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1、#64#人类工效学2001年3月第7卷第1期文章编号:1006-8309(2001)0064-05汽车驾驶员模型12王家波,张成宝(1.烟台一汽)大宇发动机有限公司,山东烟台264000;2.上海采埃孚转向机有限公司,上海201821)摘要:汽车驾驶员模型是研究人-车-环境系统中重要的一部分,文章在以前研究的基础上提出了一种符合人的特性的驾驶员PID模型,并进行了仿真计算,结果表明该模型与实际有较好的一致性。关键词:操作稳定性;驾驶员;PID控制+中图分类号:U467.13文献标识码:A1概述究了驾驶员着眼一段路,使汽车在一段路内误差
2、汽车操纵稳定性的研究至少已经有50多年最小来确定方向盘转角。同时考虑了汽车的动态的历史。目前,对汽车本身的研究已相当深入。响应特性与驾驶员的反应滞后,将驾驶员反应滞电子计算机的发展和对轮胎特性的深入研究,使后分为神经系统的反应滞后与驾驶员手臂和方向得已经有可能对汽车的动态响应作相当全面和逼盘反应滞后加以研究,用预测-跟随系统理论确定真的仿真。人们提出了自由度越来越多的数学力校正函数。本文建立的驾驶员模型吸取它的精学模型。然而,一个关键的问题是由于人们对驾华,即模型中考虑驾驶员前视作用,而且以最小道驶汽车的驾驶员的特性缺乏基本的认识,只
3、知道路误差原则作为建立统一的驾驶员模型的根据。汽车对一定方向盘输入的响应如何,却很难断定驾驶员模型采用经典的PID控制模型,模型中只整个汽车-驾驶员系统的性能,导致不同评价指标包含比例、积分、微分控制增益,因而模型控制参所得出的结论不一致,甚至互相抵触。数较少,实现比较容易,只要将3个参数设定合2汽车驾驶员PID控制模型适,就可得到比较满意的结果。人们对驾驶员模型进行了研究,提出了几种驾驶员控制车辆时,不仅可以判断出车辆相/最优预瞄闭环控制0模型。其中郭孔辉院士提出对绝对空间的横向位移,而且可以判断出车辆的的/预瞄最优曲率模型0和/预
4、测-跟随系统理论0方位,即横摆角,如图1所示,图中,y为车辆的横是目前精度比较高的驾驶员模型。它首先基于单向位移,H为车辆的横摆角,L是驾驶员预瞄距离,点预瞄假设和最优曲率控制原则,根据前方轨道yoL是前视预瞄点处的预定轨迹的横向位移,若H的一点信息和汽车的行驶状态来估计达到预期点较小,则预瞄点处车辆与预定轨迹的轨迹偏差为:的误差,来确定一个合适的方向盘输入。然后研e(t)=y+LH-yoL(1)图1按预定轨迹行驶的受控车辆驾驶员受到某种刺激(轨迹偏差输入)后作出相应作,即微分动作;此外,当汽车偏离中心点时,人可的动作,对人来说最简单
5、的控制动作就是把信号改变其运动状态寻找中心点,输出与输入信号积成比例地变成输出信号,即比例动作;另外,人还分成比例的信号,即积分动作。将上述3个动作能够预测分析输入信号的变化率来产生相应的动组合起来就是本文提出的驾驶员预瞄PID模型。人类工效学2001年3月第7卷第1期#65#PID控制就是对误差信号进行加权、积分与微分3模型仿真与验证运算,最后将其和送给受控对象,以完成整个控制以上建立了整个车辆系统的数学模型,为了过程。PID控制器的传递函数为:验证以上所建立的模型,进行了几种典型工况的1仿真,并与试验结果进行比较。主要进行了以下G
6、c(s)=Kp(1++TDs)(2)T1s4种工况的仿真:驾驶员预瞄PID模型如图2所示,在驾驶员(1)方向盘角阶跃输入;模型控制中,轨迹偏差信号经过PID控制器运(2)车辆跟踪单移线行驶;算,将合适的方向盘转角送给汽车,使其按预定的(3)车辆跟踪双移线行驶;轨迹行驶。在驾驶员PID控制中,主要确定Kp、(4)车辆跟踪蛇形线行驶。T1和TD3个参数。如果整定合适的PID参数,第1种工况是考察车辆在开环控制下车辆的那么受驾驶员控制的车辆将会比较准确地按预定瞬态和稳态响应,后3种工况是考察车辆的闭环轨迹行驶。行驶性能,全面验证整个车辆模型
7、的准确度。图2驾驶员PID预瞄模型3.1方向盘角阶跃输入汽车在等速行驶时,在前轮角阶跃输入下,汽车经过短暂的瞬态响应后就进入稳态响应,稳态响应就是等速圆周行驶。在车速为20m/s下,将前轮输入角为0.12rad进行车辆的行驶仿真,图3和图4分别为横摆角速度的瞬态响应和稳态响应时的行驶轨迹。其中,图4的理论值为LR=(3)d-(A1-A2)式中,L为轴距,d为前轮转向角,A1、A2分别为前后轮侧偏角的绝对值,单位为rad。从图中可以看出,汽车横摆角速度经过短暂图4车辆的稳态行驶轨迹的过渡过程后达到稳态横摆角速度,车辆进入稳值非常接近,而
8、且和实际行驶过程相一致。这说态行驶阶段,从车辆的行驶轨迹图上可以看出车明前面建立的车辆模型能够一定程度地反映车辆辆的行驶轨迹基本上为一圆周运动,与理论计算[2]行驶的运动特性。3.2跟踪单移线行驶单移线行驶是为了模拟车辆
