[发明专利]一种智能汽车的人机共驾型车道保持辅助方法

说明书

本发明涉及一种智能汽车的人机共驾型车道保持辅助方法，属于智能汽车的驾驶辅助技术领域。本发明适用于具有线控转向或主动转向装置的智能车辆平台，将驾驶员的方向盘转角输入和控制器的期望转向输入以线性加权的形式进行融合，实现了一种人机共驾模式的车道保持辅助功能。该发明中，控制器的期望转向输入通过对参考轨迹的跟踪控制算法计算得到。考虑到驾驶员在动态交通环境中的期望轨迹存在时变特性，该发明中的系统参考轨迹可在满足安全约束的条件下，根据驾驶员的方向盘操作进行实时调节，有效提升了车道保持辅助系统的舒适性和安全性。

技术领域

本发明是一种智能汽车的人机共驾型车道保持辅助方法，属于智能汽车驾驶辅助系统技术领域。

背景技术

随着中国汽车保有量的逐年增加，日趋密集的道路交通不断加重着驾驶员的操作及认知负荷。长时间的高负荷驾驶持续占用驾驶员的认知生理资源，进而导致精神疲劳并引起驾驶能力下降，易酿成严重交通事故。统计数据表明，在各类交通安全事故中，人为因素导致的事故占比高达90％，其中源于驾驶员操作过失的事故占70％—80％。智能汽车是指搭载先进传感部件、计算单元以及控制执行装置的新一代汽车类型，旨在通过车载智能系统对驾驶员的感知、决策和操作等各级职能进行辅助或取代，从而实现降低驾驶员工作负荷和提升行车安全的双重目的。

车道保持辅助系统是智能汽车的重要功能组成部分，主要用于对驾驶员在长时间车道保持任务中的方向盘操作进行干预和协助。传统的车道保持辅助系统可在车辆无意识偏离车道时对方向盘施加临时干预力矩以警示驾驶员或将车辆推回至车道内，但由于其仅具备临时干预警示功能而不能起到分担驾驶员方向盘操作的作用。以特斯拉AutoPilot系统和通用凯迪拉克Super Cruise系统为代表的主动式车道保持辅助系统可直接控制方向盘使车辆沿车道内自动驾驶，旨在完全解放驾驶员的方向盘操作。然而，在主动式车道保持辅助作用下驾驶员可能因长时间脱离方向盘控制而出现注意力下降和分心等现象，进而可能导致紧急情况下驾驶员无法及时接管而引起安全事故。截止目前，特斯拉AutoPilot系统已至少造成四起死亡事故，足以说明当前的主动式车道保持辅助技术尚未完全成熟。

“人机共驾”指驾驶员和智能辅助系统分享智能车辆的控制权并协同完成驾驶任务，可实现智能系统对驾驶员驾驶操作任务的持续控制辅助。具体到车道保持辅助层面，人机共驾型车道保持辅助技术指系统在驾驶员进行车道保持任务的同时，对其方向盘操作进行持续的修正与补偿，以达到减轻驾驶员工作负荷并同时提升车辆车道保持性能的目的。与传统的干预警示型车道保持辅助系统相比，人机共驾型车道保持辅助可持续分担驾驶员的方向盘操作，因此可进一步减轻驾驶员的操作及认知负荷；与完全接管方向盘控制的主动式车道保持辅助系统相比，人机共驾型车道保持辅助可有效避免驾驶员长期脱离控制所造成的安全隐患，面临相对更小的安全风险与技术瓶颈。人机共驾型车道保持辅助依赖于人机之间的长期控制交互与协同，若设计不当将引起驾驶员的主观不适甚至反感，因此需格外关注驾驶员的操控舒适性问题。研究表明，人机共驾车道保持辅助过程中人机目标轨迹不一致是造成驾驶员不适的主要原因。另有研究表明，驾驶员在高速过弯时的期望参考轨迹存在内侧偏移现象；同时，当道路两侧存在动/静态障碍时驾驶员的期望轨迹也会临时偏离车道中心。因此，人机共驾型车道保持辅助系统的参考轨迹应能在满足安全约束的基础上符合驾驶员操作习惯并响应驾驶员的动态需求，从而在保障系统安全性的前提下提升其操控舒适性。

发明内容

本发明的目的是提出一种智能汽车的人机共驾型车道保持辅助方法，将驾驶员的方向盘转角输入和系统的期望转向输入以线性加权的形式进行融合，实现人机共驾模式的车道保持辅助功能。

本发明提出的智能汽车的人机共驾型车道保持辅助方法，包括以下步骤：

(1)求解智能汽车的实际方向盘转角输入u_k：

A：当智能汽车的转向系统为线控转向系统时：

利用下式计算智能汽车的实际方向盘转角输入u_k：