤轉角理論建模車輛狀態道路-環境信息K(

)θ多目標自適應調度控制策略內層目標轉角跟隨控制器b1s+b2c1s+

c2b3s+b4c3s

+c4s+

c5車輛側向動力學仿真模型電動輔助轉向子系統轉角跟隨控制策略設計2q120q2nWeightedLPVsystemWu車-路控制模型目標前輪轉角2F(s)仿真分析uF(s)=s2+d1

11s+s2+d32s

+2 2s2+d21s+1s2+d42s

+

2yΔmC(s)=

a1G(

)θ

Wrw WwWnzWz自動化等級名稱定義駕駛員執行全部的或部分的動態駕駛任務（DDT）0無自動化駕駛員是整個智能化系統唯一的決策者和執行者1駕駛輔助ADS在特定環境條件下執行DDT中的縱向或橫向運動控制子任務2部分自動化ADS在特定環境條件下完成汽車的縱向和橫向運動控制子任務自動駕駛系統（ADS）執行全部的動態駕駛任務（DDT）3有條件自動化ADS在特定環境條件下完成DDT的全部任務，

根據系統要求，駕駛者提供合適的應答4高度自動化ADS在特定環境條件下完成DDT的全部任務，

根據系統要求，駕駛者不一定需要對系統所有的請求作出應答5完全自動化ADS在所有人類駕駛者可以應付的環境條件下完成DDT的全部任務，

駕駛者不一定需要對系統所有的請求作出應答3.

人機共享轉向控制3.1

自動駕駛技術分級213.

人機共享轉向控制3.2

駕駛員駕駛帶來的問題社會困境過依賴情景意識降低完全自動駕駛帶來的問題疲勞駕駛駕駛員分心223.

人機共享轉向控制3.3

共享型轉向控制駕駛員和智能系統同時在環，分享車輛轉向控制權，人機一體化協同完成車輛轉向駕駛任務23視覺感知神經調節肌肉發力感知層決策層執行層傳感系統執行機構控制單元執行層決策層感知層玩家1人機同為控制實體，雙方受控對象交聯耦合，狀態轉移相互制約，具有雙環并行的控制結構。基于動態非合作博弈理論的人機共享交互式轉向建模3.

人機共享轉向控制駕駛員智能系統駕駛員目標力矩/轉角交互×智能系統目標1共享轉向過程動態博弈過程信息交互參與者2系統動態

車路系統

轉角/力矩疊加博弈均衡策略玩家2參與者124共享型轉向控制主要有角度疊加型和力矩疊加型兩類。這里主要進行了角度疊加型共享轉向控制的研究。實驗驗證環節主要是基于dSPACE實時仿真平臺，

dSPACE作為目前主流的快速原型和硬件在環開發平臺已經在汽車產品開發領域得到越來越廣泛的應用。為了使實驗結果更加真實可信，車輛模型用包含輪模型，并運行于PXI主機上。轉向系統則用我組開發的線控轉向試驗臺進行角度疊加的共享轉向控制方面的研究。3.

人機共享轉向控制3.4

基于前輪主動轉向的共享型轉向控制研究共享轉向控制硬件在環（HIL）驗證基于dSPACE實時仿真平臺Steering胎側偏非線性的Carsim整車co

n

tro

ls

ign

al

VehiclestateSteering

control

signalAngle

sensor

signalAngle

sensor

signalInteractivesteering

controllerRoad

informationNonlinearevaluation

modelRackand

pinionassemblyRoad

trajectoryPinion

angleSteering

wheel

assembly25駕駛員和智能系統目標路徑設定駕駛工況為高速公路上的雙移線，駕駛員由于疲勞駕駛或分心等因素未能識別該進行轉向操作，期望路徑為直線；智能系統根據環境感知及決策系統規劃處目標路徑并控制方向盤進行軌跡跟蹤，期望路徑為雙移線。這里僅給出開環納什和閉環納什均衡策略下的仿真及實驗結果。所謂開環和閉環主要指的是博弈的參與在在博弈過程中所能得到的信息上的不同。3.

人機共享轉向控制3.5

仿真及實驗結果開環納什博弈策略結果閉環納什博弈策略結果26車輛行駛環境傳感、感知、信息融合及定位系統 決策系統車載傳感器運動控制系統縱向運動控制橫向運動控制自動駕駛汽車4、智能避撞系統4.1避障系統總體方案高精度定位信息預處理信息融合車輛運動狀態感知交通標識檢測行駛區域檢測交通參與物感知車道信息檢測軌跡規劃行為預測 風險評估行為決策27智能避撞系統自動駕駛汽車dmU U

Uv,

p運動控制系統緊急制動控制系統方案輪胎滑移率控制層基于魯棒補償的RBF神經網絡控制IEHB執行器控制層IEHB執行器的控制策略λdiλdiPWMvxoiIEHB執行器踏板行程模擬器SU電動主缸液壓調節單元 IEHBM 控制器P

U P

U PU P

UFL RR RL FRTb_

ij284、智能避撞系統自動駕駛汽車4.2.2

直接橫擺力矩控制系統方案IEHB執行器執行層IEHB執行機構控制μβvxPe

_

ij參考模型層理想值識別與估計層觀測器駕駛員控制指令Yd

,δYPe

_

ijay,Y,

ΦijYdY,Ydβd β,

βdδδ

,PMPb

_

ijPWMY,Φij,δ,

PMvxvxμvxδ橫擺力矩控制層基于ARBFNN-SMC的橫擺力矩控制器M制動力矩分配層轉向特性識別

&

制動車輪選擇&

制動力矩調控Fbrake_

ijΦ

ij294、智能避撞系統4.2.3

IEHB系統仿真模型建立304、智能避撞系統4.2.4 轉向控制系統方案車輛運動學模型

車輛動力學模型

參考路徑模型

vx,vxvy,yCr,

βs,Kep,μΔΨCarSim車路-系統vx,

vyvx.vyy

,ββ,y,Cr,μ,ep,

vxK

,eΨ

,μed

(.)++δsaΔ?

f自適應神經網絡逼近器自適應機制RBF神經網絡Δ?

r魯棒轉向控制器反演控制機制變結構控制314、智能避撞系統決策系統避撞軌跡規劃與風險評估模型評估每一個種群的適應度適應度

=創建初始隨機種群種群大小

Np=

100&

染色體長度

Lc=

20&

終止代數

Gt=

500y=

ATX選擇最優個體賭輪選擇法Pi

=

適應度i 適應度i通過遺傳交叉創造下一代交叉概率

Pc=

0

.

8執行變異變異概率

Pm=

0

.

160yTU(U?1)(2U?

1)344

)|2J|GΨ開始停止所采用的遺傳算法方案示意圖獲得最優解x1

+30yT|l

（

xT)2〈T2

(|O(x0

,

y0

)

代數

>

GtWl

X(xT

,

yT

)U(U?1)

〉DLWf

O 是否XYY324、智能避撞系統(|xT=

nxfl駕駛行為決策〈|lyT

=

myfl4.3.1

避撞軌跡規劃與風險評估模型（續）分析行駛車速

vx、車間距

xfl

和路面附著

μ對安全距離模型的影響運動控制系統2

μg(||（μ=0.3xfl

)||xfl 22 p

2y

fl2)

2μ=1傳感系統環境信息3 h

YESYES1+x

>

T1

v

2 p1

yfly=AT

X

ck

=334、智能避撞系統深度強化學習基于規則的駕駛行為決策訓練數據集(s,