[發(fā)明專利]智能駕駛汽車的三維可拓預瞄切換的車道保持控制方法

有效

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• 申請日: 2018-08-15
• 公開（公告）號: CN109131325B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設計）人: 蔡英鳳;臧勇;孫曉強;梁軍;陳龍;王海;袁朝春;唐斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B60W30/12
• 分類號: B60W30/12
• 代理公司: 南京華恒專利代理事務所(普通合伙) 32335
• 代理人: 宋方園

本發(fā)明公開一種智能駕駛汽車的三維可拓預瞄切換的車道保持控制方法，上層控制器中，通過高精度攝像頭采集車道線信息，獲得車輛與道路中心線的橫向位置偏差y_L、航向偏差和前方道路曲率值ρ作為三維可拓集合的特征值，具體包括三個步驟：劃分可拓集合，求解關聯(lián)函數(shù)，將車輛?道路系統(tǒng)狀態(tài)分為經(jīng)典域、可拓域和非域；下層控制器中，經(jīng)典域采用基于橫向位置偏差和航向偏差的PID反饋控制器，可拓域采用模型預測控制器(MPC)，非域中采取緊急制動，從而實現(xiàn)在經(jīng)典域和可拓域兩種控制策略的切換控制。本發(fā)明將可拓控制理論成功運用到智能駕駛汽車車道保持控制領域，滿足車道保持控制精度要求。

技術領域

本發(fā)明屬于智能駕駛汽車控制技術，具體涉及一種智能駕駛汽車的三維可拓預瞄切換的車道保持控制方法。

背景技術

智能車輛作為目前汽車行業(yè)發(fā)展的重要方向，智能駕駛高級駕駛輔助系統(tǒng)技術ADAS(Advance Driver Assistant System)是智能車發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)。主要涉及車輛路徑跟蹤、車道保持、車輛換道等車輛橫向控制領域。

車道保持系統(tǒng)包括車道線檢測和車輛橫向軌跡跟蹤控制控制器。通過攝像頭對車道線識別，確定車道中心線位置和道路曲率，然后車輛橫向控制器根據(jù)車-路相對位置施加前輪轉角，實現(xiàn)車輛在橫向位置的調(diào)節(jié)，保證車輛始終跟蹤車道中心線。車道保持控制系統(tǒng)核心技術為車輛橫向控制算法，目前使用的橫向控制算法分為以下幾種：經(jīng)典控制方法、最優(yōu)控制方法、自適應控制方法、滑模控制方法、魯棒控制方法、模型預測控制方法和模糊控制方法。但是上述的控制方法存在許多局限性，或是在特定的工況下控制效果較好，在道路曲率變化范圍較大的復雜工況下總體控制效果不佳。

車道保持控制為車-路閉環(huán)控制，不僅需要考慮車輛本身狀態(tài)，還需考慮道路和車輛的相對位置狀態(tài)，上述控制策略存在控制區(qū)域有限、閾值范圍小，只在較小的狀態(tài)范圍內(nèi)可控的問題。基于蔡文提出的可拓理論能夠描述事物“是”與“非”的相互轉化及量變與質(zhì)變過程，其最大的優(yōu)點在于可以通過特征量的關聯(lián)函數(shù)K(S)來體現(xiàn)整個車輛在運動過程中橫向控制狀態(tài)的穩(wěn)定性，直觀表現(xiàn)出當前狀態(tài)與最佳狀態(tài)的差距，對于下層控制器設計具有很好的參考價值，相比于普通門限值切換而言，此處為最大的優(yōu)勢，并依據(jù)此建立穩(wěn)定性控制策略，設計一種基于可拓切換控制理論的車道保持系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種智能駕駛汽車的三維可拓預瞄切換的車道保持控制方法。

技術方案：本發(fā)明的一種智能駕駛汽車的三維可拓預瞄切換的車道保持控制方法，包括以下步驟：

(1)設置上下兩層控制器，上層控制器采用可拓控制器，下層控制器按可拓集合劃分可拓域控制策略和經(jīng)典域控制策略；

(2)車道線檢測：以車輛與道路中心線的橫向位置偏差y_L為X軸、航向偏差為Y軸和前方道路曲率值ρ為Z軸構建三維狀態(tài)空間，根據(jù)可拓距原理確定關聯(lián)函數(shù)

(3)上層控制器中，根據(jù)關聯(lián)函數(shù)值預瞄點處橫向偏差與道路中心線的曲率值，將車輛-道路預瞄偏差模型所處的狀態(tài)劃分為三個區(qū)域，即經(jīng)典域、可拓域和非域；

(4)下層控制器中，在經(jīng)典域采用基于預瞄誤差的PID反饋控制器，在可拓域采用模型預測控制器(MPC)，在非域采用緊急制動控制器；

(5)根據(jù)車輛三自由度動力學模型和路徑跟蹤預瞄偏差模型來建立車輛-道路模型。

進一步的，所述步驟(2)中的橫向位置偏差y_L、航向偏差和前方道路中心線曲率值ρ組成三維可拓集合特征量