论文摘要
随着社会的进步和经济的发展，汽车已成为人类生活不可缺少的一部分。汽车为人类文明进步和社会经济发展做出巨大贡献的同时，汽车事故也呈上升趋势。道路交通安全已成为全球性的社会问题，提高车辆安全性成为研究热点。论文以车道偏离辅助驾驶系统为研究对象，对其中部分关键技术进行了研究。本文研究了车道偏离辅助驾驶决策机制，从主客观方面对车道偏离预警人机接口进行评价，研究了车道偏离辅助控制方法，建立了车道偏离预警与辅助控制的快速原型试验台，通过快速原型对比试验及驾驶员在环台架试验对本文所提出的方法进行验证。提出了基于动态TLC阈值的车道偏离联合决策机制。针对传统TLC决策模型因固定的触发阈值可能导致误警/误干预或漏警/漏干预的问题，综合考虑车路航向角偏差、路面附着系数、车速及执行机构响应时间等对车辆姿态校正过程的影响，建立了动态TLC阈值的计算模型。决策机制自动调节预警和辅助控制的触发时机，避免过早介入对驾驶员产生不必要的干扰，同时避免过晚介入导致偏离车道。从感知—决策—执行的层次角度出发，建立了人机协同的车道偏离辅助系统的控制体系结构。研究驾驶员优先决策下的预警—辅助控制的人机协同决策模型及其实现方法。在Carsim/simulink联合仿真平台上验证了基于动态TLC阈值的车道偏离辅助驾驶决策方法有效性和正确性。设计了车道偏离预警人机接口的主客观评价指标和评价方法，基于自主研制的驾驶模拟器进行了车道偏离预警对比试验，获得了车道偏离预警的较优人机接口方式。针对现有的研究专注于各种预警人机接口的预警效果忽略驾驶员主观感受的不足，进行车道偏离预警台架试验，根据提出的主客观指标评价系统，采用统计方法系统分析了驾驶员对听觉、视觉和触觉等预警人机接口方式的敏感程度及可接受度。获得较优的车道偏离预警人机接口方式。通过台架试验进一步分析触觉预警的波形、幅值和频率等参数对预警效果及可接受度的影响，给出了改善触觉预警效果及可接受度的有效途径。根据分层控制思想，研究了基于差动制动的车道偏离辅助控制方法。在辅助驾驶决策的基础上，基于预瞄点处的车-路偏差、车辆状态和道路附着限制计算期望的横摆响应，设计滑模控制器控制辅助横摆力矩，通过差动制动产生横摆力矩，使车辆横摆响应跟踪目标值，达到车道偏离辅助控制的目的。提出了轮缸压力闭环控制和滑移率均衡方法实现横摆力矩伺服控制。在轮缸压力闭环控制方法中，分别采用制动力定比例分配方法与考虑轮胎工作状态的制动力最优控制分配。在滑移率均衡控制方法中，提出等效前轮滑移率的概念，根据期望横摆力矩及横摆角速度偏差选取制动轮，根据等效前轮滑移率和后轮滑移率提出了滑移率均衡策略，进行制动力次优分配。采用模糊控制器设计底层伺服，产生辅助横摆力矩，达到使车辆横摆响应跟踪期望值的目的。在Carsim/simulink联合仿真平台上对基于差动制动的车道偏离辅助控制方法进行仿真试验，研究结果表明所提出方法将车辆限制在车道范围内，有效避免车道偏离事故发生。建立了由CarsimRT/LabviewRT实时平台及转向、制动执行机构硬件组成的车道偏离辅助驾驶系统快速原型试验台架，对基于差动制动的辅助控制方法进行台架试验，其结果与Carsim/simulink联合仿真结果基本一致。各种工况的台架试验表明，采用动态TLC阈值能适时触发预警与辅助控制，基于控制分配算法的制动力分配方法具有更好的鲁棒性。滑移率均衡方法较压力闭环方法控制粗糙，但对控制对象模型参数适应性好，无需额外传感器且简单可靠。本文的创新点如下：（1）提出基于动态TLC阈值的车道偏离联合决策机制，该决策机制能根据车路航向角偏差、路面附着及执行机构响应等进行动态决策，适时触发预警与辅助控制。（2）基于台架试验，研究得出满足车道偏离预警效果且易被驾驶员接受的较优预警人机接口方式及改善途径。（3）设计了基于传统ABS/ESP系统实施差动制动的两种伺服控制方法，实现车道偏离时的车辆纵横向控制。具有对驾驶员的干扰小、人机协同策略简单、可靠性高、工程实用和低成本的特点。