高速車輛車道偏離輔助控制研究

萬繼武 徐瑞 婁鶴翔 王寧毅

摘要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車的保有量不斷上升，人們對交通安全的日益關(guān)注。在高速公路上，由于駕駛員操作失誤或注意力分散而引起的車輛偏離車道行駛是造成重大傷亡事故的一個重要因素。當(dāng)即將發(fā)生車道偏離而駕駛員反應(yīng)不及時，輔助控制是避免事故的有效手段。本文就高速車輛車道偏離輔助控制展開探討。

關(guān)鍵詞：車道偏離輔助控制；滑模控制；差動制動

引言

對于車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的研究主要集中在各種車道偏離評價指標(biāo)及預(yù)警決策算法，其中基于車輛橫越車道線時間（Timetolanecrossing，TLC）的預(yù)警決策算法最受關(guān)注。但TLC方法在預(yù)警觸發(fā)機(jī)制上較少考慮車速、車-路航向角及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時間等因素的影響，通常給定固定的時間觸發(fā)閾值（Tth），當(dāng)TLC值T'

1車道偏離輔助控制決策

車道偏離輔助控制的目標(biāo)是在車輛即將偏離車道時通過差動制動使車輛回到車道內(nèi)。車道偏離輔助控制系統(tǒng)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：①提供足夠的輔助力矩避免發(fā)生車道偏離；②輔助控制過程中不引起駕駛員過度不適；③允許駕駛員疊加操作；④控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。假定車輛保持現(xiàn)有方向不變，車輛橫越車道的時間 為 式中，W為車道寬度；DDLC為車輛至車道中心的橫向距離 為車輛橫向速度。tTLC越小，表明當(dāng)前的行駛狀態(tài)發(fā)生車道偏離的可能性越大。當(dāng)tTLC小于啟動閾值時輔助控制將啟動。tTLC與DDLC的觸發(fā)閾值由路面狀況、車速等共同決定，tTLC觸發(fā)閾值過小無法有效地避免車道偏離的發(fā)生，過大則可能造成系統(tǒng)頻繁啟動。同理，DDLC觸發(fā)閾值過大也無法有效地避免車道偏離的發(fā)生，過小可能造成系統(tǒng)頻繁啟動。綜合考慮路面、車速及駕駛員響應(yīng)時間，取tTLC觸發(fā)閾值為5s，DDLC觸發(fā)閾值為0.6m。

本文根據(jù)表1進(jìn)行車道偏離輔助控制決策。

當(dāng)車輛與車道中心線的距離大于給定閾值時，車輛也存在發(fā)生車道偏離的危險，輔助控制將啟動。當(dāng)tTLC大于停止閾值，且|DDLC|小于停止閾值時輔助控制將關(guān)閉?？紤]到偏離輔助控制僅在高速工況工作，設(shè)定輔助控制功能啟動速度為60km/h。

2車道偏離輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)車道偏離輔助控制，需要控制車輛的橫擺角速度，并跟蹤其期望值。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖1），主要包括參考模型、滑?？刂破骱椭苿恿Ψ峙洳呗浴⒖寄Ｐ椭饕鶕?jù)預(yù)瞄點(diǎn)處的車-路偏差產(chǎn)生期望的車輛運(yùn)動規(guī)劃；滑?？刂破鞲鶕?jù)控制規(guī)則產(chǎn)生所需的輔助橫擺力矩Mb；并根據(jù)橫擺力矩的方向和輪胎的垂直載荷進(jìn)行制動力分配。

在車輛行駛過程中LDAS根據(jù)車-路信息，由上層控制器實(shí)時計(jì)算期望橫擺角速度。當(dāng)發(fā)生車道偏離時，輔助控制啟動，并由底層控制器實(shí)時控制四個車輪制動器的制動壓力，產(chǎn)生期望的橫擺力矩實(shí)現(xiàn)對期望橫擺角速度的跟蹤。圖5a所示為四個車輪的制動壓力變化曲線。如圖5b所示，在LDAS啟動的時間段內(nèi)，通過控制四個車輪的制動壓力能較好地跟蹤期望的橫擺角速度。圖5c所示，側(cè)向加速度的最大幅值為0.31g，小于路面所能提供的最大側(cè)向加速度0.68g。如圖5d所示，在駕駛員無法控制轉(zhuǎn)向跟蹤道路的情況下，啟動LDAS則可確保車輛在車道內(nèi)行駛。在LDAS啟動期間縱向速度的變化為±1%，基于差動制動的車道偏離輔助控制方法對縱向速度的影響較小。

結(jié)語

在高速公路上，由于駕駛員疲勞或注意力不集中而引起的車輛偏離車道行駛是造成重大傷亡事故的一個重要因素。車道偏離預(yù)警系統(tǒng)和車道偏離輔助控制系統(tǒng)可有效避免車道偏離事故的發(fā)生。

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（作者單位：洛陽西苑車輛與動力檢驗(yàn)所有限公司）