ADAS橫向控制功能人機共駕的標定思路及方法

黃橋

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545001）

0 引言

高級輔助駕駛系統（Advanced Driver Assistance Systems,ADAS）是通過汽車上各類傳感器結合導航儀地圖數據進行系統運算及分析的主動安全功能集成控制系統。該系統能給駕駛者預警可能發生的危險，需要時還能直接控制車輛。

橫向控制模塊是ADAS中的重要組成部分之一，主要是通過控制方向盤轉角使汽車沿著期望的既定路線前行。而電控轉向系統（EPS）則是橫向控制的執行機構。怎樣更好地集成ADAS和EPS的功能，在提升ADAS橫向控制功能的同時，讓駕駛員操作有良好的轉向體驗，是必須關注的問題之一。

本文通過分析應用扭矩系數進行ADAS橫向控制的功能標定，提出在手力介入時控制EPS對ADAS響應衰減的橫向控制功能標定思路，通過實車驗證了策略的有效性，實現手力介入時以駕駛員操作為主的功能表現[1-2]。

1 駕駛輔助技術概述

1.1 駕駛輔助技術發展歷程

在智能汽車不斷發展突破的過程中，ADAS系統起到了關鍵作用。該系統在汽車行駛過程中為駕駛員提供輔助支持，能優化駕駛員的駕駛行為，協助駕駛員進行部分操作，帶來更安全、舒適、便捷高效的行車體驗。隨著以用戶為導向的產品開發理念越來越被汽車廠家采用，駕駛輔助系統在提升汽車產品力和用戶友好度上作用明顯。因此駕駛輔助系統技術必然是以量產為基礎，以用戶為導向不斷發展[3]。

1.2 駕駛輔助技術發展意義

隨著科技進步，駕駛輔助技術也越來越成熟，會更加受消費者重視?，F如今，國家大力號召使用新能源汽車，相關政策的完善更加促進了新能源汽車的發展。未來，新能源汽車不斷發展的同時，也將促進駕駛輔助技術飛速發展。

2 ADAS橫向控制

2.1 ADAS橫向控制功能及原理

橫向控制模塊在駕駛輔助中發揮著重要作用，主要體現在以下幾個方面。

（1）轉向控制：ADAS通過感知并分析車輛周邊環境和駕駛員的操作意圖，可以實現對車輛轉向的精準控制，有效提高車輛的橫向穩定性和平順性。

（2）車輛姿態控制：ADAS可以通過對車輛姿態的實時監測和控制，減小車輛在高速行駛或緊急避險時的側滑風險，提高了車輛的橫向穩定性和安全性。

（3）車輛自動控制：在特定場景下，更高級的ADAS能實現車輛的自動駕駛，包括車道保持、自動換道等功能，能極大提升駕駛舒適性和便利性。

ADAS橫向控制系統可分為感知層、決策控制層和執行控制層3個部分。其中，感知層用于采集車道信息和車輛信息；決策控制層即車道保持輔助控制器；執行層為EPS系統[4]。

2.2 基于扭矩方案的ADAS橫向控制

在扭矩方案中，ADAS的請求與駕駛員操作的手助力都是與扭矩相關的作用量，EPS會通過內部算法對ADAS的扭矩請求及駕駛員操作的手助力扭矩進行處理。當駕駛員操作手力介入時，可通過查詢手力數據表格針對不同的手力矩去衰減助力請求（通過查表，將不同扭矩下的手力系數乘到ADAS的計算扭矩請求，即可作為最終輸出扭矩）。因此，尋找到合適的匹配關系和衰減策略是扭矩方案的關鍵，接下來將提出手力介入時控制EPS對ADAS響應衰減的橫向控制功能標定思路。

3 基于扭矩方案的ADAS橫向控制功能標定思路

3.1 扭矩方案概述

扭矩方案是指在車輛橫向運動控制中，通過對車輪施加不同的扭矩來實現橫向穩定性控制的一種方案。它是基于車輛動力學特性和橫向控制系統的建模分析，通過對車輛橫向運動過程中的扭矩分配進行優化調整，來實現對車輛橫向運動的精準控制。

3.2 扭矩方案在車輛橫向控制中的應用

扭矩方案在車輛橫向控制中具有廣泛應用，包括但不限于車輛動態穩定控制、橫向穩定性增強和橫向操控性能提升等方面。在車輛的動態穩定控制中，扭矩方案可以通過對車輛的扭矩分配來實現對車輛側滑角和橫擺角的控制，從而提高車輛的穩定性和操控性能。在緊急避險和急轉彎等特殊情況下，扭矩方案可以快速響應并實現對車輛橫向運動的精準控制，有效提高車輛的安全性和穩定性。

3.3 扭矩系數信號的作用

扭矩系數（Torquefactor）信號如下表1所示?？梢钥闯?，扭矩系數的值為0～1。其中，“0”代表EPS不響應ADAS的請求；“1”代表EPS肯定100%響應ADAS的請求；中間值如“0.5”，代表EPS響應ADAS電流的50%（Torquefactor 值乘以ADAS請求的助力電流）。

表1 系數扭矩信號表

為保證在一定的扭矩系數范圍內，EPS仍能全力響應ADAS的請求，一般要求扭矩系數值大于0.7 時，需保留EPS 的積分環節，以保證最終響應到ADAS的請求值；要求扭矩系數值小于0.7時，需消除EPS的積分環節，以保證起到響應的衰減作用。

基于以上分析，將扭矩系數信號應用到橫向控制的功能標定中，能更好地平衡ADAS橫向控制的請求與EPS響應，得到更好的ADAS橫向控制功能體驗。

3.4 應用扭矩系數信號的標定思路

如何在手力介入時衰減EPS對ADAS的響應，本文提出兩步衰減的方法，以實現手力介入時以駕駛員操作為主的功能體驗。

3.4.1 減小ADAS的響應

通過設置扭矩系數值（TF 值），根據TF值的變化，控制EPS進行相匹配的響應衰減,就能在不同工況下更好地平衡ADAS橫向控制的請求與EPS 的響應，從而實現更好的轉向體驗。

3.4.1.1 TF上升、下降閾值，基于彎道半徑進行差值

因為駕駛車輛在彎道中時，方向盤會隨車輛過彎轉動。此時駕駛員手扶在方向盤上，對方向盤的阻力較直線行駛時更大，因此衰減的閾值應該隨彎道變化?？紤]到彎道影響，擬定曲率半徑與手力上升、下降閾值關系如表2所示。

表2 曲率半徑與手力上升、下降閾值關系

3.4.1.2 TF值變化特質

TF 值上升、下降到何值合適，可以分為以下幾種情況。

（1）車道偏離預防（Lane Departure Prevention，LDP）功能激活時，TF上升到某一值（可基于實際情況做標定，在此設為0.4）后，在該值（0.4）的基礎上進行糾偏。LDP激活時，TF 以一定的斜率上升到該值（0.4），之后不再考慮手力維持該值（0.4）直到功能退出。

（2）在車道居中控制（Lane Keeping Support，LKS）時，需要EPS完全響應ADAS的角度請求，只有在手力介入時，EPS減小相應控制積分。因此在LKS功能下，當駕駛員介入時，可采用手力衰減的形式衰減到某一閾值（可基于實際情況做標定，在此設為0.4），當手力低于某一值再進行恢復。

（3）EPS對于不同車速段的助力系數不同，在低車速下助力較為強一些，高車速的助力相對較弱。因此在駕駛員介入人機共駕，TF下降至手力矩系數中間值（TFSlopeChange）進行控制時，需要TFSlopeChange 進行基于速度的補償。

LKS功能下TF 曲線變化如圖1所示。

圖1 LKS功能下TF曲線變化

3.4.2 減小請求角度

3.4.2.1 基于手力矩判斷衰減請求

基于手力矩衰減后，請求角度趨近于0，手力矩作用下方向盤角度變大，會出現方向盤越拉越硬的感覺。引入基于角度差值的補償后，對小角度拉偏的工況有所改善。

3.4.2.2 基于手力矩及請求轉角與實際轉角偏差做計算

如果|ADAS_AngleControl-EPS_SteerWheelAngle|＜AngleMax

則輸出：ADAS_AngleReq=ADAS_AngleControl

當：|ADAS_AngleControl-EPS_SteerWheelAngle|＞AngleMax

則輸出：ADAS_AngleReq=EPS_SteerWheelAngle+AngleMax當：EPS_SteerWheelAngle-ADAS_AngleControl＞AngleMax

則輸出：ADAS_AngleReq=EPS_SteerWheelAngle-AngleMax

TF 的衰減閾值存在彎道補償。因此在彎道中,如果駕駛員拉動方向盤時需要一個相對大的力矩（通常在2 N·m左右），在進行角度補償時，需要根據曲率半徑采取不同的補償值，以減小彎道中手感的差異。同理，TF 上升閾值一樣，基于彎道角度補償計算介入的手力矩也需要基于彎道進行調整。

3.4.2.3 車輛跟停擺動問題

在車輛跟停時，前車會遮擋部分車道線，導致駕駛輔助系統識別車道線發生跳變，容易出現方向盤擺動的問題。在低于一定車速（TFReduceVehspd）時，TF以一定斜率下降到0，此時EPS不再響應ADAS的角度請求；當車速高于一定閾值時，TF先以一段較小的斜率上升到TFSlopeChange之后，再以較大的斜率上升到1，讓EPS 完全響應ADAS的角度請求。

3.5 標定思路示意圖

基于扭矩方案ADAS橫向控制功能標定思路如圖2所示。

圖2 基于扭矩方案的ADAS橫向控制功能標定思路示意圖

4 ADAS橫向控制功能標定方法

4.1 功能標定流程概述

在整車開發過程中，開展標定工作前應利用ADAS測試用例對各執行器進行測試，確認各執行器系統性能是否滿足ADAS要求。通常，ADAS標定先標定橫向或縱向功能，最后再進行自動緊急制動系統（AEB）標定和場地測試[5]。

4.2 標定結果驗證與分析

在ADAS橫向控制功能標定完成后，需要對標定結果進行驗證與分析。在該環節中，需要進行一系列道路試驗，驗證標定參數的有效性和穩定性。同時，還需要對標定數據進行詳細的分析，包括頻域分析、時域分析和靈敏度分析等，以評估標定結果的準確性和可靠性。通過驗證與分析，可以及時發現標定結果可能存在的問題和不足，并提出改進方案和優化策略，從而進一步提高ADAS橫向控制功能的性能和穩定性。

5 ADAS橫向控制功能標定試驗與結果分析

5.1 標定試驗設計與方案

在進行ADAS橫向控制功能的標定試驗前，需要設計合理的試驗方案，確保試驗能夠全面、準確地反映出車輛的橫向控制性能。試驗設計主要包括選擇標定道路、確定標定參數、設定標定速度等內容。

在選擇標定道路時，需考慮道路的平整度、路況、車流情況以及環境因素，以保證試驗過程中的安全性和可靠性。確定標定參數時，應充分考慮車輛的動力學特性、橫向控制系統的特點，以及實際道路行駛情況，確保所選參數具有代表性和可操作性。

5.2 標定試驗數據采集及分析

在進行標定試驗時，需要通過專業的數據采集設備對車輛的橫向控制性能參數進行實時監測和記錄。在數據采集完成后，需要對試驗數據進行詳細分析，包括數據清洗、處理和提取，以獲取有效的標定參數。此外，還需要利用統計分析方法對試驗數據進行分析，探索數據之間的相關性和規律性，為后續的標定結果提供依據。應用扭矩系數信號進行標定試驗的數據分析如圖3 所示。

圖3 應用扭矩系數信號進行標定試驗的數據分析

5.3 標定結果與相關參數優化

通過對標定試驗數據分析，可獲得車輛橫向控制功能標定結果和相關參數。標定結果將包括橫向控制系統的穩定性、響應速度和誤差補償能力等方面的參數值。然后，需要對這些參數進行進一步的優化，以提高車輛的橫向控制性能。最終得到的標定結果能夠有效地指導ADAS橫向控制功能，為車輛行駛提供更加安全、舒適的保障[6]。

6 結束語

通過應用扭矩系數信號，明顯減少了橫向控制功能激活或退出時，出現的方向盤快速轉動的打手問題，提高了ADAS橫向控制功能激活時駕駛員介入的轉向體驗。在開展橫向控制功能標定工作時，可結合本文提出的標定思路，能較好地實現手力介入時以駕駛員操作為主的橫向控制功能表現。