车道辅助系统的仿真技术

车道保持辅助（Lane keeping assistance，LKA）系统指的是通过摄像头检测本车相对期望的行车轨迹（如车道中心线）的横向运动状态，基于车辆横向动力学设计横向控制器，实时计算方向盘的期望转角大小和方向，实现LKA系统的闭环控制，使车辆保持在车道内行驶。LKA在一定程度上缓解了驾驶强度，辅助驾驶员实现车道的跟踪，并适时提供车道偏离预警，保证车辆能够在当前车道内稳定行驶，从而提升驾乘的安全性和舒适性。

LKA是自动驾驶车辆运动控制的一个必不可少的组成部分，其主要目标是保证自动驾驶车辆在道路上行驶时不发生过大的横向位置误差与横摆角误差，将车辆实际行驶轨迹与道路轨迹进行对比分析，计算出车辆行驶过程中的横向位置误差与横摆角误差，通过LKA控制算法，计算出最理想的前轮转角，并通过线控转向系统控制车辆不断地调整车辆的转向角达到期望值，以减小车辆在行驶过程中产生的横向位置误差与横摆角误差，在道路曲率发生变化时，保障自动驾驶车辆的方向与位置始终跟随道路曲率变化处于理想状态。

了解LKA系统的工作原理，能够建立车辆的二自由度模型和预瞄驾驶员模型，并利用预瞄的曲率、横向偏差和车道中心线与车辆之间的相对偏航角，设计前馈与反馈相结合的控制策略，最终实现LKA系统的闭环仿真。

车道保持是一种路径跟踪任务，可以使用车辆横向动力学控制来完成。因此在搭建车辆动力学模型时，可以以相对于道路的方向和距离误差为状态变量建立动力学模型。