橫向輔助駕駛及人機(jī)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(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistance Systems，ADAS)成為近些年研究的熱點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角閉環(huán)控制，如果該輔助系統(tǒng)對(duì)駕駛員產(chǎn)生不必要的干預(yù)，會(huì)嚴(yán)重影響駕駛員對(duì)該輔助系統(tǒng)的信任。因此，時(shí)變車路模型轉(zhuǎn)

2、角閉環(huán)控制、轉(zhuǎn)向與制動(dòng)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(shí)別駕駛員意圖的人機(jī)共駕協(xié)同控制的橫向駕駛輔助還有待進(jìn)一步研究。
　　本文對(duì)國(guó)內(nèi)外車輛橫向輔助駕駛的控制策略進(jìn)行了分析總結(jié)，并基于CarSim/Simulink和CarSim/LabVIEW RT對(duì)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(jìn)行了深入研究。完成的主要工作和成果如下:
　　1.以時(shí)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(duì)比了所設(shè)計(jì)的切換轉(zhuǎn)向控制器與采用L2WVM設(shè)計(jì)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(dòng)慣量驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)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(duì)比了采用跟蹤誤差車路模型和跟蹤路徑車路模型設(shè)計(jì)的模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)向控制器車道保持性能。
　

4、　2.根據(jù)預(yù)瞄點(diǎn)橫向偏移量和二自由度車輛動(dòng)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(bǔ)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(jì)了監(jiān)測(cè)器用來協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)的介入。利用車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的質(zhì)心側(cè)偏角速度來修正基于車輛動(dòng)力學(xué)模型質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)算法，基于CarSim/Simulink仿真得出，該算法具有較高的估計(jì)精度和魯棒性，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)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(jì)了車道保持?jǐn)_動(dòng)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(jì)的轉(zhuǎn)向控制器提高了車道保持性能且人機(jī)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(shí)別算法，根據(jù)CarSim/Simulink仿真表明，后者能夠更及時(shí)的識(shí)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(jì)了上層滑模轉(zhuǎn)向控制器，并根據(jù)車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)模型設(shè)計(jì)了期望橫擺角速度觀測(cè)器。仿真表明，所設(shè)計(jì)的期望橫擺角速度觀測(cè)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(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)了下層滑模轉(zhuǎn)矩控制器。由于預(yù)瞄點(diǎn)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(jì)了人機(jī)共駕協(xié)同控制權(quán)重系數(shù)觀測(cè)器?；贑arSim/Simulink仿真表明，所提出的人機(jī)共駕協(xié)同控制策略能夠及時(shí)糾正車輛

7、恢復(fù)到正常車道。
　　4.提出了人機(jī)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(shí)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(jì)了增益調(diào)度制動(dòng)控制器?；贓PS和ESP系統(tǒng)搭建了橫向輔助駕駛及人機(jī)共駕硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)平臺(tái)，基于CarSim/LabVIEW RT驗(yàn)證了所提出的車道保持保性能協(xié)調(diào)控制策略和識(shí)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(duì)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(jī)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(shí)糾正車輛恢復(fù)到正常車道并且能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)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(duì)所研究的內(nèi)容進(jìn)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(dòng)車搭建車輛橫向輔助駕駛試驗(yàn)車平臺(tái)，裝備基于機(jī)器視覺的車道線識(shí)別系統(tǒng)，通過實(shí)車試驗(yàn)來評(píng)價(jià)所提出的橫向輔助駕駛及人機(jī)共駕協(xié)同控制策略。