駕駛員方向控制模型及在汽車智能駕駛研究中的應(yīng)用

蔣海

【摘要】本文對(duì)于駕駛員方向控制模型及其在汽車智能駕駛研究中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討分析，從駕駛員本身的駕駛特征入手，構(gòu)建起了相應(yīng)的方向控制模型，通過(guò)開展實(shí)際的研究，我們可以發(fā)現(xiàn)模型能夠很大程度上反映出駕駛員對(duì)于汽車行駛方向控制的實(shí)際水平，重視做好這一方面的研究，能夠?yàn)楹罄m(xù)智能駕駛工作的開展提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】駕駛員 ?方向控制模型 ?汽車智能駕駛 ?應(yīng)用分析

一、駕駛員駕駛過(guò)程中的控制行為特性

（一）信息感知

駕駛員需要通過(guò)自我感覺以及其他方式獲得汽車運(yùn)行的信息以及道路交通的信息。例如，前方道路的寬窄、道路的平整度、是否存有障礙物、后面是否有行人通過(guò)等，駕駛員還可以通過(guò)車速表和路感來(lái)掌握汽車的運(yùn)行速度和加速度等信息。通過(guò)這些信息能夠更好地保障駕駛?cè)藛T的安全駕駛。

（二）軌跡決策

駕駛員在獲得一系列的駕駛信息之后，通過(guò)簡(jiǎn)單的分析，就能夠做出汽車預(yù)期行駛軌跡的掌控。首先，駕駛員能夠通過(guò)所掌握的信息對(duì)于汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，判定前方道路是否可以順利通行，然后在頭腦當(dāng)中形成預(yù)期的軌跡點(diǎn)，通過(guò)自身的一些主觀判斷，包括對(duì)于所駕駛汽車的了解程度、駕駛經(jīng)驗(yàn)的積累、個(gè)人的性格特征、駕駛的疲勞性等，在遵循交通法規(guī)的前提下，決策出理想的汽車預(yù)期軌跡點(diǎn)。

（三）操作校正

駕駛員依據(jù)決策所判定的理想軌跡雖然能夠有效規(guī)避許多問(wèn)題，在充分考慮到汽車本身的特性以及駕駛員反應(yīng)的滯后性等因素的前提下，我們還需要對(duì)于理想軌跡進(jìn)行適當(dāng)?shù)募m正，從而獲得更具科學(xué)性和合理性的操作量，以此來(lái)制定合理的操作動(dòng)作。

總體來(lái)說(shuō)，我們可以將駕駛員的駕駛行為視為反復(fù)開展的信息感知、軌跡決策以及操作校正幾個(gè)環(huán)節(jié)，確保汽車安全行駛至目的地。立足于這一基礎(chǔ)之上，以駕駛員的行為特征為參考所構(gòu)建起的智能駕駛系統(tǒng)，就是一個(gè)能夠集合以上所說(shuō)幾大環(huán)節(jié)的自動(dòng)化管控系統(tǒng)。

二、駕駛員方向控制模型的構(gòu)建

（一）信息感知模型的構(gòu)建

這一部分模型的構(gòu)建應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)對(duì)于汽車在駕駛過(guò)程當(dāng)中如何收集和運(yùn)用有效的駕駛信息進(jìn)行研究。具體來(lái)說(shuō)，主要包括如何運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息的采集，以及通過(guò)傳感器獲得汽車所在方位的信息。在獲得足夠可靠的道路交通信息以后，我們還需要依照實(shí)際情況對(duì)于所得信息進(jìn)行處理，將其完全能夠轉(zhuǎn)化為對(duì)于汽車正常運(yùn)行起到合理管控作用的參數(shù)信息。

（二）軌跡決策模型的構(gòu)建

對(duì)于具備較為突出智能化特征的駕駛系統(tǒng)而言，軌跡決策模型的構(gòu)建應(yīng)當(dāng)充分考慮到整體軌跡決策以及部分軌跡決策兩大環(huán)節(jié)。所謂整體軌跡決策，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是指駕駛員依據(jù)當(dāng)前階段已經(jīng)完成的駕駛?cè)蝿?wù)以及已有的交通環(huán)境地圖構(gòu)建起相應(yīng)的具有參考性質(zhì)的行駛路線。舉例來(lái)說(shuō)，我們可以依照出發(fā)地到目的地之間距離的長(zhǎng)短等約束性信息來(lái)做出整體行駛路線的制定。部分軌跡決策則是指在立足于整體軌跡決策的基礎(chǔ)之上，所形成的能夠感知到的局部交通環(huán)境信息，包括駕駛員行駛區(qū)域的實(shí)際情況，從而有針對(duì)性地制定出汽車處于當(dāng)前階段下的行駛軌跡。針對(duì)這一問(wèn)題，我們需要對(duì)于駕駛員依據(jù)前方道路信息決策出的軌跡情況進(jìn)行深入的分析，并通過(guò)仿真計(jì)算的方式對(duì)于行駛軌跡的可靠性進(jìn)行判定。值得注意的是，想要充分了解已經(jīng)構(gòu)建起的軌跡情況，是否具備可靠性，我們就需要構(gòu)建起相應(yīng)的模型決策評(píng)價(jià)指標(biāo)以此為依據(jù)，進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)充分掌握可行汽車預(yù)期軌跡點(diǎn)的待決策情況，能夠幫助相關(guān)研究人員對(duì)于不同方向盤轉(zhuǎn)角軌跡的決策點(diǎn)以及汽車的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行掌握。通過(guò)構(gòu)建起與之相關(guān)的模糊決策評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠在已有的決策集合當(dāng)中選出最具實(shí)用性和可靠性的決策方案。

為實(shí)現(xiàn)全方位的把控，我們還需要對(duì)于道路的特征情況以及駕駛員本身的身體素質(zhì)情況進(jìn)行把控，分別構(gòu)建起駕駛安全性指標(biāo)模型和駕駛輕便性指標(biāo)模型。在駕駛安全性指標(biāo)這一方面，我們主要以駕駛員對(duì)道路實(shí)際情況的判定作為基礎(chǔ)指標(biāo)，具體包括道路的寬窄情況以及道路的曲折情況等。一般來(lái)說(shuō)，駕駛員在駕駛汽車時(shí)，通常會(huì)先保證汽車能夠行駛于路面之上，盡可能的居中，不要過(guò)于貼近兩側(cè)邊界。如果道路的路面相對(duì)寬闊，那么則意味著預(yù)期軌跡的選擇區(qū)域也會(huì)隨之增大，此時(shí)駕駛員對(duì)于駕駛的安全性的重視程度會(huì)相對(duì)于在狹窄路面上進(jìn)行駕駛時(shí)較差。而道路的曲折情況則會(huì)對(duì)于駕駛員汽車航向角的考慮產(chǎn)生影響，大多數(shù)時(shí)候駕駛員都會(huì)通過(guò)努力使汽車的航向角與道路的曲折變化情況保持一致。依據(jù)上述分析，我們可以構(gòu)建起較為完備的行駛安全性指標(biāo)。在駕駛輕便性這一方面，作為駕駛?cè)藛T通常較為厭煩進(jìn)行復(fù)雜的操作，會(huì)盡可能的在可靠駕駛的前提下減少駕駛操作，從而最大程度上削弱駕駛負(fù)擔(dān)。通過(guò)對(duì)于駕駛負(fù)擔(dān)這一方面的因素進(jìn)行考慮，我們可以將其轉(zhuǎn)化為駕駛輕便型目標(biāo)。方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)越少，對(duì)于駕駛?cè)藛T來(lái)說(shuō)，駕駛工作的壓力越輕;反之，如果方向盤頻繁轉(zhuǎn)動(dòng)則意味著駕駛員所承擔(dān)的駕駛壓力越繁重。以此為依據(jù)便能構(gòu)建起相應(yīng)的輕便性指標(biāo)模型。

（三）操作校正模型的構(gòu)建

在進(jìn)行這一部分的模型構(gòu)建時(shí)，我們主要需要借助駕駛員預(yù)瞄最優(yōu)曲率模型的作用。通常情況下駕駛員所遵循的汽車行駛軌跡與預(yù)期軌跡越相符合，則意味著汽車預(yù)期軌跡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的理想軌跡更具可靠性。與此同時(shí)，為了避免因駕駛員反應(yīng)時(shí)間差和汽車運(yùn)行反應(yīng)滯后所造成的判定誤差問(wèn)題，我們還需要在獲得理想的最優(yōu)側(cè)向加速度之后，重新串聯(lián)一個(gè)微分校正環(huán)節(jié)模型。

由于車輛在行駛于不同路況時(shí)，駕駛?cè)藛T所給定的駕駛操作反應(yīng)會(huì)有所不同，因此在較短的時(shí)間內(nèi)，我們難以實(shí)現(xiàn)對(duì)于全部路況情況下駕駛員方向控制模型的構(gòu)建。于是我們提倡能夠充分考慮到常規(guī)道路的實(shí)際條件情況，構(gòu)建起具備較為突出普遍性的數(shù)字仿真模型，從而為汽車智能駕駛研究工作的開展起到一定的輔助性作用。

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