智能车辆人机协同路径跟踪控制研究.pdf

摘要

随着计算机技术、汽车制造技术和数据通信技术的蓬勃发展，汽车智能化成为汽车

领域发展的新方向。其中，完全自动驾驶技术受限于法律、技术水平等因素，短期内难

以实现。未来很长时间里，将是驾驶员和智能系统共享车辆控制权，即人机协同控制的

智能驾驶。人机协同控制技术将驾驶员和智能系统的优势融合，通过两者的协作配合，

能够有效提高交通通行效率、降低交通事故率，从而实现安全、高效以及舒适的驾驶。

因此，实现智能汽车的人机协同控制技术，对于交通系统建设和汽车行业发展都有着重

要的实际价值和意义。

本文从人机协同控制的执行控制层出发，对目标路径的跟踪控制展开研究，提出了

基于模型预测控制理论的人机协同路径跟踪控制器，以及针对驾驶员和智能系统交互行

为研究的人机协同博弈控制模型，并通过驾驶员在环实验，对所提出的系统进行仿真验

证。具体研究内容如下：

1.针对人机协同控制的安全性和舒适性，提出了智能系统最小干预控制策略。在此

基础上，通过建模分析车辆系统的动力学特性和路径跟踪控制的目标等，建立了基于模

型预测控制的人机协同路径跟踪控制器，并设计了与驾驶员模型的仿真对比实验，测试

该控制器的性能。

2.考虑驾驶员在人机协同控制中的主导地位，将其与智能系统的交互演化为二元博

弈关系，提出了基于博弈论的人机协同博弈控制模型。通过量化分析不同类型驾驶员的

驾驶风格和驾驶任务的紧迫程度，明确其驾驶需求，并根据模糊规则控制器确定双方的

博弈收益，从而决策人机协同路径跟踪控制的最优策略。最后，通过设计相关对比实验，

验证了该模型的有效性。

3.基于上述研究，设计搭建了驾驶员在环的硬件平台实验，并提出了人机协同路径

跟踪控制系统的主客观评价标准。招募了不同类型驾驶员进行多工况测试实验，通过各

项指标分析人机协同控制系统的性能。实验结果表明，驾驶员普遍认可此系统，其能够

实现安全、稳定、可靠且舒适的人机协同路径跟踪控制。

关键字：人机协同，路径跟踪，模型预测控制，博弈论，驾驶员在环

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Abstract

Withthevigorousdevelopmentofcomputertechnology,automobilemanufacturing

technologyanddatacommunicationtechnology,automobileintelligencehasbecomeanew

directionforthedevelopmentoftheautomobilefield.Amongthem,fullyautonomousdriving

technologyislimitedbyfactorssuchaslawandtechnicallevel,anditisstilldifficulttoachieve

intheshortterm.Foralongtimeinthefuture,thedriverandtheintelligentsystemwillshare

thevehiclecontrolrights,thatis,intelligentdrivingcontrolledbyhuman-machinecollaborative

control.Thehuman-machinecollaborativecontroltechnologyintegratestheadvantagesofthe

driverandtheintelligentsystem.Throughthecooperationofthetwo,itcaneffectivelyimprove

thetrafficefficiency,reducethetrafficaccidentrate,andachievesafe,efficientandcomfortable

driving.Therefore,therealizationofhuman-machinecollaborati