CN111605549A - 一种基于可拓逻辑的智能车道保持系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可拓逻辑的智能车道保持系统及控制方法，该系统包括摄像头、路面附着系数观测器、转向盘转角传感器、信号处理模块、可拓模块、ECU、转向模块、差动制动模块；车辆行驶时信号处理模块根据摄像头采集到的信息计算车辆的横向车道偏移量，当偏移量大于阈值时，基于可拓逻辑的车道保持系统启动；ECU根据可拓模块传来的车辆所处的域信号，协调控制转向模块、制动模块工作，从而提高车辆的车道保持性能。

Description

一种基于可拓逻辑的智能车道保持系统及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车辅助驾驶领域，尤其涉及一种基于可拓逻辑的智能车道保持系统及控制方法。

背景技术

随着科技的发展，汽车正逐步朝着智能化方向发展。而智能车辆领域主要研究车辆的避撞、路径规划、车道保持等。其中车道保持是其中重要的研究方向之一。

车道保持就是要求车辆在行驶过程中具有保持车辆在自车车道行驶而不发生车道偏离的能力，从而实现辅助驾驶并且提高车辆的安全性能。在车道保持过程中，可以通过转向或者差动制动来实现车辆不偏离自车车道行驶。而单纯采用转向或者单纯采用制动来实现车辆的车道保持的策略控制效并不够理想。但是如何协调转向和差动制动两者之间的关系是车辆车道保持的重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于可拓逻辑的智能车道保持系统及控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于可拓逻辑的智能车道保持系统，包括摄像头、路面附着系数观测器、转向盘转角传感器、信号处理模块、可拓模块、ECU、转向模块和差动制动模块；

所述摄像头设置在车辆前部，用于获得车辆前方道路图片，并将其传递给信息处理模块；

所述信息处理模块根据摄像头传来的道路图片进行车道线提取，计算出车辆中心线与所处车道中心线的横向偏移量x，并将其传递给所述ECU；

所述转向盘转角传感器用于采集转向盘转角信号，并将所采集信号传递给可拓模块；

所述路面附着系数观测器用于估计路面附着系数，并将所采集信号传递给可拓模块；

所述可拓模块用于将接收到的路面附着系数信号、转向盘转角信号作为特征量，依据特征量划分可拓集，并且根据计算出的关联函数值判断车辆所处的域；

所述转向模块包括转向电机，用于控制车辆进行转向；

所述差动制动模块包括四个轮毂电机，用于控制车辆进行差动制动；

所述ECU用于在x大于预设的阈值ε时，根据可拓模块传来的车辆所处的域信号，协调控制转向模块、制动模块工作。

本发明还公开了一种该基于可拓逻辑的智能车道保持系统的保持方法，包含以下步骤：

步骤1)，摄像头拍摄车辆前方道路图片，并将其传递给信息处理模块；

转向盘转角传感器、路面附着系数观测器分别采集转向盘转角信号、路面附着系数后将其传递给可拓模块；

步骤2)，信息处理模块根据道路图片进行车道线提取，计算出车辆中心线与所处车道中心线的横向偏移量x；

步骤3)，ECU将x和预设的阈值ε进行比较，当横向偏移量x大于设定阈值ε时：

步骤3.1)，可拓模块计算出的关联函数值判断车辆所处的域，将其传递给ECU：

步骤3.1.1)，选取特征量；

选取路面附着系数μ、转向盘转角θ作为两个特征量，并且以路面附着系数μ为坐标系的横坐标、转向盘转角θ作为坐标系纵坐标建立直角坐标系；

步骤3.1.2)，划分可拓集；

将所述直角坐标系分为经典域、可拓域和非域；

所述经典域的范围为μ₂≤μ≤μ₃且-θ₁≤θ≤θ₁，其中μ₂、μ₃分别为预设的车辆在经典域内的最小路面附着系数和最大路面附着系数，θ₁为预设的车辆在经典域内的最大转向盘转角；

所述可拓域的值范围为μ₁≤μ＜μ₂且-θ₂≤θ≤θ₂，或者μ₂≤μ≤μ₃且θ₁＜∣θ∣≤θ₂，其中μ₁为预设的车辆在可拓域内的最小路面附着系数，θ₂为预设的车辆在可拓域内的最大转向盘转角；

所述非域的范围为0≤μ＜μ₁或者μ₁≤μ≤μ₃且∣θ∣≥θ₂；

步骤3.1.3)，计算关联函数K(s)；

在所建立的直角坐标系上定义一点S₀的坐标为(μ₃，0)，令

则在直角坐标系内的任何一点S(μ，θ)的关联函数定义为：

式中，

D表示经典域；

步骤3.1.4)，根据计算得到的关联函数K(s)，判断车辆所处的域：

当0<K(s)≤1时，车辆所处的域为经典域；

当K(s)≤-1时，车辆所处的域为非域；

当-1<K(s)≤0，车辆所处的域为可拓域；

步骤3.2)，ECU根据车辆所处的域控制差动制动模块、转向模块工作：

当车辆所处的域为经典域时，采用差动制动对车道偏离进行控制，ECU控制差动制动模块进行工作，转向模块不工作；

当车辆所处的域为非域时，采用转向对车道偏离进行控制，ECU控制转向模块进行工作，差动制动模块不工作；

当车辆所处的域为可拓时，采用差动制动和转向联合控制策略对车道偏离进行控制，ECU控制差动制动模块和转向模块同时工作。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明将可拓控制思想运用于智能车道保持控制系统，将车道保持科学地划分为经典域、可拓域和非域，从而根据不同特征状态采取相应的高效车道保持措施，很好地协调控制转向与差动制动之间的关系，能使车辆具有更好的车道保持性能。

附图说明

图1是本发明一种基于可拓逻辑的智能车道保持系统结构图；

图2是本发明建立的可拓集。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

本发明公开了一种基于可拓逻辑的智能车道保持系统，包括摄像头、路面附着系数观测器、转向盘转角传感器、信号处理模块、可拓模块、ECU、转向模块和差动制动模块；

所述摄像头设置在车辆前部，用于获得车辆前方道路图片，并将其传递给信息处理模块；

所述信息处理模块根据摄像头传来的道路图片进行车道线提取，计算出车辆中心线与所处车道中心线的横向偏移量x，并将其传递给所述ECU；

所述转向盘转角传感器用于采集转向盘转角信号，并将所采集信号传递给可拓模块；

所述路面附着系数观测器用于估计路面附着系数，并将所采集信号传递给可拓模块；

所述可拓模块用于将接收到的路面附着系数信号、转向盘转角信号作为特征量，依据特征量划分可拓集，并且根据计算出的关联函数值判断车辆所处的域；

所述转向模块包括转向电机，用于控制车辆进行转向；

所述差动制动模块包括四个轮毂电机，用于控制车辆进行差动制动；

所述ECU用于在x大于预设的阈值ε时，根据可拓模块传来的车辆所处的域信号，协调控制转向模块、制动模块工作。

如图1所示，本发明还公开了一种该基于可拓逻辑的智能车道保持系统的保持方法，包含以下步骤：

步骤1)，摄像头拍摄车辆前方道路图片，并将其传递给信息处理模块；

转向盘转角传感器、路面附着系数观测器分别采集转向盘转角信号、路面附着系数后将其传递给可拓模块；

步骤2)，信息处理模块根据道路图片进行车道线提取，计算出车辆中心线与所处车道中心线的横向偏移量x；

步骤3)，ECU将x和预设的阈值ε进行比较，当横向偏移量x大于设定阈值ε时：

步骤3.1)，可拓模块计算出的关联函数值判断车辆所处的域，将其传递给ECU：

步骤3.1.1)，选取特征量；

选取路面附着系数μ、转向盘转角θ作为两个特征量，并且以路面附着系数μ为坐标系的横坐标、转向盘转角θ作为坐标系纵坐标建立直角坐标系；

步骤3.1.2)，划分可拓集；

如图2所示，将所述直角坐标系分为经典域、可拓域和非域；

所述经典域的范围为μ₂≤μ≤μ₃且-θ₁≤θ≤θ₁，其中μ₂、μ₃分别为预设的车辆在经典域内的最小路面附着系数和最大路面附着系数，θ₁为预设的车辆在经典域内的最大转向盘转角；

所述可拓域的值范围为μ₁≤μ＜μ₂且-θ₂≤θ≤θ₂，或者μ₂≤μ≤μ₃且θ₁＜∣θ∣≤θ₂，其中μ₁为预设的车辆在可拓域内的最小路面附着系数，θ₂为预设的车辆在可拓域内的最大转向盘转角；

所述非域的范围为0≤μ＜μ₁或者μ₁≤μ≤μ₃且∣θ∣≥θ₂；

步骤3.1.3)，计算关联函数K(s)；

在所建立的直角坐标系上定义一点S₀的坐标为(μ₃，0)，令

则在直角坐标系内的任何一点S(μ，θ)的关联函数定义为：

式中，

D表示经典域；

步骤3.1.4)，根据计算得到的关联函数K(s)，判断车辆所处的域：

当0<K(s)≤1时，车辆所处的域为经典域；

当K(s)≤-1时，车辆所处的域为非域；

当-1<K(s)≤0，车辆所处的域为可拓域；

步骤3.2)，ECU根据车辆所处的域控制差动制动模块、转向模块工作：

当车辆所处的域为经典域时，采用差动制动对车道偏离进行控制，ECU控制差动制动模块进行工作，转向模块不工作；

当车辆所处的域为非域时，采用转向对车道偏离进行控制，ECU控制转向模块进行工作，差动制动模块不工作；

当车辆所处的域为可拓时，采用差动制动和转向联合控制策略对车道偏离进行控制，ECU控制差动制动模块和转向模块同时工作。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于可拓逻辑的智能车道保持系统，其特征在于，包括摄像头、路面附着系数观测器、转向盘转角传感器、信号处理模块、可拓模块、ECU、转向模块和差动制动模块；

所述摄像头设置在车辆前部，用于获得车辆前方道路图片，并将其传递给信息处理模块；

所述信息处理模块根据摄像头传来的道路图片进行车道线提取，计算出车辆中心线与所处车道中心线的横向偏移量x，并将其传递给所述ECU；

所述转向盘转角传感器用于采集转向盘转角信号，并将所采集信号传递给可拓模块；

所述路面附着系数观测器用于估计路面附着系数，并将所采集信号传递给可拓模块；

所述可拓模块用于将接收到的路面附着系数信号、转向盘转角信号作为特征量，依据特征量划分可拓集，并且根据计算出的关联函数值判断车辆所处的域；

所述转向模块包括转向电机，用于控制车辆进行转向；

所述差动制动模块包括四个轮毂电机，用于控制车辆进行差动制动；

所述ECU用于在x大于预设的阈值ε时，根据可拓模块传来的车辆所处的域信号，协调控制转向模块、制动模块工作。

2.基于权利要求1所述的基于可拓逻辑的智能车道保持系统的保持方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1)，摄像头拍摄车辆前方道路图片，并将其传递给信息处理模块；

转向盘转角传感器、路面附着系数观测器分别采集转向盘转角信号、路面附着系数后将其传递给可拓模块；

步骤2)，信息处理模块根据道路图片进行车道线提取，计算出车辆中心线与所处车道中心线的横向偏移量x；

步骤3)，ECU将x和预设的阈值ε进行比较，当横向偏移量x大于设定阈值ε时：

步骤3.1)，可拓模块计算出的关联函数值判断车辆所处的域，将其传递给ECU：

步骤3.1.1)，选取特征量；

选取路面附着系数μ、转向盘转角θ作为两个特征量，并且以路面附着系数μ为坐标系的横坐标、转向盘转角θ作为坐标系纵坐标建立直角坐标系；

步骤3.1.2)，划分可拓集；

将所述直角坐标系分为经典域、可拓域和非域；

所述经典域的范围为μ₂≤μ≤μ₃且-θ₁≤θ≤θ₁，其中μ₂、μ₃分别为预设的车辆在经典域内的最小路面附着系数和最大路面附着系数，θ₁为预设的车辆在经典域内的最大转向盘转角；

所述可拓域的值范围为μ₁≤μ＜μ₂且-θ₂≤θ≤θ₂，或者μ₂≤μ≤μ₃且θ₁＜∣θ∣≤θ₂，其中μ₁为预设的车辆在可拓域内的最小路面附着系数，θ₂为预设的车辆在可拓域内的最大转向盘转角；

所述非域的范围为0≤μ＜μ₁或者μ₁≤μ≤μ₃且∣θ∣≥θ₂；

步骤3.1.3)，计算关联函数K(s)；

在所建立的直角坐标系上定义一点S₀的坐标为(μ₃，0)，令

则在直角坐标系内的任何一点S(μ，θ)的关联函数定义为：

式中，

D表示经典域；

步骤3.1.4)，根据计算得到的关联函数K(s)，判断车辆所处的域：

当0<K(s)≤1时，车辆所处的域为经典域；

当K(s)≤-1时，车辆所处的域为非域；

当-1<K(s)≤0，车辆所处的域为可拓域；

步骤3.2)，ECU根据车辆所处的域控制差动制动模块、转向模块工作：

当车辆所处的域为经典域时，采用差动制动对车道偏离进行控制，ECU控制差动制动模块进行工作，转向模块不工作；

当车辆所处的域为非域时，采用转向对车道偏离进行控制，ECU控制转向模块进行工作，差动制动模块不工作；

当车辆所处的域为可拓时，采用差动制动和转向联合控制策略对车道偏离进行控制，ECU控制差动制动模块和转向模块同时工作。

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