隨著汽車的普及與發(fā)展,駕駛?cè)藬?shù)量逐年增加,其車輛駕駛水平呈現(xiàn)多樣化發(fā)展趨勢。面對相同的駕駛?cè)蝿?wù),具有不同駕駛經(jīng)驗或駕駛熟練度的駕駛員通常呈現(xiàn)不同車輛操控表現(xiàn)。如何在汽車的設(shè)計階段就考慮廣泛駕駛?cè)藛T的車輛操縱特點,保證汽車具有出色的易駕駛性能,以此實現(xiàn)廣泛駕駛員輕松、舒適以及出色的車輛駕駛表現(xiàn)是當前的研究熱點之一。此外,對廣泛駕駛?cè)藛T車輛操縱行為規(guī)律的準確把握對未來汽車智能化、人性化發(fā)展亦具有重要意義。本文旨在建立一種可以表征廣泛駕駛?cè)藛T車輛轉(zhuǎn)向操縱行為規(guī)律的數(shù)學(xué)模型,即考慮群體操縱特性的方向控制駕駛員模型(簡稱群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型),研究并揭示駕駛員群體操縱特性及其對車輛閉環(huán)跟隨性能的影響,以此為車輛的適應(yīng)人群能力評價提供了一種仿真分析手段。其中,駕駛員群體操縱特性的內(nèi)涵解釋為:廣泛駕駛?cè)藛T車輛駕駛過程中的操縱行為離散性與隨機性,其離散性表征由駕駛員駕駛經(jīng)驗或駕駛熟練度不同的操縱行為差異性,隨機性表征由于外界環(huán)境干擾與駕駛員自身生理心理偶然性等因素所引起的操縱行為不確定性。本文主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:1.典型駕駛員轉(zhuǎn)向控制行為建模。根據(jù)模型預(yù)測控制(簡稱MPC)理論對典型駕駛員的車輛轉(zhuǎn)向控制行為,包括道路預(yù)瞄、方向盤轉(zhuǎn)角決策以及方向盤操縱進行數(shù)學(xué)建模。在道路預(yù)瞄建模中,采用多點預(yù)瞄策略表征駕駛員觀察前方道路獲取期望路徑信息的過程;在方向盤轉(zhuǎn)角決策建模中,引入以等效側(cè)偏剛度為變量的線性二自由度車輛模型組表征駕駛員對于不同車輛動態(tài)特性的認知,并以此作為預(yù)測模型,制定了相應(yīng)MPC轉(zhuǎn)向控制規(guī)則;在方向盤操縱建模中,考慮了駕駛員神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的反應(yīng)滯后效應(yīng)并采用時間延遲環(huán)節(jié)表征該延遲特性。通過典型駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型研究,揭示了駕駛員車輛轉(zhuǎn)向任務(wù)中預(yù)瞄、決策以及執(zhí)行等行為特性,為考慮群體操縱特性的方向控制駕駛員建模奠定基礎(chǔ)。2.典型駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型求解。依據(jù)狀態(tài)空間法建立典型駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型的解析與數(shù)值求解方法。在解析法中,通過極值點求導(dǎo)獲得最優(yōu)解析方向盤轉(zhuǎn)角;在數(shù)值法中,建立了表征真實駕駛員生理限制等因素的約束條件,并采用一種原對偶-有效集二次規(guī)劃算法獲得最優(yōu)數(shù)值方向盤轉(zhuǎn)角。通過兩種算法在不同工況下的對比仿真分析,驗證了所述典型駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型的有效性,且明確了該模型數(shù)值解法在求解精度與速度方面的優(yōu)越性,為群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型解算奠定基礎(chǔ)。3.群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制行為建模。以典型駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型為基礎(chǔ),建立刻畫廣泛駕駛?cè)藛T操縱行為離散性與隨機性的數(shù)學(xué)模型。其中,以駕駛員對車輛狀態(tài)的認知特性為切入點,提出一種輪胎側(cè)偏角感知模型。該模型中,駕駛員對車輛側(cè)向動力學(xué)的認知行為被具體描述為一種對輪胎側(cè)偏角的感知行為,其感知輪胎側(cè)偏角為服從高斯分布的隨機變量,均值對應(yīng)當前采樣時刻的真實輪胎側(cè)偏角,方差表征駕駛員駕駛熟練度與車輛側(cè)向動力學(xué)非線性特性。最后,利用真實駕駛員雙移線車輛軌道數(shù)據(jù)對上述輪胎側(cè)偏角模型參數(shù)進行了辨識。4.群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型驗證與分析。利用Car Sim-MATLAB/Simulink聯(lián)合仿真手段,通過不同雙移線工況下仿真車輛軌道數(shù)據(jù)庫與真實車輛軌道數(shù)據(jù)庫包絡(luò)區(qū)域、車輛軌道誤差統(tǒng)計特征的對比分析,驗證了群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型的有效性,并據(jù)此對熟練駕駛?cè)巳�、一般駕駛?cè)巳旱能囕v轉(zhuǎn)向操縱行為規(guī)律進行分析。結(jié)果表明,在執(zhí)行某一相同車輛軌道跟蹤任務(wù)時,熟練駕駛?cè)巳合啾纫话泷{駛?cè)巳罕憩F(xiàn)更加精確且穩(wěn)定;此外,駕駛員車輛軌道跟蹤表現(xiàn)會隨著車輛側(cè)向動力學(xué)非線性的增加而降低。5.基于群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型的車輛易駕駛性能分析,即依據(jù)所提出的群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型,探索汽車操縱性能適應(yīng)駕駛?cè)巳耗芰Φ姆抡娣治龇椒�。首�?從駕駛安全與車輛閉環(huán)響應(yīng)兩方面構(gòu)建了人車閉環(huán)性能評價指標;其次,依據(jù)人車閉環(huán)仿真試驗建立了人車閉環(huán)性能評價指標數(shù)據(jù)庫,并通過閉環(huán)性能評價指標數(shù)據(jù)的概率分布與相關(guān)統(tǒng)計特性(均值與方差)分析明確了同一車輛其不足轉(zhuǎn)向適應(yīng)人群能力相較于過多轉(zhuǎn)向適應(yīng)人群能力更強;最后,通過對車輛質(zhì)心至后軸距離這一參數(shù)進行優(yōu)化實現(xiàn)了車輛在不足轉(zhuǎn)向特性條件下的最佳適應(yīng)人群表現(xiàn)。通過本文研究,實現(xiàn)了典型駕駛員車輛轉(zhuǎn)向任務(wù)中預(yù)瞄、決策以及執(zhí)行等行為特性的準確刻畫,建立了表征廣泛駕駛?cè)藛T操縱行為離散性與隨機性的數(shù)學(xué)模型,為數(shù)字化、智能化以及人性化的汽車設(shè)計開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：U491.25
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 駕駛員群體操縱特性內(nèi)涵解釋
    1.2 課題研究的提出
    1.3 駕駛員行為建模研究現(xiàn)狀
        1.3.1 人車路閉環(huán)操縱穩(wěn)定性駕駛員模型
        1.3.2 群體操縱駕駛員模型
        1.3.3 研究現(xiàn)狀總結(jié)
    1.4 課題研究工作
第2章 典型駕駛員轉(zhuǎn)向控制行為建模
    2.1 道路預(yù)瞄建模
    2.2 方向盤轉(zhuǎn)角決策建模
        2.2.1 車輛狀態(tài)認知建模
        2.2.2 車輛狀態(tài)預(yù)測建模
        2.2.3 方向盤轉(zhuǎn)角優(yōu)化建模
    2.3 方向盤操縱建模
    2.4 本章小結(jié)
第3章 典型駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型求解
    3.1 MPC解析解法
        3.1.1 初始狀態(tài)空間模型建模
        3.1.2 增廣狀態(tài)空間模型建模
        3.1.3 狀態(tài)變量與輸出變量預(yù)測
        3.1.4 極值點求解
    3.2 MPC數(shù)值解法
        3.2.1 目標函數(shù)構(gòu)建
        3.2.2 約束條件構(gòu)建
        3.2.3 約束條件軟化
        3.2.4 參數(shù)化約束變量
        3.2.5 二次規(guī)劃求解
    3.3 模型參數(shù)的獲取
        3.3.1 二自由度車輛模型參數(shù)獲取
        3.3.2 Uni Tire輪胎模型參數(shù)獲取
        3.3.3 等效側(cè)偏剛度參數(shù)獲取
        3.3.4 MPC控制模型參數(shù)獲取
    3.4 模型仿真驗證與分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制行為建模
    4.1 駕駛員群體操縱特性挖掘
    4.2 側(cè)偏角感知建模
        4.2.1 熟練駕駛員輪胎側(cè)偏角感知模型
        4.2.2 一般駕駛員輪胎側(cè)偏角感知模型
    4.3 模型參數(shù)獲取
        4.3.1 雙移線車輛軌道數(shù)據(jù)庫建立
        4.3.2 雙移線車輛軌道數(shù)據(jù)庫包絡(luò)曲線獲取
        4.3.3 基于“3σ”準則的輪胎側(cè)偏角感知模型變換
        4.3.4 模型參數(shù)辨識
    4.4 本章小結(jié)
第5章 群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型驗證與分析
    5.1 CarSim-MATLAB/Simulink聯(lián)合仿真平臺
        5.1.1 CarSim車輛動力學(xué)模型
        5.1.2 MATLAB/Simulink群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型
        5.1.3 CarSim-MATLAB/Simulink聯(lián)合仿真接口
    5.2 群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型仿真驗證
    5.3 基于群體駕駛員模型的駕駛員操縱行為規(guī)律分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 基于群體駕駛員轉(zhuǎn)向控制模型的車輛易駕駛性能分析
    6.1 車輛易駕駛性能分析方法概述
    6.2 人車閉環(huán)性能評價指標
        6.2.1 駕駛安全性評價指標
        6.2.2 車輛閉環(huán)響應(yīng)性評價指標
    6.3 車輛易駕駛性能分析
    6.4 基于車輛易駕駛性能的后軸距參數(shù)優(yōu)化
    6.5 本章小結(jié)
第7章 全文總結(jié)與研究展望
參考文獻
作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果
致謝

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本文編號：2862501