Lane Keeping Assist System
Симулируйте помощь в поддержании маршрута с помощью адаптивного прогнозирующего контроллера модели
- Библиотека:
Модель прогнозирующего управления Toolbox/беспилотное вождение
Описание
Блок Lane Keeping Assist System моделирует систему помощи при хранении маршрута (LKA), которая сохраняет автомобиль , оборудованный датчиком, перемещающийся по центру прямой или изогнутой дороги, путем регулировки угла поворота переднего руля. Контроллер уменьшает боковое отклонение и относительный угол рыскания автомобиля , оборудованного датчиком относительно осевой линии маршрута. Блок вычисляет оптимальные действия управления, удовлетворяя ограничениям угла поворота с помощью адаптивной модели прогнозирующего управления (MPC).
Чтобы настроить контроллер, например, использовать расширенные функции MPC или изменить начальные условия контроллера, нажмите Create LKA subsystem.
Порты
Вход
Curvature - Кривизна дороги
скаляр
Кривизна дороги, заданная как 1/ R, где R - радиус кривой в метрах.
Кривизна дороги:
Положительно, когда дорога изгибается к положительной оси Y глобальной системы координат.
Отрицательно, когда дорога изгибается к отрицательной оси Y глобальной системы координат.
Нуль для прямой дороги.
Контроллер моделирует кривизну дороги как измеренное нарушение порядка при предварительном просмотре. Кривизну можно задать как:
Скалярный сигнал - Задайте кривизну для текущего контрольного интервала. Контроллер использует это значение кривизны через горизонт предсказания.
Векторный сигнал с длиной меньше или равной Prediction Horizon - Задайте текущие и предсказанные значения кривизны на горизонте предсказания. Если длина вектора меньше, чем горизонт предсказания, то контроллер использует окончательное значение кривизны в векторе для оставшейся части горизонта предсказания.
Longitudinal velocity - Скорость Ego автомобиля
неотрицательный скаляр
Автомобиль , оборудованный датчиком скорость в м/с.
Lateral deviation - Боковое отклонение ЭГО
скаляр
Боковое отклонение автомобиля , оборудованного датчиком в метрах от осевой линии маршрута.
Relative yaw angle - Угол от осевой линии маршрута
скаляр
Автомобиль , оборудованный датчиком угол продольной оси в радианах от осевой линии маршрута.
Minimum steering angle - Минимальный угол поворота руля спереди
скаляр
Минимальное ограничение угла рулевого управления спереди в радианах. Используйте этот входной порт, когда минимальный угол поворота руля изменяется во время исполнения.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, выберите Use external source для параметра Minimum steering angle.
Maximum steering angle - Максимальный угол наклона рулевого управления спереди
скаляр
Максимальное ограничение угла рулевого управления спереди в радианах. Используйте этот входной порт, когда максимальный угол поворота руля изменяется во время исполнения.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, выберите Use external source для параметра Maximum steering angle.
Enable optimization - Сигнал разрешения оптимизации контроллера
скаляр
Сигнал разрешения оптимизации контроллера. Когда этот сигнал:
Ненулевое, контроллер выполняет вычисление оптимизации и генерирует Steering angle сигнал управления.
Нуль, контроллер не выполняет вычисления оптимизации. В этом случае выходной сигнал Steering angle остается на значении, которое он имел, когда оптимизация была отключена. Контроллер продолжает обновлять оценки внутреннего состояния.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, выберите параметр Use external signal to enable or disable optimization.
External control signal - Угол поворота, применяемый к эго-транспортному средству
скаляр
Фактический угол поворота в радианах, приложенных к автомобилю , оборудованному датчиком. Контроллер использует этот сигнал, чтобы оценить состояния модели автомобиль , оборудованный датчиком. Используйте этот вход порт, когда управляющий сигнал, приложенный к автомобилю , оборудованному датчиком, не совпадает с оптимальным управляющим сигналом, вычисленным прогнозирующим контроллером модели. Это несоответствие может произойти, когда, например:
Этот Lane Keeping Assist System не является активным контроллером. Поддержание точной оценки состояния, когда контроллер не активен, предотвращает выпуклости в управляющем сигнале, когда контроллер становится активным.
Привод рулевого управления отказывает и не выдает правильный сигнал управления 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 состояний прогнозирующей модели автомобиль , оборудованный датчиком
квадратная матрица
Матрица состояний прогнозирующей модели автомобиль , оборудованный датчиком. Количество строк в матрице состояний соответствует количеству состояний в прогнозирующей модели. Эта матрица должна быть квадратной.
Прогнозирующая модель автомобиль , оборудованный 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 ввода в состояние прогнозирующей модели автомобиль , оборудованный датчиком
Вектор-столбец
Матрица ввода в состояние автомобиля , оборудованного датчиком прогнозирующей модели. Количество строк в этом сигнале должно совпадать с количеством строк в Vehicle dynamics matrix A.
Прогнозирующая модель автомобиль , оборудованный 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 - Матрица состояние-выход прогнозирующей модели автомобиль , оборудованный датчиком
матрица с двумя строками
Матрица состояние-выход прогнозирующей модели автомобиль , оборудованный датчиком. Количество столбцов в этом сигнале должно совпадать с количеством строк в Vehicle dynamics matrix A.
Прогнозирующая модель автомобиль , оборудованный 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.
Выход
Steering angle - Сигнал управления углом наклона переднего руля
скаляр
Передний сигнал управления углом поворота в радианах, генерируемых контроллером. Угол переднего рулевого управления является углом передних шин от продольной оси транспортного средства. Угол поворота положительный к положительной боковой оси автомобиль , оборудованный датчиком.
Параметры
Вкладка « параметры»
Автомобиль , оборудованный датчикомUse vehicle parameters - Определение модели эго-автомобиля с использованием свойств транспортного средства
on (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 угла рулевого управления спереди до скорости угла поперечной скорости и рыскания. Для получения дополнительной информации см. Автомобиль , оборудованный датчиком Predictive Model.
Чтобы определить 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 см. Автомобиль , оборудованный датчиком Прогнозирующей модели.
Выбор этого параметра очищает параметр Use vehicle model.
Программное использование
Параметры блоков:
ModelType |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"Use vehicle parameters" |
Use vehicle model - Задайте модель ego vehicle с помощью матриц пространства состояний
off (по умолчанию) | on
Выберите этот параметр, чтобы задать матрицы пространства состояний модели автомобиля , оборудованного датчиком, используемой контроллером MPC. Эта модель является линейной моделью от угла рулевого управления спереди в радианах до поперечной скорости в метрах в секунду и скорости угла рыскания в радианах в секунду. Для получения дополнительной информации о модели автомобиля , оборудованного датчиком см. Автомобиль , оборудованный датчиком Прогнозирующей модели.
Чтобы задать начальную внутреннюю модель, задайте A, B и C матрицы пространства состояний. Внутренняя модель должна быть минимальной реализацией без прямого сквозного соединения, и размерности A, B и C должны быть последовательными.
Обычно автомобиль , оборудованный датчиком модель рулевого управления зависит от скорости, и, следовательно, она изменяется со временем. Чтобы обновить внутреннюю модель во время исполнения, используйте Vehicle dynamics A, Vehicle dynamics B и Vehicle dynamics C входные порты.
Выбор этого параметра очищает параметр Use vehicle parameters.
Программное использование
Параметры блоков:
ModelType |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"Use vehicle parameters" |
Total mass - Масса Ego автомобиля
1575 (по умолчанию) | положительная скалярная величина
Автомобиль , оборудованный датчиком масса в кг.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
Программное использование
Параметры блоков:
VehicleMass |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"1575" |
Yaw moment of inertia - Момент инерции вокруг вертикальной оси эго-автомобиля
2875 (по умолчанию) | положительная скалярная величина
Момент инерции вокруг вертикальной оси эго-автомобиля в Кг· м2.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
Программное использование
Параметры блоков:
VehicleYawInertia |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"2875" |
Longitudinal distance from center of gravity to front tires - Расстояние от центра масс эго-автомобиля до его передних шин
1.2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина
Расстояние от центра масс автомобиля , оборудованного датчиком до его передних шин в метрах, измеренное вдоль продольной оси транспортного средства.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
Программное использование
Параметры блоков:
LengthToFront |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"1.2" |
Longitudinal distance from center of gravity to rear tires - Расстояние от центра масс эго-автомобиля до задних шин
1.6 (по умолчанию) | положительная скалярная величина
Расстояние от центра масс автомобиля , оборудованного датчиком до задних шин в метрах, измеренное вдоль продольной оси транспортного средства.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
Программное использование
Параметры блоков:
LengthToRear |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"1.6" |
Cornering stiffness of front tires - Жесткость передней шины
19000 (по умолчанию) | положительная скалярная величина
Жесткость передней шины в N/рад, определяемая как отношение между боковой силой на передних шинах и углом шин к продольной оси транспортного средства.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
Программное использование
Параметры блоков:
FrontTireStiffness |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"19000" |
Cornering stiffness of rear tires - Жесткость задней шины
33000 (по умолчанию) | положительная скалярная величина
Жесткость задней шины в N/рад, определяемая как отношение между боковой силой на задних шинах и углом шин к продольной оси транспортного средства.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle parameters.
Программное использование
Параметры блоков:
RearTireStiffness |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"33000" |
A - Матрица начальных состояний прогнозирующей модели автомобиль , оборудованный датчиком
квадратная матрица
Матрица начального состояния прогнозирующей модели автомобиль , оборудованный датчиком. Количество строк в матрице состояний соответствует количеству состояний в прогнозирующей модели. Эта матрица должна быть квадратной.
Начальный автомобиль , оборудованный датчиком прогнозирующая модель, заданная A, B и C, должна быть минимальной.
Как правило, модель автомобиль , оборудованный датчиком изменяется со временем. Чтобы обновить матрицу состояний во время исполнения, используйте Vehicle dynamics A входной порт.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle model.
Программное использование
Параметры блоков:
EgoModelMatrixA |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"[-4.4021 ,-12.4603;1.3913,-5.1868]" |
B - Исходная матрица «вход-состояние» прогнозирующей модели автомобиль , оборудованный датчиком
Вектор-столбец
Исходная матрица ввода в состояние автомобиля , оборудованного датчиком прогнозирующей модели. Количество строк в этом параметре должно совпадать с количеством строк в A.
Начальный автомобиль , оборудованный датчиком прогнозирующая модель, заданная A, B и C, должна быть минимальной.
Как правило, модель автомобиль , оборудованный датчиком изменяется со временем. Чтобы обновить матрицу ввода в состояние во время исполнения, используйте Vehicle dynamics B входной порт.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle model.
Программное использование
Параметры блоков:
EgoModelMatrixB |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"[24.1270;15.8609]" |
C - Исходная матрица состояния на выходе прогнозирующей модели автомобиль , оборудованный датчиком
матрица с двумя строками
Исходная матрица состояние-выход прогнозирующей модели автомобиль , оборудованный датчиком. Количество столбцов в этом параметре должно совпадать с количеством строк в A.
Начальный автомобиль , оборудованный датчиком прогнозирующая модель, заданная A, B и C, должна быть минимальной.
Как правило, модель автомобиль , оборудованный датчиком изменяется со временем. Чтобы обновить матрицу состояния до выхода во время исполнения, используйте Vehicle dynamics C входной порт.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use vehicle model.
Программное использование
Параметры блоков:
EgoModelMatrixC |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"[1,0;0,1]" |
Initial longitudinal velocity - Начальная скорость ego vehicle
15 (по умолчанию) | положительная скалярная величина
Начальная скорость модели автомобиль , оборудованный датчиком, когда помощь в поддержании маршрута включена в м/с. Эта скорость может отличаться от фактического автомобиля , оборудованного датчиком начальной скорости.
Примечание
Очень маленькая начальная скорость, например eps, может привести к неминимальной реализации для модели объекта контроллера, вызывая ошибку. Чтобы предотвратить эту ошибку, установите начальную скорость на большее значение, например 1e-3.
Программное использование
Параметры блоков:
InitialLongVel |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"15" |
Transport lag between model inputs and outputs - Общая задержка транспортировки в модели автомобиль , оборудованный датчиком
0 (по умолчанию) | неотрицательной скаляром
Общая задержка транспортировки, τ, в модели автомобиль , оборудованный датчиком в секундах. Эта задержка включает в себя привод, датчик и лаги связи. Для каждого входно-выходного канала задержка переноса аппроксимируется:
Программное использование
Параметры блоков:
TransportLag |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"0" |
Minimum steering angle - Минимальный угол поворота руля спереди
-0.26 (по умолчанию) | скаляром между -pi/2 и pi/2
Минимальное ограничение угла рулевого управления спереди в радианах.
Если минимальный угол поворота изменяется с течением времени, добавьте Minimum steering angle входной порт к блоку, выбрав Use external source.
Зависимости
Этот параметр должен быть меньше, чем параметр Maximum steering angle.
Программное использование
Параметры блоков:
MinSteering |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"-0.26" |
Maximum steering angle - Максимальный угол наклона рулевого управления спереди
0.26 (по умолчанию) | скаляром между -pi/2 и pi/2
Максимальное ограничение угла рулевого управления спереди в радианах.
Если максимальный угол поворота изменяется с течением времени, добавьте Maximum steering angle входной порт к блоку, выбрав Use external source.
Зависимости
Этот параметр должен быть больше, чем параметр Minimum steering angle.
Программное использование
Параметры блоков:
MaxSteering |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"0.26" |
Sample time - шаг расчета контроллера
0.1 (по умолчанию) | положительная скалярная величина
Шаг расчета контроллера в секундах.
Программное использование
Параметры блоков:
Ts |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"0.1" |
Prediction horizon - Горизонт предсказания контроллера
10 (по умолчанию) | положительное целое число
Шаги горизонта предсказания контроллера. Время предсказания контроллера является продуктом шага расчета и горизонта предсказания.
Программное использование
Параметры блоков:
PredictionHorizon |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"30" |
Controller behavior - эффективность контроллера с обратной связью
0.5 (по умолчанию) | скаляром между 0 и 1
Контроллер с обратной связью эффективности. Значение по умолчанию значения параметров обеспечивает сбалансированное проектирование контроллера. Определение:
Меньшее значение создает более устойчивый контроллер с более плавными действиями управления.
Большее значение создает более агрессивный контроллер с более быстрым временем отклика.
Когда вы изменяете этот параметр, изменение применяется к контроллеру немедленно.
Программное использование
Параметры блоков:
ControllerBehavior |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"0.5" |
Блок»
Use suboptimal solution - Применить неоптимальное решение после заданного количества итераций
off (по умолчанию) | on
Сконфигурируйте контроллер, чтобы применить неоптимальное решение после заданного максимального количества итераций, что гарантирует наихудшее время выполнения для вашего контроллера.
Для получения дополнительной информации см. Suboptimal QP Solution.
Зависимости
После выбора этого параметра задайте параметр Maximum iteration number.
Программное использование
Параметры блоков:
suboptimal |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"off" |
Maximum iteration number - Максимальные итерации оптимизации
10 (по умолчанию) | положительное целое число
Максимальное количество итераций оптимизации контроллера.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, выберите параметр Use suboptimal solution.
Программное использование
Параметры блоков:
maxiter |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"10" |
Use external signal to enable or disable optimization - Добавить порт для оптимизации
off (по умолчанию) | on
Чтобы добавить Enable optimization входной порт к блоку, выберите этот параметр.
Программное использование
Параметры блоков:
optmode |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"off" |
Use external signal for bumpless transfer between LKA and other controllers - Добавьте входной порт внешнего сигнала управления
off (по умолчанию) | on
Чтобы добавить External control signal входной порт к блоку, выберите этот параметр.
Программное использование
Параметры блоков:
trackmode |
| Тип: строка, вектор символов |
По умолчанию:
"off" |
Create LKA subsystem - Создайте пользовательский контроллер
кнопка
Сгенерируйте пользовательскую подсистему LKA, которую можно изменить для своего приложения. Данные строения контроллера для пользовательского контроллера экспортируются в MATLAB® рабочая область как структура.
Можно изменить пользовательскую подсистему контроллера следующим образом:
Измените настройки MPC по умолчанию или используйте расширенные функции MPC.
Измените начальные условия контроллера по умолчанию.
Примеры моделей
Алгоритмы
Автомобиль , оборудованный датчиком
Прогнозирующей моделью автомобиль , оборудованный датчиком по умолчанию является следующая модель пространства состояний:
Здесь:
VX - продольная скорость автомобиля. В начале симуляции эта скорость равна параметру Initial condition for longitudinal velocity. Во время исполнения эта скорость равна Longitudinal velocity входному сигналу.
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.
Входом для этой модели является угол рулевого управления в радианах, и выходами являются поперечная скорость в метрах в секунду и скорость угла рыскания в радианах в секунду.
Чтобы задать другую прогнозирующую модель автомобиль , оборудованный датчиком, выберите параметр Use vehicle model и задайте начальную модель пространства состояний. Затем задайте значения во время выполнения матриц пространства состояний, используя Vehicle dynamics A, Vehicle dynamics B и Vehicle dynamics C входные сигналы.
Контроллер создает свою внутреннюю прогнозирующую модель, увеличивая автомобиль , оборудованный датчиком динамическую модель. Дополненная модель включает кривизну дороги в качестве измеренного входного сигнала нарушения порядка.
Начальные условия
По умолчанию прогнозирующий контроллер модели принимает следующие начальные условия для автомобиля , оборудованного датчиком:
Продольная скорость равна параметру Initial longitudinal velocity.
Поперечная скорость равна нулю.
Угол поворота равен нулю.
Скорость угла рыскания равна нулю.
Если начальные условия в модели не соответствуют этим условиям, выход Steering angle может показать начальный отбойник в начале симуляции.
Чтобы изменить начальные условия контроллера, соответствующие вашей симуляции, создайте пользовательскую систему управления поддержанием маршрута путем, на вкладке Block, нажав Create LKA subsystem.