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原文传递横向辅助驾驶及人机共驾控制策略的研究

论文题名：	横向辅助驾驶及人机共驾控制策略的研究
关键词：	汽车驾驶;横向辅助驾驶系统;人机共驾;控制策略
摘要：	随着汽车使用数量急剧增加，带来了一系列新的问题，例如交通事故频发。为了减少人为失误引起的交通事故，先进驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance Systems，ADAS)成为近些年研究的热点，而横向辅助驾驶系统是ADAS的重要组成部分。目前，大部分横向辅助驾驶系统都是不考虑驾驶员在环基于线性车路模型实现转角闭环控制，如果该辅助系统对驾驶员产生不必要的干预，会严重影响驾驶员对该辅助系统的信任。因此，时变车路模型转角闭环控制、转向与制动系统保性能协调控制、转矩输入人车路闭环控制和识别驾驶员意图的人机共驾协同控制的横向驾驶辅助还有待进一步研究。　　本文对国内外车辆横向辅助驾驶的控制策略进行了分析总结，并基于CarSim/Simulink和CarSim/LabVIEW RT对横向辅助驾驶采用不同控制策略的理论分析、数值仿真和硬件在环仿真进行了深入研究。完成的主要工作和成果如下: 　　1.以时变车速的局部模型作为横向辅助驾驶车路模型的子模型，提出了基于跟踪误差车路模型的切换转向控制策略，利用状态反馈γ-次优H∞范数和线性矩阵不等式获得了切换转向控制器的参数。对比了所设计的切换转向控制器与采用L2WVM设计的转向控制器车道保持性能，通过改变车辆的质量和横摆转动惯量验证了所设计的车道保持切换转向控制器的鲁棒性。建立了横向辅助驾驶跟踪路径车路模型，基于CarSim/Simulink仿真对比了采用跟踪误差车路模型和跟踪路径车路模型设计的模型预测转向控制器车道保持性能。　　2.根据预瞄点横向偏移量和二自由度车辆动力学模型获得了车道保持的期望横摆角速度和期望质心侧偏角。上层保性能控制器用于产生提高车辆路径跟踪能力和横向稳定性的转向角补偿和纠正横摆力矩，根据车辆行驶稳定性指标设计了监测器用来协调转向和制动系统的介入。利用车辆运动学模型的质心侧偏角速度来修正基于车辆动力学模型质心侧偏角估计算法，基于CarSim/Simulink仿真得出，该算法具有较高的估计精度和鲁棒性，验证了所设计的车道保持保性能协调控制器的有效性。建立了采用转矩输入的横向辅助驾驶T-S模糊模型，设计了车道保持扰动抑制PDC/H∞转向控制器。基于CarSim/Simulink仿真表明，采用人车路闭环模型设计的转向控制器提高了车道保持性能且人机共驾冲突较小。　　3.基于中心区操纵特性阈值和BP神经网络给D-S证据理论基本信任分配函数赋值提出了车道偏离驾驶员意图识别算法，根据CarSim/Simulink仿真表明，后者能够更及时的识别到驾驶员意图。根据转向角速度输入的车路模型设计了上层滑模转向控制器，并根据车辆运动学模型设计了期望横摆角速度观测器。仿真表明，所设计的期望横摆角速度观测器的避免车道偏离系统响应速度快，稳定性好。根据车辆转向系统等效动力学模型设计了下层滑模转矩控制器。由于预瞄点的横向偏移量和驾驶员转矩的大小与车辆偏离车道程度的关系不能精确描述，因此基于模糊控制理论设计了人机共驾协同控制权重系数观测器。基于CarSim/Simulink仿真表明，所提出的人机共驾协同控制策略能够及时纠正车辆恢复到正常车道。　　4.提出了人机共驾平顺地切换到驾驶员控制模式的判别条件。为了确保在复杂行驶条件下也能够纠正车辆恢复到正常车道，并考虑时变车速和轮胎侧偏刚度的不确定性，基于energy-to-peak性能指标设计了增益调度制动控制器。基于EPS和ESP系统搭建了横向辅助驾驶及人机共驾硬件在环仿真试验平台，基于CarSim/LabVIEW RT验证了所提出的车道保持保性能协调控制策略和识别驾驶员意图避免车道偏离转向控制策略的有效性，对比了复杂行驶工况基于EPS系统与基于EPS和ESP系统人机共驾纠正车辆恢复到正常车道的能力。结果表明，所提出的控制策略能够及时纠正车辆恢复到正常车道并且能够实现人机共驾到驾驶员控制的平顺切换，避免了车道偏离事故。　　论文最后对所研究的内容进行了总结，并指出了本课题研究的不足之处，拟通过改造纯电动车搭建车辆横向辅助驾驶试验车平台，装备基于机器视觉的车道线识别系统，通过实车试验来评价所提出的横向辅助驾驶及人机共驾协同控制策略。由于驾驶员意图识别依赖于各传感器采集的信息，为了解决D-S证据理论融合各证据之间可能存在冲突拟通过不同证据的权重改进驾驶员意图识别算法。
作者：	汪选要
专业：	车辆工程
导师：	王其东
授予学位：	博士
授予学位单位：	合肥工业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文