汽车系统动力学第14章 驾驶人模型与车辆操纵品质评价.ppt

第十四章驾驶人模型与车辆操纵品质评价 第一节 概述 第二节 驾驶人控制下的车辆运动 第三节 驾驶人模型参数辨识 第四节 基于驾驶人模型的车辆操作评价　 □ □ □ □ 第一节 概述 辆操纵稳定性研究中,由于对驾驶人特性缺乏基本的认识,人们通常仅关注汽车对一定的转向盘输入的响应如何(即开环评价),却难以判定整个人-车系统的性能如何(即闭环评价)。在前面的章节中已经介绍了车辆本身固有的动态特性,但其中并未考虑驾驶人主动对车辆施加有目的的控制输入下(即在转向、加速和制动操作作用下)车辆产生的侧向、横摆运动、俯仰和垂向运动。而实际上驾驶人往往会根据对这些运动的感知给车辆施加适当的操作来控制车辆运动,以确保车辆按其驾驶意图正确行驶并实现期望路径。因此,有必要理解当驾驶人根据车辆的运动状态有意图地对其施加转向输入时车辆是如何运动的。 第一节 概述 从另一方面看,随着车辆智能化的提升,主动控制应是提升车辆操纵稳定性及安全化的有效途径。由驾驶人进行主观评价的车辆操纵稳定性可以通过主动控制系统来调节,但是由于人(尤其是普通驾驶人)的主观评价所依赖的感觉不可避免地会受心理和感知等主观因素的影响,其结果虽然定性可靠却难以量化。因此,寻求一种可定量预测与评价车辆操纵稳定性的通用方法很有必要。值得注意的是,目前人们对操纵稳定性的评价及其与车辆设计和控制参数的关系仍未明确,因而尚无可直接应用于车辆的设计和开发中的通用方法。最近,有学者提出了一些方法,用于研究车辆操纵特性和操纵品质评价及其关系,并试图建立两者的定量关系。此外,由于对驾驶人操纵车辆行为的研究对研发更加安全、高效、舒适的路面车辆(尤其是在自动驾驶、车联网以及智能交通等研究领域)很有必要,因此驾驶人模型在车辆闭环系统研究中的地位相当重要[1]。 第二节 驾驶人控制下的车辆运动 一、驾驶人控制行为描述 通过对人的操纵行为进行仔细观察可以发现,人的行为因素还是存在一些规律的。这里,可以根据控制工程中常用的“黑箱”概念来推导人作为控制器的行为规律模型。常见的是,将人的控制行为视为一个连续的线性反馈控制并以传递函数表示[2]。 第二节 驾驶人控制下的车辆运动 这里需要指出的是,作为控制器的驾驶人有别于其他通常控制系统的是,体现在H(s)中的参数可在一定的范围内变动以提高其自适应性。实际上,人可以轻松地改变其比例因子h,但其他参数则受一定的局限,特别是增加微分动作对人而言并不轻松,如果控制目标需要强微分动作并达到一定程度的情况下,一般人也不再有执行能力。或许可以这样说,作为控制器,人可以轻松、长时间、连续地操作的动作是比例控制,再加上很弱的微分或积分动作。 第二节 驾驶人控制下的车辆运动 二、一个基本的驾驶人模型 本节将对上述关于人的控制行为进一步细化,在此只考虑通过转向操纵车辆运动的驾驶人控制行为。一般而言,驾驶人不仅能感知车辆的侧向位移,还能感知车辆在XOY平面内的姿态(即车辆的横摆角)。如果驾驶人通过感受横摆角而非侧向位移来施加控制动作,那么驾驶人应只需通过施加与微分相当的动作即可较好地控制车辆。 第二节 驾驶人控制下的车辆运动 基于上述讨论,假定驾驶人会注视车辆前方L处,并预测车辆在前进L距离后车辆相对于目标路径的侧向位移偏移量。假设驾驶人基于这个侧向偏移量进行反馈控制,其过程如图14-1所示。驾驶人-车辆闭环系统示意图如图14-2所示,其中L称为前视距离,前方L处的点称为前视点。 上述模型是最常见的研究车辆运动的驾驶人模型。由于这种情况下车辆具有很强的积分特性(显然有一些微分控制成分被隐含在驾驶人控制行为的传递函数中),因而驾驶人模型的传递函数可简化为: 第二节 驾驶人控制下的车辆运动 在前方L处的路径偏离量 第二节 驾驶人控制下的车辆运动 驾驶人-车辆闭环系统 第三节 驾驶人模型参数辨识 驾驶人模型的参数不仅取决于自身的内在特性,还能随适应车辆的操纵性能而改变。也就是说,即使车辆操纵性能变化范围很大,驾驶人也能在车辆运动过程中通过不断修正其参数来保证车辆达到预期响应(即虽然车辆操纵性能有所改变,但由驾驶人操控的车辆表现也可能保持不变)。这是车辆响应特性并不能总是直接反映操纵特性的主要原因之一,因而很难从车辆响应的客观测量结果来评价其操纵品质。 另一方面看,由于驾驶人会根据车辆操纵特性来修正自己的驾驶特性,驾驶人的模型参数不仅能直接反映驾驶人的内在驾驶特性,还能反映车辆操纵性能。显然,如果驾驶人模型参数能够被有效地辨识,那么就可利用得到的驾驶人模型参数来实现对车辆操纵品质的评价。 第三节 驾驶人模型参数辨识 一、简化的驾驶人模型 　近似直线目标路径下驾驶人控制的车辆运动 第三节 驾驶人模型参数辨识 简化的驾驶人-车辆模型框图 第三节