基于博弈权限分配的人机横向共享驾驶规划与控制研究.pdfVIP

博士学位论文

ResearchonPlanningandControlofHuman-MachineLateral

SharedDrivingBasedonGameAuthorityAllocation

20235

摘要

摘要

基于博弈权限分配的人机横向共享驾驶规划与控制研究

人机横向共享驾驶作为汽车智能化发展过渡阶段的重要技术架构之一，其具有特

色的二元智能体闭环控制结构。作为人类智能体的驾驶员和机器智能体的自动化转向

系统可以共同分权地操纵车辆，以实现优于单一驾驶方独立操纵的驾驶效果并使得驾

驶员获得一定程度的收益。由于人机的共同参与，人机横向共享驾驶体现出的二元智

能体闭环控制问题在原有汽车智能化技术研究的基础上新增了人机协同层次的深入程

度问题、驾驶控制权限争夺（人机冲突）以及驾驶员对自动化转向系统的信任危机等

问题。

本文紧密围绕人机横向共享驾驶的二元智能体共同决策控制问题，以建立人机驾

驶控制权限分配策略和优化人机协同程度为核心任务，以实现人机横向共享驾驶的正

常交通能力、降低驾驶员驾驶负担以及提升驾驶员对人机横向共享驾驶系统的接受度

等为目标，并借鉴“V”字形开发流程采用仿真开发先行的研究顺序建立基于讨价还

价博弈论的驾驶控制权限分配策略下的人机横向共享驾驶规划与控制算法。基于上述

思路，本文主要研究内容如下：

（1）鉴于在人机横向共享驾驶技术的前期仿真开发过程中对横向路径跟踪控制

算法的需求，本文首先分别建立自动化转向系统路径跟踪控制算法和模拟驾驶员的驾

驶员模型，即：具有预瞄驾驶特性的模型预测控制（ModelPredictiveControlwith

Pre-scannedDrivingCharacteristicsPMPC

，）路径跟踪控制算法和反映真实驾驶过程

的单视角驾驶员模型。

为实现人机横向共享驾驶的基本技术架构，本文分别建立自动化转向系统横向控

制的路径跟踪控制算法和驾驶员模型。首先，建立PMPC路径跟踪控制算法，并采

用汽车动力学仿真软件CarSim和数学软件工具MATLAB/Simulink搭建联合仿真程

序，使用双移线工况验证其跟踪性能，结果表明：引入预瞄驾驶特性的PMPC跟踪

控制算法相较于传统的模型预测控制路径跟踪控制算法在跟踪精度和运行速度方面具

有改善效果。其次，从建立模型的机理出发，证明单视角驾驶员模型的理论收敛性，

并提出单视角驾驶依据假设。在联合仿真环境下，以建立的PMPC路径跟踪控制算

I

吉林大学博士学位论文

法的运行结果为参考对象，通过最小二乘法调节驾驶员模型的预瞄距离以拟合出理想

的运行结果。仿真结果表明当预瞄距离调整至理想值，单视角可直接转化成目标前轮

转向角，由此确定基于比例控制的转向转化控制过程。基于该驾驶员模型，提出预瞄

距离理论推导方法和预瞄距离经验公式。利用Simulink/CarSim的联合仿真环境和实

车验证单视角驾驶员模型的性能，结果表明：该驾驶员模型的控制过程简易，具有良

好的控制效果，还原了视角与转向角趋势一致性的驾驶现象，贴合真实驾驶过程。

（2）针对作为核心问题的人机横向共享驾驶的驾驶控制权限分配，建立基于讨

价还价博弈模型的人机横向驾驶控制权限分配策略。

为实现人机横向共享驾驶并妥善处理人机驾驶冲突，将具有社会属性的驾驶员和

具有程序属性的自动化转向系统视为二元智能体系统。博弈论是解决二元智能体系统

利益蛋糕分配问题的最佳手段之一。首先，本文提出一种基于转角交互技术的人机讨

价还价博弈模型。该博弈模型综合考虑防碰撞安全性收益、参与度收益和“以人为

本”的舒适性收益等因素，并通过纳什均衡实时动态求解驾驶控制权限的决策结果。

其次，提出驾驶员负荷评价指标。最后，基于Simulink/CarSim联合仿真测试平台和

驾驶员在环的驾驶模拟器，分别验证提出的人