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、駕駛員駕駛過程中的控制行為特性

（一）信息感知

駕駛員需要通過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等，駕駛員還可以通過車速表和路感來掌握汽車的運(yùn)行速度和加速度等信息。通過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，以此來制定合理的操作動(dòng)作。

總體來說，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。具體來說，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)單來說，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。舉例來說，我們可以依照出發(fā)地到目的地之間距離的長短等約束性信息來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。一般來說，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來說，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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