一种基于滚动预处理的高性能车道保持控制系统的制作方法

本发明涉及车辆控制系统，更具体的说是涉及一种基于滚动预处理的高性能车道保持控制系统。

背景技术：

1、随着智能驾驶的兴起，高级驾驶辅助系统受到越来越多的研究机构和汽车企业的关注。车辆的横向稳定性控制是驾驶辅助系统的关键技术之一，采用横向稳定性控制策略能够有效改善危险驾驶条件下车辆的侧向安全性能，主要包括有车道保持系统、变道系统等。其中，车道保持系统采用的控制策略可以根据模型划分为有模型的控制系统和无模型的控制系统两大类。

2、相比于前者，基于神经网络控制、比例积分微分控制和模糊控制等方法不需要考虑模型偏差对系统性能的影响。但是神经网络控制需要在大量的离线训练才能有较好的控制效果，在不确定的环境下进行在线适定是很困难的；传统的模糊控制在瞬态上具有较好性能，但是存在较大的稳态误差；比例积分微分控制的结构简单且易于实现，但是动态品质较差。模糊控制和比例积分微分控制的协同控制能够实现整体性能的提升，但是传统的策略基于模糊逻辑仅能完成粗糙的调整，未能实现性能的最大化。此外，目前车道保持系统中关于方向盘抖动的研究较少，高速行驶状态下的输出波动将导致违背车道保持所允许的偏差范围，进而偏离指定车道。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于滚动预处理的高性能车道保持控制系统，具有在多种不同曲率道路场景中，控制不同车速行驶的车辆能够实现不偏离指定车道行驶的效果。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种基于滚动预处理的高性能车道保持控制系统，包括集成于处理器内的指引控制器和反馈控制器；

4、所述反馈控制器内配置有车道探测模块和方向盘抑制模块，所述车道探测模块包括探测单元和指引单元，所述探测单元根据超声波探测器实时探测车道信息生成车道图像，并根据车道图像形成位于车道居中位置的车道保持线并于车道图像中显示，所述指引单元用于调取车道图像和显示于车道图像上的车道保持线并于车载显示屏上显示车道图像和车道保持线；

5、所述指引控制器包括模糊模块、pid模块和融合模块，所述模糊模块内配置有障碍函数，所述模糊模块根据所述障碍函数输出模糊方向盘转角，所述方向盘抑制模块内配置有前馈单元，所述前馈单元内配置有前馈策略，所述前馈策略包括根据车辆的前后轴的轴距获得前馈方向盘转角，并根据前馈方向盘转角和模糊方向盘转角输出待定方向盘转角，所述pid模块内配置有基于车辆动力学模型下设计的滚动时域窗口，所述pid模块内还配置有迭代模组，所述pid模块内设有转角算法和迭合策略，所述pid模块根据所述转角算法生成pid方向盘转角，所述迭合策略还包括根据所述车辆动力学模型通过滚动时域窗口预估车辆的行驶状态并获得车辆超调值，所述迭代模组根据滚动时域窗口的视界范围内进行自适应寻优迭代并获得调整区间间隔，所述迭合策略还包括根据前馈方向盘转角以超调值和自适应寻优迭代后获得的调整区间间隔调整pid方向盘转角；

6、所述融合模块内设置有融合函数和权重系数，所述融合模块调取待定方向盘转角和pid方向盘转角至融合函数中，根据融合函数融合获得抑制方向盘转角，所述处理器发送抑制方向盘转角至方向盘抑制模块，所述方向盘抑制模块控制车辆方向盘抑制调节，保持所述车辆沿所述车道保持线居中行驶。

7、作为本发明的进一步改进，所述模糊模块内还设有转角阈值；

8、所述障碍函数具体为：

9、

10、δf＝δδf*lδ

11、其中：δ*表征转角阈值，lδ表征障碍函数，δf表征模糊方向盘转角。

12、作为本发明的进一步改进，所述前馈策略还包括前馈算法，根据所述前馈算法计算得出所述待定方向盘转角，所述前馈算法具体为：

13、δout＝δff+δf

14、δff＝l*ρ

15、其中：δout表征待定方向盘转角，δff表征前馈方向盘转角，l表征车辆前后轴的轴距，ρ表征道路曲率。

16、作为本发明的进一步改进，所述pid模块内配置有用于生成所述pid方向盘转角的转角算法，所述转角算法具体为：

17、

18、δ′out＝δff+δpid

19、其中：ey表征横向偏差，dey表征横向偏差变化率，k′p、k′i、k′d表征方向盘转角系数，δpid表征pid方向盘转角。

20、作为本发明的进一步改进，通过所述滚动时域窗口获得车辆超调值的具体过程为：

21、基于前向欧拉法对状态空间方程进行离散化处理得到预测步长np范围内的状态方程为：

22、

23、

24、其中：np为预测步长，k为当前时刻；

25、分析当前模糊模块修正后的比例、积分、微分系数下的控制性能：

26、定义集合为{x(k+1),x(k+2),....,x(k+np)}和为{u(k),u(k+1),....,u(k+np-1)}；

27、定义允许的稳态波动区间内点的集合为：

28、定义允许的方向盘抖动区间内点的集合为：

29、在预测的滚动时域窗口中输出的预测状态量以及控制量处于稳定区域的概率为pa、pb，所述pa、pb分别为：

30、

31、

32、所述超调值为m：

33、

34、其中：分别为集合和中各元素取绝对值后的集合，εx，εu分别为稳定区域的上限值。

35、作为本发明的进一步改进，所述迭代策略的自适应寻优的迭代过程为：

36、whileδkp＞h do//h为给定的最小区间间隔；

37、for i＝0 to 2n//建立循环搜索最优的kp；

38、{kp＝kp+δkp*(i-n)/n；/调节比例系数kp；

39、if m(i)＞temm then//根据公式(10)判断超调量优劣；

40、for j＝0to 2n//建立循环搜索最优的ki；

41、{ki＝kio*j/n；//调节积分系数ki；

42、lf pa(j)*pb(j)＞temp then//根据公式判断稳定性能优劣；

43、temm＝m；temp＝pa(j)*pb(j)；//更新中间变量temm，temp；

44、kp*＝kp；ki*＝ki；//更新比例、积分系数kp、ki；

45、end if

46、j++；}

47、end if

48、i++；}

49、δkp＝δkp/n；//更新比例系数调整区间间隔δkp；

50、end while。

51、作为本发明的进一步改进，所述权重系数定义为fp-f，所述融合函数具体为：

52、δcontrol＝fp-f+(1-fp-f)δf

53、

54、其中：pth为概率pa的稳定阈值，n为系统的切换阈值，δcontrol为融合后的抑制方向盘转角。

55、本发明的有益效果：

56、1：本发明提出一种基于滚动预处理的高性能车道保持控制策略能够保证控制系统瞬态性能的前提下，提高系统的稳态性能；

57、2：滚动时域窗口获得车辆的超调值并根据当前的系统状态进行自适应寻优迭代，从而获得完成自适应寻优迭代后的pid方向盘转角，实现系统稳态性能的最大化，通过障碍函数和稳定区域概率能够在保留模糊模块瞬态性能优势的前提下抑制方向盘的抖动程度，在多种不同曲率道路场景中，保证不同的车速行驶都能够获得保持沿车道保持线保持稳定的驾驶，不易出现偏车道行驶。