基于人-车-路协同的行车安全场理论及车辆拟人化控制

In recent years,a rapid development of driving safety assistant technologies has taken place.However,faced with the severe traffic safety situation, for the existing vehicle kinematics and vehicle dynamics based driving safety assistant system, it's hard to explain the complex driver-vehicle-road interactions or adapt to the complex traffic environment. Based on field theory, a new concept of 'driving safety field' is proposed in this project. And, a drive-vehicle-road interactions based driving safety field model is established. Also, a vehicle safety control algorithm is developed based on this model. There are three main studied scientific issues. First, through real-time acquiring the traffic information (such as driver operations, vehicle motion states, vehicle positions and road environment), the relationship of relative motion and motion states changing rules are analyzed. And the driver-vehicle-road interactions are revealed. Second, based on field theory, the mathematical model of driving safety field is based, and the model parameters are identified dynamically. The variation trend of vehicle safety under complex traffic conditions is predicted. Third, based on the driving safety field model, a vehicle anthropomorphic control algorithm, which is adapted to the dynamic driver-vehicle-road traffic environment, is developed. Also, the simulation and field test are carried out.

近年来，驾驶安全辅助技术快速发展。然而，面对严峻的交通安全形势，现有基于车辆运动学和动力学理论所开发的驾驶安全辅助系统难以适应越来越复杂的道路交通环境，难以描述人-车-路复杂的耦合机理。本项目从场论思想出发，提出行车安全场的新概念，建立基于人-车-路协同作用的行车安全场模型，开发基于行车安全场的车辆安全控制方法。主要研究的科学问题包括：1）通过实时采集驾驶员的操控、车辆运动状态、位置、道路交通环境等信息，根据人-车-路相对运动关系特征及状态变化规律揭示人-车-路相互作用的内在机理，探析并模型化驾驶员行为特性；2）基于场的理论方法，建立人-车-路闭环系统的行车安全场数学模型，动态辨识模型参数，量化交通各因素对安全场强度的贡献，预测复杂条件下车辆行驶安全状态的变化趋势；3）基于行车安全场，设计与动态交通环境相适应的驾驶安全辅助算法和车辆拟人化控制方法，并进行仿真验证和实车实验。

驾驶安全辅助算法和控制策略能提高行车安全、改善交通环境，但存在复杂道路条件下人-车-路相互作用机理不明确、对驾驶员行为的波动性和随机性尚难以准确模型化，驾驶安全辅助方法对不同道路环境的适用性依然不理想，对车辆多目标协同控制仍缺乏优化手段等问题。. 本项目在研究交通要素（人、车、路、环境）特征的动态变化过程的基础上，开展了大量实际道路试验，采集了大量自然行驶数据，分析了各交通要素对行车安全的影响。同时，基于场论思想提出了辨识道路交通风险的行车安全场理论，通过数学语言描述人车路间相互作用规律，建立了行车安全场统一模型，分别运用动能场、势能场和行为场描述道路环境中运动物体、静止物体和驾驶人对行车风险造成的影响。有效提升了行车风险辨识的准确性和实时性，实现了行车安全度及其动态演变趋势的准确判定，揭示了人-车-路相互作用机理，为实现行车安全智能化辅助控制奠定了理论基础。实现模型参数在线辨识的基础上，基于行车安全场理论方法，提出了复杂路况下多目标协同式车辆拟人化控制算法，研制了一种符合驾驶人行为特性的汽车纵横向一体的安全预警和主动避撞系统，测试效果良好，实用性强。. 获得国家科学技术进步二等奖2项，省部级一等奖1项，项目负责人入选2017年度教育部长江学者奖励计划和科技部中青年科技创新领军人才，获得2016年度国家杰出青年科学基金。制定国家标准3项（颁布1项，报批2项），起草行业标准5项。获国际会议最佳会议论文奖3篇，中国公路学报优秀论文一等奖1项；申请中国发明专利16项，其中授权中国发明专利7项。发表论文19篇，其中SCI收录14篇，EI收录17篇。培养博士后2人，毕业博士2人，硕士3人，在站博士后1人，在读博士6人，在读硕士5人。