多車協作駕駛縱向控制動力學建模與仿真研究

《多車協作駕駛縱向控制動力學建模與仿真研究》是依託長沙理工大學，由杜榮華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多車協作駕駛縱向控制動力學建模與仿真研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：杜榮華
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

多車協作駕駛能顯著提高交通安全與效率，本項目將研究其縱向控制動力學建模與仿真問題。首先，研究多車協作駕駛車輛的非線性動力學特性，解析多前車干擾下的交通系統失穩機理，提出干擾解耦控制方法；其次，分析個體車輛與協作駕駛車輛的聚合與解聚行為，揭示多源信息刺激和干擾下的駕駛員任務聚集對駕駛行為決策的影響規律，提出駕駛員不確定性參數估計方法,構建能體現不同交通個體間競爭與合作關係的縱向控制動力學集成模型及一體化的駕駛員模型；然後，基於多領域統一建模理論進行協同仿真分析，最佳化多車協作駕駛車輛的縱向控制邏輯；最後，研究多車協作駕駛行為的形式化描述與模型映射方法，開發基於多Agent的多車協作駕駛模擬實驗系統，仿真和實驗研究多車協作駕駛車輛在不同干擾作用下的動靜態特性。本項目研究對促進車輛動力學的發展，加快多車協作駕駛技術套用和產業化的步伐，提高其縱向控制系統的工作效率和可靠性等具有重要的學術和套用價值。

結題摘要

本項目立項三年多來經過項目組全體成員和學生的共同努力，取得了一些研究成果，基本上完成了計畫研究任務和實現了預期研究目標。 在多車協作駕駛車輛 Agent 形式化描述與模型映射方法及仿真實驗研究方面，項目已經建立了基於CarSim/Matlab的多車駕駛動力學仿真、基於SUMO/Matlab多車行駛交通仿真、基於智慧型縮微車的半實物行駛仿真的三個平台。相關平台解決了多車協作縱向控制動力學從超微觀仿真（汽車動力學建模）到微觀仿真（多車縱向動力學、駕駛行為建模、局部交通影響分析）的仿真難題,有效的降低了多車狀態下的駕駛行為識別模型和多車縱向控制模型驗證難度。在此基礎上，項目組還構建了實車驗證平台，第一代為項目組研製的四輪轂驅動電動汽車，第二代為項目組對眾泰-雲100電動汽車的改裝，目前改裝後的車輛能夠運行，下一步將在該平台上增加協作駕駛功能進行實車實驗。 在多車協作駕駛縱向控制動力學建模方面，項目建立基於Matlab的傳動、輪胎以及方向盤、剎車、油門相應的經典數學模型，並與車間跟隨模型進行映射和最佳化。項目提出了根據車輛基本靜態參數和實時數據，結合車輛縱向動力學標定車輛跟車模型的相關參數的方法（如車輛最大加速度、減加速度、操控延遲時間）。根據標定後的動力學模型和跟車模型預測車輛的狀態，在全自動駕駛狀態下，項目採用PID控制方法和預測控制方法，在Carsim/SUMO仿真平台上都取得了比較好的控制效果。 在駕駛行為建模方面，除建立了跟車微分動態模型外，項目還基於動態貝葉斯網路、支持向量機模型以及與前車和頭車速度差等特徵提出駕駛員狀態識別方法，結果顯示二種方法都能有效的識別駕駛員的各種狀態，而動態貝葉斯網路能夠在輸入數據有誤差的情況下，也能夠有效的識別出異常狀態。 在多前車干擾下的交通系統失穩機理與縱向干擾解耦控制方面，項目針對交通燈以及非合作等異常駕駛員對車隊以及局部交通狀態影響進行了分析和給出緩解策略。結合駕駛行為識別和縱向控制模型。項目提出了基於車流平均速度的車隊到達交通燈的時間計算方法和二步走的混合切換速度間隔控制方法，提供車輛和車隊控制的平穩性和安全性。