Lane Keeping Assist System
Симулируйте сохраняющую маршрут помощь с помощью адаптивной модели прогнозирующий контроллер
- Библиотека:
Model Predictive Control Toolbox / Автоматизированное Управление
Описание
Блок Lane Keeping Assist System симулирует систему хранения маршрута помогает (LKA), которая сохраняет автомобиль, оборудованный датчиком, перемещающийся вдоль центра прямой или изогнутой дороги путем корректировки переднего руководящего угла. Контроллер уменьшает боковое отклонение и относительный угол отклонения от курса автомобиля, оборудованного датчиком относительно средней линии маршрута. Блок вычисляет действия оптимального управления при удовлетворении держащимся угловым ограничениям с помощью адаптивной модели прогнозирующее управление (MPC).
Чтобы настроить ваш контроллер, например, использовать усовершенствованные функции MPC или изменить начальные условия контроллера, нажимают Create LKA subsystem.
Порты
Входной параметр
Curvature — Дорожное искривление
скаляр
Дорожное искривление, заданное как 1/R, где R является радиусом кривой в метрах.
Дорожное искривление:
Положительный, когда дорога изгибается к положительной оси Y глобальной системы координат.
Отрицательный, когда дорога изгибается к отрицательной оси Y глобальной системы координат.
Нуль для прямой дороги.
Модели контроллеров дорожное искривление как измеренное воздействие с предварительным просмотром. Можно задать искривление как a:
Скалярный сигнал — Задает искривление для текущего интервала управления. Диспетчер использует это значение искривления через горизонт прогноза.
Векторный сигнал с длиной, меньше чем или равной Prediction Horizon — Задает текущие и предсказанные значения искривления через горизонт прогноза. Если длина вектора меньше горизонта прогноза, то диспетчер использует итоговое значение искривления в векторе для остатка от горизонта прогноза.
Longitudinal velocity — Скорость автомобиля, оборудованного датчиком
неотрицательный скаляр
Скорость автомобиля, оборудованного датчиком в m/s.
Lateral deviation — Отклонение ответвления автомобиля, оборудованного датчиком
скаляр
Отклонение ответвления автомобиля, оборудованного датчиком в метрах от средней линии маршрута.
Relative yaw angle — Угол от средней линии маршрута
скаляр
Автомобиль, оборудованный датчиком продольный угол оси в радианах от средней линии маршрута.
Minimum steering angle — Минимальный передний руководящий угол
скаляр
Минимальное переднее руководящее угловое ограничение в радианах. Используйте этот входной порт, когда минимальный руководящий угол будет варьироваться во время выполнения.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, выберите Use external source для параметра Minimum steering angle.
Maximum steering angle — Максимальный передний руководящий угол
скаляр
Максимальное переднее руководящее угловое ограничение в радианах. Используйте этот входной порт, когда максимальный руководящий угол будет варьироваться во время выполнения.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, выберите Use external source для параметра Maximum steering angle.
Enable optimization — Оптимизация контроллера включает сигнал
скаляр
Оптимизация контроллера включает сигнал. Когда этот сигнал:
Ненулевой, контроллер выполняет вычисления оптимизации и генерирует управляющий сигнал Steering angle.
Нуль, контроллер не выполняет вычисления оптимизации. В этом случае выходной сигнал Steering angle остается в значении, которое он имел, когда оптимизация была отключена. Контроллер продолжает обновлять его оценки внутреннего состояния.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, выберите параметр Use external signal to enable or disable optimization.
External control signal — Регулирование угла применилось к автомобилю, оборудованному датчиком
скаляр
Фактический руководящий угол в радианах применился к автомобилю, оборудованному датчиком. Диспетчер использует этот сигнал оценить состояния модели автомобиля, оборудованного датчиком. Используйте этот входной порт, когда управляющий сигнал применился к автомобилю, оборудованному датчиком, не совпадает с сигналом оптимального управления, вычисленным прогнозирующим контроллером модели. Это несоответствие может произойти когда, например:
Lane Keeping Assist System не является активным контроллером. Поддержание точной оценки состояния, когда контроллер не активен, предотвращает удары в управляющем сигнале, когда контроллер становится активным.
Держащиеся сбои привода и не предоставляют правильный управляющий сигнал автомобилю, оборудованному датчиком.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, выберите параметр Use external control signal for bumpless transfer between PFC and other controllers.
Vehicle dynamics matrix A — Матрица состояния прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком
квадратная матрица
Матрица состояния прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком. Количество строк в матрице состояния соответствует количеству состояний в прогнозной модели. Эта матрица должна быть квадратной.
Прогнозная модель автомобиля, оборудованного датчиком, заданная Vehicle dynamics matrix A, Vehicle dynamics matrix B и Vehicle dynamics matrix C, должна быть минимальной.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, выберите параметр Use vehicle model.
Vehicle dynamics matrix B — Матрица входа к состоянию прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком
вектор-столбец
Матрица входа к состоянию прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком. Количество строк в этом сигнале должно совпадать с количеством строк в Vehicle dynamics matrix A.
Прогнозная модель автомобиля, оборудованного датчиком, заданная Vehicle dynamics matrix A, Vehicle dynamics matrix B и Vehicle dynamics matrix C, должна быть минимальной.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, выберите параметр Use vehicle model.
Vehicle dynamics matrix C — Состояние к выходной матрице прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком
матрица с двумя строками
Состояние к выходной матрице прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком. Количество столбцов в этом сигнале должно совпадать с количеством строк в Vehicle dynamics matrix A.
Прогнозная модель автомобиля, оборудованного датчиком, заданная Vehicle dynamics matrix A, Vehicle dynamics matrix B и Vehicle dynamics matrix C, должна быть минимальной.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, выберите параметр Use vehicle model.
Вывод
Steering angle — Передний руководящий угловой управляющий сигнал
скаляр
Передний руководящий угловой управляющий сигнал в радианах сгенерирован контроллером. Передний руководящий угол является углом передних шин от продольной оси транспортного средства. Держащийся угол положителен к положительной боковой оси автомобиля, оборудованного датчиком.
Параметры
Вкладка параметров
Автомобиль, оборудованный датчиком
Use vehicle parameters — Задайте модель автомобиля, оборудованного датчиком использование свойств транспортного средства
on (значение по умолчанию) | off
Выберите этот параметр, чтобы задать модель автомобиля, оборудованного датчиком, используемую контроллером MPC путем определения свойств автомобиля, оборудованного датчиком. Модель автомобиля, оборудованного датчиком является линейной моделью от переднего руководящего угла до боковой скорости и углового уровня отклонения от курса. Для получения дополнительной информации смотрите Прогнозную модель Автомобиля, оборудованного датчиком.
Чтобы задать модель транспортного средства, задайте следующие параметры блоков:
Total mass
Yaw moment of inertia
Longitudinal distance from center of gravity to front tires
Longitudinal distance from center of gravity to rear tires
Cornering stiffness of front tires
Cornering stiffness of rear tires
Для получения дополнительной информации о модели автомобиля, оборудованного датчиком смотрите Прогнозную модель Автомобиля, оборудованного датчиком.
Выбор этого параметра очищает параметр Use vehicle model.
Use vehicle model — Задайте модель автомобиля, оборудованного датчиком, использующую матрицы пространства состояний
off (значение по умолчанию) | on
Выберите этот параметр, чтобы задать матрицы пространства состояний модели автомобиля, оборудованного датчиком, используемой контроллером MPC. Эта модель является линейной моделью от переднего руководящего угла в радианах к боковой скорости в метрах в секунду и угловом уровне отклонения от курса в радианах в секунду. Для получения дополнительной информации о модели автомобиля, оборудованного датчиком смотрите Прогнозную модель Автомобиля, оборудованного датчиком.
Чтобы задать первоначальную внутреннюю модель, задайте A, B и матрицы пространства состояний C. Внутренняя модель должна быть минимальной реализацией без прямого сквозного соединения и размерностями A, B, и C должен быть сопоставимым.
Как правило, руководящая модель автомобиля, оборудованного датчиком зависима скоростью, и поэтому, она варьируется в зависимости от времени. Чтобы обновить внутреннюю модель во время выполнения, используйте Vehicle dynamics A, Vehicle dynamics B и входные порты Vehicle dynamics C.
Выбор этого параметра очищает параметр Use vehicle parameters.
Total mass — Масса автомобиля, оборудованного датчиком
1575
Масса автомобиля, оборудованного датчиком в kg.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
Yaw moment of inertia — Момент инерции об автомобиле, оборудованном датчиком вертикальная ось
2875
Момент инерции об автомобиле, оборудованном датчиком вертикальная ось в mNs2.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
Longitudinal distance from center of gravity to front tires — Расстояние от центра автомобиля, оборудованного датчиком массы к его передним шинам
1.2
Расстояние от центра автомобиля, оборудованного датчиком массы к его передней стороне утомляется в метрах, измеренных вдоль продольной оси транспортного средства.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
Longitudinal distance from center of gravity to rear tires — Расстояние от центра автомобиля, оборудованного датчиком массы к его задним шинам
1.6
Расстояние от центра автомобиля, оборудованного датчиком массы к его задним шинам в метрах, измеренных вдоль продольной оси транспортного средства.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
Cornering stiffness of front tires — Передняя жесткость шины
19000
Передняя жесткость шины в N/rad, заданном как отношение между стороной, обеспечивает на передних шинах и углу шин к продольной оси транспортного средства.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
Cornering stiffness of rear tires — Жесткость задней шины
33000
Жесткость задней шины в N/rad, заданном как отношение между стороной, обеспечивает на задних шинах и углу шин к продольной оси транспортного средства.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
A — Матрица начального состояния прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком
квадратная матрица
Матрица начального состояния прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком. Количество строк в матрице состояния соответствует количеству состояний в прогнозной модели. Эта матрица должна быть квадратной.
Начальная прогнозная модель автомобиля, оборудованного датчиком, заданная A, B и C, должна быть минимальной.
Как правило, модель автомобиля, оборудованного датчиком варьируется в зависимости от времени. Чтобы обновить матрицу состояния во время выполнения, используйте входной порт Vehicle dynamics A.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle model.
B — Начальная матрица входа к состоянию прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком
вектор-столбец
Начальная матрица входа к состоянию прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком. Количество строк в этом параметре должно совпадать с количеством строк в A.
Начальная прогнозная модель автомобиля, оборудованного датчиком, заданная A, B и C, должна быть минимальной.
Как правило, модель автомобиля, оборудованного датчиком варьируется в зависимости от времени. Чтобы обновить матрицу входа к состоянию во время выполнения, используйте входной порт Vehicle dynamics B.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle model.
C — Начальное состояние к выходной матрице прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком
матрица с двумя строками
Начальное состояние к выходной матрице прогнозной модели автомобиля, оборудованного датчиком. Количество столбцов в этом параметре должно совпадать с количеством строк в A.
Начальная прогнозная модель автомобиля, оборудованного датчиком, заданная A, B и C, должна быть минимальной.
Как правило, модель автомобиля, оборудованного датчиком варьируется в зависимости от времени. Чтобы обновить состояние к выходной матрице во время выполнения, используйте входной порт Vehicle dynamics C.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle model.
Initial longitudinal velocity — Начальная скорость автомобиля, оборудованного датчиком
15
Начальная скорость модели автомобиля, оборудованного датчиком, когда хранение маршрута помогают, включена в m/s. Эта скорость может отличаться от фактической скорости начальной буквы автомобиля, оборудованного датчиком.
Transport lag between model inputs and outputs — Общая транспортная задержка в модели автомобиля, оборудованного датчиком
0
Общая транспортная задержка, τ, в модели автомобиля, оборудованного датчиком в секундах. Эта задержка включает привод, датчик и коммуникационные задержки. Для каждого канала ввода-вывода транспортная задержка аппроксимирована:
Маршрут, сохраняющий ограничения контроллера
Minimum steering angle — Минимальный передний руководящий угол
-0.26 -pi/2 и pi/2
Минимальное переднее руководящее угловое ограничение в радианах.
Если минимальный руководящий угол варьируется в зависимости от времени, добавьте входной порт Minimum steering angle в блок путем выбора Use external source.
Зависимости
Этот параметр должен быть меньше параметра Maximum steering angle.
Maximum steering angle — Максимальный передний руководящий угол
0.26 -pi/2 и pi/2
Максимальное переднее руководящее угловое ограничение в радианах.
Если максимальный руководящий угол варьируется в зависимости от времени, добавьте входной порт Maximum steering angle в блок путем выбора Use external source.
Зависимости
Этот параметр должен быть больше параметра Minimum steering angle.
Прогнозирующие настройки контроллера модели
Sample time — Шаг расчета контроллера
0.1
Шаг расчета контроллера в секундах.
Prediction horizon — Горизонт прогноза контроллера
10
Шаги горизонта прогноза контроллера. Время прогноза контроллера является продуктом шага расчета и горизонта прогноза.
Controller behavior — Производительность контроллера с обратной связью
0.5
0 и 1
Производительность контроллера с обратной связью. Значение параметров по умолчанию обеспечивает сбалансированное проектирование контроллера. Определение a:
Меньшее значение производит более устойчивый контроллер с более сглаженными действиями управления.
Большее значение производит более агрессивный контроллер с более быстрым временем отклика.
Когда вы изменяете этот параметр, изменение сразу применяется к контроллеру.
Блокируйте вкладку
Use suboptimal solution — Примените субоптимальное решение после конкретного количества итераций
off (значение по умолчанию) | on
Сконфигурируйте контроллер, чтобы применить субоптимальное решение после заданного максимального количества итераций, которое гарантирует время выполнения худшего случая для вашего контроллера.
Для получения дополнительной информации смотрите Субоптимальное Решение QP.
Зависимости
После выбора этого параметра задайте параметр Maximum iteration number.
Maximum iteration number — Максимальные итерации оптимизации
10
Максимальное количество итераций оптимизации контроллера.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use suboptimal solution.
Use external signal to enable or disable optimization — Добавьте порт для включения оптимизации
off (значение по умолчанию) | on
Чтобы добавить входной порт Enable optimization в блок, выберите этот параметр.
Use external signal for bumpless transfer between LKA and other controllers — Добавьте входной порт сигнала внешнего управления
off (значение по умолчанию) | on
Чтобы добавить входной порт External control signal в блок, выберите этот параметр.
Create LKA subsystem — Создайте пользовательский контроллер
кнопка
Сгенерируйте пользовательскую подсистему LKA, которую можно изменить для приложения. Данные о настройке контроллера для пользовательского контроллера экспортированы в рабочую область MATLAB® как структура.
Можно изменить пользовательскую подсистему контроллера к:
Измените настройки MPC по умолчанию или используйте, усовершенствовал функции MPC.
Измените начальные условия контроллера по умолчанию.
Алгоритмы
Прогнозная модель автомобиля, оборудованного датчиком
Прогнозная модель автомобиля, оборудованного датчиком по умолчанию является следующей моделью в пространстве состояний:
Здесь:
VX является продольной скоростью автомобиля. В начале симуляции эта скорость равна параметру Initial condition for longitudinal velocity. Во время выполнения эта скорость равна входному сигналу Longitudinal velocity.
m является параметром Total mass.
IZ является параметром Yaw moment of inertia.
LF является параметром Longitudinal distance from center of gravity to front tires.
LR является параметром Longitudinal distance from center of gravity to rear tires.
CF является параметром Cornering stiffness of front tires.
CR является параметром Cornering stiffness of rear tires.
Вход к этой модели является держащимся углом в радианах, и выходные параметры являются боковой скоростью в метрах в секунду и угловом уровне отклонения от курса в радианах в секунду.
Чтобы задать различную прогнозную модель автомобиля, оборудованного датчиком, выберите параметр Use vehicle model и задайте начальную модель в пространстве состояний. Затем задайте значения во время выполнения матриц пространства состояний с помощью Vehicle dynamics A, Vehicle dynamics B и входных сигналов Vehicle dynamics C.
Контроллер создает его внутреннюю прогнозную модель путем увеличения динамической модели автомобиля, оборудованного датчиком. Увеличенная модель включает дорожное искривление как измеренный входной сигнал воздействия.
Начальные условия
По умолчанию прогнозирующий контроллер модели принимает следующие начальные условия для автомобиля, оборудованного датчиком:
Продольная скорость равна параметру Initial longitudinal velocity.
Боковая скорость является нулем.
Регулирование угла является нулем.
Угловой уровень отклонения от курса является нулем.
Если начальные условия в вашей модели не совпадают с этими условиями, Steering angle, выход может показать начальный удар в начале симуляции.
Чтобы изменить начальные условия контроллера, чтобы совпадать с вашей симуляцией, создайте пользовательскую сохраняющую маршрут систему управления, на вкладке Block, нажатие по Create LKA subsystem.