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)轉角閉環(huán)控制，如果該輔助系統(tǒng)對駕駛員產生不必要的干預，會嚴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

2、角閉環(huán)控制、轉向與制動系統(tǒng)保性能協(xié)調控制、轉矩輸入人車路閉環(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。
　　本文對國內外車輛橫向輔助駕駛的控制策略進行了分析總結，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向控制器的參數(shù)。對比了所設計的切換轉向控制器與采用L2WVM設計的轉向控制器車道保持性能，通過改變車輛的質量和橫擺轉動慣量驗證了所設計的車道保持切換轉向控制器的魯棒性。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計的模型預測轉向控制器車道保持性能。
　

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

5、的有效性。建立了采用轉矩輸入的橫向輔助駕駛T-S模糊模型，設計了車道保持擾動抑制PDC/H∞轉向控制器?；贑arSim/Simulink仿真表明，采用人車路閉環(huán)模型設計的轉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神經網(wǎng)絡給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)轉向角速度輸入的

6、車路模型設計了上層滑模轉向控制器，并根據(jù)車輛運動學模型設計了期望橫擺角速度觀測器。仿真表明，所設計的期望橫擺角速度觀測器的避免車道偏離系統(tǒng)響應速度快，穩(wěn)定性好。根據(jù)車輛轉向系統(tǒng)等效動力學模型設計了下層滑模轉矩控制器。由于預瞄點的橫向偏移量和駕駛員轉矩的大小與車輛偏離車道程度的關系不能精確描述，因此基于模糊控制理論設計了人機共駕協(xié)同控制權重系數(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。為了確保在復雜行駛條件下也能夠糾正車輛恢復到正常車道，并考慮時變車速和輪胎側偏剛度的不確定性，基于energy-to-peak性能指標設計了增益調度制動控制器?；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)調控制策略和識別駕駛員意圖避免車道偏離轉向控制策略的有效

8、性，對比了復雜行駛工況基于EPS系統(tǒng)與基于EPS和ESP系統(tǒng)人機共駕糾正車輛恢復到正常車道的能力。結果表明，所提出的控制策略能夠及時糾正車輛恢復到正常車道并且能夠實現(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容進行了總結，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。