本发明涉及道路交通安全，具体是一种基于mpc的车道保持方法。
背景技术：
1、
2、引起交通事故的主要原因包括操作失误、过度劳累、粗心大意、速度过快以及未能维持适当的车距等等，尤其是由于操作错误或过度疲劳导致的交通事故占比最大。然而，传统的被动式的安全保护设施和措施不能很好地降低因人为主观原因导致的交通事故发生的概率，因此，为了降低因为人为主观原因如疲劳驾驶、驾车行为不当等问题所引起的交通事故的比例，进一步深化车道保持方法与辅助系统的研究已经成为了未来汽车行业发展的必然方向。
3、针对当前研究和已有技术的局限性，本发明旨在提出一种基于mpc的车道保持方法，用于控制车辆在车道内行驶，降低因人为主观原因导致的交通事故发生的概率。
技术实现思路
1、为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的在于一种基于mpc的车道保持方法，其于车辆状态信息和车路环境信息判断出驾驶员意图、车辆偏离情况，并据此确定车辆的控制权，对于车道保持辅助系统对车辆进行主动控制状态下，驾驶员调整转向盘转角引发的最终决策归属权的问题，则根据智能控制车辆前轮转向角与驾驶员控制前轮转向角之间的差值来确定；能够有效地降低操作错误，降低因人为主观原因导致的交通事故发生的概率。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种基于mpc的车道保持方法，包括以下步骤：
4、(1)获取车辆状态和车路环境信息
5、通过车辆上的传感器获取车辆状态信息，包括车速、转向灯开启状态以及驾驶员控制前轮转向角，并通过对车辆前方的道路进行拍摄，提取车路环境信息，获取车道线宽度、车道边界线的位置；
6、(2)根据驾驶员意图、车辆偏离情况确定车辆的控制权
7、根据步骤(1)中获取的车辆状态信息和车路环境信息，通过车道偏离检测算法对车辆偏离情况进行检测，当未检测到车辆发生偏离时，车道保持辅助系统不会对车辆进行主动控制；当检测到车辆发生偏离时，车道保持辅助系统依据车辆上转向灯的开启状态来判别驾驶员的实际意图，当检测到转向灯开启状态，判断是驾驶员主动操作，车道保持辅助系统不会对车辆进行主动控制，当检测到转向灯处于未开启状态，判断是驾驶员主动操作，车道保持辅助系统对车辆进行主动控制；
8、(3)建立车辆未来侧向位移和横摆角的预测模型
9、建立车辆未来侧向位移和横摆角的预测模型，该模型根据车辆状态信息和车路环境信息预测出车辆未来侧向位移和横摆角，将步骤(1)中车辆状态信息输入到该模型中，获得车辆未来侧向位移和横摆角；
10、(4)车道保持辅助控制状态下车辆前轮转向角
11、基于mpc算法建立车道保持辅助系统对车辆进行主动控制下的车辆的前轮转向角优化目标函数，依据步骤(3)获得的车辆未来侧向位移和横摆角、车路环境信息，利用优化目标函数获得智能控制车辆前轮转向角，使得车辆不发生车道偏移；
12、(5)最终决策权的判别
13、对于车道保持辅助系统对车辆进行主动控制状态下，驾驶员调整转向盘转角引发的最终决策归属权的问题，则根据智能控制车辆前轮转向角与驾驶员控制前轮转向角之间的差值来确定，当智能控制车辆前轮转向角与驾驶员控制前轮转向角之间的差值在定义的阈值范围内，则系统就会放弃自身的控制权，将最终决策权交给驾驶员，反之车道保持辅助系统就会继续开启并帮助驾驶员保持车辆在车道内安全行驶。
14、本发明中，通过车道偏离检测算法对车辆偏离情况进行检测的具体过程如下：
15、根据步骤(1)中获得的信息，分别求出车辆左前轮相对左侧车道边界线的距离△yl，以及车辆右前轮相对右侧车道边界线的距离△yr，若△yl或者△yr小于设定的横向安全距离，则系统判定车辆发生了偏离现象。
16、本发明中，所述车辆未来侧向位移和横摆角的预测模型：
17、y(k+i|k)＝sxx(k)+suu(k) (1)；
18、y(k+1|k)＝[y(k+1)，y(k+2)，...，y(k+nc)，...，y(k+np)]t (2)；
19、u(k)＝[u(k)，u(k+1)，...，u(k+nc-1)]t (3)；
20、
21、cc＝c (8)；
22、
23、其中，y(k+i|k)为k时刻未来预测时域内车辆的侧向位移和横摆角的输出量序列，x(k)为k时刻的车辆的侧向位移、车辆的侧向速度、车辆的横摆角和横摆角速度，u(k)为k时刻未来控制时域[k,k+nc]内车辆前轮转向角预测控制量序列，sx和su为有关车辆侧向动力学的矩阵，cf为前轮的侧偏刚度，cr为后轮的侧偏刚度，a为前轴距，b为后轴距，m为车辆的质量，iz为车辆绕质心的转动惯量，为车辆坐标系中x轴方向上的车速，ts为采样时间，y(k+i)为k+i时刻车辆的侧向位移和横摆角的预测输出量，u(k)为k时刻车辆前轮转向角的预测控制量。
24、本发明中，目标函数为：
25、
26、其中，反映了车道保持辅助系统对车道中心线的路径跟随能力，反映了车道保持辅助系统对控制量；u(k)为车辆前轮转向角的预测控制量，yref(k+i)为k+i时刻的车辆的侧向位移和横摆角，γy、γu为对角权重矩阵，δu(k+i)为车辆前轮转向角增量。
27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28、1.本发明在车道保持辅助系统的基础上增加了车道信息检测和车道偏离判断，能够获取车辆前方的车道信息如车道线宽度、左右车道线位置并检测车辆是否发生了偏离，将车道偏离预警系统和车道保持辅助系统有效地结合在了一起，进一步减少了车道保持辅助系统的计算量和复杂度。
29、2.本发明充分考虑到了车辆发生偏离前驾驶员的实际意图，通过对车辆上转向灯开启情况进行检测，能够有效地识别出驾驶员是否主动有意识地操作车辆发生偏离。
30、3.本发明充分考虑到了最终决策权的归属，在车道保持辅助系统对车辆进行主动控制之后，将驾驶员转向角和辅助转向角进行比较，依据比较的结果来决定最终决策权的归属。
1.一种基于mpc的车道保持方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于mpc的车道保持方法，其特征在于，通过车道偏离检测算法对车辆偏离情况进行检测的具体过程如下：
3.根据权利要求1所述基于mpc的车道保持方法，其特征在于，所述车辆未来侧向位移和横摆角的预测模型：
4.根据权利要求1所述基于mpc的车道保持方法，其特征在于，所述目标函数为：
