电动助力转向系统eps的零点补偿方法及装置
阅读说明：本技术 电动助力转向系统eps的零点补偿方法及装置 (Zero compensation method and device for electric power steering system EPS ) 是由 朱时斌 颜波 徐成 张放 李晓飞 张德兆 王肖 霍舒豪 于 2020-04-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种EPS的零点补偿方法及装置,方法包括：当车辆在理想路径上行驶时,获取每个控制周期下的横向距离值并得到每个控制周期的平滑处理后的横向距离值；根据车辆匀速行驶的速度和经过的控制周期数,计算车辆在每个控制周期的纵向距离值；线性拟合得到纵向和平滑处理后的横向距离值的线性关系；根据线性关系中的第一参数和预设的方向盘传动比,计算EPS的零点补偿角度,并对转向控制角度进行补偿；当最小残差小于预设的可接受偏差时,确定EPS的零点补偿角度通过验证并生成用于标识通过验证的标志位；将EPS的零点补偿角度写入标定文件。由此,减少了标定的时间,提高了控制算法的精确性和有效性。(The invention provides a zero compensation method and a zero compensation device for EPS, wherein the method comprises the following steps: when the vehicle runs on an ideal path, acquiring a transverse distance value under each control period and acquiring a transverse distance value after smoothing treatment of each control period; calculating the longitudinal distance value of the vehicle in each control period according to the speed of the vehicle running at a constant speed and the number of passed control periods; linear fitting is carried out to obtain a linear relation between longitudinal and transverse distance values after smoothing treatment; calculating a zero point compensation angle of the EPS according to a first parameter in the linear relation and a preset steering wheel transmission ratio, and compensating a steering control angle; when the minimum residual error is smaller than a preset acceptable deviation, determining that the zero compensation angle of the EPS passes verification and generating a flag bit for identifying passing verification; and writing the zero compensation angle of the EPS into a calibration file. Therefore, the calibration time is reduced, and the accuracy and the effectiveness of the control algorithm are improved.)
技术领域
本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种电动助力转向系统(Electric PowerSteering，EPS)的零点补偿方法及装置。
背景技术
近年来随着无人驾驶技术的飞速发展，无人驾驶算法无论从高度上还是有效性上都取的了很大的进步。在横向控制算法的研发中，车辆相关参数标定方法复杂或者不准确，则控制算法设计的准确性和适配能力将会打折扣，所以车辆横向控制参数标定在控制算法设计的成功和合理性上意义重大。
现有技术中，自动驾驶车辆横向算法设计完成后，算法设计人员根据车辆无人驾驶表现出来的偏差和自己的经验，将EPS的零点补偿值加在横向的角度计算上。但将EPS的零点补偿值加在横向的角度上，存在如下缺点：
(1)EPS的零点补偿值完全凭借工作人员的经验，准确性等有待考究；
(2)全过程算法人员参与，如果车辆实现量产，将消耗很多的人力；
(3)不能体现控制算法的智能性。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种EPS的零点补偿方法及装置，以解决现有技术中所存在的准确性有待考究，人力消耗大，不能体现控制算法的智能性的问题。
为解决上述问题，第一方面，本发明提供了一种电动助力转向系统EPS的零点补偿方法，所述方法包括：
当车辆在理想路径上行驶时，获取每个控制周期下的横向距离值，所述横向距离为车辆的中点与所述理想路径的距离；
对多个控制周期的所述横向距离值进行平滑处理，得到每个控制周期的平滑处理后的横向距离值；
根据车辆匀速行驶的速度和经过的控制周期数，计算车辆在每个控制周期的纵向距离值；
根据每个控制周期的平滑处理后的横向距离值和对应的每个控制周期的纵向距离值，线性拟合得到纵向距离值和平滑处理后的横向距离值的线性关系；
根据所述线性关系中的第一参数和预设的方向盘传动比，计算EPS的零点补偿角度；
根据所述EPS的零点补偿角度，对转向控制角度进行补偿，得到补偿后的转向控制角度；
根据车辆行驶中，以补偿后的转向控制角度进行转向控制而得到的实际行驶路径的路径点与预设的自动驾驶验证路径上的路径点，计算最小残差；
当所述最小残差小于预设的可接受偏差时，确定EPS的零点补偿角度通过验证；
生成用于标识EPS的零点补偿角度通过验证的标志位；
将所述EPS的零点补偿角度写入标定文件。
在一种可能的实现方式中，所述当车辆在理想路径上行驶时，获取每个控制周期下的横向距离值，所述横向距离为车辆的中点与所述理想路径的距离具体包括：
根据所述车辆的中点和理想路径，确定第一路径点和第二路径点；所述第一路径点和第二路径点为所述理想路径上，距离所述中点最近的路径点；
根据第一方向向量乘以第二方向向量后，除以第一路径点和第二路径点的距离，得到一个横向偏差值；其中，所述第一方向向量为所述中点与所述第一路径点的方向向量，所述第二方向向量为所述中点与所述第二路径点的方向向量。
在一种可能的实现方式中，所述对多个控制周期的所述横向距离值进行平滑处理，得到每个控制周期的平滑处理后的横向距离值具体包括：
根据预设的平滑窗口，进行滑动平均平滑处理，得到每个控制周期的平滑处理后的横向距离值。
在一种可能的实现方式中，所述根据车辆匀速行驶的速度和经过的控制周期数，计算车辆在每个控制周期的纵向距离值具体包括：
所述车辆匀速行驶的速度乘以采样周期，再乘以经过的控制周期数，得到车辆在每个控制周期的纵向距离值。
在一种可能的实现方式中，所述根据每个控制周期的平滑处理后的横向距离值和对应的每个控制周期的纵向距离值，线性拟合得到纵向距离值和平滑处理后的横向距离值的线性关系具体包括：
以每个控制周期的纵向距离值为横坐标，以每个控制周期的平滑处理后的横向距离值为纵坐标，通过最小二乘法或者点斜式进行拟合，得到纵向距离值和平滑处理后的横向距离值的线性关系，所述线性关系通过第一参数和第二参数表示。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述线性关系中的第一参数和预设的方向盘传动比，计算EPS的零点补偿角度具体包括：
第一参数的正切值取反，再乘以方向盘传动比，得到EPS的零点补偿角度。
在一种可能的实现方式中，所述根据车辆行驶中，以补偿后的转向控制角度进行转向控制而得到的实际行驶路径的路径点与预设的一段自动驾驶验证路径上的路径点，计算最小残差具体包括：
实际行驶路径中每个路径点的横坐标，减去预设的自动驾驶验证路径上的对应路径点的横坐标后进行平方，再加上，实际行驶的路径点的纵坐标，减去预设的自动驾驶验证路径上的对应路径点的纵坐标后进行平方后，再进行求和，得到最小残差。
第二方面，本发明提供了一种EPS的零点补偿装置，所述装置包括：
获取单元，所述获取单元用于当车辆在理想路径上行驶时，获取每个控制周期下的横向距离值，所述横向距离为车辆的中点与所述理想路径的距离；
处理单元，所述处理单元用于对多个控制周期的所述横向距离值进行平滑处理，得到每个控制周期的平滑处理后的横向距离值；
计算单元，所述计算单元还用于根据车辆匀速行驶的速度和经过的控制周期数，计算车辆在每个控制周期的纵向距离值；
拟合单元，所述拟合单元用于根据每个控制周期的平滑处理后的横向距离值和对应的每个控制周期的纵向距离值，线性拟合得到纵向距离值和平滑处理后的横向距离值的线性关系；
所述计算单元还用于根据所述线性关系中的第一参数和预设的方向盘传动比，计算EPS的零点补偿角度；
补偿单元，所述补偿单元用于根据所述EPS的零点补偿角度，对转向控制角度进行补偿，得到补偿后的转向控制角度；
所述计算单元还用于根据车辆行驶中，以补偿后的转向控制角度进行转向控制而得到的实际行驶路径的路径点与预设的自动驾驶验证路径上的路径点，计算最小残差；
确定单元，所述确定单元用于当所述最小残差小于预设的可接受偏差时，确定EPS的零点补偿角度通过验证；
生成单元，所述生成单元用于生成用于标识EPS的零点补偿角度通过验证的标志位；
写入单元，所述写入单元用于将所述EPS的零点补偿角度写入标定文件。
第三方面，本发明提供了一种设备，包括存储器和处理器，存储器用于存储程序，处理器用于执行第一方面任一所述的方法。
第四方面，本发明提供了一种包含指令的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行如第一方面任一所述的方法。
第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一所述的方法。
通过应用本发明实施例二提供的EPS的零点补偿方法及装置，可以对不同车辆进行EPS的零点补偿角度进行标定，降低人员和时间投入，通过补偿后的EPS零点补偿角度对车辆的转向控制角度进行补偿，可以提高控制算法的有效性，而且这种前馈方式在时间上优于反馈方式，可以提前对转向控制角度进行补偿。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的EPS零点补偿方法流程示意图；
图2为本发明实施例一提供的实际行驶路径与理想路径示意图；
图3为本发明实施例一提供的控制周期和横向距离值拟合示意图；
图4为本发明实施例二提供的EPS零点补偿装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1为本发明实施例一提供的EPS零点补偿方法流程示意图。本申请的执行主体为具有计算功能的终端、服务器或者处理器。本申请以将该方法应用在无人驾驶车辆为例进行说明，当将该方法应用在无人驾驶车辆时，该方法的执行主体为电动驾驶车辆控制单元(Automated Vehicle Control Unit，AVCU)，即无人驾驶车辆的中央处理器相当于无人驾驶车辆的“大脑”。如图1所示，本申请包括以下步骤：
步骤101，当车辆在理想路径上行驶时，获取每个控制周期下的横向距离值，横向距离为车辆的中点与理想路径的距离。
对于待标定EPS的零点补偿角度的车辆，可以记录车辆在理想路径的一段距离的自动驾驶数据，自动驾驶数据包括上层的规划路径信息和定位信息。在规划路径信息中，规划了车辆在理想路径上的多个路径点，每个路径点都包括速度和方向，对于定位信息，可以包括车辆实时的车辆位置信息。可以通过理想路径上的多个路径点和车辆的实时位置，实时的进行车辆的每个控制周期的横向距离值的计算，具体如下：
根据车辆的中点和理想路径，确定第一路径点和第二路径点；第一路径点和第二路径点为理想路径上，距离中点最近的路径点；
根据第一方向向量乘以第二方向向量后，除以第一路径点和第二路径点的距离，得到一个横向偏差值；其中，第一方向向量为中点与第一路径点的方向向量，第二方向向量为中点与第二路径点的方向向量。
在一个示例中，假设车辆的中点所在的位置为O点，理想路径上的第一路径点的位置为A，第二路径点的位置为B，则计算得到的一个横向距离值如下：
其中，在步骤110之前，还包括：判定车辆是否满足标定条件的步骤，如果车辆满足标定条件时，才执行步骤101。
满足标定条件，即车辆在自动驾驶状态下，行驶一段直路，感知模块、定位模块、路径规划模块等上层节点皆正常。皆正常的标准，可以是初始化状态为正常，且每个节点都为非故障状态。故障状态时，AVCU会接收到节点发送的故障信息。
步骤102，对多个控制周期的横向距离值进行平滑处理，得到每个控制周期的平滑处理后的横向距离值。
具体的，对于每个控制周期的横向距离值，由于其他客观条件，导致横向距离值可能存在跳动，因此，可以根据预设的平滑窗口，进行滑动平均平滑处理，得到每个控制周期的平滑处理后的横向距离值。具体公式如下：
ds(1)＝d(1)
ds(2)＝(d(1)+d(2)+d(3))/3
ds(3)＝(d(1)+d(2)+d(3)+d(4)+d(5))/5
.......
其中，N是定义的一个平滑窗口，N的值包括但不限于5和7。示例而非限定，以N＝5为例，计算第一控制周期的平滑处理后的横向距离值时，只有一个横向距离值，计算第二控制周期的平滑处理后的横向距离值时，第二控制周期的前后控制周期各找一个横向距离值，除以3平均后，即可得到第二控制周期的平滑处理后的横向距离值，计算第三控制周期的平滑处理后的横向距离值时，取第三控制周期的前后两个控制周期的横向距离值，刚好构成5个值的窗口，第四控制周期的平滑处理后的横向距离值时，取第四控制周期的前后两个控制周期的横向距离值，构成5个数值平均，依次类推。到最后两个控制周期的平滑处理后的横向距离值和第一、第二偏控制周期的平滑处理后的横向距离值的处理方式相同。假设共有n个控制周期的平滑处理后的横向距离值，具体的计算过程如下：
ds(1)＝d(1)
ds(2)＝(d(1)+d(2)+d(3))/3
ds(3)＝(d(1)+d(2)+d(3)+d(4)+d(5))/5
ds(4)＝(d(2)+d(3)+d(4)+d(5)+d(6))/5
.......
ds(n-2)＝(d(n-4)+d(n-3)+d(n-2)+d(n-1)+d(n))/5
ds(n-1)＝(d(n-2)+d(n-1)+d(n))/3
ds(n)＝d(n)
最终得到的是每个控制周期的平滑处理后的横向距离值。其中，控制周期可以这样理解，控制周期i可以和采样频率相关，采样频率为车辆控制单元进行运算处理时的频率，当采样频率为20Hz时，i＝1表示过了0.05s的时间，i＝2表示过了0.1s的时间。
步骤103，根据车辆匀速行驶的速度和经过的控制周期数，计算车辆在每个控制周期的纵向距离值。
具体的，进行标定的前提，是假设车辆是匀速运动，因此，车辆匀速行驶的速度乘以当前经过的控制周期数，得到车辆在当前控制周期的纵向距离值。具体可以根据如下公式，计算每个控制周期的纵向距离值。
x＝v*t
其中，X为纵向距离值，v为车辆的匀速行驶的速度，t为时间，t＝i*0.05。
以1m/s为例，i＝1时，纵向距离值为0.05m，i＝2时纵向距离值为0.1m，依次类推…，可以计算出每个控制周期对应的纵向距离值。
步骤104，根据每个控制周期的平滑处理后的横向距离值和对应的每个控制周期的纵向距离值，线性拟合得到纵向距离值和平滑处理后的横向距离值的线性关系。
具体的，参见图2，理想状态下，车辆会笔直前进，但由于EPS的零点不正，车辆实际行驶路径和理想路径会有偏移。以每个控制周期的纵向距离值为横坐标，以对应控制周期的平滑处理后的横向距离值为纵坐标，通过最小二乘法或者点斜式进行拟合，得到纵向距离值和横向距离值的线性关系，线性关系可以通过第一参数和第二参数进行表示。
EPS的零点补偿角度一般处于小角度状态，可以通过最小二乘法或者点斜式进行拟合，得到纵向距离值和平滑处理后的横向距离值的线性关系，参见图3，进行线性拟合后，得到的第一参数为K，第二参数为D。纵向距离值和平滑处理后的横向距离值的关系可以通过下列公式进行表示：
ds＝K*X+D
X＝v*t＝v*i*0.05
其中，ds为平滑处理后的横向距离值，i为控制周期，v为车辆行驶的速度。
步骤105，根据线性关系中的第一参数和预设的方向盘传动比，计算EPS的零点补偿角度。
具体的，上述已经计算得到纵向距离值和平滑处理后的横向距离值的线性关系，因此，可以根据计算出的线性关系中的第一参数的正切值取反，再乘以方向盘传动比，得到EPS的零点补偿角度。
θ＝tan-1(K)*k
其中，θ为EPS的零点补偿角度，K为第一参数，k为方向盘传动比。
进一步的，对于计算得到的EPS的零点补偿角度，需要验证零点补偿角度是否满足合理性的要求，具体方式如下：
步骤106，根据EPS的零点补偿角度，对转向控制角度进行补偿，得到补偿后的转向控制角度。
具体的，通过EPS的零点补偿角度，对转向控制角度进行前馈补偿，并得到补偿后的转向控制角度，车辆通过补偿后的转向控制角度，进行转向控制，并得到以补偿后的转向控制角度进行转向控制的实际行驶路径。
步骤107，根据车辆行驶中，以补偿后的转向控制角度进行转向控制而得到的实际行驶路径的路径点与预设的自动驾驶验证路径上的路径点，计算最小残差。
具体的，在实际行驶路径上，具有多个路径点，对所有路径点，可以根据实际行驶路径中的每个路径点的横坐标，减去预设的自动驾驶验证路径中每个路径点的横坐标后，进行平方，然后加上，实际行驶的每个路径点的纵坐标减去预设的自动驾驶验证路径中每个路径点的纵坐标进行平方后，进行求和，得到最小残差值。其中，预设的自动驾驶验证路径是车辆在进行EPS的零点补偿后，进行路径规划后，规划出的规划路径。实际行驶的每个路径点和预设的自动驾驶验证路径中的每个路径点通过控制周期进行一一对应。
具体公式如下：
其中，p(i)为实际行驶的路径点的横坐标，n(i)为实际行驶的路径点的纵坐标，x(i)为预设的自动驾驶验证路径的路径点的横坐标，y(i)为预设的自动驾驶验证路径的路径点的纵坐标，εN为最小残差值，i是第几个控制周期，M是行驶完预设的自动驾驶验证路径的控制周期总数。
步骤108，当最小残差小于预设的可接受偏差时，确定EPS的零点补偿角度通过验证。
步骤109，生成用于标识EPS的零点补偿角度通过验证的标志位。
步骤110，将EPS的零点补偿角度写入标定文件。
具体的，可接受偏差可以设置为ε，当εN≤ε时，确定EPS的零点补偿角度通过验证，生成标志位，当εN＞ε时，说明计算得到的EPS的零点补偿角度没有通过验证，生成与上述标志位不同的另一标志位，同时车辆返回路径规划的起点，重新对EPS的零点补偿角度进行标定。
随后，对于通过验证的EPS的零点补偿角度，可以写入标定文件中，以便在车辆自动驾驶过程中，随时调用EPS的零点补偿角度进行转向控制角度的补偿。
其中，通过验证的标志位可以是“true”或者“1”等，没有通过验证的标志位可以是“false”或者“0”等。对于没有通过验证的，可以继续执行步骤101-步骤108，直至验证通过。
通过应用本发明实施例一提供的EPS的零点补偿方法，可以对不同车辆进行EPS的零点补偿角度进行标定，降低人员和时间投入，通过补偿后的EPS零点补偿角度对车辆的转向控制角度进行补偿，可以提高控制算法的有效性，而且这种前馈方式在时间上优于反馈方式。
图4为本发明实施例二提供的EPS零点补偿装置结构示意图，该EPS的零点补偿装置结构示意图应用在实施例一中的EPS的零点补偿方法中，如图4所示，EPS的零点补偿装置400包括：获取单元410、处理单元420、拟合单元430、计算单元440、补偿单元450、确定单元460、生成单元470和写入单元480。
获取单元410用于当车辆在理想路径上行驶时，获取每个控制周期下的横向距离值，横向距离为车辆的中点与理想路径的距离；
处理单元420用于对多个控制周期的横向距离值进行平滑处理，得到每个控制周期的平滑处理后的横向距离值；
计算单元440还用于根据车辆匀速行驶的速度和经过的控制周期数，计算车辆在每个控制周期的纵向距离值；
拟合单元430用于根据每个控制周期的平滑处理后的横向距离值和对应的每个控制周期的纵向距离值，线性拟合得到纵向距离值和平滑处理后的横向距离值的线性关系；
计算单元440还用于根据线性关系中的第一参数和预设的方向盘传动比，计算EPS的零点补偿角度；
补偿单元450用于根据EPS的零点补偿角度，对转向控制角度进行补偿，得到补偿后的转向控制角度；
计算单元440还用于根据车辆行驶中，以补偿后的转向控制角度进行转向控制而得到的实际行驶路径的路径点与预设的自动驾驶验证路径上的路径点，计算最小残差；
确定单元460用于当最小残差小于预设的可接受偏差时，确定EPS的零点补偿角度通过验证；
生成单元470用于生成用于标识EPS的零点补偿角度通过验证的标志位；
写入单元480用于将EPS的零点补偿角度写入标定文件。
进一步的，获取单元410具体用于：根据车辆的中点和理想路径，确定第一路径点和第二路径点；第一路径点和第二路径点为理想路径上，距离中点最近的路径点；
根据第一方向向量乘以第二方向向量后，除以第一路径点和第二路径点的距离，得到一个横向偏差值；其中，第一方向向量为中点与第一路径点的方向向量，第二方向向量为中点与第二路径点的方向向量。
进一步的，处理单元420具体用于：根据预设的平滑窗口，进行滑动平均平滑处理，得到每个控制周期的平滑处理后的横向距离值。
进一步的，计算单元440具体用于：车辆匀速行驶的速度乘以采样周期，再乘以经过的控制周期数，得到车辆在每个控制周期的纵向距离值。
进一步的，拟合单元430具体用于：
以每个控制周期的纵向距离值为横坐标，以每个控制周期的平滑处理后的横向距离值为纵坐标，通过最小二乘法或者点斜式进行拟合，得到纵向距离值和平滑处理后的横向距离值的线性关系，线性关系通过第一参数和第二参数表示。
进一步的，计算单元440具体用于：
第一参数的正切值取反，再乘以方向盘传动比，得到EPS的零点补偿角度。
进一步的，计算单元440具体用于：
实际行驶路径中每个路径点的横坐标，减去预设的自动驾驶验证路径上的对应路径点的横坐标后进行平方，再加上，实际行驶的路径点的纵坐标，减去预设的自动驾驶验证路径上的对应路径点的纵坐标后进行平方后，再进行求和，得到最小残差。
通过应用本发明实施例二提供的EPS的零点补偿装置，可以对不同车辆进行EPS的零点补偿角度进行标定，降低人员和时间投入，通过补偿后的EPS零点补偿角度对车辆的转向控制角度进行补偿，可以提高控制算法的有效性，而且这种前馈方式在时间上优于反馈方式，可以提前对转向控制角度进行补偿。
发明实施例三提供了一种设备，包括存储器和处理器，存储器用于存储程序，存储器可通过总线与处理器连接。存储器可以是非易失存储器，例如硬盘驱动器和闪存，存储器中存储有软件程序和设备驱动程序。软件程序能够执行本发明实施例提供的上述方法的各种功能；设备驱动程序可以是网络和接口驱动程序。处理器用于执行软件程序，该软件程序被执行时，能够实现本发明实施例一提供的方法。
本发明实施例四提供了一种包含指令的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行本发明实施例一提供的方法。
本发明实施例五提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例一提供的方法。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。