CN106080596B - 一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法 - Google Patents

一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106080596B
CN106080596B CN201610389408.1A CN201610389408A CN106080596B CN 106080596 B CN106080596 B CN 106080596B CN 201610389408 A CN201610389408 A CN 201610389408A CN 106080596 B CN106080596 B CN 106080596B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
representing
lane line
angular velocity
parameters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610389408.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106080596A (zh
Inventor
周爱军
李天伟
王海波
马海瑞
初俊博
雷军委
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Naval Vessels College Navy P L A
Original Assignee
Dalian Naval Vessels College Navy P L A
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Naval Vessels College Navy P L A filed Critical Dalian Naval Vessels College Navy P L A
Priority to CN201610389408.1A priority Critical patent/CN106080596B/zh
Publication of CN106080596A publication Critical patent/CN106080596A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106080596B publication Critical patent/CN106080596B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/10—Path keeping
    • B60W30/12—Lane keeping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B60W40/105—Speed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法，包括以下步骤：步骤一，测量车辆的位置误差ys、位置误差微分以及横向摆角的角速度ω；步骤二，构建滑模面sy以及选取相关的参数；步骤三，根据车辆的参数，设计车道线的保持规律；步骤四，根据具体的车辆参数，建立车辆运动模型，并调整车道线保持规律的控制参数，并确定最终车道线保持规律。本发明提供的位置误差、误差微分与角速度测量的智能车辆自动驾驶滑模车道线保持方法，提高了车道线保持的精度，有效利用了车辆运动角速度信息，也提高了车辆自动驾驶的稳定性与安全性，同时也便于实现。

Description

一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法
技术领域
本发明属于智能车辆自动驾驶中的车道线保持技术领域，尤其涉及一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法。
背景技术
车道线保持是智能车辆自动驾驶的核心技术，它是保证自动驾驶车辆安全的关键技术之一。目前有关车道线保持方法有很多，如PID 保持法，自适应保持法、反演保持法，滑模保持法。
而已有的滑模保持法仅仅是基于位置误差进行滑模面的构造，没有有效的利用角速度信号。而角速度信号是车辆运动信息的重要组成部分，如果利用好角速度信号，能够极大地提高车辆驾驶的稳定性与安全性。
本文所发明的就是一类把角速度信号直接揉入滑模面中，与位置信号进行匹配并构成控制律的一种车道线控制方案，其不仅有较好的稳定性，而且控制精度也有很大提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法，解决了目前基于位置误差与误差微分测量的车道线保持方案中稳定性不足且保持精度不高的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法，包括以下步骤：
步骤一，测量车辆的位置误差ys、位置误差微分以及横向摆角的角速度ω；
步骤二，构建滑模面sy以及选取相关的参数；
步骤三，根据车辆的参数，设计车道线的保持规律；
步骤四，根据具体的车辆参数，建立车辆运动模型，并调整车道线保持规律的控制参数；
其中，vy表示车辆的纵向速度；ψ表示车辆的横向摆角，表示车辆横向摆角的一阶导数。
进一步的，所述步骤二中，sy的具体表达式为sy ＝ ys+c1vy+c2 ∫ ysdt+c3 ω ；
其中，ys为位置误差值；vy为车辆的纵向速度；ω为车辆横向摆角的角速度；c1，c2与c3为滑模面参数。
进一步的，所述步骤三中，车道线保持规律的具体表达式为
其中，δ为车辆前轮转角；ψr表示横摆角误差；ω表示车辆横向摆角的角速度；vy表示车辆的纵向速度；ey＝ys；sy表示滑模面；
k1、k2、k3、ε以及τ为可调参数，均是正常数；
a1＝Cf+Cr；a2＝Cflf-Crlr；
vx：表示车辆行驶速度；
d：表示车辆中测量横向位置误差摄像头的前探距离；
Iz：表示车辆的转动惯量；
m：表示车辆质量；
lf：表示车辆质心到前轴的距离；
lr：表示车辆质心到后轴的距离；
Cf：表示车辆的前轮胎刚度；
Cr：表示车辆的后轮胎刚度；
ψd：为期望横摆角，由积分给出；
χ：为车道中心线曲率；
c1，c2与c3为滑模面参数。
本发明的有益效果是：本发明提供的位置误差、误差微分与角速度测量的智能车辆自动驾驶滑模车道线保持方法，提高了车道线保持的精度，有效利用了车辆运动角速度信息，也提高了车辆自动驾驶的稳定性与安全性，实现也比较容易，解决了传统基于位置误差、误差微分的滑模车道线保持稳定性与安全性不足，以及车道线保持精度不高的问题。
附图说明
图1是本发明的整体流程图。
图2是本发明的方案原理框图。
图3是本发明中c3＝1时的车道线保持的位置误差响应图。
图4是本发明中c3＝1时的车道线保持前轮转向角响应图。
图5是本发明中c3＝10时的车道线保持的位置误差响应图。
图6是本发明中c3＝10时的车道线保持前轮转向角响应图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法，如图1和图 2所示，包括以下步骤：
步骤一，测量车辆的位置误差、位置误差微分以及横向摆角的角速度；
步骤二，滑模面的构造以及相关参数的选取；
步骤三，根据车辆的参数，设计车道线的保持规律；
步骤四，根据具体的车辆参数，建立车辆运动模型，并调整车道线保持规律的控制参数。
具体实施例一
采用摄像头测量车辆横向位置相对道路中心线的位置误差值ys；采用惯性导航组合设备测量车辆横向线速度与车辆横向摆角的角速度ω；
其中，ys的一阶导数为 即为位置误差微分；并有其中vy表示车辆的纵向速度；车辆纵向速度和车辆横向位置相对中心线的测量值的导数相同；
具体实施例二
在实施例一的基础上，构建滑模面sy，sy的具体表达式为sy ＝ ys+c1vy+c2 ∫ ysdt+c3 ω；
其中，ys为位置误差值；vy为车辆的纵向速度；ω为车辆横向摆角的角速度；c1，c2与c3为滑模面参数，所述c1，c2与c3为正数，并有 c1＝20，c2＝1，c3＝10。
具体实施例三
在上述实施例一和实施例二的基础上，设计车道线的保持规律，并有：
其中，δ为车辆前轮转角；ψr表示横摆角误差，也就是车辆行驶方向与路径切线的夹角，由摄像头测量，且该信息不要求精确测量；ω表示车辆横向摆角的角速度；vy表示车辆的纵向速度；ey＝ys；sy表示滑模面；
k1、k2、k3、ε以及τ为可调参数，均是正常数；参数选取如下： k1＝0.1/57.3、k2＝7/57.3、k3＝8/57.3、ε＝0.5、τ＝1；
a1＝Cf+Cr；a2＝Cflf-Crlr；
上述变量中有关车辆物理参数的定义如下：
vx：表示车辆行驶速度，由车辆仪表盘信息获得。
d：表示车辆中测量横向位置误差摄像头的前探距离，根据摄像头安装位置一次性测量即可获取。
Iz：表示车辆的转动惯量，可查阅车辆物理参数获取；
m：表示车辆质量，可查阅车辆物理参数获取；
lf：表示车辆质心到前轴的距离，可查阅车辆物理参数获取；
lr：表示车辆质心到后轴的距离，可查阅车辆物理参数获取；
Cf：表示车辆的前轮胎刚度，可查阅车辆物理参数获取；
Cr：表示车辆的后轮胎刚度，可查阅车辆物理参数获取；
ψd：为期望横摆角，由积分给出；
χ：为车道中心线曲率，由摄像头测量获得；
c1，c2与c3为滑模面参数。
具体实施例四
根据具体的车辆参数建立车辆运动模型调整车道线保持律的控制参数其中k1、k2、k3、ε、τ以及滑模面参数c1＝20，c2＝1，c3＝10；
根据上述定义，建立智能车辆自动驾驶的运动模型如下：
其中各参数与变量定义见上文。设置初始值为ys(0)＝a，a为位置偏差的初始值，可以任意设定。选取第一组控制参数k1＝0.1/57.、3 k2＝7/57.3、k3＝8/57.3、ε＝0.5、τ＝1，c1＝20，c2＝1，c3＝10，将上述控制律 代入模型中，进行仿真分析，根据仿真结果的图形，如图3至图6所示，调整控制参数，调整规则如下：
1)如果车道线保持响应速度较慢，则可增大k1、k2、k3、c1、τ，反之如果响应速度较快，则减小k1、k2、k3、c1、τ。
2)如果系统响应增荡过大，则增大ε、c3或减小c2，反之系统过于稳定无超调，则减小ε、c3或增大c2。
3)如果车道线保持的精度较低，则增大c2，如果震荡过大，则减小c2。按照上述三条法则进行多次的参数挑选与数字仿真分析，最终确定控制参数
k1、k2、k3、c1、τ、ε、c3、c2，使得车道线保持系统具有较好的动态特性与稳态精度，最终确定控制律，以应用于智能车实际系统。
本发明提供的位置误差、误差微分与角速度测量的智能车辆自动驾驶滑模车道线保持方法，提高了车道线保持的精度，有效利用了车辆运动角速度信息，也提高了车辆自动驾驶的稳定性与安全性，实现也比较容易，解决了传统基于位置误差、误差微分的滑模车道线保持稳定性与安全性不足，以及车道线保持精度不高的问题。
原理解释与说明
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合理论分析，对本发明进行进一步详细说明。
假设车轮转角为小角度的前提下，车辆横向运动模型可以采用横向位置误差与横摆角误差为基本状态变量而描述如下微分方程
相关变量定义见前文，而两个横向传感器分别位于车前后保险杠，从而车轮相对中心线的横向偏移以及车辆行驶方向与路径切线的夹角均能被测量。车辆的前探距离为d，那么车辆横向几何运动模型可以表示如下：
其中ψr表示横摆角误差，也就是车辆行驶方向与路径切线的夹角；ys表示横向位置相对中心线的误差；ψd为期望横摆角，χ为车道中心线曲率，则
则车辆横向运动模型可以描述如下
不失一般性，定义横向位置误差ys的期望值为yrin，在无特殊说明情况下，yrin＝0，定义误差变量ey＝ys-yrin＝ys，则有
本发明中滑模面
其导数满足
整理得：
设计c3使得b2+c3b1的符号为正，进一步可写为：
而本发明中
其中
其中k2+k3为车前轮的最大转向角物理限制。比如最大转向角物理限制为15度时，可以设置k2＝7/57.3，k3＝8/57.3。
代人本发明所设计的车道线保持方法，则显然有
择优
而则有
则根据Lyapunov稳定性理论有sy→0。考虑到
且c1、c2、c3均大于0，则有ys→0，即车道线保持能够得到实现。

Claims (1)

1.一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，测量车辆的位置误差ys、位置误差微分以及横向摆角的角速度ω；
步骤二，构建滑模面sy并选取滑模面参数c1，c2与c3，其中：sy＝ys+c1vy+c2∫ysdt+c3ω；
其中，vy表示车辆的纵向速度，
步骤三，根据车辆的参数，设计车道线的保持规律，并有：
其中，δ为车辆前轮转角；ψr表示横摆角误差；ω表示车辆横向摆角的角速度；ey＝ys；sy表示滑模面；
k1、k2、k3、ε以及τ为可调参数，均是正常数；
a1＝Cf+Cr；a2＝Cflf-Crlr；
vx：表示车辆行驶速度；
d：表示车辆中测量横向位置误差摄像头的前探距离；
Iz：表示车辆的转动惯量；
m：表示车辆质量；
lf：表示车辆质心到前轴的距离；
lr：表示车辆质心到后轴的距离；
Cf：表示车辆的前轮胎刚度；
Cr：表示车辆的后轮胎刚度；
ψd：为期望横摆角，由积分给出；
χ：为车道中心线曲率；
c1，c2与c3为滑模面参数；
步骤四，根据具体的车辆参数，建立车辆运动模型，并调整车道线保持规律的控制参数，并确定最终车道线保持规律。
CN201610389408.1A 2016-06-03 2016-06-03 一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法 Expired - Fee Related CN106080596B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610389408.1A CN106080596B (zh) 2016-06-03 2016-06-03 一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610389408.1A CN106080596B (zh) 2016-06-03 2016-06-03 一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106080596A CN106080596A (zh) 2016-11-09
CN106080596B true CN106080596B (zh) 2018-06-12

Family

ID=57448023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610389408.1A Expired - Fee Related CN106080596B (zh) 2016-06-03 2016-06-03 一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106080596B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108791289B (zh) * 2018-04-28 2021-03-30 华为技术有限公司 一种车辆控制方法和装置
CN114735016A (zh) * 2021-01-07 2022-07-12 长沙中车智驭新能源科技有限公司 一种车辆控制方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101973313A (zh) * 2010-10-27 2011-02-16 江苏大学 基于自治体技术的车辆转向稳定控制装置及方法
CN102529976A (zh) * 2011-12-15 2012-07-04 东南大学 一种基于滑模观测器的车辆运行状态非线性鲁棒估计方法
CN102566418A (zh) * 2012-02-17 2012-07-11 北京国电蓝天节能科技开发有限公司 一种无需物理参数的倒立摆自适应滑模控制方法
CN103029703A (zh) * 2011-10-10 2013-04-10 株式会社万都 车辆的车道变换辅助系统及其方法
CN103287429A (zh) * 2013-06-18 2013-09-11 安科智慧城市技术（中国）有限公司 一种车道保持系统及车道保持控制方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101818539B1 (ko) * 2011-08-24 2018-02-21 현대모비스 주식회사 차량의 차선 유지 지원 시스템 및 그 방법
KR101351919B1 (ko) * 2012-05-23 2014-01-24 현대모비스 주식회사 차선 유지 보조 시스템 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101973313A (zh) * 2010-10-27 2011-02-16 江苏大学 基于自治体技术的车辆转向稳定控制装置及方法
CN103029703A (zh) * 2011-10-10 2013-04-10 株式会社万都 车辆的车道变换辅助系统及其方法
CN102529976A (zh) * 2011-12-15 2012-07-04 东南大学 一种基于滑模观测器的车辆运行状态非线性鲁棒估计方法
CN102566418A (zh) * 2012-02-17 2012-07-11 北京国电蓝天节能科技开发有限公司 一种无需物理参数的倒立摆自适应滑模控制方法
CN103287429A (zh) * 2013-06-18 2013-09-11 安科智慧城市技术（中国）有限公司 一种车道保持系统及车道保持控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106080596A (zh) 2016-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109606378B (zh) 面向非高斯噪声环境的车辆行驶状态估计方法
CN107415939B (zh) 一种分布式驱动电动汽车转向稳定性控制方法
CN108482379B (zh) 轮毂电机驱动车辆路面附着系数及路面坡度同步实时估算系统及方法
CN110239621B (zh) 一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法及系统
US5548536A (en) Method for determining quantities which characterize the driving behavior
US6904349B2 (en) Method of estimating quantities that represent state of vehicle
CN108715166B (zh) 基于深度学习的车辆稳定性指标估计方法
JP5011866B2 (ja) 横すべり角推定装置、自動車、及び横すべり角推定方法
CN110979303B (zh) 行驶车辆决策附加横摆力矩的方法
CN112733270A (zh) 车辆行驶轨迹预测和轨迹偏离危险度评估的系统与方法
CN105835889B (zh) 一种基于二阶滑模观测器的车辆质心侧偏角的估计方法
JPS61211165A (ja) 車両運動状態推定装置
Lian et al. Cornering stiffness and sideslip angle estimation based on simplified lateral dynamic models for four-in-wheel-motor-driven electric vehicles with lateral tire force information
CN108595745B (zh) 一种车辆相平面稳定区域确定方法及系统
JP2007112367A (ja) 車両タイヤ状態検出方法および車両タイヤ状態検出装置
JPH11101732A (ja) 路面摩擦係数検出装置
CN111750897B (zh) 一种基于龙贝格观测器的横摆角速度陀螺仪偏差估计方法
CN103287435B (zh) 车辆姿态控制装置
CN103279675A (zh) 轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法
CN113682282A (zh) 一种车辆稳定性控制方法、系统、车辆和存储介质
CN106080596B (zh) 一种基于位置与角速度测量的车道线滑模保持方法
JP2552380B2 (ja) 検出値オフセット量除去装置
CN112298354A (zh) 一种无人驾驶汽车转向系统方向盘与前轮转角的状态估计方法
US6853886B2 (en) Method of estimating quantities that represent state of vehicle
CN113401113A (zh) 基于车辆稳定包络线的无人驾驶汽车直接横摆力矩控制方法及控制器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180612

Termination date: 20210603