基于可拓决策和人工势场法的车道偏离辅助系统研究 | JME论文推荐
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一种。据统计，车道偏离导致的交通事故占交通事故总量的30%。为了保障驾驶安全、降低重大交通事故发生率，需对车道偏离辅助系统进行研究。
在基于CarSim 和LabVIEW PXI 的硬件在环平台上进行硬件在环试验研究。其硬件组成包括转向盘、转向执行电机及控制器、伺服电动机、转角及车速等传感器、负责信号采集信号的 PXI 主机、接线板和计算机监测系统等。
上位机是一台工控机，在CarSim环境中建立整车模型，LabVIEW负责编程和界面设计；下位机为实时控制器PXI主机，编好的程序加载到PXI主机中编译后执行，车辆状态参数如转向盘转角、横摆角速度等和车辆运行轨迹在LabVIEW界面上显示。主要信号有转向盘转角、转向盘转角速度等，通过转角传感器采集到接线板上。各硬件系统通过CAN信号连接发送信号。驾驶员操作转向盘输入，转向盘转角传感器采集转角信号由接线板发送给PXI主机，再到LabVIEW/CarSim中计算出辅助转角由执行电机控制器执行。
直道工况结果：比较模式切换图中的两种切换状态，采用可拓决策的系统4.8s进入辅助驾驶模式，6.1s进入线控主动转向模式，8.1s进入辅助驾驶模式，9.0s恢复自由驾驶模式，其中线控主动转向模式启动一次；采用单独TLC决策的系统则出现了模式跳动现象，在6.3s和7.2s模式出现了两次反复的切换，导致系统稳定性降低。转向盘转角图可以看出各驾驶模式时转向盘转角的变化情况：自由驾驶模式时驾驶员输入即为实际转角，辅助转角为0；辅助驾驶模式时实际转角为驾驶员输入和辅助转角加权计算得到；线控主动转向模式时辅助转角即为实际转角。比较横向偏差图中三种策略下的DLC，基于时间势场与可拓控制的系统，其最大DLC幅值为0.68m，明显优于道路势场法和单独TLC决策。
弯道工况结果：由模式切换图可以看出，弯道路况复杂，其车道偏离状态也比较复杂，可拓决策系统3次启动线控主动转向模式，且是在辅助驾驶和线控主动转向之间切换，而单独TLC决策系统则是3种模式下频繁切换多达5次。比较横向偏差图中三种策略下的DLC，基于时间势场与可拓决策的系统最大DLC幅值为0.94m，由于弯道模型较为复杂，系统的优越性没有直道明显，但控制效果仍是比道路势场和单独TLC好。
（1）本文针对车道偏离辅助中的决策问题设计了基于TLC和DLC的可拓决策控制器，划分了经典域、可拓域和非域以对应不同的车道偏离危险程度，在不同域中采用了不同的控制方法，并且设计了动态跨道时间阈值作为可拓域边界。考虑到跨道时间既能反映车道偏离状态又能对车速响应，设计了基于跨道时间势场法的转角控制器。
（2）通过Carsim/Simulink联合仿真和硬件在环实验，验证了本文所述方法的有效性和可行性。其在模式切换中的控制效果明显优于单独TLC决策，在直道工况和弯道工况下线控主动转向模式启动次数都有了减少，提高了系统的模式切换稳定性，减轻了车道偏离辅助系统对驾驶员的影响。其在直道工况和弯道工况车道偏离辅助纠正中的控制效果要优于道路势场法，且在不同车速工况下均表现出了良好的控制效果。
本文对车道偏离辅助系统地研究，不仅致力于降低交通事故发生率和保障驾驶员生命财产安全，也是汽车智能化中不可缺少的一步。
(1) Wu J, Cheng S, Liu B, et al. A Human-Machine-Cooperative-Driving Controller Based on AFS and DYC for Vehicle Dynamic Stability[J]. Energies, 2017, 10(11):1737.
(2) 陈无畏 ，谈东奎 ，汪洪波，等.一类基于轨迹预测的驾驶员方向控制模型[J].机械工程学报, 2016,52 (14) :106-115.
团队带头人介绍
陈无畏，博士，教授, 博士生导师。主要从事汽车电子与控制技术、汽车系统动力学理论、汽车振动与噪声控制、智能车辆与智能交通等。
近几年主持完成了国家、省部级科研项目30余项，在国内外学术期刊上发表论文300余篇，获省部级科技成果奖和教学成果奖多项。现为安徽省振动工程学会副理事长，《振动工程学报》、《农业机械学报》等学术期刊编委。
团队研究方向介绍
课题组近年主要从事汽车动力学与控制和智能车辆主动安全与集成控制方面的研究工作，在汽车动力学系统建模与仿真、电动助力转向和线控转向、汽车电子稳定控制和主动制动控制、汽车底盘集成控制、智能车辆视觉导航与路径规划、ADAS集成控制与主动容错控制等方面取得了丰富的研究成果，积累了深厚的理论基础和实践经验。
近两年团队发表的部分文章
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[3] 李进, 刘洋洋, 胡金芳. 人机协同下辅助驾驶系统的车道保持控制. 机械工程学报, 2018, 54(2): 169-175.
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