文/吳浩 常圣 王志偉 王法龍 溫長(zhǎng)青（安徽安凱汽車股份有限公司）

一、背景

《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB 7258—2017）中第4.17.3 條要求車長(zhǎng)大于11 米的公路客車和旅游客車應(yīng)裝備符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的車道保持輔助系統(tǒng)；《商用車輛車道保持輔助系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法》（GB/T 41796—2022）自2023 年5 月1 日起實(shí)施，明確了客車的車道保持系統(tǒng)及功能要求。公路客車作為客運(yùn)的主力軍，在高速公路長(zhǎng)途行駛過(guò)程中駕駛員極易產(chǎn)生駕駛疲勞，這是產(chǎn)生交通安全隱患的重要原因，因此客車主動(dòng)安全系統(tǒng)的開發(fā)極其重要。

目前的車道保持功能，大多數(shù)是持續(xù)控制整車橫向運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到車道保持的功能，但這種控制方式使得駕駛員的駕駛體驗(yàn)較差，原因在于駕駛員明顯感覺(jué)方向盤“不在自己手上”。相反，駕駛員必須在功能開啟后持續(xù)關(guān)注，并未起到減少駕駛員疲勞及輔助駕駛員操作的作用。因此，本文提出了一種車道保持的控制策略，主要通過(guò)車道偏離報(bào)警（LDW）、車道偏離抑制（LDP）及車道居中控制（LCC）功能融合，使整車的車道保持功能在出現(xiàn)車道偏離時(shí)才會(huì)激活，方向盤才會(huì)被系統(tǒng)控制。也就是說(shuō)，在車輛正常行駛時(shí)，系統(tǒng)不激活，方向盤自由靈活，駕駛員的駕駛體驗(yàn)不受干擾；直到整車偏離車道，或駕駛員因注意力不集中等情況未對(duì)整車進(jìn)行控制動(dòng)作，系統(tǒng)才會(huì)介入，輔助車輛在車道內(nèi)行駛，以確保安全。

二、控制策略架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

1.系統(tǒng)功能及軟件架構(gòu)

系統(tǒng)電氣架構(gòu)包括攝像頭、慣性傳感器、控制器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行器（EPS）、人機(jī)交互設(shè)備（HMI）等。其中，攝像頭用于識(shí)別車道線、判斷自車和車道線的相對(duì)位姿關(guān)系；慣性傳感器用于提供車身橫擺角速度信息；控制器用于實(shí)現(xiàn)融合感知和智能決策；轉(zhuǎn)向執(zhí)行器用于控制車輛實(shí)現(xiàn)期望的橫向運(yùn)動(dòng)；人機(jī)交互設(shè)備用于與駕駛員交互，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置、信息提示等功能。當(dāng)駕駛員無(wú)意識(shí)偏離車道線時(shí)，系統(tǒng)可以對(duì)方向盤施加角度指令，控制車輛以輔助駕駛員將車輛保持在當(dāng)前車道內(nèi)行駛，當(dāng)車輛回到車道線后，可以保持居中行駛一段時(shí)間。同時(shí)對(duì)駕駛員告警，提醒其及時(shí)接管車輛。

軟件分別實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、智能決策、執(zhí)行控制功能，如圖1 所示。感知融合模塊：接收傳感器信息，輸出系統(tǒng)所需道路信息、駕駛員信息、車輛信息；智能決策模塊：根據(jù)獲得的人、車、路相關(guān)信息，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，激活報(bào)警、轉(zhuǎn)向干預(yù)等控制策略；執(zhí)行控制模塊：根據(jù)接收的期望指令、系統(tǒng)狀態(tài)等，進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制、人機(jī)交互控制、人機(jī)共駕控制等。

2.控制策略

系統(tǒng)根據(jù)獲得的道路信息、駕駛員信息、車輛信息等，建立駕駛員“單點(diǎn)預(yù)瞄”與車路跟隨系統(tǒng)共同構(gòu)成的“人- 車- 路”閉環(huán)控制系統(tǒng)模型，建立整車與車道線的坐標(biāo)關(guān)系，根據(jù)車速確定合適的預(yù)瞄點(diǎn)，從而得到車輛期望的坐標(biāo)位置即獲得車輛期望路徑；結(jié)合轉(zhuǎn)向執(zhí)行器的響應(yīng)滯后、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)比、車輛轉(zhuǎn)向靈敏度、車輛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)等計(jì)算出最優(yōu)方向盤轉(zhuǎn)角，即既不會(huì)修正太慢又不會(huì)導(dǎo)致車輛急劇震動(dòng)的合理轉(zhuǎn)角；并對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，激活報(bào)警、轉(zhuǎn)向干預(yù)等控制策略，輸出執(zhí)行器控制指令及相關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)信息。

根據(jù)跨道時(shí)間和跨道距離確定系統(tǒng)進(jìn)入的邏輯狀態(tài)，核心是車道偏離報(bào)警（LDW）策略、車道偏離抑制（LDP）策略、車道居中控制（LCC）策略的進(jìn)入和退出，如圖2 所示。在路徑期望和路徑跟蹤的過(guò)程中，根據(jù)整車響應(yīng)情況分級(jí)控制，逐漸加大控制力度和角度，給予駕駛員一個(gè)心理緩沖期以便接管控制車輛。在退出控制時(shí)，確定車輛姿態(tài)，計(jì)算合理的回正命令，保證車輛與車道的位置，實(shí)現(xiàn)車道內(nèi)行駛。

圖2 系統(tǒng)功能說(shuō)明圖

（1）車道偏離報(bào)警（LDW）策略：在車輛發(fā)生無(wú)意識(shí)偏離，且到達(dá)報(bào)警線時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能夠觸發(fā)車道偏離報(bào)警（LDW）功能，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。典型的車道偏離報(bào)警過(guò)程如圖3 所示，該過(guò)程中涉及的控制策略主要包括：當(dāng)前系統(tǒng)激活狀態(tài)判斷；當(dāng)前偏離狀態(tài)檢測(cè)與判斷；報(bào)警進(jìn)入時(shí)機(jī)控制；報(bào)警退出時(shí)機(jī)控制；抑制控制；報(bào)警指令計(jì)算等。

圖3 車道偏離報(bào)警示意圖（左側(cè)、右側(cè)）

（2）車道偏離抑制（LDP）策略：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，而駕駛員仍未主動(dòng)接管轉(zhuǎn)向控制，導(dǎo)致車輛繼續(xù)偏離車道時(shí)，將會(huì)觸發(fā)車道偏離抑制（LDP）功能。車道偏離抑制功能的作用是通過(guò)施加轉(zhuǎn)向干預(yù)，輔助駕駛員將車輛控制在車道內(nèi)。典型的車道偏離抑制過(guò)程如圖4 所示，該過(guò)程涉及的控制策略主要包括：當(dāng)前系統(tǒng)激活狀態(tài)判斷；當(dāng)前偏離狀態(tài)檢測(cè)與判斷；糾偏進(jìn)入時(shí)機(jī)控制；糾偏退出時(shí)機(jī)控制；抑制控制；路徑規(guī)劃與路徑跟蹤；期望轉(zhuǎn)角控制等。

圖4 典型的車道偏離抑制（左側(cè)、右側(cè)）

（3）車道居中控制（LCC）策略：當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)車道偏離抑制控制功能輔助車輛進(jìn)入車道內(nèi)，系統(tǒng)觸發(fā)車道居中控制（LCC）功能。車道居中控制功能可以輔助整車始終行駛在車道的中心，確保整車平穩(wěn)行駛。該過(guò)程涉及的控制策略主要包括：當(dāng)前系統(tǒng)激活狀態(tài)判斷；當(dāng)前居中狀態(tài)檢測(cè)與判斷；居中進(jìn)入、退出時(shí)機(jī)控制；居中功能與糾偏功能仲裁；抑制控制；路徑規(guī)劃與路徑跟蹤；期望轉(zhuǎn)角控制等。

（4）協(xié)同控制：不同行駛工況下，車道偏離報(bào)警（LDW）功能、車道偏離抑制（LDP）功能、車道居中控制（LCC）功能可能分別處于不同的工作狀態(tài)，且均對(duì)人機(jī)交互界面等執(zhí)行器進(jìn)行控制?？刂茀f(xié)同模塊對(duì)上述功能進(jìn)行系統(tǒng)集成，保證輸出指令和系統(tǒng)狀態(tài)信息符合預(yù)期。該過(guò)程涉及的控制策略主要包括：當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)仲裁；當(dāng)前偏離狀態(tài)仲裁；系統(tǒng)進(jìn)入時(shí)機(jī)控制；系統(tǒng)退出時(shí)機(jī)控制；抑制控制；輸出指令仲裁等。

3.系統(tǒng)控制模塊切換

系統(tǒng)各控制模塊的切換如圖5 所示。

圖5 系統(tǒng)控制模塊切換

整車在車道內(nèi)正常行駛，此時(shí)系統(tǒng)未激活，當(dāng)整車偏離本車道處于LDW 報(bào)警區(qū)間時(shí)，系統(tǒng)功能激活，系統(tǒng)開始發(fā)出報(bào)警提醒駕駛員，若駕駛員未接管車輛或整車未駛回車道而是進(jìn)入LDP 控制區(qū)間，則LDP車道糾偏抑制功能觸發(fā)，系統(tǒng)根據(jù)車輛自身狀態(tài)、與車道線位置關(guān)系、期望路徑計(jì)算得到整車期望轉(zhuǎn)向角度，通過(guò)控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)使得整車回到原車道，當(dāng)整車成功糾偏回到原車道并進(jìn)入LCC 控制區(qū)間時(shí)，車道居中功能觸發(fā)，整車沿著車道中心行駛。待整車穩(wěn)定或駕駛員開始接管車輛，系統(tǒng)退出功能，等待下一次激活。

三、測(cè)試驗(yàn)證

本文選用國(guó)內(nèi)某大型車企客車，外形尺寸為12000 毫米×2550 毫米×3690 毫米，整備質(zhì)量為12800 千克，總質(zhì)量為18000 千克，軸距為6080 毫米。試驗(yàn)車輛初始行駛方向與車道線平行，以固定車速20米/秒駛?cè)胲嚨谰€，車輛中心線與車道中心線偏差不應(yīng)大于0.2 米。隨后，試驗(yàn)車輛偏離本車道，待整車開始偏離時(shí)，方向盤處于自由狀態(tài)，開始記錄車輛與車道線位置關(guān)系數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)向控制指令等數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6 所示。

圖6 車道偏離試驗(yàn)整車與車道線位置結(jié)果

從圖6 可以看到，在1201 秒時(shí)，車輛偏向右側(cè)車道線，系統(tǒng)觸發(fā)LDW 報(bào)警功能；在1214 秒時(shí)，整車偏離出右側(cè)車道線使LDP 功能觸發(fā)，系統(tǒng)控制整車回到原車道，并觸發(fā)LCC 功能，整車在原車道內(nèi)穩(wěn)定行駛。

橫向偏離速度及偏離加速度可以反映整車在橫向控制過(guò)程中的舒適性，圖7 顯示了控制過(guò)程中整車的橫向偏離速度及偏離加速度，偏離速度為0.564 米/秒，偏離加速度為0.8268 米/秒2，系統(tǒng)控制策略有效，整個(gè)控制過(guò)程平穩(wěn)、順暢、舒適。

圖7 車輛偏離速度/偏離加速度

四、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)客車車道保持功能控制策略進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了融合了車道偏離報(bào)警（LDW）、車道偏離抑制（LDP）及車道居中控制（LCC）功能的車道保持控制策略，并結(jié)合實(shí)車測(cè)試，測(cè)試結(jié)果有效證明了所提策略的可行性。該策略可以保證整車車道保持功能正常，且解決了系統(tǒng)功能開啟造成的駕乘體驗(yàn)問(wèn)題，整車控制平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向平順，駕駛員與乘客駕乘體驗(yàn)良好。