橫向輔助駕駛及人機共駕控制策略的研究.pdf

1、隨著汽車使用數(shù)量急劇增加，帶來了一系列新的問題，例如交通事故頻發(fā)。為了減少人為失誤引起的交通事故，先進駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistance Systems，ADAS)成為近些年研究的熱點，而橫向輔助駕駛系統(tǒng)是ADAS的重要組成部分。目前，大部分橫向輔助駕駛系統(tǒng)都是不考慮駕駛員在環(huán)基于線性車路模型實現(xiàn)轉(zhuǎn)角閉環(huán)控制，如果該輔助系統(tǒng)對駕駛員產(chǎn)生不必要的干預(yù)，會嚴(yán)重影響駕駛員對該輔助系統(tǒng)的信任。因此，時變車路模型轉(zhuǎn)

2、角閉環(huán)控制、轉(zhuǎn)向與制動系統(tǒng)保性能協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)矩輸入人車路閉環(huán)控制和識別駕駛員意圖的人機共駕協(xié)同控制的橫向駕駛輔助還有待進一步研究。
　　本文對國內(nèi)外車輛橫向輔助駕駛的控制策略進行了分析總結(jié)，并基于CarSim/Simulink和CarSim/LabVIEW RT對橫向輔助駕駛采用不同控制策略的理論分析、數(shù)值仿真和硬件在環(huán)仿真進行了深入研究。完成的主要工作和成果如下:
　　1.以時變車速的局部模型作為橫向輔助駕駛車路模型的子模

3、型，提出了基于跟蹤誤差車路模型的切換轉(zhuǎn)向控制策略，利用狀態(tài)反饋γ-次優(yōu)H∞范數(shù)和線性矩陣不等式獲得了切換轉(zhuǎn)向控制器的參數(shù)。對比了所設(shè)計的切換轉(zhuǎn)向控制器與采用L2WVM設(shè)計的轉(zhuǎn)向控制器車道保持性能，通過改變車輛的質(zhì)量和橫擺轉(zhuǎn)動慣量驗證了所設(shè)計的車道保持切換轉(zhuǎn)向控制器的魯棒性。建立了橫向輔助駕駛跟蹤路徑車路模型，基于CarSim/Simulink仿真對比了采用跟蹤誤差車路模型和跟蹤路徑車路模型設(shè)計的模型預(yù)測轉(zhuǎn)向控制器車道保持性能。
　

4、　2.根據(jù)預(yù)瞄點橫向偏移量和二自由度車輛動力學(xué)模型獲得了車道保持的期望橫擺角速度和期望質(zhì)心側(cè)偏角。上層保性能控制器用于產(chǎn)生提高車輛路徑跟蹤能力和橫向穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)向角補償和糾正橫擺力矩，根據(jù)車輛行駛穩(wěn)定性指標(biāo)設(shè)計了監(jiān)測器用來協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)的介入。利用車輛運動學(xué)模型的質(zhì)心側(cè)偏角速度來修正基于車輛動力學(xué)模型質(zhì)心側(cè)偏角估計算法，基于CarSim/Simulink仿真得出，該算法具有較高的估計精度和魯棒性，驗證了所設(shè)計的車道保持保性能協(xié)調(diào)控制器

5、的有效性。建立了采用轉(zhuǎn)矩輸入的橫向輔助駕駛T-S模糊模型，設(shè)計了車道保持?jǐn)_動抑制PDC/H∞轉(zhuǎn)向控制器?；贑arSim/Simulink仿真表明，采用人車路閉環(huán)模型設(shè)計的轉(zhuǎn)向控制器提高了車道保持性能且人機共駕沖突較小。
　　3.基于中心區(qū)操縱特性閾值和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給D-S證據(jù)理論基本信任分配函數(shù)賦值提出了車道偏離駕駛員意圖識別算法，根據(jù)CarSim/Simulink仿真表明，后者能夠更及時的識別到駕駛員意圖。根據(jù)轉(zhuǎn)向角速度輸入的

6、車路模型設(shè)計了上層滑模轉(zhuǎn)向控制器，并根據(jù)車輛運動學(xué)模型設(shè)計了期望橫擺角速度觀測器。仿真表明，所設(shè)計的期望橫擺角速度觀測器的避免車道偏離系統(tǒng)響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好。根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效動力學(xué)模型設(shè)計了下層滑模轉(zhuǎn)矩控制器。由于預(yù)瞄點的橫向偏移量和駕駛員轉(zhuǎn)矩的大小與車輛偏離車道程度的關(guān)系不能精確描述，因此基于模糊控制理論設(shè)計了人機共駕協(xié)同控制權(quán)重系數(shù)觀測器?；贑arSim/Simulink仿真表明，所提出的人機共駕協(xié)同控制策略能夠及時糾正車輛

7、恢復(fù)到正常車道。
　　4.提出了人機共駕平順地切換到駕駛員控制模式的判別條件。為了確保在復(fù)雜行駛條件下也能夠糾正車輛恢復(fù)到正常車道，并考慮時變車速和輪胎側(cè)偏剛度的不確定性，基于energy-to-peak性能指標(biāo)設(shè)計了增益調(diào)度制動控制器?；贓PS和ESP系統(tǒng)搭建了橫向輔助駕駛及人機共駕硬件在環(huán)仿真試驗平臺，基于CarSim/LabVIEW RT驗證了所提出的車道保持保性能協(xié)調(diào)控制策略和識別駕駛員意圖避免車道偏離轉(zhuǎn)向控制策略的有效

8、性，對比了復(fù)雜行駛工況基于EPS系統(tǒng)與基于EPS和ESP系統(tǒng)人機共駕糾正車輛恢復(fù)到正常車道的能力。結(jié)果表明，所提出的控制策略能夠及時糾正車輛恢復(fù)到正常車道并且能夠?qū)崿F(xiàn)人機共駕到駕駛員控制的平順切換，避免了車道偏離事故。
　　論文最后對所研究的內(nèi)容進行了總結(jié)，并指出了本課題研究的不足之處，擬通過改造純電動車搭建車輛橫向輔助駕駛試驗車平臺，裝備基于機器視覺的車道線識別系統(tǒng)，通過實車試驗來評價所提出的橫向輔助駕駛及人機共駕協(xié)同控制策略。