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基于驾驶员NMS特征的人机共驾HVSC模型及控制策略研究
| 论文题名： | 基于驾驶员NMS特征的人机共驾HVSC模型及控制策略研究 |
| 关键词： | 驾驶员;人机共驾;动力学模型;参数辨识 |
| 摘要： | L5级别的完全自动驾驶短时间内难以实现，人机协同驾驶即人机共驾成为不可替代的过渡方案。协同驾驶中驾驶员行为特性在人车路闭环中的作用不可忽视，因此针对驾驶员行为特性进行分析，建立合理、符合驾驶员实际操作特性的人机共驾系统动力学模型，对于车辆研发、测试、分析和验证具有重要意义。同时本文针对驾驶员误操作问题及接管辅助问题进行深入研究，并基于驾驶员的神经肌肉系统(Neuromuscular system,NMS)特征设计H∞控制器和保性能控制器，主要内容如下： (1)基于驾驶员NMS特征，推导包含手臂和小腿-足部的驾驶员转向-跟随统一人机共驾动力学模型。根据人-车-路位置关系，基于建立的驾驶员肌肉动力学传递函数，结合模型预测控制器(Model predictive controller,MPC)和车辆二自由度模型构建表征驾驶人NMS特征参数的转向-跟随统一人机共驾动力学模型。 (2)对建立的人机共驾模型进行降维简化，简化模型中的微小量和反馈作用不明显的状态量，基于实车实验数据采用(Adaptive genetic algorithm,AGA)算法对降维后的模型参数进行辨识，并将实车实验结果与模型输出结果进行对比以验证降维模型的精确性，最后使用李雅普诺夫定理证明降维模型的稳定性。 (3)自动驾驶系统能够胜任驾驶任务时，针对驾驶员对周围环境的误判或对自动系统不信任而出现的误操作问题，建立转向系统模型，考虑驾驶员的NMS特征，将期望横摆角速度和方向盘转角作为输入设计H∞控制器，并通过车道保持实验和换道实验验证控制器的有效性和鲁棒性。 (4)针对人机共驾环境下自动驾驶系统无法胜任的场景，需要驾驶员及时接管问题。本文考虑驾驶员NMS特征建立驾驶员横向手臂模型，同时考虑驾驶员NMS参数摄动问题，以期望的方向盘转角作为输入，设计保性能控制器，使驾驶员存在NMS参数摄动的情况下仍能追踪期望的轨迹，并通过仿真实验和实车实验验证提出策略的有效性。 |
| 作者： | 吴化腾 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 隗寒冰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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