[发明专利]智能驾驶汽车的三维可拓预瞄切换的车道保持控制方法

说明书

本发明公开一种智能驾驶汽车的三维可拓预瞄切换的车道保持控制方法，上层控制器中，通过高精度摄像头采集车道线信息，获得车辆与道路中心线的横向位置偏差y_L、航向偏差和前方道路曲率值ρ作为三维可拓集合的特征值，具体包括三个步骤：划分可拓集合，求解关联函数，将车辆‑道路系统状态分为经典域、可拓域和非域；下层控制器中，经典域采用基于横向位置偏差和航向偏差的PID反馈控制器，可拓域采用模型预测控制器(MPC)，非域中采取紧急制动，从而实现在经典域和可拓域两种控制策略的切换控制。本发明将可拓控制理论成功运用到智能驾驶汽车车道保持控制领域，满足车道保持控制精度要求。

技术领域

本发明属于智能驾驶汽车控制技术，具体涉及一种智能驾驶汽车的三维可拓预瞄切换的车道保持控制方法。

背景技术

智能车辆作为目前汽车行业发展的重要方向，智能驾驶高级驾驶辅助系统技术ADAS(Advance Driver Assistant System)是智能车发展的一个重要环节。主要涉及车辆路径跟踪、车道保持、车辆换道等车辆横向控制领域。

车道保持系统包括车道线检测和车辆横向轨迹跟踪控制控制器。通过摄像头对车道线识别，确定车道中心线位置和道路曲率，然后车辆横向控制器根据车-路相对位置施加前轮转角，实现车辆在横向位置的调节，保证车辆始终跟踪车道中心线。车道保持控制系统核心技术为车辆横向控制算法，目前使用的横向控制算法分为以下几种：经典控制方法、最优控制方法、自适应控制方法、滑模控制方法、鲁棒控制方法、模型预测控制方法和模糊控制方法。但是上述的控制方法存在许多局限性，或是在特定的工况下控制效果较好，在道路曲率变化范围较大的复杂工况下总体控制效果不佳。

车道保持控制为车-路闭环控制，不仅需要考虑车辆本身状态，还需考虑道路和车辆的相对位置状态，上述控制策略存在控制区域有限、阈值范围小，只在较小的状态范围内可控的问题。基于蔡文提出的可拓理论能够描述事物“是”与“非”的相互转化及量变与质变过程，其最大的优点在于可以通过特征量的关联函数K(S)来体现整个车辆在运动过程中横向控制状态的稳定性，直观表现出当前状态与最佳状态的差距，对于下层控制器设计具有很好的参考价值，相比于普通门限值切换而言，此处为最大的优势，并依据此建立稳定性控制策略，设计一种基于可拓切换控制理论的车道保持系统。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种智能驾驶汽车的三维可拓预瞄切换的车道保持控制方法。

技术方案：本发明的一种智能驾驶汽车的三维可拓预瞄切换的车道保持控制方法，包括以下步骤：

(1)设置上下两层控制器，上层控制器采用可拓控制器，下层控制器按可拓集合划分可拓域控制策略和经典域控制策略；

(2)车道线检测：以车辆与道路中心线的横向位置偏差y_L为X轴、航向偏差为Y轴和前方道路曲率值ρ为Z轴构建三维状态空间，根据可拓距原理确定关联函数

(3)上层控制器中，根据关联函数值预瞄点处横向偏差与道路中心线的曲率值，将车辆-道路预瞄偏差模型所处的状态划分为三个区域，即经典域、可拓域和非域；

(4)下层控制器中，在经典域采用基于预瞄误差的PID反馈控制器，在可拓域采用模型预测控制器(MPC)，在非域采用紧急制动控制器；

(5)根据车辆三自由度动力学模型和路径跟踪预瞄偏差模型来建立车辆-道路模型。

进一步的，所述步骤(2)中的横向位置偏差y_L、航向偏差和前方道路中心线曲率值ρ组成三维可拓集合特征量