基于虚拟行驶环境下的汽车车道保持技术研究

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1、—————————————————————基于虚拟行驶环境下的汽车车道保持技术研究—————————————————————ResearchonAutomotiveLaneKeepingAssistSystemunderVirtualDrivingEnvironment作者姓名：孔悦领域（方向）：车辆工程指导教师：邓伟文教授类别：工程硕士答辩日期：2015年5月31日摘要基于虚拟行驶环境下的汽车车道保持技术研究随着汽车保有量的增加，交通事故总量居高不下。虽然引发事故的原因众多，包括车辆故障、交通拥堵和驾

2、驶员操作失误等，但由于驾驶员分神、疲劳、误操作等自身原因引起的交通事故占总量的绝大部分。因此研发包括汽车智能辅助驾驶和主动安全系统在内的高级驾驶员辅助系统（ADAS），甚至无人驾驶技术等，以弥补驾驶员操作上的不足，甚至替代驾驶员操作就显得十分重要。汽车车道保持系统（LKA）就是其中的关键系统之一。汽车车道保持系统一般通过视觉传感器检测汽车车道偏离，通过汽车电动助力转向（EPS）系统施加一定的转向阻力矩，以帮助避免驾驶员无意中偏离车道。一方面由于成本相对低廉，加之图像处理技术和模式识别技术的不断发展，今年

3、来车载像机和基于视觉的汽车智能化技术发展迅速。另一方面，由于电动助力转向系统的日益普及，基于EPS的转向控制技术也日益成熟。因此基于视觉传感和基于EPS力矩控制的汽车车道保持系统则十分自然地变得日益普及。当前基于试验场地的实车试验仍然是汽车智能化技术和产品开发、测试和验证的主流平台，但实车试验往往成本高、周期长、可重复性差、无法反映实际工况的变化和多样性，而且往往具有较高的危险性。虽然模拟仿真技术越来越成为了汽车产品研发的重要技术手段，但现有汽车模拟仿真平台多侧重于车辆本身的性能问题，而较少关注对汽车行

4、驶环境、环境传感和人机交互的模拟，因此难于满足对汽车车道保持系统的虚拟研发需求。本文提出了一种基于虚拟行驶环境开发汽车车道保持系统的技术与方法。该虚拟环境包括基于计算机图学创建的三维数字虚拟实验环境、道路和车道线模型、像机模型和带力矩反馈的转向模拟系统等。在该环境下，可根据实验需求设定不同的实验条件，并通过虚拟像机模型模拟真实相机在虚拟环境中获取的图像信息。一方面，虚拟环境可以设定影响像机检测的各种实验条件，包括天气、光照、道路曲率和车道线等。在改变实验条件时，只需要在计算机中进行简单的设置，驾驶员无需

5、频繁辗转不同实验场地，仅在实验室中即可完成不同工况的实验，极大地降低了因设置和更换场地消I耗的成本和时间。另一方面，虚拟环境可以保证在相同条件下重复实验，保证了样本统计的准确性。此外，基于虚拟环境进行实验能够有效保证实验人员的人身安全。论文章节安排如下：第一章阐述了课题的提出背景，基于实车实验的传统研发手段已经无法满足汽车智能化的研发需求，而与实车实验相比，在虚拟环境下进行车道保持技术研究具有明显的优势。第二章根据汽车车道保持技术研发的需求，总体阐述了实时虚拟行驶环境的建模和仿真。对虚拟行驶环境的功能架

6、构、硬件架构、以及通讯架构进行总体设计。第三章汽车车道保持技术是一种基于视觉的汽车智能化技术，为了模拟真实相机拍摄图像的过程，在虚拟环境中对视觉传感器进行模拟和仿真。通过对真实相机拍摄得到的图像与像机模型得到的图像进行比较，验证行驶环境建模以及视觉传感建模的有效性。第四章车道保持技术的研发很大程度上属于人机交互的设计问题，在方向盘上能够模拟产生足够逼真的转向反馈力感至关重要。本章对转向力感的产生和影响因素进行了建模与分析，并通过与实车数据对比验证了模型的置信度。第五章阐述了虚拟环境下的车道保持系统的总体

7、架构，主要包括虚拟环境下的车道线检测、驾驶员意图识别、车道保持力矩控制策略三个部分，并对每个部分作了分别阐述。第六章搭建了虚拟仿真环境，并基于该环境进行车道保持系统的测试，在不同车速的行驶工况下，分析车道保持力矩大小与车辆相对车道线的偏移量的关系，绘制力矩特性曲线。第七章总结本文的研究创新及成果，并指出一些不足之处有待进一步的研究。关键词：虚拟环境，车道保持系统，视觉模拟，驾驶员辅助系统IIABSTRACTResearchonAutomotiveLaneKeepingAssistSystemunderV

8、irtualDrivingEnvironmentWithrapidincreaseofvehiclepossession,thenumberoftrafficaccidentsbecomesincreasinglyhigh.Whilemanyfactorscontributetothegrowthoftheaccidents,includingvehicledefect,trafficjam,anddrivers’fault,tonamea