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原文传递典型工况下智能驾驶主动防晕研究

论文题名：	典型工况下智能驾驶主动防晕研究
关键词：	智能驾驶汽车;轨迹规划;跟踪控制;主动防晕
摘要：	与人类驾驶员可以主动根据乘员的晕动症反馈调整驾驶行为相比，目前的智能驾驶未能充分考虑行驶过程中乘员的晕动症感受，当出现急转弯、急加速或急减速时，易诱发乘员晕动症。本研究从人体产生晕动症的机理出发，分析智能驾驶致晕原因，将乘员的晕动症感受纳入到轨迹规划和跟踪控制中，设计考虑防晕的智能驾驶轨迹规划器和主动防晕横向跟踪控制器，通过规划平滑路线，使汽车平稳行驶，减少乘员感受到的运动刺激，最终减缓乘员晕动症。全文主要内容如下：　　(1)智能驾驶晕动症原因分析及评价指标的选取。首先，分析了人体产生晕动症的机理，指出了耳石作为人体感知加速度的主要器官，减少耳石感知加速度能有效降低人体感知冲突，并且选择了水平加速度的三个特性——频率、幅值以及持续时间作为减缓晕动症的着手点；然后，参考ISO 2631，选择晕动症剂量值及晕动症预测发生率作为评价晕动症的指标，实现对驾驶过程中乘员晕动症的评价；最后，由于车辆在环岛内加减速、在连续弯曲道路上行驶都容易诱发乘员产生晕动症，在考虑城市最高车速限制及保证车辆稳定行驶的最小曲率半径基础上，选取了环岛、正弦曲线道路作为城市内乘员发生晕动症的典型工况。　　(2)典型工况下考虑防晕的智能驾驶轨迹规划。首先，在Frenet坐标系下，分别对横、纵向轨迹进行规划，通过分配和更新横、纵向轨迹的初始和目标状态信息，计算出横、纵向轨迹的可行解集合；然后，考虑加加速度冲击导致人体的不舒适感以及横、纵向加速度对晕动症的影响，确定了考虑防晕的指标项；最后，基于环岛和正弦曲线道路工况，在轨迹质量评价函数中加入了考虑防晕的评价指标项，并根据限制条件筛选了出可行轨迹，规划出安全、舒适、防晕的轨迹，并与未考虑防晕的规划轨迹进行比较分析。　　(3)典型工况下智能驾驶主动防晕跟踪控制器设计。首先，将智能汽车轨迹跟踪控制问题解耦成横、纵向跟踪控制问题；其次，针对横向跟踪控制，将人体耳石感知横向加速度的过程简化为二阶滤波器，在LQR(Linear Quadratic Regulator)横向跟踪控制器基础上，将耳石感知的横向加速度作为控制器新的状态量，计算出考虑防晕的前轮转角，减小跟踪路径时的横向加速度，降低晕动症评价指标；针对纵向跟随控制，设计了基于位置-速度误差的双PID速度跟随控制器，输出车辆期望加速度，并且搭建了车辆驱动/制动系统控制器，根据期望加速度求解出节气门开度和制动主缸压力，准确跟随加速度；最后，利用MATLAB/Simulink和CarSim进行仿真试验，针对环岛、正弦曲线道路工况，将“无防晕规划轨迹+无防晕跟踪控制”、“防晕规划轨迹+无防晕跟踪控制”、“防晕规划轨迹+防晕跟踪控制”仿真结果进行对比分析。仿真结果表明，考虑防晕的轨迹规划器能规划出安全、舒适、防晕的轨迹，并且主动防晕跟踪控制器能进一步减缓晕动症。
作者：	叶聪
专业：	车辆工程
导师：	章新杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023