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：經濟的發展，汽車的保有量不斷上升，人們對交通安全的日益關注。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。當即將發生車道偏離而駕駛員反應不及時，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

對于車道偏離預警系統的研究主要集中在各種車道偏離評價指標及預警決策算法，其中基于車輛橫越車道線時間（Timetolanecrossing，TLC）的預警決策算法最受關注。但TLC方法在預警觸發機制上較少考慮車速、車-路航向角及執行機構的響應時間等因素的影響，通常給定固定的時間觸發閾值（Tth），當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。車道偏離輔助控制系統應滿足以下幾點要求：①提供足夠的輔助力矩避免發生車道偏離；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控制系統的穩定性好。假定車輛保持現有方向不變，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，表明當前的行駛狀態發生車道偏離的可能性越大。當tTLC小于啟動閾值時輔助控制將啟動。tTLC與DDLC的觸發閾值由路面狀況、車速等共同決定，tTLC觸發閾值過小無法有效地避免車道偏離的發生，過大則可能造成系統頻繁啟動。同理，DDLC觸發閾值過大也無法有效地避免車道偏離的發生，過小可能造成系統頻繁啟動。綜合考慮路面、車速及駕駛員響應時間，取tTLC觸發閾值為5s，DDLC觸發閾值為0.6m。

本文根據表1進行車道偏離輔助控制決策。

當車輛與車道中心線的距離大于給定閾值時，車輛也存在發生車道偏離的危險，輔助控制將啟動。當tTLC大于停止閾值，且|DDLC|小于停止閾值時輔助控制將關閉。考慮到偏離輔助控制僅在高速工況工作，設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設計

2.1控制系統結構

為實現車道偏離輔助控制，需要控制車輛的橫擺角速度，并跟蹤其期望值。本文設計的控制系統結構（圖1），主要包括參考模型、滑模控制器和制動力分配策略。參考模型主要根據預瞄點處的車-路偏差產生期望的車輛運動規劃；滑模控制器根據控制規則產生所需的輔助橫擺力矩Mb；并根據橫擺力矩的方向和輪胎的垂直載荷進行制動力分配。

在車輛行駛過程中LDAS根據車-路信息，由上層控制器實時計算期望橫擺角速度。當發生車道偏離時，輔助控制啟動，并由底層控制器實時控制四個車輪制動器的制動壓力，產生期望的橫擺力矩實現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，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，側向加速度的最大幅值為0.31g，小于路面所能提供的最大側向加速度0.68g。如圖5d所示，在駕駛員無法控制轉向跟蹤道路的情況下，啟動LDAS則可確保車輛在車道內行駛。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。車道偏離預警系統和車道偏離輔助控制系統可有效避免車道偏離事故的發生。

參考文獻

[1]陳彭永勝，等.基于道路特征的車載相機標定動態補償算法[J].機械工程學報，2017，46.

[2]李百川.汽車駕駛員反應特性與交通事故關系的分析研究[J].人類工效學，2017，1（2）.

（作者單位：洛陽西苑車輛與動力檢驗所有限公司）