一种车道偏离辅助系统的人机协调控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种车道偏离辅助系统的人机协调控制方法。人机协调控制方法包括以下步骤：车道偏离辅助系统启动后，根据车辆横向偏差y和目标路径f(t)，得出车辆转向所需的期望方向盘转角θ

A man machine coordinated control method and its control system for lane departure assist system

The invention discloses a man-machine coordinated control method and a control system for lane departure auxiliary system. The method of man-machine coordination control includes the following steps: after the lane departure auxiliary system is started, the desired steering angle of the steering wheel of the vehicle steering is obtained according to the vehicle lateral deviation y and the target path f (T).

【技术实现步骤摘要】
一种车道偏离辅助系统的人机协调控制方法及其控制系统
本专利技术涉及智能汽车的辅助驾驶
中的一种人机协调控制方法及其人机协调控制系统，尤其涉及一种车道偏离辅助系统的人机协调控制方法及其人机协调控制系统。
技术介绍
车道偏离辅助系统(Lanedepartureassistancesystem,LDAS)是智能汽车辅助驾驶技术的重要组成部分，能够通过主动施加干预的方式来辅助驾驶员控制车辆，因而，如何协调好驾驶员和辅助系统之间的控制已成为国内外智能汽车辅助驾驶领域研究的热点问题。实现车道偏离辅助控制的途径主要有两种：转向控制和差动制动控制。转向控制可分为转矩控制和转角控制。转矩控制基于转向系统给转向机构施加一个额外的转向力，以实现辅助控制；转角控制则需要通过转向系统控制车轮转到期望的角度来实现辅助控制。差动制动控制是将期望的制动压力分配到两侧车轮进行差动制动，使得车辆横摆响应跟踪期望值并实现车道偏离辅助控制。当采用电动助力转向进行车道偏离辅助时，车辆能够在多种工况下实现车道偏离辅助，具有较强的适应性。然而，采用转向控制进行车道偏离辅助会存在驾驶员和辅助系统之间的相互干扰问题，如果协调不一致则会导致人机冲突，这有可能加重驾驶员操纵负担，影响汽车横向安全性。因而，有效地协调驾驶员和辅助系统进行车道偏离辅助控制以提升人机协调性能具有重要意义。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种车道偏离辅助系统的人机协调控制方法及其人机协调控制系统。本专利技术的解决方案是：一种车道偏离辅助系统的人机协调控制方法，其包括以下步骤：所述车道偏离辅助系统启动后，根据车辆横向偏差y和目标路径f(t)，得出车辆转向所需的期望方向盘转角θ*；根据期望方向盘转角θ*得出期望辅助转矩设计双输入单输出的人机协调控制器，操作转矩Td和车辆横向偏差y作为人机协调控制器的两个输入，人机协调控制器的输出为权重系数σ；通过权重系数σ和期望辅助转矩做乘积来动态调整所述车道偏离辅助系统的实际辅助转矩Ta的大小。作为上述方案的进一步改进，采用跨道时间作为车道偏离的判断算法，基于跨道时间的车辆偏离判断算法通过建立的车辆运动模型预测车辆行驶轨迹，从而计算出车轮接触到车道边缘所需的最小时间。作为上述方案的进一步改进，根据车辆横向偏差y、实际方向盘转角θ，通过驾驶员模型计算出期望方向盘转角θ*。优选地，将实际方向盘转角θ和期望方向盘转角θ*做差，并通过BP神经网络的PID控制器得出车辆转向所需的期望辅助转矩作为上述方案的进一步改进，所述人机协调控制器包括基于五层拓扑结构的模糊神经网络控制器，所述模糊神经网络控制器的五层拓扑结构为：输入层、模糊化层、推理层、归一化层和输出层；以操作转矩Td和车辆横向偏差y为双输入，权重系数σ为单输出。优选地，所述模糊神经网络控制器满足的原则包括：(1)当|Td|＞Tdmax，此时车辆处于紧急状态，实际辅助转矩Ta的权重系数σ最低，驾驶员完全占据车辆行驶主权，其中，表示为判断驾驶员操作状态所设定的阈值二的最大值；(2)当|Td|＜Td0，此时驾驶员没有操作转向盘，所述车道偏离辅助系统占据车辆行驶主权，权重系数σ随着车辆横向偏差y的增大而增大，其中，表示所设定的阈值二的最小值；(3)当Td0≤|Td|≤Tdmax且|y|＜ymin，此时车辆处于车道中央，没有偏离出车道的危险，所以要降低实际辅助转矩Ta的权重系数σ，给驾驶员尽可能多的车辆行驶主权，其中，ymin表示认为车辆仍然处于车道中央所设定的阈值三；(4)当Td0≤|Td|≤Tdmax且|y|≥ymin，此时分三种情况讨论：若操作转矩Td和实际辅助转矩Ta方向相反，说明驾驶员误操作，此时需要给实际辅助转矩Ta调高权重系数σ以纠正车辆行驶轨迹；若操作转矩Td和实际辅助转矩Ta方向相同，说明驾驶员转向正确。优选地，设输入的操作转矩Td的论域为[-8,8]，模糊子集为{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}，分别表示{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；输入的车辆横向偏差y的论域设为[-0.6,0.6]，模糊子集也为{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}，分别表示{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；输出的权重系数σ的论域为[0,1]，模糊子集为{Z,S,M,L,VL}，分别表示{零，小，中，大，很大}；令输入向量X＝[x1,x2]T(x1＝Td,x2＝y)，第k层的输出用y(k),(k＝1,2,3,4,5)表示，各层功能为：第一层：输入层，第二层：模糊化层，第三层：推理层，第四层：归一化层，第五层：输出层。再优选地，第一层：输入层，输入层的每个神经元节点对应一个连续变量xi，这一层的节点直接将输入数据传给第二层节点，因而，输出表示如下：；第二层：模糊化层，将输入的连续变量xi的值，根据定义的三个模糊子集上的隶属度函数进行模糊化处理，该层每个节点代表着一个语言变量值，总节点数为14，第一层第i个输出对应的第j级隶属度计算公式表示为：式中：cij,σij分别表示隶属函数的中心和宽度；第三层：推理层，每个神经元节点代表一条对应的模糊规则，通过匹配第二层节点得到的隶属度，计算出每条模糊规则的适用度，总节点数为n，其中n＝49，则第三层第m个节点的输出为：式中，为第一层第1个输出对应的第j级隶属度，为第一层第2个输出对应的第j级隶属度；第四层：归一化层，对网络结构进行总体归一化计算，总节点数为n，第四层第m个节点的输出为：第五层：输出层，将模糊化后的变量清晰化，进行反模糊计算，网络输出y(5)等于第4层各节点输出与其对应权重的乘积求和：式中：wm表示第4层第m个节点与输出节点之间的连接权值。本专利技术还提供一种车道偏离辅助系统的人机协调控制系统，其包括：期望方向盘转角θ*和期望辅助转矩获取模块，所述车道偏离辅助系统启动后，根据车辆横向偏差y和目标路径f(t)，得出车辆转向所需的期望方向盘转角θ*和期望辅助转矩人机协调控制依据获取模块，获取驾驶员实际的操作转矩Td，将操作转矩Td和车辆横向偏差y作为人机协调控制的依据；人机协调控制器设计模块，设计双输入单输出的人机协调控制器，操作转矩Td和车辆横向偏差y作为人机协调控制器的两个输入，人机协调控制器的输出为权重系数σ；以及实际辅助转矩Ta优化模块，通过权重系数σ和期望辅助转矩做乘积来动态调整所述车道偏离辅助系统的实际辅助转矩Ta的大小。本专利技术的车道偏离辅助系统的人机协调控制方法，基于模糊神经网络控制理论，针对车道偏离辅助过程中驾驶员和辅助系统之间的人机协调问题，设计了考虑驾驶员转矩和车辆横向偏差的人机协调控制器。人机协调控制器通过输出辅助权重动态地调整车道偏离辅助系统的辅助转矩，实现驾驶员与辅助系统的协调控制。本专利技术能够在有效地避免车辆偏离出车道的同时，减小驾驶员和辅助系统之间的相互干扰，避免人机冲突，有较好的人机协调性能。附图说明图1是本专利技术的车道偏离辅助系统的人机协调控制方法的流程图。图2是采用图1中人机协调控制方法的人机协调控制系统的结构示意图。图3是图2中驾驶员模型采用的单点预瞄模型示意图。图4是图2中PID控制器的控制结构图。图5是图2中协调控制器的模糊神经网络拓扑结构示意图。图6是本专利技术的车道偏离辅助系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车道偏离辅助系统的人机协调控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：所述车道偏离辅助系统启动后，根据车辆横向偏差y和目标路径f(t)，得出车辆转向所需的期望方向盘转角θ

【技术特征摘要】
1.一种车道偏离辅助系统的人机协调控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：所述车道偏离辅助系统启动后，根据车辆横向偏差y和目标路径f(t)，得出车辆转向所需的期望方向盘转角θ*；根据期望方向盘转角θ*得出期望辅助转矩；设计双输入单输出的人机协调控制器，操作转矩Td和车辆横向偏差y作为人机协调控制器的两个输入，人机协调控制器的输出为权重系数σ；通过权重系数σ和期望辅助转矩做乘积来动态调整所述车道偏离辅助系统的实际辅助转矩Ta的大小。2.如权利要求1所述的车道偏离辅助系统的人机协调控制方法，其特征在于，将预测车轮接触到车道边缘所需的最小时间作为跨道时间，将跨道时间和设定的阈值一进行对比，在跨道时间小于所述设定的阈值一时启动所述车道偏离辅助系统。3.如权利要求2所述的车道偏离辅助系统的人机协调控制方法，其特征在于，采用跨道时间作为车道偏离的判断算法，基于跨道时间的车辆偏离判断算法通过建立的车辆运动模型预测车辆行驶轨迹，从而计算出车轮接触到车道边缘所需的最小时间。4.如权利要求1所述的车道偏离辅助系统的人机协调控制方法，其特征在于，根据车辆横向偏差y、目标路径f(t)，通过驾驶员模型计算出期望方向盘转角θ*。5.如权利要求4所述的车道偏离辅助系统的人机协调控制方法，其特征在于，将实际方向盘转角θ和期望方向盘转角θ*做差，并通过BP神经网络的PID控制器得出车辆转向所需的期望辅助转矩。6.如权利要求1所述的车道偏离辅助系统的人机协调控制方法，其特征在于，所述人机协调控制器包括基于五层拓扑结构的模糊神经网络控制器，所述模糊神经网络控制器的五层拓扑结构为：输入层、模糊化层、推理层、归一化层和输出层；以操作转矩Td和车辆横向偏差y为双输入，权重系数σ为单输出。7.如权利要求6所述的车道偏离辅助系统的人机协调控制方法，其特征在于，所述模糊神经网络控制器满足的原则包括：(1)当|Td|＞Tdmax，此时车辆处于紧急状态，实际辅助转矩Ta的权重系数σ最低，驾驶员完全占据车辆行驶主权，其中，表示为判断驾驶员操作状态所设定的阈值二的最大值；(2)当|Td|＜Td0，此时驾驶员没有操作转向盘，所述车道偏离辅助系统占据车辆行驶主权，权重系数σ随着车辆横向偏差y的增大而增大，其中，表示所设定的阈值二的最小值；(3)当Td0≤|Td|≤Tdmax且|y|＜ymin，此时车辆处于车道中央，没有偏离出车道的危险，所以要降低实际辅助转矩Ta的权重系数σ，给驾驶员尽可能多的车辆行驶主权，其中，ymin表示认为车辆仍然处于车道中央所设定的阈值三；(4)当Td0≤|Td|≤Tdmax且|y|≥ymin，此时分三种情况讨论：若操作转矩Td和实际辅助转矩Ta方向相反，说明驾驶员误操作，此时需要给实际辅助转矩Ta调高权重系数σ以纠正车辆行驶轨迹；若操作转矩Td和实际辅助转矩Ta方向相同，说明驾驶员转向正确。8.如权利要求6所述的车道偏离辅助系统的人机协调控制方法，其特征在于，设输入的操作转矩Td的论域为[-8,8]，模糊子集为{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}，N...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洪波，夏志，陈无畏，赵林峰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34