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基于博弈论的智能汽车人机协同控制研究
| 论文题名： | 基于博弈论的智能汽车人机协同控制研究 |
| 关键词： | 智能汽车;人机协同控制;人机交互;动力学模型;共享控制器;纳什均衡;动态博弈 |
| 摘要： | 当前，汽车智能化、信息化融合发展正在兴起，智能汽车产业发展已取得显著成果。各大汽车制造商、ICT（InformationandCommunicationTechnology）业者及初创公司等为制造全工况自动驾驶汽车的目标投入了大量资源。然而，由于全工况自动驾驶技术的壁垒难以攻破，人机协同控制成为智能汽车领域研究的热点。在未来一段时间内，驾驶员和自动化系统将长期共享车辆的控制权。因此，在人机协同控制中，如何描述人机交互关系，如何合理分配驾驶员和自动化系统的驾驶权重是一个极具挑战性的问题。围绕上述问题，本文从驾驶员-自动化系统交互动力学建模、基于纳什均衡的共享控制器设计、驾驶权动态博弈控制器设计、人机博弈驾驶模拟平台设计四个方面展开研究。 首先，本文围绕智能汽车人机协同控制的研究，分析了人机协同控制过程中驾驶员主观控制动作与自动化系统优化动作间的耦合机理，建立驾驶员-自动化系统交互动力学模型，实现复杂场景下的人机交互以及描述驾驶员和自动化系统输入输出关系。为了模拟驾驶员在实际场景下的驾驶状态，建立了考虑驾驶员控制迟滞和手臂神经肌肉动力学的驾驶员模型。同时，为了反映车辆相对位置和车辆自身运动状态，建立了车辆运动学和车辆动力学模型。最后，在PreScan场景下，与罗技方向盘进行仿真对比实验，验证驾驶员-自动化系统交互动力学模型的有效性。 然后，针对人机协同控制中由于人机决策冲突引发的驾驶风险问题，本文设计基于纳什均衡的共享控制器，保证车辆行驶安全。首先，基于非合作模型预测控制理论，以路径跟踪偏差和控制输入最小为目标，构建多目标优化控制问题。其次，基于非合作模型预测控制理论设计人机决策冲突博弈控制器，采用最优控制方法求解纳什均衡解得到转角序列。最后，基于Matlab仿真实验平台搭建单移线和双移线工况场景，实验验证了路径偏差权重对车辆实际位移的影响。 其次，针对人机决策冲突下如何合理分配驾驶员和自动化系统的驾驶权重问题，本文提出一种考虑驾驶员驾驶状态和驾驶风险的驾驶权动态博弈人机协同共享控制策略。基于OpenCV模型监测驾驶员驾驶状态，结合驾驶风险评估模型构建驾驶员信任度动态评估函数，并利用非合作模型预测控制器动态调整驾驶员与自动化系统之间的权重分配，实现驾驶员不同驾驶状态下人机动态博弈的最优控制。并通过紧急、安全和危险三种工况，验证了驾驶员处于疲劳、注意力不集中的情况下，控制策略可以减小驾驶员操作负担、提高车辆的操纵稳定性、实现人机和谐驾驶。 |
| 作者： | 王寒 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 李绍松;任海波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长春工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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