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面向人机共驾的车辆横向避撞控制研究
| 论文题名： | 面向人机共驾的车辆横向避撞控制研究 |
| 关键词： | 人机共驾车辆;横向避撞控制;驾驶员模型;行驶安全性;操作稳定性 |
| 摘要： | 横向避撞控制一直是车辆主动安全领域至关重要的研究热点，因其是降低交通事故发生率及保证车辆行驶安全性的关键技术之一。但现有大部分横向避撞控制是面向无人驾驶条件下的转向控制，而在人机共驾条件下，由于驾驶员的应激、过度、模糊、多变的操作特性，导致驾驶工况复杂，现有以转向为主的横向避撞控制难以应对。为解决这一问题，本文提出了一种面向人机共驾的车辆横向避撞控制算法，以期提高人机共驾车辆的行驶安全性和操作稳定性。 首先，本文分别对国内外关于无人驾驶车辆避撞控制、人机共驾车辆避撞控制以及驾驶员模型的研究进行了分析，阐明了现有研究的优缺点，并明确了本文研究思路和主要内容。 其次，以纵向安全距离为衡量标准对比分析了驾驶员紧急避撞时可能采取的制动、转向或制动转向联合避撞策略。根据紧急避撞工况下方向盘转角随时间变化的规律，提出了紧急工况应激转向变正弦驾驶员模型。通过实车测试所采集的驾驶员在紧急避撞时方向盘转角数据对变正弦驾驶员模型中各参数关系进行确定并拟合，再验证所提出的变正弦驾驶员模型的正确性，为人机共驾车辆进行避撞控制时驾驶员应激转向建模提供依据。 然后，综合考虑人机共驾车辆的行驶工况和道路环境，分析了紧急避撞过程中驾驶员-车-环境的多元约束，包括驾驶员线性转向认知约束、车辆稳定性约束和道路空间约束。在多元约束基础上，基于驾驶员应激程度设计出符合驾驶员线性转向认知的改进圆弧对接避撞路径，并考虑到平顺性要求，使用三阶贝塞尔曲线平滑处理圆弧相接处。 接着，将附加横摆力矩作为控制量，建立人机共驾车辆横向控制动力学模型。设计了基于多约束模型预测控制的路径跟踪控制器，上层控制器计算出纠正驾驶员不合理应激转角输入的附加横摆力矩，下层控制器包括制动轮优选及控制策略，并在附着椭圆的约束下按轮胎垂向载荷进行制动力矩优化分配。通过对不同车轮施加合适的制动力矩，跟踪所规划的路径，实现避免碰撞和保持稳定性。再利用Simulink和CarSim联合仿真验证了横向避撞控制算法的有效性。 最后，为更进一步验证所设计的横向避撞控制算法在真实控制器中的有效性，搭建了HiL仿真试验平台。将人机共驾车辆横向控制动力学模型加载到NI实时仿真机中，将基于多约束MPC的路径跟踪控制算法写入整车控制器中，并在不同避撞工况下进行HiL仿真试验。结果表明，面向人机共驾的车辆横向避撞控制算法在真实控制器元件是有效可行的。 |
| 作者： | 吕松林 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 袁朝春 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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