基于模糊推理的无人车路径跟踪算法

针对传统的纯跟踪算法的缺点,提出了一种可变预瞄距离的路径跟踪算法。该算法在纯跟踪算法的基础上,利用模糊推理方法,将车辆的速度和加速度作为输入,将预瞄距离作为输出,并且在实验的基础上制定合理的隶属度函数和控制规则,实时地根据车辆的状态计算出合理的预瞄距离,从而兼顾路径跟踪的准确性和车辆的稳定性。最后通过Simulink/CarSim平台对算法进行验证。结果表明,该算法在0~60km/h速度内可保证无人车稳定准确的跟踪参考路径,且具有较强的鲁棒性。     

基于跃度信号的自动驾驶横向控制

针对自动驾驶车辆的横向控制,提出了一种基于跃度信号的预瞄控制。建立车辆二自由度动力学误差模型,采用线性二次调节（LQR）反馈控制和前馈控制构成闭环横向控制模型。以CarSim和Simulink为仿真平台,模拟车辆进入并跟踪稳态圆。通过分析横向位置误差和横摆角误差等指标,表明该预瞄算法在横向控制精度、跟踪速度方面具有良好效果。     

无人驾驶汽车横向滑模控制仿真研究

使用2自由度车辆模型将基于视觉预瞄的无人驾驶汽车横向运动模型简化。对简化后的模型,引入滑模控制的方法,通过控制输入量(前轮转角)使预瞄点处的航向偏差和横向距离偏差最小。同时考虑到滑模控制存在的抖振现象会影响整个控制的稳定性,使用具有连续变化特性的双曲正切函数代替符号函数。最后通过CarSim和Simulink联合仿真验证方法的可行性。     

基于曲率与车速的两点智能控制驾驶员模型

为了提高驾驶员模型的路径跟踪精度,基于模糊逻辑智能控制器建立了一种依据道路曲率、车速,采用远、近两点预瞄的智能驾驶员模型。该模型根据目标道路的曲率自适应地选择预瞄距离远、近两点,根据不同的车速和预瞄点的横向偏差决策出最优转向盘转角。对所建立的驾驶员模型与CarSim驾驶员模型进行仿真测试对比,结果表明,该模型能够在反应滞后的情况下完成复杂道路、极限工况的驾驶员操作,路径跟踪误差较CarSim模型小。     

基于多点预瞄的车道保持辅助系统

提出一种基于多点预瞄的车道保持辅助系统,通过选取多个预瞄点建立仲裁规则,以最能表征车辆偏离车道中心线的预瞄点作为误差输入,设计前馈控制加反馈控制的横向位置控制方法.并进行实车试验验证.     

改进的有限时间最优预瞄横向控制器设计

提出了有限时间最优预瞄横向控制算法,根据高速公路车道保持系统实际控制要求,使用了同时考虑车辆当前偏差、预瞄点偏差和控制变量的有限时间二次型性能指标函数。运用最优跟踪算法并进行预瞄距离内曲率恒定的假设,使得控制器参数可以离线求解,保证了车辆控制的实时性。通过仿真及实车试验验证,该控制算法具有较好的跟踪效果。     

基于模糊滑模控制算法的分布式驱动电动汽车横向稳定性控制研究

针对分布式驱动电动汽车转向工况下系统参数摄动以及外界环境干扰影响车辆横向稳定性的问题,以横摆角速度为控制量,设计模糊滑模控制算法,得到车辆维持稳定所需的附加横摆力矩并进行分配。基于CarSim与Simulink联合仿真,验证所提出的横向稳定控制算法能够有效地提高车辆的横向稳定性,减轻驾驶员操作负担。     

基于弧长预瞄的车辆侧向跟踪控制研究

为提高基于预瞄理论的路径跟踪控制算法的计算效率与适应性,本文中在预瞄最优曲率模型的基础上,提出了一种依据车辆实际行驶路程获取预瞄点侧向位移的弧长预瞄方法。并在该方法下,推导了预瞄点侧向位移与车辆前轮转角之间的关系,之后通过侧向跟踪闭环系统方框图,建立了路径跟踪的侧向控制模型。最后,在CarSim/Simulink联合仿真环境下,通过建立若干典型仿真工况,对该模型的有效性和人-车-路闭环系统转向盘稳定性影响因素进行了仿真分析。结果表明,该方法在侧向路径跟踪控制方面具有跟踪精度高、计算速度快和适应性好的特点。并且,当闭环系统同时满足期望路径点方向连续和预瞄距离大于临界前视距两个条件时转向盘趋于稳定。     

预瞄驾驶员模型中车辆操控稳定性的分析

通过将驾驶员模型、汽车运动学模型与闭环控制系统相结合,给出了一种基于最大预瞄距离驾驶员模型的空间方程.采用Lyapunov-Krasovskii泛函方法,分析基于该模型的“人—车—路”闭环控制系统的指数稳定性条件.利用所建立的4轮车辆驾驶员模型,分别采用不同的最大预瞄距离值和驾驶员反应时滞值,对车辆路径跟随进行了仿真试...     

基于线控转向的智能驾驶车辆路径跟踪研究

针对搭载线控转向系统的智能驾驶车辆路径跟踪问题,基于汽车动力学仿真软件分析车辆转向特性,推导出横摆角速度对转向盘转角的稳态增益曲线,并获得了仿真稳态增益与理论稳态增益之间的修正系数,以此搭建单点预瞄模型和变角传动比线控转向系统模型.通过预瞄式横向运动控制与线控转向变角传动比控制相结合的方式,完成智能驾驶车辆路径跟踪控制...     

A new shared control for lane keeping and road departure prevention

In recent years, the driver's active assistances have become important features in commercialised vehicles. In this paper, we present one of these features which consists of an advanced driver assistance system for lane keeping. A thorough analysis of its performance and stability with respect to variations in driver behaviour will be given. Firstly, the lateral control model based on visual preview is established and the kinematics model based on visual preview, including speed and other factors, is used to calculate the lateral error and direction error. Secondly, and according to the characteristics of the lateral control, an efficient strategy of intelligent electric vehicle lateral mode is proposed. The integration of the vehicle current lateral error and direction error is chosen as the parameter of the sliding mode switching function to design the sliding surface. The control variables are adjusted according to the fuzzy control rules to ensure that they meet the existence and reaching condition. A new fuzzy logic-based switching strategy with an efficient control law is also proposed to ensure a level of continuous and variable sharing according to the state of the driver and the vehicle positioning on the roadway. The proposed control law acts either at the centre of the lane, as a lane keeping assistance system to reduce the driver's workload for long trips, or as a lane departure avoidance system that intervenes for unintended lane departures. Simulation results are included in this paper to explain this concept.     

商用车电液复合转向系统的车道保持策略

为了提高商用车的行驶安全性,避免因驾驶人的分心驾驶出现车辆偏离车道的问题,提出一种基于电液复合转向系统的商用车车道保持策略;在建立电液复合转向系统模型、二自由度车辆模型、预瞄驾驶人模型的基础上,设计基于驾驶人在环的MPC和ADRC串级的车道保持控制策略。首先,采用MPC算法将车辆横向位置控制的最优问题转化为二次规划求得目标前轮转角;然后,考虑电液复合转向系统的不确定和干扰问题,利用ADRC算法对目标转向盘转角和实际驾驶人的转向盘转角差值以转矩信号的形式进行补偿。同时研究车道保持系统对驾驶人的干预问题,引入干预系数的概念,采用模糊控制的方法,将驾驶人手力和车辆的运动状态作为输入变量,干预系数作为输出变量,保证整车行驶安全性的前提下减小车道保持辅助系统对驾驶人的干预。最后,通过MATLAB/Simulink仿真和硬件在环试验对所设计的控制策略进行验证。研究结果表明：所设计的基于商用车电液复合转向系统的车道保持策略能够及时地纠正因驾驶人的分心驾驶而导致车辆偏离所在行驶车道的行为,特别是在弯道处出现驾驶人转向不足或过度转向的情况时,能够将车辆维持在车道线之内,保证车辆的行驶安全性,同时由于干预系数的设计,使得驾驶人也有良好的人机交互体验感。     

基于人机共驾的车道保持辅助控制系统研究（双语出版）

车道保持控制系统是汽车安全辅助驾驶的重要组成部分，可有效提高汽车主动安全性、避免车辆无意识地偏离本车道。目前，大部分车道保持控制系统在工作时将驾驶人的操作视为外界干扰，没有考虑人机共驾阶段下驾驶人与控制系统的控制权分配问题，易造成人机冲突、影响驾驶人的驾驶感受。论文兼顾驾驶人与辅助控制系统各自优势，基于人机共驾技术对车道保持控制系统进行研究。构建基于安全行驶区域与最晚预警边界相结合的车道偏离决策模型，在保证其预警精度的同时降低计算复杂性，根据车辆行驶状态和路面附着系数动态调整预警阈值；研究串级MPC-PID控制策略实现对车辆横向位置的控制，将最优问题转化为二次规划求得目标前轮转角，利用PID算法完成对目标前轮转角的跟踪；引入共驾系数对车辆的控制权进行分配，研究共驾系数分配模型，以车辆状态误差和驾驶人转向力矩作为模糊控制的输入变量、共驾系数作为输出变量，降低辅助控制系统与驾驶人之间的冲突；最后，利用CarSim与Simulink联合仿真对所研究的控制策略进行仿真验证，结果表明共驾系数能够根据驾驶人的操作和车辆运行状态的变化实现动态调整，辅助控制力矩与驾驶人输入力矩变化趋势相同，在保留驾驶人一定操作的基础下可避免车辆偏离车道、降低人机冲突。     

基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略研究

为实现车辆自主避撞,改善道路交通安全状况,提出一种基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略。为实时确定制动和换道时机,获取跟车状态下自车和前车车速、加速度、相对距离以及驾驶人制动反应时间计算制动安全距离和换道安全距离,并在此基础上分别引入制动危险系数B和换道危险系数S评估制动与换道风险,使得车辆发生追尾碰撞的危险程度和主动干预阈值更直观。根据车辆期望横向加速度和期望横向位移的变化特性,采用5次多项式法规划符合驾驶人换道避撞特性的避撞路径。为保证换道避撞过程中驾驶人的安全舒适,采用最大横向加速度约束换道避撞轨迹。为实现对换道避撞路径的线性跟踪控制,保证车辆的操纵稳定性和横摆稳定性,基于车辆稳态动力学模型建立前馈控制,结合线性反馈控制消除换道路径的位置和横摆角偏差,修正参考路径实现直车道场景追尾避撞控制。仿真和实车交叉验证试验表明：根据车辆期望横向加速度和期望横向位移建立的符合驾驶人换道避撞特性的五次多项式换道路径与驾驶人实际换道避撞路径基本吻合,结合碰撞时间和车间时距的制动避撞控制策略能够在保证车辆行驶安全舒适性的同时有效避免车辆追尾碰撞,减少交通事故的发生。     

Optimal preview game theory approach to vehicle stability controller design

Dynamic game theory brings together different features that are keys to many situations in control design: optimisation behaviour, the presence of multiple agents/players, enduring consequences of decisions and robustness with respect to variability in the environment, etc. In the presented methodology, vehicle stability is represented by a cooperative dynamic/difference game such that its two agents (players), namely the driver and the direct yaw controller (DYC), are working together to provide more stability to the vehicle system. While the driver provides the steering wheel control, the DYC control algorithm is obtained by the Nash game theory to ensure optimal performance as well as robustness to disturbances. The common two-degrees-of-freedom vehicle-handling performance model is put into discrete form to develop the game equations of motion. To evaluate the developed control algorithm, CarSim with its built-in nonlinear vehicle model along with the Pacejka tire model is used. The control algorithm is evaluated for a lane change manoeuvre, and the optimal set of steering angle and corrective yaw moment is calculated and fed to the test vehicle. Simulation results show that the optimal preview control algorithm can significantly reduce lateral velocity, yaw rate, and roll angle, which all contribute to enhancing vehicle stability.     

Lane-keeping benefits of practical rear axle steer

The classic two-degree-of-freedom yaw-plane or ‘bicycle’ vehicle model is augmented with two additional states to describe lane-keeping behaviour and further augmented with an additional control input to steer the rear axle. A simple driver model is hypothesised where the driver closes a loop on a projected lateral lane position. The driver can select the preview distance to compensate driver/vehicle dynamics, consistent with the ‘cross-over’ model found in the literature. A rear axle steer control law is found to be a function of the front axle steering input and vehicle speed that exhibits stability similar to a positive-real system, while at the same time improving the ability of the driver/vehicle system to track a complex curved lane and improving steady-state manoeuvrability. The theoretically derived control law bears similarity to practical embodiments allowing a deeper understanding of the functional value of steering a rear axle.     

融合预瞄与势场栅格法的紧急避撞驾驶人模型

紧急避障工况下的驾驶人操作具有响应快且动作幅值较大的特点，传统预瞄驾驶人模型已不能适应紧急避障工况的需求，故考虑实际避撞场景开发相应的驾驶人模型就显得尤为必要。针对此种状况，基于驾驶模拟器，结合紧急避撞工况实际驾驶人操纵数据，提出了一种融合预瞄与势场栅格法的紧急避撞驾驶人模型。首先针对紧急避撞工况下车辆运动特点，建立车辆横、纵向耦合非线性动力学模型，并给出其状态空间方程描述；其次，离线仿真分析紧急避撞系统特征，并结合线性二次型最优控制，建立最优曲率预瞄+跟踪误差反馈驾驶人模型；再者，基于紧急避撞工况下真实驾驶人经验转向行为数据，开发基于势场栅格法的驾驶人模型，为进一步提高驾驶人模型对避障行驶工况的适应性，将基于势场栅格法的驾驶人模型与最优曲率预瞄+跟踪误差反馈驾驶人模型进行融合，并基于Sigmoid函数实现两者输出的权重分配；最后，针对所提出的融合预瞄与势场栅格法的驾驶人模型，开展基于避撞台架的驾驶人在环仿真试验以及实车试验。研究结果表明：在紧急避撞工况下，对比最优曲率预瞄+跟踪误差反馈驾驶人模型，融合预瞄与势场栅格法的驾驶人模型输出的转向动作与实际驾驶人行为较为接近，可在保证避障安全性的前提下，兼顾避障路径跟踪精度与车辆行驶的稳定性。     

车队认知能力增强的通信区块间隙优化方法

为了在单车超越车队的过程中缩短超车车辆与车队间通信范围，减少车队通信压力，锁定影响车辆入队的关键车队区块，同时通过将待进入关键区块的车队进行间隙优化调整，为驾驶人提供定制化换道入队引导服务，提出了基于驾驶人超车风格特征参数的车队内信息传输关键区块锁定算法，通过分析影响驾驶人换道入队位置范围的关键因素，将驾驶人换道入队过程分为本车道速度调整过程与入队速度调整过程，利用非参数贝叶斯算法获取驾驶人超车换道特征数据并提出基于关键区块所在车队位置序列的车辆间隙优化调整策略。研究结果表明：超车车辆加速度、与前车预计碰撞时间、与车队相对速度是影响驾驶人换道入队范围的关键因素；通过非参数贝叶斯算法将超车车辆运行数据分类获取的驾驶人换道入队驾驶操作基元，可准确提供驾驶人行为特征关键参数；通过将驾驶人换道特征分为48个子类型，可锁定驾驶人换道入队范围且车队关键区块范围随着超车车辆与车队速度差值不同在各个特征类型上呈现不同变化趋势；针对驾驶人入队特征对待进入车队关键区块的车辆间隙进行优化调整，不仅可以为驾驶人提供可接受的驾驶辅助信息，同时减少了车队间隙产生过程中车辆加速度范围，提升了车队运行的舒适性。     

基于视频图像和RBF神经网络的疲劳驾驶监测系统

采用视频采集方式和神经网络方法实现了驾驶员疲劳驾驶的非接触式监测。应用车头前端和车厢内部双路视频摄像头分别采集车辆相对于车道线的行驶轨迹和驾驶员的睁闭眼状态,应用Radon变换提取5 s内车头与车道线间的最大和最小偏离、相邻2帧间车头与车道线的最大角度变化量和平均角度差,应用AdaBoost算法提取驾驶员眼睛闭合帧数比例,并将上述各参数作为RBF神经网络的输入来实现驾驶员疲劳状态的动态监测,实验数据表明监测效果良好。     

识别驾驶人意图的车道偏离防避有界控制

为了防止车辆偏离车道导致交通事故的发生和避免车道偏离防避系统（Lane Departure Avoidance Systems,LDAS）对驾驶人行为不必要的干预,提出基于中心区操纵特性阈值法和基于D-S（Dempster-Shafer）证据理论的车辆偏离车道驾驶人意图识别准则,并运用CarSim/Simulink联合仿真对比2种识别准则的有效性。建立转向盘角速度为输入的车路模型,设计LDAS滑模转向控制器,基于预瞄点的侧向偏移量和横摆角速度设计LDAS的期望横摆角速度观测器,并与基于道路曲率和预瞄点侧向偏移量的期望横摆角速度的LDAS进行性能对比。运用相平面法确定保证LDAS车辆稳定性的前轮转向角最大值,并基于CarSim/LabVIEW RT硬件在环试验平台验证基于BP神经网络训练获得D-S证据理论的初始概率赋值的驾驶人意图决策算法的有效性。结果表明：所提出的识别准则能够及时识别车辆偏离车道时的驾驶人意图,为LDAS控制器介入赢得了宝贵的时间,所设计的期望横摆角速度观测器具有很好的稳定性,所提出的方法能够有效避免车辆偏离车道。