车道中心保持控制策略关键技术简述
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作 为无人 驾 驶 的重 要 一 部 分 ，ＬＫＡ往 往 放 置 于 开发前 期 ，首先通 过 ＬＫＡ实现 驾驶员 辅助 ，通过 逐 步完 善 逐 步 向无 人 驾 驶 迈 进 。ＬＫＡ 可 大 致 分 为 ：车道保 持 （ＬＫ）和 车道 中心保 持 （ＬＣ）两 类 ，区 别 在于控 制 系 统 控 制 目标 和 控 制 系 统 干 预 程 度 ， 车 道偏离 保持 系统控 制 目标 为 以较少 的干 预将 车 辆保 持在 车 道 内 ，车 道 中心 保 持 策 略 的控 制 目标
车道 中心保 持 控 制 策 略关 键技 术 简述
王辉 雍建军 王子 涵 毛 承 志 黄 璐 （上海泛亚汽车技术中心有限公司，上海 ２０１８０４）
【摘要 】 针对车道保持系统（ＬＫＡ）控制策略中关键技术，结合整车动力学，从实用化控制目标计算、控
制模式及切换 、抗扰动百度文库面的研究方法和现状进行简述 ，对 ＬＫＡ开发 和无人驾驶开发有一定 的借鉴意义 。
于 Ｈ２最优 策略 开发 ＬＫＡ力矩 计算 策略 。 ２．２ 工 作模 式判 断
工 作模 式 判断 模块 根 据 车辆 和传 感 器信 号判 断 ＬＫＡ工 作条 件是 否 满 足 ，准 确地 判 断 条 件 既可 准 确 的将 车 辆 控 制 在 车 道 内 ，又 不 会 对 驾 驶 员 造 成 过度 干预 。ＬＫＡ工 作 模 式 判 断 包 括 两 方 面 ：开 启 条件 是否 满足 和车道 保持 是否需 要激 活 。
图 １ ＬＫＡ 系 统 框 图
如 图 １所 示 ，ＬＫＡ 控 制 器 控 制 信 号 （转 向扭 矩 ）计 算 的准确性 将直 接决 定 控制 性 能 ，国 内外 针 对该部 分算 法 做 出一 定 研 究 ，本 文 针 对 车 企 工 程
收 稿 日期 ：２０１５—１２—０３ · ４２ ·
为 车 道 中心 线 附 近 ，相 较 于 车 道 保 持 系 统 干 预 较多 。
ＬＫＡ工作 系统 框 图 如 图 １所 示 ，摄 像 头 采 集 图像信 息并 将车 辆相 对车 道线信 息发 送给 ＬＫＡ控 制器 ，ＬＫＡ控制 器 结 合 驾 驶 员 设 置 计 算 目标 控 制 量 ，通 过 电子 助力 转 向系 统 实 现 被 控 车 辆 转 向修 正 ，进 而实 现偏 离修正 和 中心线保 持 。
【关键词】 车道保持系统 辅助驾驶 控制策略
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－４５５４．２０１６．０１．０９
０ 引 言
随 着科 技 的进 步 和用 户对 安 全和舒 适 要 求 的 提 高 ，无人 驾驶 、车联 网和新 能 源 已成 为 最新 研 究 方 向 。博世 公 司 ２０１５宣 布 正 研 发 可用 于 高 速 公 路 的 自动 驾驶技 术 ，并 指 出高 速公 路 辅 助 系统 ，主 要指 自适应 巡航 （ＡＣＣ）、车道保 持 系 统 （ＬＫＡ）、自 动 紧急制 动等 辅助驾 驶 系统 ，其 中 ＡＣＣ和 ＬＫＡ车 道保 持辅 助 系统为 高速 公 路 自动 驾驶 的最 基本 两 部分 ；奥迪 公 司 同样 将 开 展 ４个 阶段 的 自动 驾 驶 开 发 ，其 中第 １、２阶 段 就 是 开 发 和 完 善 ＡＣＣ和 ＬＫＡ等 功能 。
＝ 去 箐 ＋（ 一 ）ｆ．
（６） 式 中 ：ｆ为轴距 ，ｍ；尺为弯 道半 径 ，ｍ；ｉ 为转 向 系传 动 比 ； 为不 足转 向系数 ； 为车 速 ，ｍ／ｓ；Ｔ为 预瞄 时间 ，Ｓ；Ｄ 为 时 刻 后 偏 离 车 道 中 心 距 离 ，ｍ；
。为 横 摆 角 速 度 ，ｒａｄ／ｓ。 目标 方 向盘 转 角 到 ＥＰＳ力 矩转 换 通 过 ＰＩＤ算 法 实 现 ，并 通 过 目标 转 角和 实际 方 向 盘 转 角 的偏 差 决 定 ＬＫＡ是 否起 作 用 。
上 海 汽 车 ２０１６，０１
ＬＫＡ控制策 略框 图如 图 ４所 示 。ＬＫＡ助 力力 矩 的 计 算通 过航 向角 、位移 偏 差及 弯 道 半径 ，并 将 计算 转 矩 与驾驶 员 转 向力 矩 和 传统 ＥＰＳ助 力 力 矩 （查 表 ）协 调 ，实 现三 者之 间 的协 调控 制 。
丰 田公 司 同样 提 出 其 ＬＫＡ 的控 制 策 略 框 图 ，如 图 ５所示 。 同样 通 过航 向角 和偏 离 距 离 的 反 馈值 与 曲率 的前 馈 值 计 算 目标 横 摆 角 速 度 ，并 通 过 实际横 摆角 速度 计算 ＬＫＡ助力 力矩 。
此 外 ，大 众公 司 的 车 道 保 持 系 统 目标 力 矩 同 样 是 可变 的 ，其 大小取 决 于航 向角 ，通 过航 向角 计 算 修 正力 矩 大 小 ，并 将 力 矩 限制 在 ±３ Ｎｍ 之 内 。 Ｍａｎｄｏ公 司的 Ｈｙｕｋｍｉｎ Ｎａ，Ｈｏｇｉ Ｊｕｎｇ 等人 基 于 模 型 预测 策略 开发 ＬＫＡ控 制 算 法 ，并搭 建 实 验 台 进行 台架 测 试 。 日产 公 司 的 Ｓａｄａｎｏ ０【 ，８ ３等 人 基
曲率 航 向角 偏 移量
目标 横 摆角速 度
图 ５ 丰 田公 司 ＬＫＡ控制逻辑框 图
： 电子助力转向系统 ：
、…
…
…
…
…
图 ４ 本 田公 司 ＬＫＡ系统框图
起亚 公 司 的 ＪａｅＨｅｅ Ｋｉｍ，Ｓａｎｇ Ｍｉｎ ｌｅｅ 等 人 同样 提 出基 于理 想横 摆角 速度 的 ＬＫＡ算 法 。 目标 方 向盘转角 为
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ＬＫＡ，ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ
ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔａｒｇｅｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ＬＫＡ ｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｓｏｍｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉ— ｃａｌ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ＬＫＡ ｄｅｖｅｌｏｐ ａｎｄ ａｕｔｏｎｏｍ ｏｕｓ ｖｅｈｉｃｌｅ．
车道 中心保 持 控 制 策 略关 键技 术 简述
王辉 雍建军 王子 涵 毛 承 志 黄 璐 （上海泛亚汽车技术中心有限公司，上海 ２０１８０４）
【摘要 】 针对车道保持系统（ＬＫＡ）控制策略中关键技术，结合整车动力学，从实用化控制目标计算、控
制模式及切换 、抗扰动百度文库面的研究方法和现状进行简述 ，对 ＬＫＡ开发 和无人驾驶开发有一定 的借鉴意义 。
于 Ｈ２最优 策略 开发 ＬＫＡ力矩 计算 策略 。 ２．２ 工 作模 式判 断
工 作模 式 判断 模块 根 据 车辆 和传 感 器信 号判 断 ＬＫＡ工 作条 件是 否 满 足 ，准 确地 判 断 条 件 既可 准 确 的将 车 辆 控 制 在 车 道 内 ，又 不 会 对 驾 驶 员 造 成 过度 干预 。ＬＫＡ工 作 模 式 判 断 包 括 两 方 面 ：开 启 条件 是否 满足 和车道 保持 是否需 要激 活 。
图 １ ＬＫＡ 系 统 框 图
如 图 １所 示 ，ＬＫＡ 控 制 器 控 制 信 号 （转 向扭 矩 ）计 算 的准确性 将直 接决 定 控制 性 能 ，国 内外 针 对该部 分算 法 做 出一 定 研 究 ，本 文 针 对 车 企 工 程
收 稿 日期 ：２０１５—１２—０３ · ４２ ·
为 车 道 中心 线 附 近 ，相 较 于 车 道 保 持 系 统 干 预 较多 。
ＬＫＡ工作 系统 框 图 如 图 １所 示 ，摄 像 头 采 集 图像信 息并 将车 辆相 对车 道线信 息发 送给 ＬＫＡ控 制器 ，ＬＫＡ控制 器 结 合 驾 驶 员 设 置 计 算 目标 控 制 量 ，通 过 电子 助力 转 向系 统 实 现 被 控 车 辆 转 向修 正 ，进 而实 现偏 离修正 和 中心线保 持 。
【关键词】 车道保持系统 辅助驾驶 控制策略
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－４５５４．２０１６．０１．０９
０ 引 言
随 着科 技 的进 步 和用 户对 安 全和舒 适 要 求 的 提 高 ，无人 驾驶 、车联 网和新 能 源 已成 为 最新 研 究 方 向 。博世 公 司 ２０１５宣 布 正 研 发 可用 于 高 速 公 路 的 自动 驾驶技 术 ，并 指 出高 速公 路 辅 助 系统 ，主 要指 自适应 巡航 （ＡＣＣ）、车道保 持 系 统 （ＬＫＡ）、自 动 紧急制 动等 辅助驾 驶 系统 ，其 中 ＡＣＣ和 ＬＫＡ车 道保 持辅 助 系统为 高速 公 路 自动 驾驶 的最 基本 两 部分 ；奥迪 公 司 同样 将 开 展 ４个 阶段 的 自动 驾 驶 开 发 ，其 中第 １、２阶 段 就 是 开 发 和 完 善 ＡＣＣ和 ＬＫＡ等 功能 。
＝ 去 箐 ＋（ 一 ）ｆ．
（６） 式 中 ：ｆ为轴距 ，ｍ；尺为弯 道半 径 ，ｍ；ｉ 为转 向 系传 动 比 ； 为不 足转 向系数 ； 为车 速 ，ｍ／ｓ；Ｔ为 预瞄 时间 ，Ｓ；Ｄ 为 时 刻 后 偏 离 车 道 中 心 距 离 ，ｍ；
。为 横 摆 角 速 度 ，ｒａｄ／ｓ。 目标 方 向盘 转 角 到 ＥＰＳ力 矩转 换 通 过 ＰＩＤ算 法 实 现 ，并 通 过 目标 转 角和 实际 方 向 盘 转 角 的偏 差 决 定 ＬＫＡ是 否起 作 用 。
上 海 汽 车 ２０１６，０１
ＬＫＡ控制策 略框 图如 图 ４所 示 。ＬＫＡ助 力力 矩 的 计 算通 过航 向角 、位移 偏 差及 弯 道 半径 ，并 将 计算 转 矩 与驾驶 员 转 向力 矩 和 传统 ＥＰＳ助 力 力 矩 （查 表 ）协 调 ，实 现三 者之 间 的协 调控 制 。
丰 田公 司 同样 提 出 其 ＬＫＡ 的控 制 策 略 框 图 ，如 图 ５所示 。 同样 通 过航 向角 和偏 离 距 离 的 反 馈值 与 曲率 的前 馈 值 计 算 目标 横 摆 角 速 度 ，并 通 过 实际横 摆角 速度 计算 ＬＫＡ助力 力矩 。
此 外 ，大 众公 司 的 车 道 保 持 系 统 目标 力 矩 同 样 是 可变 的 ，其 大小取 决 于航 向角 ，通 过航 向角 计 算 修 正力 矩 大 小 ，并 将 力 矩 限制 在 ±３ Ｎｍ 之 内 。 Ｍａｎｄｏ公 司的 Ｈｙｕｋｍｉｎ Ｎａ，Ｈｏｇｉ Ｊｕｎｇ 等人 基 于 模 型 预测 策略 开发 ＬＫＡ控 制 算 法 ，并搭 建 实 验 台 进行 台架 测 试 。 日产 公 司 的 Ｓａｄａｎｏ ０【 ，８ ３等 人 基
曲率 航 向角 偏 移量
目标 横 摆角速 度
图 ５ 丰 田公 司 ＬＫＡ控制逻辑框 图
： 电子助力转向系统 ：
、…
…
…
…
…
图 ４ 本 田公 司 ＬＫＡ系统框图
起亚 公 司 的 ＪａｅＨｅｅ Ｋｉｍ，Ｓａｎｇ Ｍｉｎ ｌｅｅ 等 人 同样 提 出基 于理 想横 摆角 速度 的 ＬＫＡ算 法 。 目标 方 向盘转角 为
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ＬＫＡ，ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ
ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔａｒｇｅｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ＬＫＡ ｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｓｏｍｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉ— ｃａｌ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ＬＫＡ ｄｅｖｅｌｏｐ ａｎｄ ａｕｔｏｎｏｍ ｏｕｓ ｖｅｈｉｃｌｅ．