基于驾驶员状态监督和可拓决策的车道偏离辅助系统

摘要

随着汽车保有量逐年扩大，车道偏离导致的交通事故数量和占比连年增高，对车道偏离辅助系统的研究也受到越来越多的关注。本文对车道偏离辅助系统的决策方法和横向控制方法进行了研究。
　　首先建立了整车七自由度模型和线性二自由度参考模型，根据车道偏离辅助系统的特点建立了车辆-道路模型和驾驶员模型以及线控转向系统模型，为设计和验证本文控制方法做了铺垫。
　　之后对车道偏离辅助系统的决策方法进行了研究。先提出了基于可拓的车道偏离决策，以跨道时间(TLC)和车辆至车道中心线距离(DLC)为特征量建立可拓集合，设计动态跨道时间阈值将其划分为代表无车道偏离风险的经典域、有车道偏离风险的可拓域和即将发生车道偏离危险的非域，计算关联函数进行模式划分，经典域内采用自由驾驶模式，可拓域内采用辅助驾驶模式，非域内采用主动转向模式。然后考虑到驾驶员状态对车道偏离有直接影响，设计了基于高斯混合隐马尔可夫模型(GM-HMM)的驾驶员状态监督控制器，将驾驶员状态分为正常驾驶、误操作和无操作三种状态，在驾驶模拟试验台上采集样本，搭建GM-HMM进行训练和识别分析。最后设计了基于驾驶员状态监督和可拓的驾驶模式决策，进行车道偏离辅助系统驾驶模式的切换决策。
　　然后研究了车道偏离辅助系统的横向控制方法，设计了各个驾驶模式的控制器。针对主动转向模式，设计了一种基于跨道时间势场法的转角控制器。自由驾驶模式采用驾驶员单独输入。辅助驾驶模式为驾驶员和主动转向控制器协同输入，控制权重由车道偏离可拓决策中的关联函数确定。
　　最后设计直道和弯道的无操作、误操作工况，仿真验证了本文控制方法的有效性，并在CarSim/LabVIEW硬件在环试验台上做了试验，搭建实车平台做了实车试验，进一步验证了本文控制方法的可靠性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 车道偏离辅助系统概述

1．3 车道偏离辅助系统国内外研究现状

1．3．1 车道偏离辅助系统国外研究现状

1．3．2 车道偏离辅助系统国内研究现状

1．4 课题来源及本文研究内容

第二章 整车及车道偏离辅助系统建模

2．1．1 七自由度车辆模型

2．1．2 线性二自由度车辆参考模型

2．2 车道偏离辅助系统建模

2．2．1 车辆-道路模型

2．2．2 驾驶员模型

2．2．3 线控转向系统模型

2．3 本章小结

第三章 车道偏离辅助系统驾驶模式决策

3．1 车道偏离可拓决策

3．1．1 车道偏离可拓决策控制结构

3．1．2 可拓决策控制器设计

3．2 驾驶员状态监督控制器设计

3．2．1 样本采集与特征参数提取

3．2．2 高斯混合隐马尔科夫建模及分析

3．2．3 驾驶员状态监督验证

3．3 基于驾驶员状态监督和可拓的驾驶模式决策

3．4 本章小结

第四章 车道偏离辅助系统驾驶模式控制器

4．1 主动转向模式控制器设计

4．1．1 传统道路势场法介绍

4．1．2 基于跨道时间势场法的转角控制器设计

4．1．3 跨道时间势场法与道路势场法比较

4．2 辅助驾驶模式控制器设计

4．3 本章小结

第五章 车道偏离辅助系统仿真及试验分析

5．1 仿真分析

5．1．1 直线道路工况仿真分析

5．1．2 弯曲道路工况仿真分析

5．2 硬件在环试验分析

5．3 实车试验

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况