基于人工势场法的车道保持系统

第2期
胡振国 等：基于人工势场法的车道保持系统
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代入参考车辆模型中计算得到，但是轮胎力估计算 法如分段仿射逼近法等过于复杂，会导致系统响 应较慢。人工势场法因其在路径规划中表现出优异 的响应速度和实时性能而被引入车道保持系统的 控制系统中。汪明磊等 [4] 阐述了一种基于道路势 场产生横向控制力的车道保持系统。 ROSSETTER 等 [5] 利用人工势场法的概念，通过给车道线和障 碍物划定危险度来产生虚拟势场，以势场函数梯度 规划出一条无障碍路径。以上方法是基于道路建立 的势场，其势场函数是偏移车道中心线距离的函 数，此函数对速度量没有响应，导致系统并不自适 应于车速变化。
本文提出了一种基于跨道时间（Time to Lane Crossing，TLC）势场的车道保持系统，人工势场法 以车道偏离过程建立虚拟势场，以 TLC 为参数设计 了势场函数，建立了多模式 TLC 模型，根据计算得 到的 TLC 设计了基于 TLC 势场的转角控制器，从 而控制方向盘转向，实现车道保持。
Keywords：lane keeping system；artificial potential field method；time to lane crossing；real vehicle test
在造成重大交通事故的各种因素中，驾驶员精 神不集中或误操作导致的车道偏离是较为重要的因 素之一。据统计，车道偏离导致的交通事故占交通 事故总量的 30%[1]。为了保障驾驶安全，降低重大交 通事故发生率，需进一步对车道保持系统进行研究。
参考文献引用格式： 胡振国，谢有浩 . 基于人工势场法的车道保持系统 [J]. 汽车工程学报，2019，9(2)：136-142. HU Zhenguo，XIE Youhao. Lane-Keeping Systems Based on Artificial Potential Fields [J]. Chinese Journal of Automotive Engineering，2019，9(2)：136-142. (in Chinese)
（1. School of Automotive and Transportation Engineering，Hefei University of Technology，Hefeiwk.baidu.com230009，China； 2. Anhui Leopaard Motor Co., Ltd，Chuzhou 239064，Anhui，China）
车道保持系统的横向控制主要有转向轮转向和 差动制动两种方式，而差动制动方式因其会对车速 产生影响使用并不广泛。文献 [2] 和文献 [3] 中都 是用 PI 控制跟踪理想横摆角速度的方法设计了转角 控制器，理想横摆角速度是由估计出的侧向轮胎力
收稿日期：2018-03-09 改稿日期：2018-04-04 基金项目：安徽省科技重大专项（17030901060）
摘 要 ：针对车道保持系统中的横向控制问题，采用人工势场法设计了转角控制器。选择跨道时间为势场参数，建立多 模式跨道时间模型，以跨道时间为变量设计势场函数，以得到的势场力代入参考车辆模型得到理想横摆角速度和理想侧 向加速度，以车速为阈值计算出理想方向盘转角，用 PID 控制跟踪理想方向盘转角实现车道保持。利用 Carsim/Simulink 联合仿真验证了该方法的有效性，还与传统道路势场法做了对比，并在实车上验证了其可靠性。
第9卷 第2期 1326019 年 3 月
汽车工程学报 Chinese Journal o汽f 车Au工to程m学ot报ive Engineering
Vol.9 No.2 Mar. 20第199 卷
基于人工势场法的车道保持系统
胡振国 1，谢有浩 1,2
（1. 合肥工业大学 汽车与交通工程学院，合肥 230009；2. 安徽猎豹汽车有限公司，安徽，滁州 239064）
关键词：车道保持系统；人工势场法；跨道时间；实车试验
中图分类号：U467.1+1
文献标识码：A
DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2019.02.09
Lane-Keeping Systems Based on Artificial Potential Fields
HU Zhenguo1，XIE Youhao1, 2
Abstract：To solve the lateral control problem of the lane-keeping system，the artificial potential field method was used to design the steering angle controller. The time-to-lane-crossing(TLC) was selected as the potential field parameter to design the potential function and a multimode TLC model was established. The obtained potential force was used in the reference vehicle model to calculate the ideal yaw rate and the ideal lateral acceleration，and a PID controller was applied to track the ideal steering angle to realize lane keeping. Then，the proposed method was verified by both the Carsim/Simulink joint simulation and a real vehicle test and was compared with the traditional artificial potential field method.