[发明专利]一种辅助驾驶员实现理想行驶轨迹的主动转向控制装置

说明书

技术领域

本发明属于汽车主动安全技术领域，具体涉及一种辅助驾驶员实现理想行驶轨迹的主动转向控制装置及方法。

背景技术

目前，随着车辆保有量的逐年增加，城市道路环境也变的愈发复杂，对驾驶员的驾驶技术提出了更高的要求。在常规的驾驶环境中，驾驶员的一般操作包括基本的车道保持和车道变换，其中综合了驾驶员对方向盘、加速踏板及制动踏板三者的协同控制，尤其在转向过程中，大多数驾驶员由于其驾驶技能相对生硬，欠缺娴熟性与经验指导，容易发生转向过度或转向不足等情况，不仅没有实现良好的转向意图，而且使车辆控制面临失稳的危险，其安全性大打折扣。

针对以上问题，近年来，通过对优秀驾驶员转向过程的分析，发现经验丰富的优秀驾驶员在进入弯道前已开始制动并进行转向操作，并且转向时间点也比一般普通驾驶员要早，其实际行驶轨迹也更趋于理想轨迹。

发明内容

本发明针对一般驾驶员由于其驾驶技能相对生疏而在转向过程中容易发生的转向过度或转向不足等问题，提出了一种辅助驾驶员实现理想行驶轨迹的主动转向控制装置，利用环境传感器建立行驶场景模型判断道路行驶区域及车辆运动状态，在识别驾驶员实际操作意图的基础上，将行驶场景模型中规划的理想运动轨迹与驾驶员实际操纵意图引发的汽车未来走行轨迹进行对比，根据轨迹之间的偏差，采用线控转向系统主动对方向盘施加补偿控制。本发明既实现了对方向盘转向控制的主动辅助调整，同时也使得车辆运动轨迹趋于理想。

本发明目的由以下技术方案实现：

一种辅助驾驶员实现理想行驶轨迹的主动转向控制装置，包括：

传感模块，其包括摄像头及传感器，用于采集实时路况环境信息及车辆运行状态信息；

控制模块，其主体部分为线控转向系统，控制模块基于车辆二自由度模型建立行驶场景模型，通过传感模块输入的实时信息预测车辆未来行驶轨迹，并与优秀驾驶员操控下的理想行驶轨迹进行偏差计算，进而在线控转向系统的PID控制环节中采取反馈控制并向执行模块发送补偿信号；

执行模块，包括线控转向系统的转向执行总成及方向盘总成，执行电机通过控制模块发送的补偿信号主动调控控制方向盘总成，执行转向需求。

进一步地，所述车辆二自由度模型用以表征车辆在转弯过程中的运动状态及相应的动力学特性，体现了转向过程涉及的参数以及参数之间的关系，还可以利用其中的某些参数进一步计算得到车辆预测的未来轨迹，二自由度车辆的运动微分方程为：

式中，k₁和k₂分别为前后车轮的侧偏刚度，为固定值；a和b分别为前、后轴到质心的距离，为固定值；β为质心侧偏角；u为横向速度；ω_r为横摆角速度；δ为前轮转角；m为整车质量；I_Z为转动惯量；v为侧向速度。

进一步地，所述控制模块的具体工作过程为：

1)建立车辆二自由度模型，基于车辆二自由度模型建立行驶场景模型，通过传感模块输入的实时信息预测车辆未来走行轨迹；

2)建立理想行驶轨迹：

采集优秀的成熟驾驶员驾驶车辆行驶的初始状态数据S_i和目标状态数据S_f，涉及的参数包括：

式中，Si和Sf分别表示车辆的初始状态与目标状态；x表示纵向位移；表示纵向速度；表示纵向加速度；y表示横向位移；表示横向速度；表示纵向加速度；

引入函数f(x,y,t)来描述从初始状态Si到目标状态Sf之间的某一条曲线，其中，x表示纵向参数，y表示横向参数，t表示时间，因此，f(x，y，t)表示车辆当前纵向运动状态、横向运动状态随时间变化的规律；

3)将预测车辆未来行驶轨迹与理想行驶轨迹进行偏差计算，得出预测车辆未来行驶轨迹与理想行驶轨迹随时间t的偏差序列；

4)利用线控转向系统，以理想侧向加速度为输入，以车辆前轮转角为输出，实现主动调控方向盘总成以施加补偿或修正，使实际轨迹趋于理想。

更进一步地，所述步骤3)预测车辆未来行驶轨迹与理想行驶轨迹进行偏差计算的方法为：通过所述传感器模块直接得到的车辆当前方向盘转角、车速和侧向加速度信息，以及基于理想行驶轨迹结合车辆二自由度模型计算得到车辆理想的方向盘转角、车速及侧向加速度随时间变化的规律，可以计算两者之间的偏差。