CN110641465A - 一种基于车速的车道保持系统和方法 - Google Patents

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CN110641465A CN201911022670.2A CN201911022670A CN110641465A CN 110641465 A CN110641465 A CN 110641465A CN 201911022670 A CN201911022670 A CN 201911022670A CN 110641465 A CN110641465 A CN 110641465A
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王睿希
苑虎
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Abstract

本发明公开了一种基于车速的车道保持系统和方法，属于网联汽车辅助驾驶技术领域，该系统车辆状态参数传感模块，路面环境传感模块，信号处理模块，决策模块，执行模块；本发明根据不同车速下的车道偏离及校正的特性，有针对性的选取和设计车道保持方法，使得在不同车速下的车道保持行为的准确性和安全性都有了很大提高；避免了车速过高时的车道保持过程中的车辆侧滑等现象，同时，保证较低车速时的车道保持调整的及时性。使车辆在行驶过程中始终保持在车道中心线附近，减轻无意识的方向偏离造成的安全隐患，提高汽车行驶的安全性、稳定性。

Description

一种基于车速的车道保持系统和方法
技术领域
本发明属于网联汽车辅助驾驶技术领域，具体涉及一种基于车速的车道保持系统和方法。
背景技术
随着社会经济以及科学技术的高速发展，汽车在社会生活中越来越不可或缺，为了改进汽车的舒适性、安全性、操稳性等，使其更加安全可靠地为人类社会服务，各类辅助驾驶技术不断发展，其中车道保持系统在汽车主动安全领域不可小视。
车道保持系统是在车辆偏离车道中心线的基础上对方向盘转角进行调整，控制车辆自动修正偏角并保持在车道中心线附近行驶的一种辅助驾驶技术。常见的车道保持控制算法有很多，但单一的控制算法往往具有局限性，不能适应不同的车速，从而当车速变化较大时，车辆的轨迹跟随能力变差，实时性和行车安全性变低。因此，如何根据不同车速实现精确的车道保持对于安全驾驶具有重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种基于车速的车道保持系统和方法，本发明根据不同车速下的车道偏离及校正的特性，有针对性的选取和设计车道保持方法，使得在不同车速下的车道保持行为的准确性和安全性都有了很大提高；避免了车速过高时的车道保持过程中的车辆侧滑等现象，同时，保证较低车速时的车道保持调整的及时性。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
(一)一种基于车速的车道保持系统，包括：车辆状态参数传感模块，路面环境传感模块，信号处理模块，决策模块，执行模块。
所述车辆状态参数传感模块由车速传感器、方向盘转矩传感器、方向盘转角传感器和转向灯开关检测模块组成；
所述车速传感器用于获取车辆的实时车速并将其传输给决策模块；
所述方向盘转矩传感器用于获取车辆方向盘的实时转矩并将其传输给信号处理模块；
所述方向盘转角传感器用于获取车辆方向盘的实时转角并将其传输给信号处理模块；
所述转向灯开关检测模块用于检测车辆转向灯是否开启，并将检测结果信号输送至信号处理模块；
所述路面环境传感模块由摄像头、车辆位置传感器和车轮转角传感器组成；
所述摄像头用于采集车辆两侧车道线的位置其传输到信号处理模块；
所述车辆位置传感器用于采集车辆在车道中的位置并将其传输到信号处理模块；
所述车轮转角传感器用于采集车轮转角并将其传输到信号处理模块。
所述信号处理模块，用于根据接收到的车辆状态参数和路面环境信息，判断当前时刻是否存在车辆行驶方向偏离，并确定该车辆行驶方向是否为驾驶员主动操作，并将判断结果输送给决策模块；
所述决策模块用于根据接收到的判断结果确定是否进行辅助车道保持，并根据接收到的车辆实时车速确定辅助车道保持方法，并将该方法输送至执行模块；
所述执行模块用于根据接收的辅助车道保持方法，启动对应的辅助车道保持，完成辅助车道保持。
(二)一种基于车速的车道保持方法，包括以下步骤：
步骤1，对于行驶中的车辆，实时采集车辆的状态参数和路面环境信息；
其中，所述车辆的状态参数为车辆的车速、方向盘转矩、方向盘转角和转向灯开启情况，所述路面环境信息为车辆两侧车道线的位置、车辆在车道中的位置和车轮转角；
步骤2，根据车辆的状态参数和路面环境信息，判断当前时刻是否存在车辆行驶方向偏离；若是，则转入步骤3，否则，保持当前行驶状态；
步骤3，根据当前车辆的方向盘角度、方向盘转矩、车辆转向灯开启情况及车辆相对于车道线的位置，判断当前时刻是否为驾驶员主动控制偏转，若是，则不进行辅助车道保持，否则，转入步骤4；
步骤4，根据当前时刻车辆的车速，选取车道保持方法，并采用选取的车道保持方法对车辆进行辅助车道保持，使车辆行驶在车道中心线上。
进一步地，所述判断当前时刻是否存在车辆行驶方向偏离，其具体为：在转向灯不开启的情况下，根据车轮转角和车辆在车道中的位置，判断偏离情况：若车轮转角的方向与车辆在车道中的位置位于车道中心线的同侧，或者车轮转角为0且车辆距车道边线的距离小于30cm，判断为车辆行驶方向偏离。
进一步地，所述根据当前车辆的方向盘角度、方向盘转矩、车辆转向灯开启情况及车辆相对于车道线的位置，判断当前时刻是否为驾驶员主动控制偏转，其具体为：若转向灯未开启、方向盘角度和方向盘转矩小于转向阈值且t秒内车道线方向未改变，判定为非驾驶员主动操纵。
进一步地，所述根据当前时刻车辆的车速，选取车道保持方法，其具体为：
首先，设置候选车道保持方法：改进的驾驶员模型法和虚拟人工势场法；
其次，判断当前时刻车辆的车速是否超过阈值，若是，则选取虚拟人工势场法，否则，选取改进的驾驶员模型法。
进一步地，所述虚拟人工势场法，包含以下子步骤：
首先，构建一个虚拟人工势场，即在传统的人工势场影响因素中引入车速项和虚拟边线；其中，为使虚拟势场在车道中心线附近为零，在车速项中加入横向位置偏差e2；
虚拟人工势场的总函数表达式为：
Figure BDA0002247733630000041
式中，Vatt为目标点对车辆产生的引力势场，Vrep为车辆与障碍物间的斥力势场，xcf为质心到前轴的距离，xla为前轴中心与车辆前方预瞄点的距离；c1为引力势场函数增益，c2为车速在势场函数中的增益；e为车辆质心与车道中心线的横向位移偏差，e2为车辆质心到安全边界线的距离，e*为车辆质心距车道中心线的最远设计距离：D为车道宽度，d为车辆宽度；u为纵向车速，
Figure BDA0002247733630000043
为车辆纵轴线与车道中心线的偏角。
其次，将虚拟人工势场代入二自由度车辆模型，得到车道保持中的势场函数V；
Figure BDA0002247733630000051
式中，kf为前轮侧偏刚度，kr为后轮侧偏刚度，/为车辆质心到前轴距离，b为车辆质心到后轴距离；
最后，计算势场V的负梯度，即为驱动被控对象驶向目标的控制力，进而得到车道保持控制转角：
Figure BDA0002247733630000052
式中，kf为前轮侧偏刚度，e为车辆质心与车道中心线的横向位移误差。
更进一步地，所述虚拟边线为前轮接触边界线时车辆质心所在的位置。
(2)所述改进的驾驶员模型法
将车辆的车道保持过程看作一个低通滤波器，即采用预瞄器的二阶跟随器，获取预瞄路径；依据汽车行驶轨迹与预瞄路径最小误差原则，设定预瞄路径就是汽车行驶轨迹，则车道保持过程包括以下子步骤：
(a)根据当前时刻车辆的状态参数、路面环境信息及设定的预瞄时间T，得到下一时刻的预瞄横向加速度：
Figure BDA0002247733630000053
其中，y(t)为车辆当前横向位置，y(t+T)为下一时刻车辆横向位置，v为当前车速，预瞄时间T一般取0.5～2s。
(b)根据下一时刻的预瞄横向加速度和当前车速，计算得到预瞄曲率：
Figure BDA0002247733630000054
式中，R*为预瞄转向半径。
(c)根据与误差变化率有关的驾驶员校正函数C(s)和预瞄曲率，确定理想的方向盘转角：
式中，C(s)＝Cs+Cf+Cr，Cs为传统驾驶员校正函数模型：Cs＝C0(1+Tcs)，其中：
Figure BDA0002247733630000061
Td为驾驶员神经反应延迟，Th为驾驶员动作惯性滞后时间，一般取0.2s和0.1s，T1、Ty1分别为常数，是与车辆动态响应特性相关的参数，Gay为侧向加速度的稳态增益；Cf、Cr表示补偿校正模块，Cf的值等于前轮的侧偏刚度，Cr的值等于后轮的侧偏刚度；s为传递函数中的复变量。
(d)引入驾驶员反应时间和动作时间误差，得到实际的方向盘转角为：
Figure BDA0002247733630000062
式中，
Figure BDA0002247733630000063
为驾驶员反应滞后影响项，
Figure BDA0002247733630000064
为驾驶员手臂肌肉与汽车转向机构的反应滞后影响项。
(e)由于车速较低，车辆动态响应不显著，设定车辆行驶轨迹曲率R与方向盘转角δsw成正比，即有再由
Figure BDA0002247733630000066
可知
Figure BDA0002247733630000067
从而得出转动方向盘后实际纵向加速度对实际纵向加速度在预瞄时间内进行二次积分后，得到车辆在转动方向盘后的实际位置坐标：
Figure BDA0002247733630000069
其中，i为转向系传动比，L为轴距；
将车辆在转动方向盘后的实际位置坐标作为下一预瞄过程的起始位置，重复步骤(a)-(e)，从而不断调整方向盘转角，保持车辆在车道中心线附近行驶。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明根据不同车速下的车道偏离及校正的特性，有针对性的选取和设计车道保持方法，使得在不同车速下的车道保持行为的准确性和安全性都有了很大提高；避免了车速过高时的车道保持过程中的车辆侧滑等现象，同时，保证较低车速时的车道保持调整的及时性。使车辆在行驶过程中始终保持在车道中心线附近，减轻无意识的方向偏离造成的安全隐患，提高汽车行驶的安全性、稳定性。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明的实现流程框图；
图2为本发明实施例中虚拟人工势场中力的作用位置图；
图3为本发明实施例中改进的驾驶员模型法的计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详细描述。
实施例1
参考图1，一种基于车速的车道保持系统，包括：车辆状态参数传感模块，路面环境传感模块，信号处理模块，决策模块和执行模块。
所述车辆状态参数传感模块由车速传感器、方向盘转矩传感器、方向盘转角传感器和转向灯开关检测模块组成；
所述车速传感器用于获取车辆的实时车速并将其传输给决策模块；
所述方向盘转矩传感器用于获取车辆方向盘的实时转矩并将其传输给信号处理模块；
所述方向盘转角传感器用于获取车辆方向盘的实时转角并将其传输给信号处理模块；
所述转向灯开关检测模块用于检测车辆转向灯是否开启，并将检测结果信号输送至信号处理模块；
所述路面环境传感模块由摄像头、车辆位置传感器和车轮转角传感器组成；
所述摄像头用于采集车辆两侧车道线的位置其传输到信号处理模块；
所述车辆位置传感器用于采集车辆在车道中的位置并将其传输到信号处理模块；
所述车轮转角传感器用于采集车轮转角并将其传输到信号处理模块。
所述信号处理模块，用于根据接收到的车辆状态参数和路面环境信息，判断当前时刻是否存在车辆行驶方向偏离，并确定该车辆行驶方向是否为驾驶员主动操作，并将判断结果输送给决策模块；
所述决策模块用于根据接收到的判断结果确定是否进行辅助车道保持，并根据接收到的车辆实时车速确定辅助车道保持方法，并将该方法输送至执行模块；
所述执行模块用于根据接收的辅助车道保持方法，启动对应的辅助车道保持，完成辅助车道保持。
以上过程中的车辆状态参数和路面状况信息中的相关信息可以直接从车辆的总控制系统中导出。
实施例2
参照图1，一种基于车速的车道保持方法，包括以下步骤：
步骤1，对于行驶中的车辆，实时采集车辆的状态参数和路面环境信息；
其中，所述车辆的状态参数为车辆的车速、方向盘转矩、方向盘转角和转向灯开启情况，所述路面环境信息为车辆两侧车道线的位置、车辆在车道中的位置和车轮转角；
步骤2，根据车辆的状态参数和路面环境信息，判断当前时刻是否存在车辆行驶方向偏离；若是，则转入步骤3，否则，保持当前行驶状态；
具体地，判断当前时刻是否存在车辆行驶方向偏离的过程：在转向灯不开启的情况下，根据车轮转角和车辆在车道中的位置，判断偏离情况：若车轮转角的方向与车辆在车道中的位置位于车道中心线的同侧，或者车轮转角为0且车辆距车道边线的距离小于30cm，判断为车辆行驶方向偏离。
步骤3，根据当前车辆的方向盘角度、方向盘转矩、车辆转向灯开启情况及车辆相对于车道线的位置，判断当前时刻是否为驾驶员主动控制偏转，若是，则不进行辅助车道保持，否则，转入步骤4；
判断是否为驾驶员主动控制偏转的具体过程为：若转向灯未开启、方向盘角度和方向盘转矩小于转向阈值且t秒内车道线方向未改变，以上条件都满足时，判定为非驾驶员主动操纵。其中，可以根据车辆行驶的历史统计数据来设置转向阈值和t的值。
步骤4，根据当前时刻车辆的车速，选取车道保持方法，并采用选取的车道保持方法对车辆进行辅助车道保持，使车辆行驶在车道中心线上。
选取车道保持方法：本发明实施例根据车道保持过程中的可能出现的问题，比如侧滑、翻车、撞车等，根据车辆的实时车速来进行对应方案的车道保持，其具体为：
首先，设置候选车道保持方法：改进的驾驶员模型法和虚拟人工势场法；
其次，判断当前时刻车辆的车速是否超过车速阈值，若是，则选取虚拟人工势场法，否则，选取改进的驾驶员模型法。示例性地，车速阈值设为65km/m，该车速阈值可以根据实际情况进行设定。
示例性地，
(1)采用虚拟人工势场法对车辆进行辅助车道保持
人工势场由引力势场和斥力势场组成，产生的引力和斥力相互叠加，通过合力控制物体运动。
目标点产生一个形似低谷的引力势场，具有低势能。将车辆抽象为一个质点，车辆运动轨迹向着低势能方向移动。
目标点对车辆产生的引力势场为：
Figure BDA0002247733630000101
其中，X为车辆的当前位置坐标，X1为根据车道线信息通过几何关系得到的目标点位置，katt为引力势场的正比例增益因子，调整katt数值大小可以改变引力势场的强弱。
引力场对车辆的引力为：
Figure BDA0002247733630000102
障碍物产生一个形似高峰的具有高势能的斥力势场，车辆运动轨迹向着背离高势能的方向移动，当接触到障碍物时斥力势场势能无穷大。斥力势场对车辆产生排斥力，当障碍物不唯一时，斥力的合力影响车辆的运动。
车辆与障碍物间的斥力势场为
Figure BDA0002247733630000103
式中，krep为排斥势场正比例增益因子；p为障碍物的影响距离，当车辆与障碍物之间的距离大于p时，排斥势场为零，即可认为对车辆没有任何影响，X2为障碍物的位置坐标。
斥力场对质点车辆的斥力为：
Figure BDA0002247733630000104
将人工势场的方法具体运用到车道保持系统中，相当于车道边界线施加给车辆一个虚拟的力。总的人工势场力在车道中心线附近最小，越偏离中心线势场合力越大，即越危险。车道保持系统根据虚拟势场，使车辆在较低的危险状态下行驶，即令其在车道中心线附近行驶而阻止其向车道边线偏离。为具有更好的跟随效果，以车辆的当前位置信息为反馈，以未来路径信息为预瞄，构建如图2所示的车辆前方预瞄点处横向距离偏差函数e1。该方法的具体实现步骤为：
首先，构建一个虚拟人工势场，即在传统的人工势场影响因素中引入车速项和虚拟边线；其中，为使虚拟势场在车道中心线附近为零，在车速项中加入横向位置偏差e2；虚拟边线为前轮接触边界线时车辆质心所在的位置。
虚拟人工势场的总函数表达式为：
Figure BDA0002247733630000111
式中，Vatt为目标点对车辆产生的引力势场，Vrep为车辆与障碍物间的斥力势场，xcf为质心到前轴的距离，xla为前轴中心与车辆前方预瞄点的距离；c1为引力势场函数增益，c2为车速在势场函数中的增益；e为车辆质心与车道中心线的横向位移偏差，e2为车辆质心到安全边界线的距离，e*为车辆质心距车道中心线的最远设计距离：
Figure BDA0002247733630000112
D为车道宽度，d为车辆宽度；u为纵向车速，
Figure BDA0002247733630000113
为车辆纵轴线与车道中心线的偏角。
其次，将虚拟人工势场代入二自由度车辆模型，得到车道保持中的势场函数V；
Figure BDA0002247733630000114
式中，kf为前轮侧偏刚度，kr为后轮侧偏刚度，/为车辆质心到前轴距离，b为车辆质心到后轴距离；
最后，计算势场V的负梯度，即为驱动被控对象驶向目标的控制力，进而得到车道保持控制转角：
Figure BDA0002247733630000121
式中，kf为前轮侧偏刚度，e为车辆质心与车道中心线的横向位移误差。
虚拟人工势场法在车速较高时响应快，可以实现短时间内的小量轨迹修正，轨迹跟踪精度优于改进的驾驶员模型法。
(2)采用改进的驾驶员模型法对车辆进行辅助车道保持，其具体为：
将车辆的车道保持过程看作一个低通滤波器，即采用预瞄器(其传递函数为P(s))的二阶跟随器(其传递函数为F(s))，计算模型如图3所示。获取预瞄路径；依据汽车行驶轨迹与预瞄路径最小误差原则，设定预瞄路径就是汽车行驶轨迹，则车道保持过程包括以下子步骤：
(a)根据当前时刻车辆的状态参数、路面环境信息及设定的预瞄时间T，得到下一时刻的预瞄横向加速度：
Figure BDA0002247733630000122
其中，y(t)为车辆当前横向位置，y(t+T)为下一时刻车辆横向位置，v为当前车速，预瞄时间T一般取0.5～2s。
(b)根据下一时刻的预瞄横向加速度和当前车速，计算得到预瞄曲率：
Figure BDA0002247733630000123
式中，R*为预瞄转向半径。
(c)根据与误差变化率有关的驾驶员校正函数C(s)和预瞄曲率，确定理想的方向盘转角：
Figure BDA0002247733630000124
式中，C(s)＝Cs+Cf+Cr，Cs为传统驾驶员校正函数模型：Cs＝C0(1+Tcs)，其中：
Figure BDA0002247733630000131
Td为驾驶员神经反应延迟，Th为驾驶员动作惯性滞后时间，一般取0.2s和0.1s，T1、Ty1分别为常数，是与车辆动态响应特性相关的参数，Gay为侧向加速度的稳态增益；Cf、Cr表示补偿校正模块，Cf的值等于前轮的侧偏刚度，Cr的值等于后轮的侧偏刚度；s为传递函数中的复变量。
(d)引入驾驶员反应时间和动作时间误差，得到实际的方向盘转角为：
式中，
Figure BDA0002247733630000133
为驾驶员反应滞后影响项，
Figure BDA0002247733630000134
为驾驶员手臂肌肉与汽车转向机构的反应滞后影响项。
(e)由于车速较低，车辆动态响应不显著，设定车辆行驶轨迹曲率R与方向盘转角δsw成正比，即有
Figure BDA0002247733630000135
再由
Figure BDA0002247733630000136
可知从而得出转动方向盘后实际纵向加速度
Figure BDA0002247733630000138
对实际纵向加速度在预瞄时间内进行二次积分后，得到车辆在转动方向盘后的实际位置坐标：
Figure BDA0002247733630000139
其中，i为转向系传动比，L为轴距；
将车辆在转动方向盘后的实际位置坐标作为下一预瞄过程的起始位置，重复步骤(a)-(e)，从而不断调整方向盘转角，保持车辆在车道中心线附近行驶。
本发明中的改进的驾驶员模型法中引入了驾驶员的反应时间和驾驶员的操作及车辆动作时间，使得得到的方向盘转角更加准确，进而使得车辆行驶轨迹偏差小，保证了车道保持的准确性和安全性。该方法假定驾驶员始终设法控制车辆使车辆行驶轨迹跟踪误差平方和达到最小，考虑了实际系统延迟，具有控制精度高、泛化能力强、参数调节简单的优点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于车速的车道保持系统，其特征在于，包括：车辆状态参数传感模块，路面环境传感模块，信号处理模块，决策模块和执行模块；
所述车辆状态参数传感模块由车速传感器、方向盘转矩传感器、方向盘转角传感器和转向灯开关检测模块组成；
所述车速传感器用于获取车辆的实时车速并将其传输给决策模块；
所述方向盘转矩传感器用于获取车辆方向盘的实时转矩并将其传输给信号处理模块；
所述方向盘转角传感器用于获取车辆方向盘的实时转角并将其传输给信号处理模块；
所述转向灯开关检测模块用于检测车辆转向灯是否开启，并将检测结果信号输送至信号处理模块；
所述路面环境传感模块由摄像头、车辆位置传感器和车轮转角传感器组成；
所述摄像头用于采集车辆两侧车道线的位置其传输到信号处理模块；
所述车辆位置传感器用于采集车辆在车道中的位置并将其传输到信号处理模块；
所述车轮转角传感器用于采集车轮转角并将其传输到信号处理模块。
所述信号处理模块，用于根据接收到的车辆状态参数和路面环境信息，判断当前时刻是否存在车辆行驶方向偏离，并确定该车辆行驶方向是否为驾驶员主动操作，并将判断结果输送给决策模块；
所述决策模块用于根据接收到的判断结果确定是否进行辅助车道保持，并根据接收到的车辆实时车速确定辅助车道保持方法，并将该方法输送至执行模块；
所述执行模块用于根据接收的辅助车道保持方法，启动对应的辅助车道保持，完成辅助车道保持。
2.一种基于车速的车道保持方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对于行驶中的车辆，实时采集车辆的状态参数和路面环境信息；
其中，所述车辆的状态参数为车辆的车速、方向盘转矩、方向盘转角和转向灯开启情况，所述路面环境信息为车辆两侧车道线的位置、车辆在车道中的位置和车轮转角；
步骤2，根据车辆的状态参数和路面环境信息，判断当前时刻是否存在车辆行驶方向偏离；若是，则转入步骤3，否则，保持当前行驶状态；
步骤3，根据当前车辆的方向盘角度、方向盘转矩、车辆转向灯开启情况及车辆相对于车道线的位置，判断当前时刻是否为驾驶员主动控制偏转，若是，则不进行辅助车道保持，否则，转入步骤4；
步骤4，根据当前时刻车辆的车速，选取车道保持方法，并采用选取的车道保持方法对车辆进行辅助车道保持，使车辆行驶在车道中心线上。
3.根据权利要求2所述的基于车速的车道保持方法，其特征在于，所述判断当前时刻是否存在车辆行驶方向偏离，其具体为：在转向灯不开启的情况下，根据车轮转角和车辆在车道中的位置，判断偏离情况：若车轮转角的方向与车辆在车道中的位置位于车道中心线的同侧，或者车轮转角为0且车辆距车道边线的距离小于30cm，判断为车辆行驶方向偏离。
4.根据权利要求2所述的基于车速的车道保持方法，其特征在于，所述根据当前车辆的方向盘角度、方向盘转矩、车辆转向灯开启情况及车辆相对于车道线的位置，判断当前时刻是否为驾驶员主动控制偏转，其具体为：若转向灯未开启、方向盘角度和方向盘转矩小于转向阈值且t秒内车道线方向未改变，判定为非驾驶员主动操纵。
5.根据权利要求2所述的基于车速的车道保持方法，其特征在于，所述根据当前时刻车辆的车速，选取车道保持方法，其具体为：
首先，设置候选车道保持方法：改进的驾驶员模型法和虚拟人工势场法；
其次，判断当前时刻车辆的车速是否超过阈值，若是，则选取虚拟人工势场法，否则，选取改进的驾驶员模型法。
6.根据权利要求5所述的基于车速的车道保持方法，其特征在于，采用虚拟人工势场法对车辆进行辅助车道保持，按照以下步骤实施：
首先，构建一个虚拟人工势场，即在传统的人工势场影响因素中引入车速项和虚拟边线；其中，为使虚拟势场在车道中心线附近为零，在车速项中加入横向位置偏差e2；
虚拟人工势场的总函数表达式为：
Figure FDA0002247733620000031
式中，Vatt为目标点对车辆产生的引力势场，Vrep为车辆与障碍物间的斥力势场，xcf为质心到前轴的距离，xla为前轴中心与车辆前方预瞄点的距离；c1为引力势场函数增益，c2为车速在势场函数中的增益；e为车辆质心与车道中心线的横向位移偏差，e2为车辆质心到安全边界线的距离，e*为车辆质心距车道中心线的最远设计距离：
Figure FDA0002247733620000032
D为车道宽度，d为车辆宽度；u为纵向车速，为车辆纵轴线与车道中心线的偏角；
其次，将虚拟人工势场代入二自由度车辆模型，得到车道保持中的势场函数V；
Figure FDA0002247733620000041
式中，kf为前轮侧偏刚度，kr为后轮侧偏刚度，a为车辆质心到前轴距离，b为车辆质心到后轴距离；
最后，计算势场V的负梯度，即为驱动被控对象驶向目标的控制力，进而得到车道保持控制转角：
式中，kf为前轮侧偏刚度，e为车辆质心与车道中心线的横向位移误差。
7.根据权利要求5所述的基于车速的车道保持方法，其特征在于，采用改进的驾驶员模型法对车辆进行辅助车道保持，就是将车辆的车道保持过程看作一个低通滤波器，即采用预瞄器的二阶跟随器，获取预瞄路径；依据汽车行驶轨迹与预瞄路径最小误差原则，设定预瞄路径就是汽车行驶轨迹；其具体实现步骤为：
(a)根据当前时刻车辆的状态参数、路面环境信息及设定的预瞄时间T，得到下一时刻的预瞄横向加速度：
Figure FDA0002247733620000043
其中，y(t)为车辆当前横向位置，y(t+T)为下一时刻车辆横向位置，v为当前车速；
(b)根据下一时刻的预瞄横向加速度和当前车速，计算得到预瞄曲率：
Figure FDA0002247733620000044
式中，R*为预瞄转向半径；
(c)根据与误差变化率有关的驾驶员校正函数C(s)和预瞄曲率，确定理想的方向盘转角：
Figure FDA0002247733620000051
式中，C(s)＝Cs+Cf+Cr，Cs为传统驾驶员校正函数模型：Cs＝C0(1+Tcs)，其中：
Figure FDA0002247733620000052
Td为驾驶员神经反应延迟，Th为驾驶员动作惯性滞后时间，T1、Ty1分别是与车辆动态响应特性相关的参数，即常数；Gay为侧向加速度的稳态增益；Cf等于前轮的侧偏刚度，Cr等于后轮的侧偏刚度；s为传递函数中的复变量；
(d)引入驾驶员反应时间和动作时间误差，得到实际的方向盘转角为：
Figure FDA0002247733620000053
式中，
Figure FDA0002247733620000054
为驾驶员反应滞后影响项，为驾驶员手臂肌肉与汽车转向机构的反应滞后影响项；
(e)由于车速较低，车辆动态响应不显著，设定车辆行驶轨迹曲率R与方向盘转角δsw成正比，即有
Figure FDA0002247733620000056
再由可知从而得出转动方向盘后实际纵向加速度
Figure FDA0002247733620000059
对实际纵向加速度在预瞄时间内进行二次积分后，得到车辆在转动方向盘后的实际位置坐标：
Figure FDA00022477336200000510
其中，i为转向系传动比，L为轴距；
将车辆在转动方向盘后的实际位置坐标作为下一预瞄过程的起始位置，重复步骤(a)-(e)，从而不断调整方向盘转角，保持车辆在车道中心线附近行驶。
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