LKAS人机共享横向控制权分配研究及实验平台设计.pdf

中文摘要 摘 要 随着驾驶员数量和驾驶负荷的增加，由驾驶员分心、疲劳或操控失误等人为 因素导致的交通安全问题日益凸出。基于车道保持辅助系统 （Lane Keeping Assist Systems，LKAS ）的人机共享横向控制能对驾驶员的横向操作进行纠偏、补偿和 托管，能有效提高驾驶的安全性和舒适性。但现有的车辆横向共享控制研究中， 通常未考虑驾驶员即时操控能力和驾驶习惯对驾驶权分配的影响，成为导致共享 控制人机冲突较大的重要原因。因此，研究考虑驾驶员即时操控能力和横向驾驶 习惯的LKAS 人机共享横向控制权分配方法，对提高人机共享横向控制的行车安 全性和人机协调性具有重要的价值和意义。 论文针对人机共享横向控制中的人机冲突大、驾驶员操控权限低的问题，考 虑到驾驶员对车辆操控能力的时变性，研究了一种驾驶员即时操控能力的评价方 法。在此基础上，提出了一种考虑驾驶员即时操控能力的人机共享横向控制驾驶 权分配方法，并设计了力引导的转向辅助系统，搭建了人机共享的车辆横向控制 实验平台，通过实验验证了该方法能有效减小共享控制中的人机冲突，提高车辆 行驶的安全。主要内容包括： ① 人机共享横向控制过程中，驾驶员对车辆实时的操控能力在实时变化， 驾驶权分配时应该考虑驾驶员即时操控能力因素来调整驾驶权重，以满足驾驶员 充足的控制权。而从驾驶员本身的操控行为和状态出发很难准确的评估驾驶员的 即时操控能力，对此本文基于车辆行驶的状态特征研究了驾驶员即时操控能力的 评价模型，能够从车辆行驶状态情况来感知驾驶员对车辆操控能力的变化。 ② 针对人机共享横向控制过程中人机冲突较大、协同性差的问题，通过分析 得出驾驶员的横向驾驶习惯是造成人机冲突的主要原因之一，因此本文提出了驾 驶员横向驾驶习惯的表征方法。在此基础上，结合驾驶员的即时操控能力和车辆 行驶的横向偏差情况，设计了人机共享控制的车辆横向驾驶权分配模型。 ③ 为了验证所提方法的有效性和实用性，根据共享控制的流程和需求，设计 了具有力引导的转向辅助系统，并建立了转向系统的数学模型。在此基础上，基 于PreScan 车辆仿真平台，设计了车道保持控制器，并验证了车道保持的效果。 最后基于设计的实验平台，通过对比实验和分析，验证了所提方法能有效的降低 人机冲突，提高人机协调性，减小车辆行驶的横向偏差。 关键词：车道保持辅助系统；驾驶员即时操控能力；人机共享控制；驾驶权分配 I 英文摘要 Abstract With the increase of the number of drivers and driving load, traffic safety problems caused by human factors such as driver distraction, fatigue or manipulation errors have become increasingly prominent. The human-machine shared lateral control based on the Lane Keeping Assist Systems (LKAS) can correct, compensate and supervise the drivers lateral operation, which can effectively improve the safety and comfort of driving. In the existing research on lateral sharing control of vehicles, the influence of the drivers real-time control ability and driving habits on the authority distribution is ignored, res