基于人机共驾的车道保持辅助控制系统研究

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。     

智能汽车的人机共驾技术研究现状和发展趋势

智能汽车的人机共驾技术(HM IoIV)是解决其智能化级别难以快速跨越至高度自动化水平的有效过渡手段.HMIoIV涉及了L0～L3级别的智能汽车的多种自动化技术,包括先进辅助驾驶系统.针对当前国内外智能汽车人机共驾技术的研究现状,对其概念、结构和研究内容进行总结,根据独立驾驶人参与的数量和驾驶操作方参与的数量将现有的人...     

面向人机共驾车辆的驾驶人风险感知研究综述

面向人机共驾车辆的驾驶人风险感知是接管时正确应激反应和操作的前提,是交通安全领域的研究重点.分析了人机共驾车辆驾驶人风险感知概念及其特性;从驾驶人特性、自动驾驶系统、驾驶情景这3个方面分析了人机共驾车辆驾驶人风险感知的影响因素;从驾驶行为表现、接管绩效和主观评价这3个方面对人机共驾车辆驾驶人风险感知衡量方法进行归纳总结...     

人-车-路交互下的驾驶人风险响应度建模

人机共驾中，共驾模式的选择和驾驶控制权的分配高度依赖于对驾驶人状态的正确识别。为了分析人机共驾中驾驶人的状态，对行车风险场模型进行重构，通过构建风险场力作用机制，建立包含驾驶人特性、自车特性和外部风险特性的人-车-路闭环系统中的驾驶人风险响应度模型，用于表征驾驶人对风险的认知能力和应对倾向。根据24位驾驶人在跟车和并道2个场景中的驾驶试验结果，对不同风险响应度下驾驶人的驾驶特性进行分析。研究结果表明：驾驶人风险响应度在驾驶过程中具有时变性，在驾驶人个体之间和不同驾驶场景间均存在差异性。在风险响应度分别为低、中、高的3类驾驶片段中，驾驶人在驾驶时的碰撞时间倒数T_TCi和加减速行为均具有显著差异（p<0.05）；风险响应度较高的保守型驾驶中，驾驶人行车时倾向于保持较小的T_TCi（均值为-0.48 s^-1，标准差为1.25 s^-1），单位时间内制动操作最多[均值为0.65次·（15 s）^-1]，总体驾驶风格倾向于规避风险；风险响应度较低的激进型驾驶中，驾驶人行车时倾向于保持最大的T_TCi（均值为0.28 s^-1，标准差为0.42 s^-1），相较于保守型驾驶，单位时间内加速操作较多[均值为0.48次·（15 s）^-1]，制动操作较少[均值为0.50次·（15 s）^-1]，总体驾驶风格倾向于追求行驶效率；风险响应度居中的平衡型驾驶中，驾驶人行车时所保持的T_TCi居中（均值为0.04 s^-1，标准差为0.36 s^-1），单位时间内加速操作[均值为0.23次·（15 s）^-1]和制动[均值为0.41次·（15 s）^-1]操作总数最少，对于行驶效率和行车安全的追求相对均衡。相较于以往将驾驶人作为孤立个体的驾驶人状态评估方法，所提出的驾驶人风险响应度模型可以依据驾驶人在人-车-路交互中的驾驶表现，更为全面地反映驾驶人的个性化驾驶状态。     

基于触觉引导的L2级智能汽车人机共享控制技术综述

因技术和法规等因素限制，智能汽车短时间内难以实现L1级到L5级的快速跨越，人机共驾将长期存在；基于触觉引导的人机共享控制技术为L2级智能汽车人机共驾提供了有效的人机共享控制途径。通过综述国内外车辆人机共享控制技术相关问题的研究现状，重点分析了基于触觉引导的车道保持、换道、避撞、倒车辅助等人机共享控制在路径规划、意图决策和权限分配转移等过程中，可能会造成人机冲突进而导致车辆稳定性降低、行车安全性变差和驾驶员操作舒适度与自由度恶化等关键问题。同时针对人机共享控制中固有的驾驶人风格及认知差异进行了探讨，以期进一步明确人机共享控制器的设计方法及人机冲突产生的机理。提出未来应在大量仿真或实测行车数据的基础上不断迭代优化智能系统，提高智能控制系统对行车环境和驾驶人状态识别的精准度，从而合理分配人机共享控制权重，有效解决人机冲突、车辆稳定性、行车安全性、驾驶员操作舒适性和自由度等问题。基于现有研究存在的问题，指出自适应性触觉引导共享控制器、权重分配共享控制器、基于神经肌肉反应共享控制器及基于高级辅助驾驶系统共享控制器等将是智能汽车人机共享控制的主要研究方向。      

道路交通事故预防中驾驶人心理分析与对策

在人机构成的交通系统中,人始终处于核心和重要的地位,采用心理学研究方法,从分析影响驾驶人行车安全的主要心理因素出发,得出预防事故应开展驾驶人心理训练、增强安全意识、严格驾驶适性管理、为弥补人的主观过错而采取人机工程学措施的结论。     

基于视觉的驾驶人疲劳及注意力监测方法

对驾驶人疲劳状态监测技术进行了深入研究,分析了在实际应用中存在的问题,在此基础上提出基于灰度方差定位驾驶人面部,利用投影曲线极点位置分割面部器官独立区域,对每一个独立区域进行OSTU计算和轮廓提取,最终获得眼睛的轮廓状态,利用PERCLOS判断驾驶人的精神状态。利用驾驶人面部器官定位的结果,对人体头部旋转运动模型进行分析,提出了计算驾驶人面部旋转角度的计算方法。最后给出判断驾驶人的注意力是否分散的判断策略。试验结果表明,该算法实时性好,具有较好的鲁棒性,可以为驾驶人疲劳状态及注意力状态的判断提供较为准确的依据。     

考虑初始情绪的个性化驾驶负荷状态评价

利用驾驶人生理数据对驾驶人的负荷状态进行评价已成为交通心理学的研究热点,该方法通常需要采集驾驶人在静息状态的生理信号特征作为其负荷基准,因此负荷基准的提取将影响驾驶人状态评价结果的准确性.基于此,研究搭建驾驶模拟试验平台,招募15名志愿者开展驾驶模拟试验,设计不同任务诱导其产生3种程度的精神负荷,采集志愿者在不同负荷状...     

基于人机共驾的车道偏离防避控制

提出了两层驾驶员转向预测模型,基于驾驶员视觉预瞄信息的第一层体现了路径跟踪特性,基于神经肌肉动力学模型的第二层体现了驾驶员转向操作特征,采用Car Sim/Simulink对比了不同状态驾驶员的路径跟踪性能。设计了车道偏离防避系统(LDAS)的期望横摆角速度观测器和转角PID控制器。建立了转向系统等效动力学模型,并基于滑模理论设计了LDAS的鲁棒转矩控制器。由于车辆偏离车道程度与预瞄点的侧向偏移量和驾驶员力矩的关系不能精确描述,故基于模糊控制理论设计了LDAS人机共驾模糊控测器。进行了基于Car Sim/Simulink的仿真和基于Car Sim/Lab VIEW RT的硬件在环试验,对比了驾驶员、LDAS控制器和人机共驾纠正车辆偏航的能力。结果表明,所提出的人机共驾策略能及时纠正车辆偏航,使之恢复到正常车道,并保证从人机共驾到驾驶员控制切换过程的平顺性。     

基于转向盘操作的疲劳驾驶检测方法

疲劳驾驶是引发道路交通事故的主要原因之一,研究利用转向盘操作行为特征检测驾驶人疲劳的方法对改善交通安全具有重要意义.研究通过分析基于驾驶模拟器的疲劳状态下的实验数据,提取了描述疲劳状态的不同特征参数,运用方差分析方法量化了不同驾驶状态下特征参数的差异性水平,优化出转向盘转角标准差、转向盘角速度标准差、转向盘转角变异系数、转向盘转角熵和零速百分比5个参数作为疲劳驾驶的有效特征参数组.建立了基于支持向量机的驾驶人疲劳状态检测模型,并采用测试集样本对搭建的模型进一步验证,结果表明该模型对驾驶人疲劳的模型检测准确率为81.33％,灵敏度为85.33％,特异度为77.33％.     

基于多媒体技术的驾驶人交通安全教育系统

为最大限度提升驾驶人交通安全教育效果,需要让驾驶人在接受教育后如同亲身经历或者亲眼目睹一起交通事故的发生过程,该系统以此为目标,基于交通事故再现技术和3D动画制作技术,将因驾驶人违法行为导致的典型交通事故进行3D再现,影片在3D环境中播放,重点表现了驾驶人违法行为导致事故的过程和事发过程的视觉冲击效果.同时,系统还基于教育心理学设计了情感铺垫、珍惜感悟教育区域,以增强警示教育效果.该系统目前在杭州、中山等市已开展示范应用,教育效果明显.      

基于相对危险暴露量的驾驶人事故风险分析

为探究不同类型驾驶人的事故倾向性,以湖南省湘潭市2008—2017年间发生的交通事故为研究对象,采用相对危险暴露量方法计算了中国驾驶人在驾龄、年龄及其交互作用下的事故风险值,并针对不同交通环境,分析了高风险驾驶群体的3类碰撞事故风险.结果表明:相比25~45岁的壮年驾驶人,小于25岁的青年驾驶人在几乎所有环境下都更易发生追尾事故与刮擦事故;驾龄小于1年的新手驾驶人在复杂环境下更易发生追尾事故;中老年新手驾驶人是事故风险仅次于青年新手驾驶人的群体,并且其在恶劣天气下的事故风险甚至高于青年新手驾驶人.基于研究结果提出了针对青年新手驾驶人、中老年新手驾驶人和高驾龄驾驶人的安全改善对策.      

不同驾龄驾驶人交通事故特征分析

为研究驾驶人的驾驶经验对道路交通事故的影响,应用数据统计方法,分析了我国机动车驾驶人数量变化情况,以及2013年不同驾龄驾驶人肇事道路交通事故的总体情况.在此基础上,以我国东部某省持证驾驶人肇事事故为研究对象,分析了不同驾龄驾驶人的事故特征.分析结果表明,1年以下驾龄驾驶人事故率为10.6/万人,明显高于其他驾龄组;3年以下低驾龄驾驶人和11年以上驾龄的营运车辆驾驶人是驾驶人管理的重点人群.基于分析得到的肇事特征,从完善驾驶培训内容和重点、改进驾驶培训考试方式方法、提升再教育针对性等方面提出了驾驶人安全管理的对策建议.     

城市交叉口车路网联信息对青年驾驶人驾驶行为的影响分析

基于驾驶模拟器设计了城市道路信号和无信号交叉口场景下的模拟驾驶实验,研究网联信息的存在和内容对青年驾驶人工作负荷和操纵行为的影响.实验共包括被试26人,均为22～30岁的青年驾驶人.结果表明:对无信号交叉口(区分次干路直行车辆和主路对向左转车辆)或信号交叉口红灯时间即将结束时,网联信息可以显著降低青年驾驶人的工作负荷,...     

营运驾驶人应激反应能力研究

为了提高营运驾驶人的应激反应能力,进一步提升道路行车安全性,依据信息处理的基本理论,分析了驾驶人应激反应的产生机理和特征表现.从心理素质、注意品质、决策能力和驾驶技能4方面分别分析了影响驾驶人应激反应能力的主客观因素.基于动力定型理论,从预见能力、心理素质、技能素质等角度,提出了用于提升驾驶人应激反应能力的对策措施.论文主要基于驾驶人特性,对其的应激反应能力进行了理论研究,得出了单位时间内所需处理的信息量超过动态认知资源的容量是引发应激反应的主要原因,且心理素质、注意品质、决策能力和驾驶技能对应激反应能力皆有影响.     

基于样本熵特征的驾驶人换道过程特征分析

在行车环境中,驾驶人的精神负荷是否能合理分配直接影响行驶安全,因而驾驶人的驾驶熟练程度与驾驶人驾驶过程中的精神负荷分配之间关系值得研究,其中脑电是客观评价驾驶人精神负荷的重要指标.通过实验采集了10组城市道路环境下驾驶人驾驶过程中的脑电信号,并记录了车辆行驶过程中的车辆数据,然后使用样本熵的方法来定量计算脑电数据,从而评价驾驶人在换道过程中的精神负荷问题.样本熵计算结果显示:换道过程中驾驶人的脑电特征要明显比非换道过程中驾驶人的脑电特征复杂;换道过程中驾驶人的脑电特征样本熵明显大于非换道状态下的驾驶人脑电特征样本熵,熟练驾驶人的脑电数据样本熵明显小于非熟练驾驶人的样本熵值,熟练驾驶人在换道过程中车速高于非熟练驾驶人;相较于跟驰驾驶行为,换道驾驶行为过程占用更多的精神负荷,熟练驾驶人比非熟练驾驶人分配更少的精神负荷在换道过程中.     

人机共驾车辆路径跟踪集成控制策略

针对人机共驾车辆路径跟踪控制精度和车辆稳定性难以有效保障的问题,提出一种集成控制策略,包括主动前轮转向系统（AFS）可变传动比曲线和基于模型预测控制（MPC）的路径跟踪控制器。针对稳定性控制,构建考虑路面附着条件和车速的AFS可变传动比函数,用于保证车辆路径跟踪过程中的安全性和横向稳定性;针对路径跟踪控制,设计基于MPC的路径跟踪控制器,用于跟踪目标路径;搭建了基于Carsim/Matlab的联合仿真平台并进行仿真验证。结果表明：集成控制策略可以有效改善人机共驾车辆的操作稳定性,显著提高了车辆的跟踪性能,削弱了驾驶员驾驶状态波动对车辆行驶安全的影响。     

基于Logistic回归的驾驶人跟车危险认知模型

为探索紧急情况下驾驶人跟车危险认知机理,利用图像式汽车行驶记录仪在中国首次开展了大规模的交通冲突调查,基于采集的实际交通环境下的追尾冲突数据,分析了驾驶人制动操作与驾驶人安全和危险状态判断之间的关系,提出了基于Logistic回归的驾驶人跟车危险认知模型。研究结果表明:车头时距和碰撞时间是影响驾驶人跟车危险判断的重要参数;经模型的拟合优度和预测准确性检验,提出的模型在城市交通环境下具有较好的适用性。     

山区小半径光学长隧道注视点分布及转移研究

为研究不同车型和转向条件下山区公路小半径光学长隧道驾驶人的注视转移特性,选取小汽车和大货车在云南山区隧道开展实车实验研究.将公路隧道按光学长隧道特点分成接近段、入口段和出口段3段,使用眼动仪分别采集了实车实验中10名驾驶人的眼动数据.将驾驶人注视位置划分为5个区域并统计各区域注视点频率,然后运用马尔可夫链分析不同车型和转向条件下驾驶人的注视转移特性,并用双因素方差分析了车型、隧道路段、转向对注视分布的影响.结果表明,小汽车和大货车驾驶人对正前方的注视比例均在45% 以上.在不同转向和不同的隧道路段,2种车型的驾驶人注视点分布、一步转移概率分布均存在一定的差异,且左转时在不同公路隧道路段的注视策略变化较大,右转时则较为平稳.总体而言,不同车型、不同公路隧道位置、不同的转向均显著影响到驾驶人注视点的分布,以上3个因素两两之间存在一定的交互作用.