基于纵向滑移率均衡的车道偏离辅助控制研究

摘要：提出了一种无压力闭环的差动制动实现车道偏离辅助的控制方法.根据车辆和驾驶员参考模型确定纠正车道偏离所需的目标横摆角速度.采用滑模算法设计横摆角速度跟踪控制器，确定附加横摆力矩.基于纵向滑移率均衡设计车轮制动压力调节策略，限制车轮最大滑移率，以提高车辆横向稳定性.设计模糊控制器对压力建立过程进行伺服控制.在Carsim/Labview-RT联合仿真平台上对提出的方法进行硬件在环仿真试验，试验结果表明，所提出方法能有效避免车辆偏离车道，鲁棒性强，且车辆横向稳定性好.

关键词：车道偏离辅助；差动制动；纵向滑移率；滑模

中图分类号：U461.91 文献标识码：A

文章编号：1674-2974（2016）02-0001-07

随着人们对交通安全的日益关注，近十年来，通过主动干预车辆的纵横向动力学以避免车道偏离事故的车道偏离辅助系统（LDAS）成为先进驾驶辅助技术的研究热点.目前车道偏离辅助控制的实现途径主要有3种：主动转向控制[1-3]， 差动制动控制[4-5]， 以及基于轮边驱动的驱动控制[6-7].主动转向通过向转向机构提供额外转向力或位移纠正车辆行驶方向.差动制动利用车辆装备的ABS/ESP制动系统，主动产生制动压力，对单个或多个车轮制动，通过差动制动力产生附加横摆力矩，纠正车辆行驶方向.差动制动方式无需增加额外执行部件，且对驾驶员转向操作无干扰，简化了人机协同控制方法，近年来引起研究者的关注.

湖南大学学报（自然科学版）2016年第2期黄智等：基于纵向滑移率均衡的车道偏离辅助控制研究差动制动控制中，准确、快速地建立制动压力并保持车辆横向稳定性是研究者关注的重点.李剑锋等[6]、余卓平等[7]通过电机制动力分配以达到横摆角速度准确跟踪的目的，但只适用于轮边驱动电动汽车的制动力分配.杨涛等[8]通过预测控制，叠加差动制动力矩提高车辆横向稳定性，在低附着路面具有较好的控制性能，但预测控制性能依赖于建模精度.丁能根等[9]通过实验分析了ABS系统的响应特性，提出制动压力的精细调节方法.马国成等[10]提出改进PID的液压制动压力伺服控制，控制性能好，但需要制动压力反馈，增加了系统成本.李亮等[11]通过对ESP液压单元试验，得到了ESP液压制动系统特性，根据液压模型与反模型进行压力估算并进行制动压力调节.液压模型的准确性受电压、温度等因素影响，且使用过程中阀芯磨损将导致模型误差增加.

本文提出一种基于差动制动的车道偏离辅助控制方法，设计了滑移率均衡的制动力分配策略，无需制动压力反馈，并将所有车轮滑移率控制在接近范围，避免车轮出现较大滑移率而导致侧向附着能力降低，算法实现了对车道偏离辅助目标横摆角速度的稳定、准确跟踪，可有效避免车道偏离事故.

1车道偏离辅助控制

1.1控制系统结构

车道偏离辅助控制系统结构如图1所示.车道、转向力及车辆动力学信息输入到辅助决策控制模块，当条件满足时启动差动制动.期望横摆角速度模块计算车道偏离辅助所需的横摆角速度，横摆角速度跟踪控制器确定附加横摆力矩方向并选择制动车轮，基于纵向滑移率均衡约束确定制动增减压，驱动液压制动单元产生期望制动力.

1.2辅助控制决策

采用文献[12]提出的车辆偏离车道时间（Time to Lane Crossing， TLC）的决策方法.

TLC=（D/2-DLC）/Vy. （1）

式中：D为车道宽度；Vy为车辆横向速度；DLC （Distance to Lane Center）为车辆至车道中心的横向距离.

综合考虑车速及驾驶员反应时间，制定控制决策，见表1[13].

2纵向滑移率均衡的制动压力控制

2.1等效前轮纵向滑移率

文中研究的车辆为前置前驱.在动力传动系统未断开情况下，差速器的存在使得未制动一侧的驱动轮将获得更大的驱动力，纵向滑移率幅值进一步增大，严重时可能出现驱动打滑工况（纵向滑移率0），纵向滑移率幅值增大.上述现象在中低附着路面时尤为突出.因此本文设计等效前轮纵向滑移率参数，综合考虑内前轮（施加制动侧前轮）和外前轮（未制动侧前轮）的纵向滑移率，反映前轮的滑转程度.

由式（9）可知，当Sxfi小于Sxfo时，说明内侧制动力可以忽略，不影响制动决策，取Sxf=0；当Sxfi与Sxfo相差过大时，取内外侧前轮的最大绝对滑移率反映前轮滑转程度，以抑制车轮滑转.其余情况下取前轮内外侧滑移率绝对值的加权平均值反映前轮滑转程度.

2.2纵向滑移率均衡的增减压控制

车轮纵向滑移率是衡量车辆横向稳定性的重要参数.当车轮纵向滑移率超过设定上限值Sd时，车辆的横向稳定性迅速降低.为确保车辆横向稳定性，车轮纵向滑移率应小于上限值Sd.

前后轮制动力的分配不当，可能引起前轮或后轮纵向滑移率过大.为确保车辆具有足够的横向稳定裕度，采用如下纵向滑移率均衡方法，使所有车轮的纵向滑移率尽可能小：

1）当制动控制侧任一车轮滑移率S>Sd时，进行减压控制；

2）当制动控制侧任一车轮滑移率S≤Sd时，分为如下3种控制模式：

①当Sxf-Sxr>SΔ时，前轮的纵向滑移率趋向过大，后轮有较大的横向稳定裕度，此时前轮减压，后轮增压.其中Sxr为后轮最大纵向滑移率，SΔ为前后轮纵向滑移率偏差阈值.

②当Sxf-Sxr

③当-SΔ

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