一种考虑人车冲突的协同转向控制方法技术

本发明专利技术提供了一种考虑人车冲突的协同转向控制方法，基于一种驾驶员和协同转向控制器同时在环的驾驶模式，该模式下当驾驶员控制目标与协同转向控制器控制目标不一致产生控制冲突时，通过构建博弈关系使得驾驶员与协同转向控制器实现博弈平衡来削减控制冲突程度；驾驶过程中驾驶员与协同转向控制器目标不一致产生控制冲突时，使得人车之间实现博弈平衡来保证车辆安全完成转向操作；在驾驶员和协同转向控制器目标不一致时通过预测对方的控制策略而采取自身最优的控制策略实现博弈平衡，改善了人机控制策略的冲突程度；重构驾驶员和协同转向控制器之间关系模型，使得驾驶员和协同转向控制器能够依据分配的驾驶权重实现控制策略的自动调整。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑人车冲突的协同转向控制方法
本专利技术属于汽车驾驶控制
，涉及一种人车协同驾驶方法，更加具体的来讲，涉及一种考虑人车冲突的协同转向控制方法。
技术介绍
随着车辆智能等级提高，驾驶员辅助系统的能力不断提升，在特定情况下甚至无需驾驶员干预完全控制车辆，但全域无人驾驶的实现是一个长期的过程，过早的应用无人驾驶系统会给交通安全带来巨大威胁。以目前世界汽车行业水准来看，人们认为司机应该将自己的手停留在方向盘上与驾驶辅助系统共同驾驶车辆，工业界和学术界正在努力设计更具合作性的驾驶员在环人车共驾辅助系统，这些系统与传统的辅助系统相比，其创新性在于人机共同控制车辆完成驾驶任务。驾驶员行为有着个性化难以预测的特征，行车过程中人车之间难免出现意图不一致，如何在人车目标不一致情况下，实现驾驶辅助系统和驾驶员之间实现最佳的低水平合作仍然是个挑战。
技术实现思路
本专利技术为解决驾驶员与协同转向控制器在目标不一致条件下的控制冲突问题，提出一种可以实现人车博弈平衡的协同转向控制方法。本专利技术所述的一种考虑人车冲突的协同转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑人车冲突的协同转向控制方法，基于一种驾驶员和协同转向控制器同时在环的驾驶模式，该种模式下当驾驶员控制目标与协同转向控制器控制目标不一致产生控制冲突时，通过构建博弈关系使得驾驶员与协同转向控制器实现博弈平衡来削减控制冲突程度，其特征在于，本方法具体步骤如下：/n步骤一、建立共驾车辆系统模型：/n建立大地坐标系：原点O固结于地面，X轴正方向为车辆初始运动方向，Y轴的正方向为X轴逆时针旋转90度方向；/n建立车辆坐标系：以车辆质心o为坐标原点，x轴的正方向为车辆前进的方向，y轴的正方向为x轴逆时针旋转90度方向；/n用车辆运动学模型表征车辆的操纵稳定性与车辆的侧向运动的关系，并用二自由度...

【技术特征摘要】
1.一种考虑人车冲突的协同转向控制方法，基于一种驾驶员和协同转向控制器同时在环的驾驶模式，该种模式下当驾驶员控制目标与协同转向控制器控制目标不一致产生控制冲突时，通过构建博弈关系使得驾驶员与协同转向控制器实现博弈平衡来削减控制冲突程度，其特征在于，本方法具体步骤如下：
步骤一、建立共驾车辆系统模型：
建立大地坐标系：原点O固结于地面，X轴正方向为车辆初始运动方向，Y轴的正方向为X轴逆时针旋转90度方向；
建立车辆坐标系：以车辆质心o为坐标原点，x轴的正方向为车辆前进的方向，y轴的正方向为x轴逆时针旋转90度方向；
用车辆运动学模型表征车辆的操纵稳定性与车辆的侧向运动的关系，并用二自由度车辆动力学模型表征车辆的操纵稳定性和车辆的横摆运动之间的关系，具体过程如下：
假定车辆是一个质量块，以车辆前轮作为转向轮，根据车辆运动学方程以及车辆运动的几何关系得到车辆的运动学模型如式(1)所示：



式中xo为车辆质心o的纵向位移，单位m；yo为车辆质心o的侧向位移，单位m；v为车辆质心的速度，单位m/s；r为车辆的横摆角速度，单位rad/s；ψ为车辆的航向角，单位rad；β为车辆的质心侧偏角，单位rad；
考虑到实际道路的曲率通常很小，车辆在实际行驶时航向角ψ同样可以认为是很小的，且实际车辆的质心侧偏角β变化范围也很小，所以有：sin(ψ+β)≈ψ+β，cos(ψ+β)≈1，当车辆匀速行驶时可以忽略纵向车速的影响，同时结合式(1)可以得到简化的车辆运动学模型，如式(2)所示：



本方法通过控制车辆的前轮转角来实现路径跟踪的目的，并且认为车辆保持匀速状态行驶，所以只需要考虑车辆的侧向运动，根据牛顿第二定律与力矩平衡关系，可得到如式(3)所示的二自由度车辆动力学模型：



式中vx为车辆质心处的纵向速度，单位m/s；Fyf为车辆前轮侧向力，单位N；Fyr为车辆后轮侧向力，单位N；m为车辆的质量，单位kg；Iz为车辆绕z轴的转动惯量，单位kg·m2；a为车辆质心o到车辆前轴的距离，单位m；b为车辆质心o到车辆后轴的距离，单位m；δf为车辆前轮转角，单位rad；
车辆实际的前轮转角δf通常在小范围内变化，可以近似认为：cosδf≈1，sinδf≈0，因此对式(3)进行简化，简化后的二自由度车辆动力学模型如式(4)所示：



车辆侧向轮胎力未达到饱和时，车辆侧向轮胎力Fy与轮胎侧偏角α可近似看作呈线性关系如式(5)所示：



式中Cf为车辆前轮的轮胎侧偏刚度，单位N·rad；Cr为车辆后轮的轮胎侧偏刚度，单位N·rad；αf为车辆前轮的轮胎侧偏角，单位rad；αr为车辆后轮的轮胎侧偏角，单位rad；
在车辆坐标系下，前轮的轮胎侧偏角αf和后轮的轮胎侧偏角αr有如式(6)的关系：



结合式(4)、式(5)和式(6)，整理可得式(7)：



驾驶员和协同转向控制器之间的驾驶权重α可以根据驾驶员的意愿进行提前设定,设定范围为0≤α≤1,驾驶员和协同转向控制器共同驾驶车辆时车辆前轮转角δf由两部分组成，驾驶员当前时刻决策出的前轮转角δh，协同转向控制器当前时刻决策出的前轮转角δa，后再按照式(8)给出的比例关系进行叠加执行到车辆的前轮：
δf＝αδh+(1-α)δa(8)
式中δa为当前时刻协同转向控制器前轮转角，单位rad；δh为驾驶员当前时刻前轮转角，单位rad；
结合式(2)、式(7)和式(8)，由于侧向车速相对于纵向车速较小可以近似看作v≈vx，整理可得共驾车辆系统模型如式(9)：



该共驾车辆系统模型选取车辆质心o的侧向位移yo作为人车协同转向系统的输出，同时选取人车协同转向系统的辅助前轮转角δa作为人车协同转向系统系统模型的控制输入，选取状态向量x＝[yoψβr]T，人车协同转向系统模型可被描述成如式(10)所示的状态空间形式：



其中A为系统矩阵，表示系统内部状态变量的关系；Ba为协同转向控制器的控制矩阵，表示协同转向控制器的输入变量如何控制状态变量；表示输出变量如何反映状态；Bh为驾驶员的控制矩阵，表示驾驶员的输入变量如何控制状态变量；C为输出矩阵，各个矩阵表达式如下：






C＝[1000]；
为了方便控制器设计，将式(10)的共驾车辆系统模型进行离散化得到离散化以后的共驾车辆系统模型如式(11)：



式中Cc＝C，Ts为采样时间，单位s；
步骤二、博弈平衡条件下人机协同控制策略设计：
驾驶员的决策过程与协同转向控制器类似，因此驾驶员和协同转向控制器均采用预测控制进行决策，当依据驾驶员的驾驶能力和驾驶习惯选定驾驶权重后，驾驶员通过一段时间的适应以后能够理解共驾车辆的特性和协同转向控制器辅助特性，在对协同转向控制器动作预测的基础上实现自身的决策；协同转向控制器能够实时采集驾驶员的驾驶信息，预测驾驶员未来的控制动作实现对驾驶员的辅助，驾驶员和协同转向控制器双方进行决策都是基于式(11)的离散化以...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊，郭洪艳，陈虹，高振海，戴启坤，胡云峰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22