汽車司機(jī)系統(tǒng)的研究處理M.Lin,A.A.PopovandS.McWilliam劉夢華譯摘要：汽車駕駛系統(tǒng)為汽車設(shè)計處理分析提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這份文件旨在對有關(guān)汽車與司機(jī)互動中的司機(jī)操作和速度控制提供指導(dǎo)。通常的汽車駕駛數(shù)學(xué)模型通過數(shù)字化的模擬演習(xí)來落實(shí)，并處理那些理典型特征。隨著當(dāng)今汽車底盤廣泛采用了信息技術(shù)和電子系統(tǒng).。人的因素已構(gòu)成對車輛的模擬研究處理的新問題。這里所推薦的模型為研究有積極影響干預(yù)的底盤系統(tǒng)的汽車駕駛系統(tǒng)提供了工具。關(guān)鍵詞：司機(jī)-汽車系統(tǒng)、汽車動態(tài)、駕駛員的行為、底盤提高系統(tǒng)1引言近來，由于在車輛發(fā)展中越來越多地采用虛擬原型車，汽車在虛擬環(huán)境中設(shè)計處理也廣泛應(yīng)用于學(xué)術(shù)研究與制造兩個領(lǐng)域。為了處理模擬汽車，開發(fā)者需要汽車動態(tài)模擬模型(VDSMS)。自從20世紀(jì)60年代以來，汽車動態(tài)模型的各種應(yīng)用已經(jīng)得到了開發(fā),包括動態(tài)分析、交互式模擬駕駛、車輛檢驗(yàn)等復(fù)雜的模型，按規(guī)定的程序解決特定問題。從整個動態(tài)模擬的過程中可以看出，車輛和司機(jī)是一個緊密結(jié)合的人工機(jī)械系統(tǒng)，汽車和司機(jī)的相互作用行為起著至關(guān)重要的作用。同時，出于人工機(jī)動性的考慮，汽車底盤提高系統(tǒng)被引入車輛，目標(biāo)是把環(huán)境對安全、穩(wěn)定、舒適的影響減至最低，不過，有人認(rèn)為，在某些情況下，這些提高底盤系統(tǒng)是弊多于利的。在9電子增強(qiáng)系統(tǒng)的上下文中明確的指出，評估汽車駕駛系統(tǒng)的質(zhì)量包括不同的質(zhì)量問題和設(shè)計矛盾。這牽涉到司機(jī)的行車速度控制及其定向/督導(dǎo)管理，直到最近才獲得重視。由PalkovicsandFries8提供的對重型汽車底盤加強(qiáng)的詳細(xì)審查制度，包括諸如剎車防抱死系統(tǒng)(ABS)、牽引控制系統(tǒng)(TCS)，后橋督導(dǎo)制度和動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)。因此建議把司機(jī)考慮到控制系統(tǒng)中。因?yàn)樗緳C(jī)是組成系統(tǒng)必需的。為了使汽車易于控制,可鼓勵司機(jī)駕駛接近到汽車的極限，因此影響了原定的安全性。在以下的部分中將介紹一種基本的4-DOF（縱向，橫向，側(cè)傾，旋轉(zhuǎn)）汽車模型和駕駛控制模型。駕駛模型可以控制汽車前橫擺角的特定結(jié)構(gòu)，并且經(jīng)驗(yàn)性的感覺縱向加速誤差。在第4部分，將評論汽車駕駛交互作用。這個仿真系統(tǒng)將在第5部分中用來分析包括在狹窄道路上的變向和在轉(zhuǎn)彎時的剎車制動操作。2車輛模型汽車模型用一個4自由度的模型來描述4：縱向，橫向，側(cè)向，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。如圖1所示，雖然懸架沒有包含在這個模型里，但模型中采用了簡化的描述，把車身旋轉(zhuǎn)假設(shè)成一個旋轉(zhuǎn)軸，該軸固定在車身前后輪軸的旋轉(zhuǎn)中心的頂點(diǎn)。模型參數(shù)在附錄中有說明。1圖1汽車模型Fxf,Fxr,Fyf,Fyr和Fzf,Fzr是汽車車軸參數(shù)分別表示橫向垂直受力，r表示橫擺率，p和分別表示滾動率和側(cè)傾角。前后輪的側(cè)偏角和車輪外傾角和可被定義為汽車運(yùn)動變量術(shù)語。當(dāng)汽車勻速行駛時縱向運(yùn)動可以從運(yùn)動方程式中消去。2非線性汽車模型的動力學(xué)包括非線性輪胎特性，這將在7“不可思議的規(guī)則”中模擬到。橫向和縱向的傳輸負(fù)荷的影響通過特定近似值來估算10。假設(shè)一個固定的滾動軸位置，前后輪的橫向路面?zhèn)鬏斬?fù)荷表達(dá)式為：橫向路面?zhèn)鬏斬?fù)荷在各種汽車前進(jìn)速率計算時，用下式估算：3通過道路駕駛行為預(yù)覽顯然，只有汽車本身不可能維持想得到的路徑。這就需要結(jié)合司機(jī)駕駛模型。司機(jī)對進(jìn)行中的操縱控制行為有視覺的和動作的反饋。通過道路駕駛行為，可以預(yù)覽包含了建立在對命令理解感知基礎(chǔ)上的行為。對于方向的操縱控制，司機(jī)可以用預(yù)演行為在彎路上行駛，汽車將在給出的轉(zhuǎn)向角下通過彎路。因此司機(jī)可以根據(jù)水平道路曲率給出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向角，剩余的路線轉(zhuǎn)移可以通過補(bǔ)償性的控制行為處理。對于速度控制，雖然恰當(dāng)?shù)母杏X路面等級比理解水平曲面圖表困難的多且不夠精確，司機(jī)還是可以設(shè)法根據(jù)路況調(diào)整節(jié)氣門開度角等級。3.1方向的操縱控制對于駕駛者的視覺反饋，這里給出基于Donges3的計劃策略下建立的雙標(biāo)準(zhǔn)（預(yù)見性和補(bǔ)償性）駕駛操作系統(tǒng)模型。司機(jī)通過預(yù)先的調(diào)節(jié)盡力控制駕駛?cè)ミm應(yīng)路線位置，操縱汽車在彎路上的行駛，改變路線或繞開障礙物。對于不可預(yù)見的路面干擾，司機(jī)必須用補(bǔ)償性的操作抵消這些干擾，在路線中隨機(jī)的操縱汽車。對于預(yù)見性控制，韋爾和馬克瑞爾12提出的控制前側(cè)偏角和側(cè)向位置或航向角和側(cè)向位置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了閉合回路特性。因此，這里假定司機(jī)通過對前橫擺和路線位置誤差的感覺逐步進(jìn)行修正操作。在系統(tǒng)中通過一個預(yù)先的行為在汽車固定軸X上設(shè)置一個P點(diǎn)。表2圖解了通過路線事先查看的駕駛行為。下面給出一個相對于預(yù)置點(diǎn)想得到的路線的綜合項(xiàng)誤差：3ye是路線位置誤差，LP是預(yù)設(shè)距離，和是在X軸和直線AP間的車頭方位角，分別代替車頭方位和路線位置誤差百分比。駕駛者僅僅需要感覺預(yù)設(shè)點(diǎn)沿著路線的角誤差。這里的預(yù)設(shè)距離LP是由汽車的前進(jìn)速度和預(yù)演時間TP構(gòu)成，這是符合我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)的,車速越慢,司機(jī)看的在距離越近，車速越高,看到的距離越遠(yuǎn)。在馬克瑞爾的跨越式模型中，司機(jī)的補(bǔ)償反饋控制被確定為綜合的角度誤差調(diào)整功能。它包括三部分：增加量G用來放置道路轉(zhuǎn)向角綜合項(xiàng)誤差的補(bǔ)償量，引導(dǎo)術(shù)語抵消司機(jī)感知汽車輪胎延時，滯后術(shù)語相當(dāng)于神經(jīng)延誤，時間延誤近似司機(jī)反應(yīng)時間的延遲。圖2示范道路駕駛通過預(yù)演對司機(jī)的運(yùn)動反饋，根據(jù)人體器官執(zhí)行的動作和重力作用的方位提供的信息，在1中，艾倫注釋到橫擺率可以設(shè)置為運(yùn)動反饋原理。運(yùn)動反饋提供了司機(jī)補(bǔ)償汽車橫擺率遲滯的引導(dǎo)。3.2速度控制各種情況下的速度控制都很重要，包括在安全方面的彎路上行駛的加速級別，對速度極限的反應(yīng)和避開緊急情況的急剎車。在直線運(yùn)行時司機(jī)保持指定的速度，當(dāng)