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一种汽车车道保持控制系统的控制策略

阅读：962发布：2024-02-17

专利汇可以提供一种汽车车道保持控制系统的控制策略专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种汽车车道保持控制系统的控制策略，其特征在于：具体控制策略如下：本发明中控制器的设计结合三种控制方式，综合控制效果最佳；采用前馈控制提前给定修正量，弥补了以往车道保持控制器不能通过曲率较大弯道的缺陷；采用下层联级反馈控制，解决驾驶员因转向过程中产生顿挫感的舒适性问题；本发明中预瞄控制选取的目标点是一个动态的点，能适应不同的工况和道路环境。，下面是一种汽车车道保持控制系统的控制策略专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种汽车车道保持控制系统的控制策略，其特征在于：具体控制策略如下：
S1：根据视觉传感器捕获的交通数据，实时计算出车辆前方一段距离的车道线坐标，从而绘制出车辆坐标系下的车道线轨迹；
S2：根据轨迹信息，车道保持控制器计算出车辆能够保持车道中心线行驶的合理方向盘转角，使车辆保持在正常车道内行驶；
S3：采用前馈控制，反馈控制和车道线预瞄控制的三种控制输出叠加控制，综合以上不同控制器计算结果，在不同情况下给予不同权重，得出控制器的最终输出；
S4：控制器结构实行并行布置，在实现期望转角过程中使用联级PID快速响应期望转角，采用回路稳定器监控反馈回路信号。
2.根据权利要求1所述的一种汽车车道保持控制系统的控制策略，其特征在于：所述S1中交通数据包括左右车道线曲率，左右车道线曲率导数，车辆偏航角，车辆距离左右车道线相对位置。
3.根据权利要求1所述的一种汽车车道保持控制系统的控制策略，其特征在于：所述S3中前馈控制器的输入是左右车道线的曲率及本车车速，通过前馈控制提前响应车道线曲率变化，减少道路变化对车道保持控制效果的影响，使车辆顺利通过弯道。
4.根据权利要求1所述的一种汽车车道保持控制系统的控制策略，其特征在于：所述S3中车道线预瞄控制，根据检测到的车道线信息，得出本车与车道线的相对位置信息，再结合本车当时的车速，设定预瞄点，通过预瞄的方式能得到车辆未来一段时间内的基础转角值，通过预瞄距离的设置有来减少反馈控制带来的控制命令震荡。
5.根据权利要求1所述的一种汽车车道保持控制系统的控制策略，其特征在于：所述S3中反馈控制的PID调节采用模糊PID参数自整定方案，使PID的三个参数可以根据车辆当前状态适时调节，保证PID反馈控制器可以适用于任意车速；实现解决由于车辆转向传动机构建模精度有限，并不能达到期望的转角值及转向执行器角度响应延迟问题。
6.根据权利要求1所述的一种汽车车道保持控制系统的控制策略，其特征在于：所述S4中控制器被分为了上下两层，上层反馈控制的输入是期望转角和车辆真实转角，以及这两个参数的导数；通过实时计算期望值、监测真实反馈值，对车辆方向进行实时修正，及通过模糊PID控制调节，最终输出给转向执行机构一个修正后的转角值；下层反馈控制的输入是期望转角和车辆真实转角；所述下层反馈控制器与上层反馈控制器不同的是：上层反馈控制器的输出只是上层控制器输出的组成部分，而下层反馈控制器的输入是上层控制器的输出总和；下层反馈控制器再次使用PID控制器进行控制，使真实输出快速跟随期望输出；上、下层反馈控制的反馈回路形成了串联的联级PID控制器，单独的反馈回路稳定器被设计用以监控反馈回路信号，确保联级PID的稳定性。

说明书全文

一种汽车车道保持控制系统的控制策略

技术领域

[0001] 本发明涉及车道保持控制设计技术领域，尤其涉及一种汽车车道保持控制系统的控制策略。

背景技术

[0002] 高级驾驶辅助系统（ADAS）自20世纪90年代以来一直是个热门的话题。ADAS系统不仅在车辆偏离当前车道或者有撞车的危险时未驾驶员提供警告信号，也可以在底盘线控系统的支持下，通过控制转向、制动和油门来主观地干预车辆的操控。

[0003] 车道保持控制系统（LKA）是ADAS系统各大功能中的子功能之一。LKA是一种基于视觉识别技术而诞生的智能航向控制，目的是通过车辆横向运动进行自动控制，以减轻驾驶员的长时间带来的疲劳感，保障行车安全，并通过简单的方式为驾驶员提供辅助驾驶支持。当与车道线的距离过小或车辆方向偏离车道时，LKA控制单元可以通过与转向执行机构系统协调动作，使车轮适当转向，以使车辆始终跟随车道中心线行驶。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种汽车车道保持控制系统的控制策略，能够解决一般的车道保持控制策略中控制方式少，导致综合控制效果差的问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种汽车车道保持控制系统的控制策略，其创新点在于：具体控制策略如下：S1：根据视觉传感器捕获的交通数据，实时计算出车辆前方一段距离的车道线坐标，从而绘制出车辆坐标系下的车道线轨迹；
S2：根据轨迹信息，车道保持控制器计算出车辆能够保持车道中心线行驶的合理方向盘转角，使车辆保持在正常车道内行驶；
S3：采用前馈控制，反馈控制和车道线预瞄控制的三种控制输出叠加控制，综合以上不同控制器计算结果，在不同情况下给予不同权重，得出控制器的最终输出；
S4：控制器结构实行并行布置，在实现期望转角过程中使用联级PID快速响应期望转角，采用回路稳定器监控反馈回路信号。

[0006] 进一步的，所述S1中交通数据包括左右车道线曲率，左右车道线曲率导数，车辆偏航角，车辆距离左右车道线相对位置。

[0007] 进一步的，所述S3中前馈控制器的输入是左右车道线的曲率及本车车速，通过前馈控制提前响应车道线曲率变化，减少道路变化对车道保持控制效果的影响，使车辆顺利通过弯道。

[0008] 进一步的，所述S3中车道线预瞄控制，根据检测到的车道线信息，得出本车与车道线的相对位置信息，再结合本车当时的车速，设定预瞄点，通过预瞄的方式能得到车辆未来一段时间内的基础转角值，通过预瞄距离的设置有来减少反馈控制带来的控制命令震荡。

[0009] 进一步的，所述S3中反馈控制的PID调节采用模糊PID参数自整定方案，使PID的三个参数可以根据车辆当前状态适时调节，保证PID反馈控制器可以适用于任意车速；实现解决由于车辆转向传动机构建模精度有限，并不能达到期望的转角值及转向执行器角度响应延迟问题。

[0010] 进一步的，所述S4中控制器被分为了上下两层，上层反馈控制的输入是期望转角和车辆真实转角，以及这两个参数的导数；通过实时计算期望值、监测真实反馈值，对车辆方向进行实时修正，及通过模糊PID控制调节，最终输出给转向执行机构一个修正后的转角值；下层反馈控制的输入是期望转角和车辆真实转角；所述下层反馈控制器与上层反馈控制器不同的是：上层反馈控制器的输出只是上层控制器输出的组成部分，而下层反馈控制器的输入是上层控制器的输出总和；下层反馈控制器再次使用PID控制器进行控制，使真实输出快速跟随期望输出；上、下层反馈控制的反馈回路形成了串联的联级PID控制器，单独的反馈回路稳定器被设计用以监控反馈回路信号，确保联级PID的稳定性。

[0011] 本发明的优点在于：1）本发明中控制器的设计结合了前馈、上层模糊PID反馈、预瞄、下层PID联级反馈三种控制方式，综合控制效果最佳；本发明充分考虑了道路曲率对车辆行驶稳定性的影响，采用前馈控制提前给定修正量，弥补了以往车道保持控制器不能通过曲率较大弯道的缺陷。

[0012] 2）本发明考虑到期望转角与实际转角之间的时间延长和增益，采用下层联级反馈控制，解决驾驶员因转向过程中产生顿挫感的舒适性问题。

[0013] 3）本发明中预瞄控制选取的目标点是一个动态的点，控制器能够分析当前车辆的车速、偏航角，与左右车道线相对距离、所在车道线曲率，充分考虑这些因素对期望基础转角值选取的影响，能适应不同的工况和道路环境。

[0014] 4）本发明还考虑到视觉传感器检测到车道线信息可能不准确或不完整的问题，从传感器得到的简单车道线信息，实时计算在车辆参考坐标系下车辆前方一段距离的车道线坐标，从而绘制出车辆坐标系下的车道线轨迹，为车道保持控制器提供准确的车道线信息输入。附图说明

[0015] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0016] 图1为本发明的一种汽车车道保持控制系统的控制逻辑框图。

[0017] 图2为本发明的一种汽车车道保持控制系统的车辆与车道线相对方位示意图。

具体实施方式

[0018] 下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

[0019] 如图1所示的一种汽车车道保持控制系统的控制策略，具体控制策略如下：S1：根据视觉传感器捕获的交通数据，实时计算出车辆前方一段距离的车道线坐标，从而绘制出车辆坐标系下的车道线轨迹；
S2：根据轨迹信息，车道保持控制器计算出车辆能够保持车道中心线行驶的合理方向盘转角，使车辆保持在正常车道内行驶；
S3：采用前馈控制，反馈控制和车道线预瞄控制的三种控制输出叠加控制，综合以上不同控制器计算结果，在不同情况下给予不同权重，得出控制器的最终输出；
S4：控制器结构实行并行布置，在实现期望转角过程中使用联级PID快速响应期望转角，采用回路稳定器监控反馈回路信号。

[0020] S1中交通数据包括左右车道线曲率，左右车道线曲率导数，车辆偏航角，车辆距离左右车道线相对位置。

[0021] S3中前馈控制器的输入是左右车道线的曲率及本车车速，通过前馈控制提前响应车道线曲率变化，减少道路变化对车道保持控制效果的影响，使车辆顺利通过弯道。

[0022] S3中车道线预瞄控制，根据检测到的车道线信息，得出本车与车道线的相对位置信息，再结合本车当时的车速，设定预瞄点，通过预瞄的方式能得到车辆未来一段时间内的基础转角值，通过预瞄距离的设置有来减少反馈控制带来的控制命令震荡；如图2所示：本车与左右车道线的距离e1，二是本车纵向轴线与车道线切线方向的夹角偏航角e2。

[0023] S3中反馈控制的PID调节采用模糊PID参数自整定方案，使PID的三个参数可以根据车辆当前状态适时调节，保证PID反馈控制器可以适用于任意车速；实现解决由于车辆转向传动机构建模精度有限，并不能达到期望的转角值及转向执行器角度响应延迟问题。

[0024] S4中控制器被分为了上下两层，上层反馈控制的输入是期望转角和车辆真实转角，以及这两个参数的导数；通过实时计算期望值、监测真实反馈值，对车辆方向进行实时修正，及通过模糊PID控制调节，最终输出给转向执行机构一个修正后的转角值；下层反馈控制的输入是期望转角和车辆真实转角；所述下层反馈控制器与上层反馈控制器不同的是：上层反馈控制器的输出只是上层控制器输出的组成部分，而下层反馈控制器的输入是上层控制器的输出总和；下层反馈控制器再次使用PID控制器进行控制，使真实输出快速跟随期望输出；上、下层反馈控制的反馈回路形成了串联的联级PID控制器，单独的反馈回路稳定器被设计用以监控反馈回路信号，确保联级PID的稳定性。

[0025] 本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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