考虑驾驶员风格的车辆换道轨迹规划及跟踪控制研究

作     者：蓟仲勋 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄晶

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：驾驶员风格 驾驶模拟器试验 换道轨迹规划 线性二次型最优控制 换道轨迹跟踪 

摘      要：随着科学技术和经济的飞速发展,汽车在给人们生活带来便利的同时,也带来了交通拥堵、道路交通事故等一系列问题。在此背景下,汽车主动安全技术被视为当前解决这些问题的有效手段。然而传统的基于车辆运动学和动力学开发的汽车主动安全系统已经无法满足人们个性化的驾驶需求,因此本文从驾驶员风格的角度出发来对车辆换道的轨迹规划及跟踪控制进行了以下研究:(1)基于问卷调查分析和驾驶模拟器试验展开了对驾驶员风格的研究。首先结合国内外对驾驶员风格以及车辆换道的研究,设计了驾驶员风格量表,并通过网络问卷调查的形式采集了212份数据。采用主成分分析和K-means聚类分析将驾驶员风格分为了激进型、普通型和谨慎型。然后进行驾驶模拟器试验采集了三种换道工况下不同风格驾驶员的换道行为数据,为后续换道轨迹规划的研究奠定了基础。(2)规划了考虑驾驶员风格的换道轨迹。首先对椭圆车辆模型进行了改进,以描述不同风格驾驶员的行车安全区域,并据此构建了换道最小安全距离模型。然后结合车辆几何位置约束和驾驶舒适性约束以及不同风格驾驶员的平均换道时间,以换道距离最短为目标,实现了适应不同驾驶员风格的换道轨迹规划。(3)基于线性二次型最优控制理论设计了考虑驾驶员风格的横向和纵向控制器。以最小化换道过程中车辆实际轨迹与期望轨迹状态量之间的误差为目标,通过控制车辆前轮转角和纵向加速度分别实现了对期望轨迹和速度的跟踪。通过调节横向控制器的控制权重矩阵来使得控制器适应不同的驾驶员风格。基于PreScan和MATLAB/Simulink联合仿真结果表明,设计的轨迹跟踪控制器具有较小的跟踪误差,并且能够保证换道过程中的安全性和驾驶舒适性。