[发明专利]一种基于改进人工势场的商用车车道保持路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于改进人工势场的商用车车道保持路径规划方法，根据基于预瞄横向偏差的虚拟引力势场函数、基于跨道时间的虚拟斥力势场函数和横摆角速度虚拟斥力势场函数构建人工势场函数；构造李亚普洛夫函数，通过控制稳定性分析确定势场函数增益的取值范围；利用人工势场函数计算理想前轮偏转角，将理想前轮偏转角输入到整车模型中，根据既定工况路径进行跟踪；计算路径横向偏差离差平方和，再利用粒子群优化算法求最优势场函数增益，得到最优的理想前轮偏转角；本发明考虑了商用车的稳定性，以横向偏差的方差作为评价函数，得出最优控制的人工势场函数增益，最终得到控制效果最优的人工势场函数的表达形式和规划路径。

技术领域

本发明属于汽车智能转向控制技术领域，具体涉及一种基于改进人工势场的商用车车道保持路径规划方法。

背景技术

随着我国道路交通的迅速发展，智能化需求进一步凸显，越来越多的商用车急需配备智能辅助驾驶相关技术，现有相关的智能驾驶辅助技术包括车道保持LKA、车道偏离预警LDW、自适应巡航ACC，其中LDW已经成为法规所要求的商用车必须配备的功能之一，而LKA作为LDW的改进版，在横向主动控制方面有着重要意义与价值，在未来几年必将纳入法规要求的智能辅助驾驶技术之一。

在现有研究车道保持辅助驾驶的相关技术中，常见的控制方法有PID、自适应预瞄、滑模、神经网络等，除此之外人工势场法因计算量小、反应速度快、易于实现且算法与环境形成闭环控制，规划出的路径平滑等优点在车道保持路径规划方面具有独特的参考研究意义。在国内利用人工势场研究车道保持系统的多是构造不同的势场函数，传统的有基于车道中心线横向偏差与偏航角的道路势场，也有改进之后将横向车速引入的，但控制精度仍然不是很理想。对于商用车车道保持系统研究设计而言，往往存在侧向力大，汽车在控制过程中容易失稳的现象时有发生，车道保持对于商用车的控制难度也进一步增加，也就是说在利用人工势场法研究商用车车道保持过程中，如何能将车辆自身的一些时变的参数变量考虑进来并能够克服商用车失稳，是当前研究的重点问题。

发明内容

本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种基于改进人工势场的商用车车道保持路径规划方法，本发明通过构造改进的人工势场函数，在传统道路势场函数的基础上，进一步将跨道时间T_LC这一动态参量引入，并将商用车的稳定性这一因素考虑进去，并利用PSO智能算法，以横向偏差的方差作为评价函数，得出最优控制的人工势场函数增益，最终得到控制效果最优的人工势场函数的表达形式和规划路径。

一种基于改进人工势场的商用车车道保持路径规划方法，包括以下过程：

本发明所采用的技术方案如下：

根据基于预瞄横向偏差的虚拟引力势场函数V_预瞄、基于跨道时间T_LC的虚拟斥力势场函数V_跨道和横摆角速度ω虚拟斥力势场函数V_ω构建人工势场函数V＝V_预瞄+V_跨道+V_ω；

构造李亚普洛夫函数L＝T+V，T为整车动能，V为人工势场函数，通过控制稳定性分析确定势场函数增益c₁、c₂、c₃的取值范围；

通过人工势场函数计算理想前轮偏转角δ，将δ输入到整车模型中，根据既定工况路径进行跟踪；计算路径横向偏差离差平方和E，再利用粒子群优化算法求最优势场函数增益，得到最优的理想前轮偏转角δ^*。

进一步，所述基于预瞄横向偏差的虚拟引力势场函数V_预瞄表示为：其中，c₁预瞄横向偏差虚拟引力势场函数增益，e为车辆质心距离车道中心线的横向距离，x_cf为质心到势场力作用点的距离，x_la为预瞄距离，即预瞄点到势场力作用点之间的距离；为车辆航向角；