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原文传递考虑驾驶员特性与路面附着系数的主动安全避撞策略研究

论文题名：	考虑驾驶员特性与路面附着系数的主动安全避撞策略研究
关键词：	汽车主动安全避撞系统;驾驶员特性;路面附着系数;自适应巡航策略;多模态碰撞预警策略
摘要：	目前汽车产业正朝着电动化、网联化、智能化、共享化的新四化方向发展，然而汽车产业的快速发展也带来了诸如空气污染、交通拥堵、交通安全事故等问题，严重降低了交通通行效率，给社会造成了大量的人员伤亡和财产损失。目前车辆追尾碰撞已经成为诱发交通事故的主要原因，碰撞交通事故的诱因主要和人车路因素相关，因此研发能够适应不同路面状况和不同类型驾驶员的主动安全避撞系统显得尤为重要。本文建立了考虑驾驶员特性和路面状况的自适应巡航策略以及纵向和侧向自适应多模态碰撞预警策略，通过自适应巡航策略和多模态碰撞预警策略“双保险”来实现车辆的主动安全避撞，兼顾了车辆行驶安全和交通通行效率。全文主要内容如下：　　（1）针对前车加速行驶、匀速行驶、减速行驶三种工况，基于车辆的制动过程建立了安全距离模型，引入了驾驶员反应时间、制动因子、路面附着系数以及随路面附着系数实时更新的安全距离阈值，建立了纵向自适应避撞安全距离模型。基于驾驶员反应时间因子、路面状况因子和最小侧向安全距离因子，建立了侧向自适应避撞安全距离模型，实现了安全距离模型对人和路的自适应。　　（2）基于非线性七自由度车辆动力学模型和 Dugoff轮胎模型，采用自适应级联式强跟踪无迹卡尔曼滤波对车辆运动状态和路面附着系数进行实时估计。基于强跟踪滤波引入多重渐消因子，实时调整预测协方差矩阵和增益矩阵，降低了旧数据的权重。两个强跟踪无迹卡尔曼滤波器相互串联，其中第一个滤波器对车辆的运动状态进行估计，第二个滤波器对路面附着系数进行估计。基于Carsim 和 Simulink 联合仿真平台选取高附着系数路面和低附着系数路面进行实验，结果表明Dugoff 轮胎模型对轮胎纵向力和侧向力具有较好的拟合效果，自适应级联式强跟踪无迹卡尔曼滤波相较于扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波具有更高的估计精度，有效解决了高度非线性系统下历史权重数据相同导致的运动状态和路面附着系数估计精度下降的问题。　　（3）基于模糊控制算法选取前车加速度、前车速度和自车速度作为模糊控制输入量，得到了不同车辆运动状态下的制动因子，选取天气状况、驾驶经验、驾驶员年龄和疲劳程度作为模糊控制输入量，得到了驾驶员反应时间。制动因子和驾驶员反应时间均基于IF?THEN模糊规则采用Mamdani进行模糊推理，利用面积重心法对制动因子和驾驶员反应时间进行解模糊化，最终得到了制动因子和驾驶员反应时间模糊曲面图。最后利用驾驶模拟器进行仿真试验，验证了模糊控制算法对制动因子和驾驶员反应时间估算的有效性。　　（4）建立了考虑驾驶员特性和路面状况的自适应跟车距离模型，引入了不同类型驾驶员的车头时距和随路面附着系数实时更新的最小安全距离，基于车间间距误差和相对速度采用LQR控制器得到期望加速度，采用PID控制器对期望加速度进行跟踪，结合驱动制动切换策略，基于逆发动机模型和逆制动器模型得到节气门开度和制动压力。基于Carsim和Simulink联合仿真平台来验证所提出的自适应巡航策略的有效性和准确性，最后利用驾驶模拟器进行仿真试验。结果表明车辆逆向动力学模型对阶跃期望加速度信号和正弦期望加速度信号具有较强的跟踪效果，考虑驾驶员特性和路面状况的自适应巡航策略对前车速度和期望间距的跟踪效果较好，能够适应不同驾驶员类型和各种复杂路面工况，实现了自适应巡航策略对人和路的自适应。　　（5）结合避撞安全距离模型建立了纵向和侧向自适应多模态碰撞预警策略，基于 TTC模型和安全状态等级建立了纵向自适应多模态碰撞预警相平面图，基于自车速度和侧向间距建立了侧向自适应多模态碰撞预警相平面图。利用 Simulink和 Carsim联合仿真平台针对前车匀速行驶、加速行驶、减速行驶三种工况进行仿真实验，研究了路面附着系数、制动因子和驾驶员反应时间对避撞安全距离和多模态碰撞预警策略的影响。结果表明自适应避撞安全距离具有较高的拟合精度，多模态碰撞预警时机和实际情况一致，实现了对人和路的自适应。
作者：	柏硕
专业：	机械工程;车辆工程
导师：	殷国栋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022