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原文传递一种车道偏离辅助系统及其车道偏离辅助方法

专利名称：	一种车道偏离辅助系统及其车道偏离辅助方法
摘要：	本发明公开了一种车道偏离辅助系统及其车道偏离辅助方法。车道偏离辅助系统设置一个人机协调控制系统，人机协调控制系统包括EPS机构、实际辅助转矩Ta的优化系统。EPS机构包括车道偏离判断依据获取模块、车道偏离判断模块、偏离辅助控制系统启动模块。实际辅助转矩Ta的优化系统包括期望方向盘转角θ*和期望辅助转矩获取模块、人机协调控制依据获取模块、人机协调控制器设计模块、实际辅助转矩Ta优化模块。本发明通过输出辅助权重动态地调整车道偏离辅助系统的辅助转矩，实现驾驶员与辅助系统的协调控制，能够在有效地避免车辆偏离出车道的同时，减小驾驶员和辅助系统之间的相互干扰，避免人机冲突，有较好的人机协调性能。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	安徽;34
申请人：	合肥工业大学
发明人：	汪洪波;夏志;陈无畏;赵林峰
专利状态：	有效
申请日期：	2018-01-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910298019.1
公开号：	CN109969181A
代理机构：	合肥市泽信专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	方荣肖
分类号：	B60W30/12(2006.01);B;B60;B60W;B60W30
申请人地址：	230009 安徽省合肥市屯溪路193号
主权项：	1.一种车道偏离辅助系统，其特征在于，其设置一个人机协调控制系统，所述人机协调控制系统包括EPS机构、实际辅助转矩Ta的优化系统； EPS机构包括车道偏离判断依据获取模块、车道偏离判断模块、偏离辅助控制系统启动模块；所述车道偏离判断依据获取模块获取车辆行驶过程中的横摆角速度ω、车速v以及车辆在路面上相对于车道中心线的车辆横向偏差y，并将横摆角速度ω、车速v和车辆横向偏差y作为所述车道偏离判断模块进行车道偏离的判断依据；所述车道偏离判断模块将预测车轮接触到车道边缘所需的最小时间作为跨道时间，并将跨道时间和设定的阈值一进行对比，在所述跨道时间小于所述设定的阈值一时判断车辆即将偏离出车道；所述偏离辅助控制系统启动模块根据所述车道偏离判断模块的判断结果决定是否启动车道偏离辅助系统；实际辅助转矩Ta的优化系统包括期望方向盘转角θ和期望辅助转矩获取模块、人机协调控制依据获取模块、人机协调控制器设计模块、实际辅助转矩Ta优化模块；期望方向盘转角θ和期望辅助转矩获取模块用于在所述车道偏离辅助系统启动后，根据车辆横向偏差y和目标路径f(t)，得出车辆转向所需的期望方向盘转角θ，再根据期望方向盘转角θ得出期望辅助转矩人机协调控制依据获取模块用于获取驾驶员实际的操作转矩Td，将操作转矩Td和车辆横向偏差y作为人机协调控制的依据；人机协调控制器设计模块用于设计双输入单输出的人机协调控制器，将操作转矩Td和车辆横向偏差y作为人机协调控制器的两个输入，人机协调控制器的输出为权重系数σ；实际辅助转矩Ta优化模块用于通过权重系数σ和期望辅助转矩做乘积来动态调整所述车道偏离辅助系统的实际辅助转矩Ta的大小；其中，所述模糊神经网络控制器满足的原则包括： (1)当\|Td\|＞Tdmax，此时车辆处于紧急状态，实际辅助转矩Ta的权重系数σ最低，驾驶员完全占据车辆行驶主权，其中，表示为判断驾驶员操作状态所设定的阈值二的最大值； (2)当\|Td\|＜Td0，此时驾驶员没有操作转向盘，所述车道偏离辅助系统占据车辆行驶主权，权重系数σ随着车辆横向偏差y的增大而增大，其中，表示所设定的阈值二的最小值； (3)当Td0≤\|Td\|≤Tdmax且\|y\|＜ymin，此时车辆处于车道中央，没有偏离出车道的危险，所以要降低实际辅助转矩Ta的权重系数σ，给驾驶员尽可能多的车辆行驶主权，其中，ymin表示认为车辆仍然处于车道中央所设定的阈值三； (4)当Td0≤\|Td\|≤Tdmax且\|y\|≥ymin，若操作转矩Td和实际辅助转矩Ta方向相反，说明驾驶员误操作，此时需要给实际辅助转矩Ta调高权重系数σ以纠正车辆行驶轨迹；若操作转矩Td和实际辅助转矩Ta方向相同，说明驾驶员转向正确。 2.如权利要求1所述的车道偏离辅助系统，其特征在于，通过驾驶员模型计算出期望方向盘转角θ，驾驶员模型采用单点预瞄模型：f(t)为车辆目标轨迹，y(t)为车辆当前位置侧向坐标，T为预瞄时间；期望方向盘转角θ的计算方法包括以下步骤：一、假设预瞄距离为d，预瞄时间T与预瞄距离d之间的关系为：根据车辆的侧向速度即车速v与车辆的侧向加速度，预测t+T时刻车辆位置的侧向坐标y(t+T)，此时选择一个转向角使得车辆产生侧向加速度在t+T时刻车辆位置的侧向坐标y(t+T)与目标轨迹的侧向坐标f(t+T)相等，则得： f(t+T)＝y(t+T) 联立两式可得最优的侧向加速度定义实际侧向加速度与实际方向盘转角θ之间的关系：式中，R为汽车转向半径，isw表示转向系传动比，L表示车辆的轴距；二、得出跟踪目标轨迹所需的最优转向盘转角即期望方向盘转角θ：所述人机协调控制器包括基于五层拓扑结构的模糊神经网络控制器，所述模糊神经网络控制器的五层拓扑结构为：输入层、模糊化层、推理层、归一化层和输出层；以操作转矩Td和车辆横向偏差y为双输入，权重系数σ为单输出。 3.如权利要求1所述的车道偏离辅助系统，其特征在于，设输入的操作转矩Td的论域为[-8,8]，模糊子集为{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}，NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB是操作转矩Td模糊化后的模糊语言变量，分别表示{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；输入的车辆横向偏差y的论域设为[-0.6,0.6]，模糊子集也为{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}，分别表示{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；输出的权重系数σ的论域为[0,1]，模糊子集为{Z,S,M,L,VL}，分别表示{零，小，中，大，很大}；令输入向量X＝[x1,x2]T(x1＝Td,x2＝y)，第k层的输出用y(k),(k＝1,2,3,4,5)表示，各层功能为：第一层：输入层，第二层：模糊化层，第三层：推理层，第四层：归一化层，第五层：输出层。 4.如权利要求3所述的车道偏离辅助系统，其特征在于，第一层：输入层，输入层的每个神经元节点对应一个连续变量xi，这一层的节点直接将输入数据传给第二层节点，因而，输出表示如下：第二层：模糊化层，将输入的连续变量xi的值，根据定义的三个模糊子集上的隶属度函数进行模糊化处理，该层每个节点代表着一个语言变量值，总节点数为14，第一层第i个输出对应的第j级隶属度计算公式表示为：式中：cij,σij分别表示隶属函数的中心和宽度；第三层：推理层，每个神经元节点代表一条对应的模糊规则，通过匹配第二层节点得到的隶属度，计算出每条模糊规则的适用度，总节点数为n，其中n＝49，则第三层第m个节点的输出为：式中，为第一层第1个输出对应的第j级隶属度，为第一层第2个输出对应的第j级隶属度；第四层：归一化层，对网络结构进行总体归一化计算，总节点数为n，第四层第m个节点的输出为：第五层：输出层，将模糊化后的变量清晰化，进行反模糊计算，网络输出y(5)等于第4层各节点输出与其对应权重的乘积求和：式中：wm表示第4层第m个节点与输出节点之间的连接权值。 5.如权利要求1所述的车道偏离辅助系统，其特征在于，将实际方向盘转角θ和期望方向盘转角θ做差，并通过BP神经网络的PID控制器得出车辆转向所需的期望辅助转矩 6.如权利要求1所述的车道偏离辅助系统，其特征在于，将预测车轮接触到车道边缘所需的最小时间作为跨道时间，将跨道时间和设定的阈值一进行对比，在跨道时间小于所述设定的阈值一时启动所述车道偏离辅助系统。 7.如权利要求1所述的车道偏离辅助系统，其特征在于，如果计算出的跨道时间大于等于设定的阈值一，说明车辆不会即将偏离出车道，则不启动车道偏离辅助系统。 8.如权利要求6所述的车道偏离辅助系统，其特征在于，采用跨道时间作为车道偏离的判断算法，基于跨道时间的车辆偏离判断算法通过建立的车辆运动模型预测车辆行驶轨迹，从而计算出车轮接触到车道边缘所需的最小时间。 9.如权利要求8所述的车道偏离辅助系统，其特征在于，计算跨道时间TLC的方式为：式中，dlane表示车道宽度，db表示轮距，ω为车辆的横摆角速度，θ为车辆航向角由横摆角速度ω积分得到，L表示车辆的轴距，v为车辆的车速。 10.一种车道偏离辅助方法，其应用于如权利要求1至9中任意一项所述的车道偏离辅助系统中，其特征在于，所述车道偏离辅助方法包括以下步骤：根据车辆行驶过程中的车辆横向偏差y和目标路径f(t)，得出车辆转向所需的期望方向盘转角θ；根据实际方向盘转角θ和期望方向盘转角θ，得出车辆转向所需的期望辅助转矩设计双输入单输出的人机协调控制器，车辆行驶过程中的操作转矩Td和车辆横向偏差y作为人机协调控制器的两个输入，人机协调控制器的输出为权重系数σ；通过权重系数σ和期望辅助转矩做乘积来动态优化所述车道偏离辅助系统的实际辅助转矩Ta的大小。
所属类别：	发明专利