基于点云目标检测的路考智能评判系统研究

针对现有科目三路考评判系统需要依靠人工辅助完成项目评判，以致评判主观性较强且准确性不高的问题，文中利用激光雷达的高测距精度特性，提出一种基于点云目标检测的路考智能评判系统。该系统分为目标检测和智能评判两个模块，目标检测模块针对路考场景三维点云数据设计预处理、滤波、聚类、后处理和包围盒/框的目标检测算法进行环境感知，智能评判模块针对直线跟车行驶、变更车道和行人闯入等场景设计路考评判规则，最后结合目标检测结果完成路考智能评判。为验证路考智能评判系统的有效性，在智能电动汽车平台上进行实车道路驾驶试验。试验结果表明，所提系统能实时、可靠地完成路考项目的自动评判，评判准确率可达0.945,22 m距离内的平均测距精度高于99.55%，且整体算法的平均耗时仅为3.655 ms，能够为智能化、安全化和公平化的路考提供一种有效的解决方案。     

一类基于轨迹预测的驾驶员方向控制模型

驾驶员方向控制模型在人-车-路闭环系统仿真、驾驶员辅助系统开发和智能汽车控制中具有重要作用。在假设驾驶员具有汽车轨迹预测能力的基础上,提出一类基于轨迹预测的驾驶员方向控制模型。分别假定汽车在将来一段时间内保持恒定的横摆角速度或横摆角加速度,并结合汽车状态参数预测汽车的行驶轨迹,采用期望式、增量式以及期望式与增量式集成的转角决策方法建立5种不同的驾驶员模型。在ve DYNA/Simulink联合仿真平台上对各驾驶员模型进行仿真试验,结果表明,增量式驾驶员模型表现出良好的路径跟踪精度和很强的鲁棒性,期望式模型的转向操纵更加平滑,而集成式模型则具备综合优势。在ve DYNA/Labview硬件在环实时试验台架上对所提出的驾驶员模型进行模拟试验,所得结论与仿真基本一致。     

基于人机共享和分层控制的车道偏离辅助系统

针对车道偏离辅助系统转向控制中的人机协同问题,提出一种人机共享的决策与控制方法。考虑驾驶员转矩、道路曲率及纵向车速,设计模糊控制器确定虚拟车道边界宽度,再根据车轮是否超出虚拟边界进行辅助控制决策。在此基础上根据车-路位置关系建立车辆预瞄处偏差的动态模型,设计LPV/H∞控制器跟踪车道中心线决定期望前轮转角。应用滑模观测器估计转向阻力矩,设计考虑驾驶员转矩和转向阻力矩的二阶滑模控制器决定辅助转矩,再由主权分配模块进一步对人机控制主权进行分配,实现辅助系统与驾驶员之间的共享控制。在veDYNA/Simulink联合仿真平台上对提出的控制方法进行仿真试验,仿真结果表明所提出方法在各种车速下均能有效避免车辆偏离车道,减少控制器对驾驶员的干预,人机冲突较小。建立基于veDYNA/LabVIEW的车道偏离辅助控制系统试验台架,对该方法进行硬件在环仿真试验,其结果表明该方法能有效辅助驾驶员通过复杂道路,获得较好地人机协调性能。     

考虑驾驶员操纵失误的车道偏离辅助人机协同控制

人机协同控制车辆是降低道路交通事故的重要手段之一,针对因驾驶员操纵失误而引发的车道偏离问题,提出一种基于人机协同的车道偏离辅助控制方法。采用模型预测控制设计的车道偏离辅助控制器可保证车辆在不同速度下稳定地跟踪车道线,通过求解跨道时间并设定其阈值有效触发车道偏离预警,控制辅助系统开启与关闭。根据驾驶员状态、车辆状态、车路相对位置关系实时决策驾驶员与辅助控制器协同控制因子,并由协同因子决定辅助系统的转向力矩。CarSim/Simulink环境下的联合仿真及基于CarSim/LabVIEWRT的硬件在环试验表明:与驾驶员单独操纵相比,基于人机协同的车道偏离辅助系统在避免车道偏离的同时使横向偏差有所减小;与无协同控制相比,人机协同降低了控制器对驾驶员操纵的干预,充分说明所提出的人机协同车道偏离辅助方法提高了车辆行驶的安全性及驾驶舒适性。     

考虑传感器与执行器故障的EPS主动容错控制

针对传感器及执行器故障对EPS助力性能的影响,提出一种EPS主动容错控制方法。建立含参数不确定性、传感器与执行器故障的EPS系统模型,将系统不确定性转化为故障估计误差系统的扰动,基于未知输入观测器及线性矩阵不等式推导故障估计误差系统稳定并对扰动具有鲁棒性的充分条件,采用LMI区域极点配置法提升故障估计性能;在此基础上,针对执行器故障设计控制律补偿容错控制算法,针对传感器故障设计信号重构容错控制算法。Matlab/Simulink环境下的仿真结果表明,当传感器与执行器单独或同时发生故障时,设计的故障估计算法均可较为准确地估计故障幅值,故障估计的误差较小;针对不同故障对助力性能的影响,提出的容错控制方法均可使故障EPS系统的助力性能有所恢复。基于LabVIEW PXI的硬件在环试验进一步验证容错控制应用于EPS系统的有效性,提升汽车转向行驶的安全性及可靠性。