[发明专利]一种基于人机协同策略的车道偏离辅助控制方法

说明书

本发明提供了一种基于人机协同策略的车道偏离辅助控制方法，包括建立车辆‑道路模型、转向机构动力学模型、以及驾驶员模型；建立基于跨道时间的车道偏离决策；建立基于车辆道路模型以及模型预测的车道偏离辅助控制器；引入协同控制因子动态决策驾驶员与控制器对转向盘的控制主权，并调整辅助转向力矩。本发明采用模型预测控制(MPC)方法设计车道偏离辅助控制器，考虑驾驶员因注意力分散或驾驶经验不足而导致的车道偏离问题，采用跨道时间实现车道偏离预警并决定辅助控制器介入时刻，根据驾驶员状态及车路相对位置关系等决策驾驶员与控制器协同控制因子，实时调整控制主权及辅助系统作用于转向盘上的辅助力矩，更好的防止车道偏离问题。

技术领域

本发明属于辅助驾驶领域，尤其是涉及一种基于人机协同策略的车道偏离辅助控制方法。

背景技术

单一车辆事故中，因驾驶员疲劳、注意力不集中而导致的车辆偏离道路占较大比例.基于车道保持的车辆自动驾驶系统需要较多的传感器和执行器，而当这些部件发生故障时，可能会引发严重交通事故。考虑自动驾驶系统的容错性能尚不成熟及当前复杂的交通状况，自动驾驶系统的可靠性有待进一步提高。车道偏离辅助系统是当驾驶员操纵失误时，使车道偏离辅助控制器与驾驶员共同控制车辆，并实时调配转向盘控制主权，保证车辆在预定轨迹中行驶.与完全依靠驾驶员单独操纵车辆及自动驾驶系统相比，辅助控制器与驾驶员协同控制车辆可有效解决因驾驶员操纵失误及自动驾驶系统故障而引发的车辆安全行驶问题，是当前车辆主动安全技术研究中的热点问题。

目前的一些有关车道偏离辅助控制系统的研究中，基于视觉系统分别采用不同的控制方法及执行机构实现车道保持控制，其主要缺陷是并未考虑车速变化对车道保持性能的影响，同时也并未深入研究驾驶员与车道保持系统之间的内在关系。驾驶员和车道偏离辅助控制器共同控制车辆时，主要需解决两个关键问题：其一是使辅助控制器适时介入并有效避免车道偏离；其二是辅助控制器和驾驶员在共享转向盘控制主权时减小冲突，降低驾驶员的不舒适感；一些人在假设驾驶员输入转矩有界的情况下，将驾驶员输入视为系统干扰，通过估计车道偏离的不变集分析驾驶员输入对车道保持系统性能的影响，由于车道保持系统始终具有控制主权，驾驶员转矩与车道保持系统转矩相互抵抗而导致驾驶舒适性较差；另外，一些人建立了驾驶员在环的人-车-路闭环模型，并针对闭环系统设计全局T-S模糊控制器，由于在设计控制器时充分“理解”驾驶员意图，该方法明显提高了人机协调性，但并未考虑驾驶员参数变化对系统性能的影响或针对不同熟练程度的驾驶员不具有鲁棒性。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于人机协同策略的车道偏离辅助控制方法，以解决驾驶员因注意力分散或驾驶经验不足发生操纵失误而导致的车道偏离的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于人机协同策略的车道偏离辅助控制方法，包括如下步骤：

步骤1：建立车辆-道路模型、转向机构动力学模型、以及驾驶员模型；

步骤2：建立基于跨道时间的车道偏离决策；

步骤3：建立基于车辆道路模型以及模型预测的车道偏离辅助控制器；

步骤4:引入协同控制因子动态决策驾驶员与控制器对转向盘的控制主权，并调整辅助转向力矩。

进一步的，所述步骤1中建立车辆-道路模型具体包括如下步骤：

步骤1.1：车辆上安装视觉系统，根据车辆在道路上的位置，则在预瞄距离l_s处车辆的横向位置偏差y_L及航向角偏差ψ_L为

y_L＝y_CG+l_ssinψ_L (1)

ψ_L＝ψ_v-ψ_R (2)