基于EPS的车道保持辅助控制算法设计与实验验证

发布时间：2017-10-13 22:17

  本文关键词：基于EPS的车道保持辅助控制算法设计与实验验证

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【摘要】：近年来汽车主动安全引起专家学者和消费者的广泛关注,即在车辆有发生危险的趋势时采取措施避免危险发生。驾驶员辅助系统(Driver Assisted System,DAS)是典型的汽车主动安全技术之一,包括车道保持辅助系统(Lane Keeping Assisted System,LKAS)、自动泊车辅助系统和倒车辅助系统等。LKAS是针对驾驶员因瞌睡、接打电话、与乘员聊天等导致注意力分散而未控制车辆致使其偏离车道而设计的一种DAS子系统,保证车辆在车道内安全行驶。本文结合国家自然科学基金项目“基于驾驶员特性的新型线控转向系统控制机理和评价方法研究”(编号:51575223),在充分研究国内外LKAS相关研究和科研成果基础上,建立包含驾驶员类型的车道偏离预警算法和基于电动助力转向(Electric Power Steering,EPS)系统的LKAS主动控制算法,并通过Car Sim与Matlab/Simulink联合仿真实验和硬件在环试验台实验验证预警算法和主动控制算法的有效性,本文主要研究内容如下:(1)针对LKAS预警算法精度有限导致LKAS误警率较高的问题,本文结合驾驶员类型的多样性建立多模式跨道时间(Time to Lane,TLC)算法和多模式基于未来偏移距离(Future Offset Distance,FOD)算法,针对不同算法适用工况不同和单一算法难以覆盖全部偏离工况的问题,提出联合预警算法以适应各种偏离工况,并进行Car Sim与Matlab/Simulink联合仿真实验验证联合预警算法的准确性。(2)针对LKAS预警和主动控制可能与驾驶员驾驶意图相冲突的问题,本文建立驾驶员操作状态辨识模型判断驾驶员的驾驶意图,根据转向盘力矩信号和转向灯信号判断车辆有偏出车道的倾向时,驾驶员是否在主动控制车辆,尽量减少发生驾驶员期望外的预警,避免频繁误警引起驾驶员反感。(3)针对LDWS预警未引起驾驶员注意导致其未及时采取修正操作的问题,即预警后车辆依然存在偏出车道的危险,本文建立基于EPS的LKAS主动控制算法,其工作原理是驾驶员模型根据车辆真实侧向位置和理想侧向位置间的偏差得到LKAS主动控制车辆的转向盘目标转角,EPS系统根据该目标转角控制转向系统实现纠正车辆轨迹的目的。为验证LKAS主动控制算法的准确性,进行Car Sim与Matlab/Simulink联合仿真实验,并为后续的硬件在环试验台实验提供理论基础。(4)为进一步验证驾驶员在环时LKAS预警算法和主动控制算法的有效性,本文改造课题组电控转向仿真试验平台,建立基于EPS的LKAS硬件在环试验台,采用d SPACE实时仿真平台DS1006和Car Sim RT/Simulink/Control Desk组成软件联合仿真环境,参考智能辅助驾驶系统测试相关标准,针对LKAS功能和适用场合设计实验工况,在Control Desk环境下实时调试LKAS预警算法和主动控制算法参数,验证LKAS预警算法和主动控制算法的有效性。
【关键词】：车道保持辅助系统 车道偏离预警系统 EPS 主动转向 协调控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 课题意义11-12
• 1.2 车道偏离预警系统概述12-13
• 1.3 车道保持辅助系统概述13-14
• 1.4 车道偏离预警系统和车道保持辅助系统研究现状14-22
• 1.4.1 国内外企业车道偏离预警系统和车道保持辅助系统研究现状14-18
• 1.4.2 国内外高校车道偏离预警系统和车道保持辅助系统研究现状18-21
• 1.4.3 国内外研究现状对比分析21-22
• 1.5 本文主要研究内容22-25
• 第2章 车道保持辅助系统偏离预警算法研究25-49
• 2.1 车道保持辅助系统技术要求25-27
• 2.1.1 车道保持辅助系统总体结构26-27
• 2.2 车道保持辅助系统偏离预警算法研究27-39
• 2.2.1 车道偏离预警算法概述27-30
• 2.2.2 建立多模式TLC预警算法30-36
• 2.2.3 建立多模式FOD预警算法36-38
• 2.2.4 建立联合预警算法38-39
• 2.3 车道保持辅助系统偏离预警算法联合仿真39-47
• 2.3.1 建立联合仿真实验环境39-40
• 2.3.2 对比多模式TLC预警算法与固定模式TLC预警算法40-41
• 2.3.3 对比多模式FOD预警算法与固定模式FOD预警算法41-42
• 2.3.4 对比联合预警算法与多模式TLC预警算法42-44
• 2.3.5 对比联合预警算法与多模式FOD预警算法44-45
• 2.3.6 直线道路变换车道工况45-47
• 2.4 本章小结47-49
• 第3章 车道保持辅助系统主动控制算法研究49-71
• 3.1 驾驶员操作状态辨识49-51
• 3.2 建立车道保持辅助系统主动控制模型51-59
• 3.2.1 车辆模型51-52
• 3.2.2 驾驶员模型52-56
• 3.2.3 电动助力转向系统模型56-59
• 3.3 基于EPS的车道保持辅助系统主动控制算法研究59-64
• 3.3.1 车道保持协调控制算法59-61
• 3.3.2 电动助力转向系统控制策略61-62
• 3.3.3 基于EPS的车道保持辅助系统主动转向控制算法62-64
• 3.4 车道保持辅助系统主动控制算法联合仿真64-69
• 3.4.1 直线道路联合仿真实验65-66
• 3.4.2 曲线道路联合仿真实验66-69
• 3.5 本章小结69-71
• 第4章 建立基于EPS的LKAS硬件在环试验台并进行实验验证71-85
• 4.1 建立基于EPS的LKAS硬件在环试验台71-79
• 4.1.1 实时仿真系统简介72-74
• 4.1.2 电控转向仿真平台简介74-75
• 4.1.3 传感器的测试和标定75-79
• 4.2 直线道路硬件在环试验台实验及结果分析79-81
• 4.2.1 直线道路偏离工况80-81
• 4.3 曲线道路硬件在环试验台实验及结果分析81-84
• 4.3.1 小曲率半径道路偏离工况81-83
• 4.3.2 大曲率半径道路偏离工况83-84
• 4.4 本章小结84-85
• 第5章 全文总结与展望85-89
• 5.1 全文总结85-86
• 5.2 研究展望86-89
• 参考文献89-95
• 作者简介及科研成果95-97
• 致谢97

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