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智能驾驶中驾驶员风格识别及车辆行为预测研究

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智能驾驶中驾驶员风格识别及车辆行为预测研究

作者：郑奇浙江大学

学位级别：硕士

随着第四次工业革命的深入发展,以高级驾驶辅助系统（ADAS）为核心的智能驾驶技术得到了高速发展,无论学术界还是产业界都对其做了大量理论研究和产品化研究。相比于传统驾驶方式,“机主人辅”下的智能驾驶系统能够基于多源数据和智能... 详细信息

随着第四次工业革命的深入发展,以高级驾驶辅助系统（ADAS）为核心的智能驾驶技术得到了高速发展,无论学术界还是产业界都对其做了大量理论研究和产品化研究。相比于传统驾驶方式,“机主人辅”下的智能驾驶系统能够基于多源数据和智能算法配合驾驶员或者代替驾驶员制定安全性能好、效率高的驾驶策略,具有诸多优势。然而,智能汽车的关键技术仍未完全成熟,尤其是算法实时性、准确度和鲁棒性要求较高的决策及预规划系统,还有很大的提升空间。本文着眼于“机主人辅”下的智能汽车的决策及预规划系统,采用科学性、前沿性的技术路线展开研究,实现了具有预警性、实时性、可复制性的驾驶员风格识别及车辆行为预测,其中车辆行为预测包含驾驶意图识别和轨迹预测两个阶段。针对现有研究存在的不足,基于深度时序网络改进和实现了三个方向:驾驶员风格辨识、驾驶意图识别和结合驾驶意图的轨迹预测,并在NGSIM数据集上进行了比较和验证。本文具体的工作与成果如下:1)针对现有的驾驶员风格无监督聚类研究方法中,没有或者低效地利用驾驶员风格的时间维度信息、无法完整地获取驾驶员的动态驾驶风格、只考虑了一段时间内的统计值、采用传统的方法提取特征如PCA线性降维等问题,本文基于深度学习的自编码器原理,提出了一种适用于驾驶高维时间序列的LSTM降噪自编码器的特征提取和降维方法抽取低维特征来进行风格聚类和分析。通过聚类指标与其他降维方法相比和数据分析,证明此方法能够捕捉到驾驶员时间维度上的微观动态信息,侧重于驾驶员的“动态变化”来定义驾驶员风格,更适合于真实应用场景且更具有合理性。然后基于聚类结果和不同类簇特征分布差异将驾驶员分为激进、一般和保守三种风格类型。最后对不同风格的速度、加速度、车头时距和换道频次进行分析,验证了风格划分的正确性和合理性。2)针对现有的驾驶意图识别研究方法中,预测实时性不足、准确度不足、意图标定没有基于数据驱动、没有高效利用周边特征信息等问题,本文基于NGSIM数据集提取的换道行为数据对问题建模进行了修正,提高了意图场景研究的合理性与可复制性,且特征层面考虑了目前大部分研究中忽视的周边车辆的邻居信息和第二章中生成的驾驶员风格特征,进而提出了一种基于Bi-GRU的车辆驾驶意图识别方法。与其它现有算法在测试集进行比较,本文提出的算法以最高的准确率和F1-Score优于现有的其它算法。并对驾驶意图识别的混淆矩阵进行了分析,对真实左换道和右换道车辆行为可视化了意图识别过程。最后基于模型输出的结果分析了驾驶意图在车辆行为中的预警性,通过对到换道成功点的不同预判时间窗口分析驾驶意图识别的变化,证明了预判时间对驾驶意图的影响。3)针对现有的车辆未来轨迹预测研究方法中,预测精度不足、未充分利用车辆信息特征等问题,提出了一种基于注意力机制的多信息融合轨迹预测算法。在现有的轨迹预测场景中,基于Convolutional Social LSTM网络模块,引入了运动信息特征,车辆固有特征和驾驶员风格特征。然后引入了注意力机制,从注意力机制层面获取对主体车辆轨迹影响比较大的周边车辆信息和主体车辆历史不同时刻的信息。最后优化了卷积交互层,交互层完善了主体车辆特征嵌入,卷积层添加了avg-pooling模块进一步提取交互信息。通过与其他模型结果对比,证明基于注意力机制的轨迹预测网络具有一定的优势。基于结果详细定量分析了注意力机制在模型中的作用,对比了单模态模型和基于驾驶意图的多模态模型表现。最后分析不同历史轨迹时长和不同未来轨迹时长的实验结果,定量和定性分析了不同时间窗口对结果的影响。

关键词：智能驾驶决策及预规划驾驶员风格驾驶意图轨迹预测

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驾驶员风格自适应的离合器最优控制研究

驾驶员风格自适应的离合器最优控制研究

作者：于倩北京理工大学

学位级别：硕士

提高车辆起步能力、改善其起步舒适性是进一步提升AMT车辆综合性能的关键因素之一;同时,提高车辆对人的适应性,是汽车变速技术从自动化向个性化和智能化发展的必然历程。为了解决以上两个问题,本文进行了驾驶员风格自适应的离合器最优... 详细信息

提高车辆起步能力、改善其起步舒适性是进一步提升AMT车辆综合性能的关键因素之一;同时,提高车辆对人的适应性,是汽车变速技术从自动化向个性化和智能化发展的必然历程。为了解决以上两个问题,本文进行了驾驶员风格自适应的离合器最优控制研究。车辆仿真模型是控制策略研究的基础。本文的研究对象是干式离合器,首先介绍了离合器在传动系中的作用以及为了实现这些作用所设计的结构和工作原理;针对离合器滑摩时的转矩公式,具体分析了两个重要的参数:压紧力和摩擦系数,从而得到滑摩时离合器传递转矩与分离轴承的位置关系;分析了车辆在起步过程的不同阶段中离合器主从、动部分的转速和转矩关系;同时,离合器传递转矩还受它所能传递的最大转矩、发动机输出转矩的限制;最终得到起步过程的不同阶段中,离合器传递转矩随分离轴承位置的变化关系。此外,为了便于对起步性能进行观察,还建立了发动机转矩模型和车辆行驶阻力矩模型。为了保证车辆起步的快速性和平顺性,首先通过分析车辆起步性能的各个评价指标和影响因素可知,对起步性能的控制可以归结为对离合器传递转矩的控制,即对离合器分离轴承位移的控制。由于车辆起步时对离合器的控制属于多目标的控制问题,所以更加适合采取最优控制算法。本文构建了关于滑摩时间、滑摩功和冲击度的车辆起步综合性能泛函,选定控制变量,采用极小值原理求解,设计了离合器在起步过程中的线性二次型最优控制器。但最优控制中的权系数,在以往的文献中都是由设计者主观自行选定的,没有明确依据,所以为了研究权系数对车辆起步性能的影响,先通过层次分析法确定了极端驾驶员风格下权系数的边界值,然后通过大量仿真试验研究了权系数在边界值内变化时对车辆起步性能评价指标的影响情况,为起步过程中的离合器控制对驾驶员风格的自适应做了铺垫。本文研究的是车辆起步时对离合器的控制,通过正交试验选出对起步意图影响最大的三个因素作为短时意图识别模型的输入,建立模糊逻辑模型对起步意图进行识别及量化;由于现有基于起步意图的起步控制策略的不足之处,本文采用驾驶员风格作为控制器设计的依据,在驾驶员风格识别模型的基础上提出用起步意图修正驾驶员风格的方法,并以修正后的驾驶员风格作为起步控制的依据,设计驾驶员风格自适应的最优控制器,获得能够自适应驾驶员不同风格的离合器分离轴承控制规律,进一步得到不同风格驾驶员需求的车辆性能。通过仿真试验验证了所设计控制器的有效性。

关键词：离合器起步控制最优控制驾驶员风格自适应

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考虑驾驶员风格的自适应巡航控制策略研究

考虑驾驶员风格的自适应巡航控制策略研究

作者：初建圳长安大学

学位级别：硕士

自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control,ACC)作为ADAS的重要分支,对行车安全性和交通效率的提高、燃油经济性的改善以及缓解驾驶员驾驶疲劳等方面起到了关键作用。目前,虽然具备ACC基本功能的产品已经形成成熟的系统架构,但多数... 详细信息

自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control,ACC)作为ADAS的重要分支,对行车安全性和交通效率的提高、燃油经济性的改善以及缓解驾驶员驾驶疲劳等方面起到了关键作用。目前,虽然具备ACC基本功能的产品已经形成成熟的系统架构,但多数没有考虑驾驶风格差异对ACC系统的影响。因此,本文通过将驾驶员风格因素融入到系统设计中,开展自适应巡航控制策略优化研究。主要包括以下研究内容:(1)针对ACC系统整体控制方案进行设计,将系统整体划分为感知层、决策层和执行层,同时在决策层中将驾驶员风格因素融入到系统设计中,并设计ACC系统工作模式切换逻辑;然后基于Carsim建立整车动力学模型,包括发动机模型和自动变速器模型;最后,建立整车逆纵向动力学模型,包括驱动与制动力控制策略、逆发动机模型、逆制动器模型等,为仿真试验提供模型基础。(2)利用实车数据采集平台获取的驾驶员在不同车速跟车工况下的驾驶数据,选取驾驶员每次进入稳态跟随阶段的跟车时距TH、稳态跟车后首次制动时刻碰撞时间倒数TTCi和停车间距d作为驾驶员驾驶特性特征值。通过对驾驶数据分析提取所有驾驶员驾驶特征参数,利用K-means算法进行驾驶员特性特征值的聚类分析,将驾驶员分为谨慎型、适中型和激进型三类,并对每类驾驶员驾驶特征参数进行分析,最后搭建BP神经网络对驾驶员风格进行辨识。(3)根据分析得到的不同风格驾驶员跟车时距以及停车间距,并基于固定车间时距算法,考虑前车和主车相对车速的影响,设计安全距离模型。同时,基于模型预测控制算法,以跟随性以及驾驶舒适性等优化目标,建立目标函数,并考虑不同风格驾驶员纵向加速度范围,使用硬约束和软约束相结合的方式将控制量控制在合理范围内,最终将约束MPC优化求解问题转化为带约束的二次规划问题以方便求解。(4)基于Matlab/Simulink和Car Sim进行联合仿真平台搭建,建立定速巡航、跟随巡航、旁车切入、前车切出四种工况进行仿真试验。通过对不同驾驶人风格的控制策略进行联合仿真,从安全性和跟随性两方面对本文建立的ACC系统控制策略的效果进行验证分析。

关键词：自适应巡航控制策略驾驶员风格模型预测控制分层控制 Carsim/Simulink联合仿真

考虑驾驶员风格的车辆换道轨迹规划及跟踪控制研究

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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：蓟仲勋湖南大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

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复合电源混合动力汽车层次能量管理策略研究

机械科学与技术 2023年

作者：徐钦禹伍世虔李世龙陶斯伽陶友传武汉容芯能动电气有限公司武汉科技大学信息科学与工程学院

以锂电池和超级电容组成的复合电源系统可有效降低混合动力汽车(Hybrid electric vehicles，HEV)行驶油耗和锂电池寿命衰减。为了进一步提高上述性能，本文提出一种基于行驶工况和驾驶员风格识别的层次能量管理策略。该策略分为上层发... 详细信息

以锂电池和超级电容组成的复合电源系统可有效降低混合动力汽车(Hybrid electric vehicles，HEV)行驶油耗和锂电池寿命衰减。为了进一步提高上述性能，本文提出一种基于行驶工况和驾驶员风格识别的层次能量管理策略。该策略分为上层发动机和下层复合电源能量管理策略。在发动机能量管理策略中引入工况识别技术，并根据所识别工况选择发动机运行策略，合理分配发动机功率Pe和复合电源需求功率Pm，以使发动机运行在最佳工作点。在复合电源能量管理策略中引入驾驶员风格和复合电源信息对低通滤波器滤波系数在线调整，通过低通滤波器将复合电源功率分解为锂电池低频和超级电容高频功率，以减少对锂电池的冲击和寿命衰减。将策略模型嵌入到ADVISOR仿真软件中，仿真结果表明，相对于采用传统模糊策略的复合电源HEV，本文提出的层次能量管理策略在综合循环工况下油耗降低5.82%、锂电池寿命里程提高9.65%，有效提高车辆综合性能。

关键词：复合电源系统混合动力汽车工况识别驾驶员风格层次能量管理策略

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道路交叉口车车协同运行控制策略与仿真研究

道路交叉口车车协同运行控制策略与仿真研究

作者：王丹萍天津职业技术师范大学

学位级别：硕士

近年来,“智慧交通”和“智能网联汽车”逐渐成为智慧交通发展的新风口,如何提高无信号控制交叉口的行车安全和通行效率,是车车协同运行控制研究的重点之一。基于此背景,本文针对无信号控制交叉口车车协同运行控制策略深入研究,基于路... 详细信息

近年来,“智慧交通”和“智能网联汽车”逐渐成为智慧交通发展的新风口,如何提高无信号控制交叉口的行车安全和通行效率,是车车协同运行控制研究的重点之一。基于此背景,本文针对无信号控制交叉口车车协同运行控制策略深入研究,基于路况特征、车辆行为数据、车间数据分析驾驶员风格,提出了一种博弈通行决策冲突消解方法,从通行安全、效率、舒适的角度考虑,建立目标收益函数,选用纳什均衡对策略组合的整体收益分析验证,论文主要工作如下:（1）首先是分析了车车协同控制的车载系统以及实车实验硬件的需求分析,为了更加直观展现车车/车人的信息交互,通过人机交互界面,以文字、图像、颜色、和声音等媒介实现车车/车人的信息交互共享。（2）其次根据交叉口车车冲突的现象对冲突类型进行分类,依据我国现有对无信号交叉口交通安全法为基准建立行车规则库,以双向两车道的典型十字形交叉口为场景,以东西向和南北向车辆交叉冲突为研究对象,建立了冲突检测流程和模型,对冲突检测结果进行分析。（3）对冲突严重程度进行界定,选取参与博弈的要素,结合道路类型不同对驾驶员产生的冲击度不同,对驾驶员的风格进行分析。提出了博弈通行决策算法,考虑车辆的行车安全、效率、舒适建立目标收益函数。根据驾驶员的风格不同,对无信号控制交叉口的冲突消解策略进行改进,通过完全信息动态重复博弈,利用纳什均衡得出最优策略组合,调节车速让车辆不停车驶过交叉口,提高车辆在无信号控制交叉口的通行效率。（4）基于PreScan和Simulink平台联合仿真验证,用Pre Scan设计十字型无信号控制交叉口为实验场景,用Simulink搭建博弈通行决策模型,根据参与博弈的驾驶员风格不同分析每个策略的收益水平,以东西向和南北向（保守型）车辆冲突为例,与占先度冲突消解算法对比分析。仿真结果表明,本文提出的基于完全信息动态博弈的控制方法能引导车辆不停车穿过交叉口,消解交叉口潜在的冲突,缓解交通拥堵现状,提高无信号控制交叉口车辆通行能力。

关键词：智能网联汽车驾驶员风格博弈通行决策冲突消解

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离合器最优控制权系数变化对车辆性能的影响

汽车工程 2019年第5期41卷 550-555页

作者：金辉于倩北京理工大学智能车辆研究所北京100081

AMT车辆起步时的离合器控制问题是多目标控制问题,所以采用多目标约束下的代价函数最小为目标的最优控制策略,理论上更适合AMT车辆的起步控制。但最优控制中的权系数,在以往文献中都是由设计者主观自行选定,没有明确依据,为此,本文中进... 详细信息

AMT车辆起步时的离合器控制问题是多目标控制问题,所以采用多目标约束下的代价函数最小为目标的最优控制策略,理论上更适合AMT车辆的起步控制。但最优控制中的权系数,在以往文献中都是由设计者主观自行选定,没有明确依据,为此,本文中进行了权系数变化对车辆起步性能影响的研究。首先,建立了离合器模型,采用最优控制算法,针对由滑摩时间、冲击度和滑摩功构建的车辆起步综合性能泛函,设计了线性二次型调节器;其次,通过层次分析法,根据极端驾驶员风格确定了权系数变化范围;最后,通过大量仿真实验,分析了当权系数变化时,车辆各个起步性能指标随之变化的情况。

关键词：离合器最优控制权系数层次分析法驾驶员风格

基于预测恒定车头时距策略的自适应巡航控制研究

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汽车工程学报 2023年第5期13卷 695-704页

作者：周春国曾志成毛锦西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048

为了进一步提高车辆跟车过程中的跟踪性、安全性、舒适性和燃油经济性,针对已有间距策略表现过于保守或反应过于激烈等不足之处,提出了一种预测恒定车头时距策略。该策略考虑了相对加速度,建立了一种预测型期望车间距模型,进而应用于模... 详细信息

为了进一步提高车辆跟车过程中的跟踪性、安全性、舒适性和燃油经济性,针对已有间距策略表现过于保守或反应过于激烈等不足之处,提出了一种预测恒定车头时距策略。该策略考虑了相对加速度,建立了一种预测型期望车间距模型,进而应用于模型预测控制的多目标自适应巡航控制系统中,能进一步提高模型预测控制对多个控制目标的综合协调能力。搭建上层控制器、下层PID控制器、油门制动切换、逆纵向动力学模型。在多工况下仿真,通过建立性能评判指标对多目标进行量化分析。结果表明,所提出的间距策略在保证安全性的前提下,提升了自适应巡航控制系统的综合性能。在不同驾驶风格的车头时距下,跟踪性、舒适性和燃油经济性均有良好表现。

关键词：间距策略模型预测控制多目标自适应巡航控制驾驶员风格

基于纯电动物流车的城市配送车辆路径问题研究

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基于纯电动物流车的城市配送车辆路径问题研究

作者：宋稚雅北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着城市配送的快速发展和城市物流配送车辆的不断增加,城市环境污染和交通拥堵问题日益突出,“绿色物流”成为城市配送转型的目标和方向,纯电动物流车成为替代传统燃油货车解决城市配送需求和环保问题的首选运输工具。我国从党... 详细信息

近年来,随着城市配送的快速发展和城市物流配送车辆的不断增加,城市环境污染和交通拥堵问题日益突出,“绿色物流”成为城市配送转型的目标和方向,纯电动物流车成为替代传统燃油货车解决城市配送需求和环保问题的首选运输工具。我国从党中央到地方政府,再到城市配送的主要服务提供商,都在积极推广纯电动物流车的应用。多数城市对纯电动物流车开放路权,允许车辆在全天任意时段均可进入。然而,由于纯电动物流车仍处于初级发展阶段,电池技术、充电技术以及充电配套设施建设还不成熟,导致其城市配送的实际运营效率还远远比不上传统燃油货车。现阶段,有限的动力电池技术导致纯电动物流车的标定续驶里程普遍较短,再加上城市交通拥堵、载货量、司机操纵特性、外界环境等因素的复杂影响,导致其实际续驶里程小于标定续驶里程。因此,一方面为保障车辆安全正常行驶,车辆在整个配送过程中必须满足电量约束;另一方面为提高车辆配送效率,车辆须根据实际情况及时进入充电站充电。然而,现阶段面向纯电动物流车的社会专用/公共充电设施的数量较少,且布局还不完善,导致车辆充电比较困难,有限的充电技术导致充电时间普遍偏长。因此,为提高纯电动物流车的城市配送效率,本文对基于纯电动物流车的城市配送车辆路径问题(EVRP)进行了如下研究:(1)对纯电动物流车应用于城市配送的主要特征进行分析,得出车辆行驶网络具有时变性、驾驶员风格显著影响耗电量、排队等待充电且充电时间较长、整体动力性能不足的主要特征,然后分别针对各特征展开关于EVRP的具体分析,为后续建立EVRP模型提供依据。(2)基于特征分析结果对EVRP的重要行驶参数和充电参数进行计算,并结合车辆动力性能不足的特点,对载重约束和电量约束进行适当调整;最终建立时变网络下、考虑驾驶员风格影响耗电量、允许车辆中途充电、考虑排队时间差异性、带时间窗的单车场单车型EVRP模型,并设计相应的蚁群算法进行求解。(3)利用北京某新能源物流公司的示范运营数据进行实例分析,运用蚁群算法得出最佳配送路线,同时优化送货路线和充电路线;分别对交通网络状态、驾驶员风格、充电策略这三个因素,对案例中EVRP的求解结果进行敏感性分析,并根据分析结果为该物流企业的实际运营提供合理的优化建议。

关键词：城市配送纯电动物流车车辆路径问题时变网络驾驶员风格充电需求