高速车辆车道偏离辅助控制研究

万继武 徐瑞 娄鹤翔 王宁毅

摘要：经济的发展，汽车的保有量不断上升，人们对交通安全的日益关注。在高速公路上，由于驾驶员操作失误或注意力分散而引起的车辆偏离车道行驶是造成重大伤亡事故的一个重要因素。当即将发生车道偏离而驾驶员反应不及时，辅助控制是避免事故的有效手段。本文就高速车辆车道偏离辅助控制展开探讨。

关键词：车道偏离辅助控制；滑模控制；差动制动

引言

对于车道偏离预警系统的研究主要集中在各种车道偏离评价指标及预警决策算法，其中基于车辆横越车道线时间（Timetolanecrossing，TLC）的预警决策算法最受关注。但TLC方法在预警触发机制上较少考虑车速、车-路航向角及执行机构的响应时间等因素的影响，通常给定固定的时间触发阈值（Tth），当TLC值T'

1车道偏离辅助控制决策

车道偏离辅助控制的目标是在车辆即将偏离车道时通过差动制动使车辆回到车道内。车道偏离辅助控制系统应满足以下几点要求：①提供足够的辅助力矩避免发生车道偏离；②辅助控制过程中不引起驾驶员过度不适；③允许驾驶员叠加操作；④控制系统的稳定性好。假定车辆保持现有方向不变，车辆横越车道的时间 为 式中，W为车道宽度；DDLC为车辆至车道中心的横向距离 为车辆横向速度。tTLC越小，表明当前的行驶状态发生车道偏离的可能性越大。当tTLC小于启动阈值时辅助控制将启动。tTLC与DDLC的觸发阈值由路面状况、车速等共同决定，tTLC触发阈值过小无法有效地避免车道偏离的发生，过大则可能造成系统频繁启动。同理，DDLC触发阈值过大也无法有效地避免车道偏离的发生，过小可能造成系统频繁启动。综合考虑路面、车速及驾驶员响应时间，取tTLC触发阈值为5s，DDLC触发阈值为0.6m。

本文根据表1进行车道偏离辅助控制决策。

当车辆与车道中心线的距离大于给定阈值时，车辆也存在发生车道偏离的危险，辅助控制将启动。当tTLC大于停止阈值，且|DDLC|小于停止阈值时辅助控制将关闭。考虑到偏离辅助控制仅在高速工况工作，设定辅助控制功能启动速度为60km/h。

2车道偏离辅助控制系统设计

2.1控制系统结构

为实现车道偏离辅助控制，需要控制车辆的横摆角速度，并跟踪其期望值。本文设计的控制系统结构（图1），主要包括参考模型、滑模控制器和制动力分配策略。参考模型主要根据预瞄点处的车-路偏差产生期望的车辆运动规划；滑模控制器根据控制规则产生所需的辅助横摆力矩Mb；并根据横摆力矩的方向和轮胎的垂直载荷进行制动力分配。

在车辆行驶过程中LDAS根据车-路信息，由上层控制器实时计算期望横摆角速度。当发生车道偏离时，辅助控制启动，并由底层控制器实时控制四个车轮制动器的制动压力，产生期望的横摆力矩实现对期望横摆角速度的跟踪。图5a所示为四个车轮的制动压力变化曲线。如图5b所示，在LDAS启动的时间段内，通过控制四个车轮的制动压力能较好地跟踪期望的横摆角速度。图5c所示，侧向加速度的最大幅值为0.31g，小于路面所能提供的最大侧向加速度0.68g。如图5d所示，在驾驶员无法控制转向跟踪道路的情况下，启动LDAS则可确保车辆在车道内行驶。在LDAS启动期间纵向速度的变化为±1%，基于差动制动的车道偏离辅助控制方法对纵向速度的影响较小。

结语

在高速公路上，由于驾驶员疲劳或注意力不集中而引起的车辆偏离车道行驶是造成重大伤亡事故的一个重要因素。车道偏离预警系统和车道偏离辅助控制系统可有效避免车道偏离事故的发生。

参考文献

[1]陈彭永胜，等.基于道路特征的车载相机标定动态补偿算法[J].机械工程学报，2017，46.

[2]李百川.汽车驾驶员反应特性与交通事故关系的分析研究[J].人类工效学，2017，1（2）.

（作者单位：洛阳西苑车辆与动力检验所有限公司）