358 工程科学学报，第43卷，第3期 车道偏离预警系统的漏警率和误警率仍是决策模 与无辅助系统相比，加权求和的共驾系统可 型的重要研究方向.如何设计更为完善的驾驶员 以降低横向偏差，显示出良好的车道保持性能2 认知机制，以设计符合驾驶员意图的车道保持辅 但这种协作方式仍有改进之处.加权求和的控制 助系统，是改进决策模型过程中值得关注的问题 方案只考虑方向盘转角偏差，而没有充分考虑车 考虑到驾驶员之间复杂的差异，根据驾驶员特性 辆的其他状态以及驾驶员状态.当控制器的轨迹 设计不同的决策模型，进行个性化预警是值得关 规划路径与驾驶员的预期路径不同时，控制器的 注的研究方向 力矩容易与驾驶员力矩方向相反，引起人机冲突. 2.2带权重系数的加权求和 2驾驶权动态分配方式 带权重系数的加权求和，可以利用权重系数， 驾驶员和控制器之间的驾驶权动态分配值得 灵活地考虑车辆、驾驶员及行驶环境等多种因素， 深入研究，以更好的完成车道保持任务并提高驾 从而提高车辆行驶安全性，保证良好的人机合作 驶员的乘坐舒适性.基于人机动态协同控制的车 性能.根据权重系数的来源进行划分，该驾驶权分 道保持辅助系统，驾驶员与控制器的驾驶权动态 配方式可以分为考虑车辆信息和考虑驾驶员特性 分配方式可以分为3类：加权求和、带权重系数的 信息的两种方式 加权求和与优化问题中的权重分配. (1)考虑车辆信息 2.1加权求和 Sentouh等1提出，驾驶员力矩与控制器的权 加权求和的驾驶权动态分配方式是将驾驶员 重系数由高斯分布函数描述，其大小由车辆横向 与控制器的输入相加，其协同控制结构如图1所 偏离误差决定.车辆距车道的中心线越远，权重系 示.图中6a为驾驶员目标转角；6a为控制器目标转 数越小，则转向控制器提供辅助力矩越大.在 角；6为实际转角；Ta为驾驶员输入力矩；Ta为控制 Soualmi等与Anderson等的研究中，前轮的 系统输人力矩；ra为驾驶员目标路径；a为控制器 侧滑角被用于进行威胁评估，驾驶员与控制器构 目标路径 成的主动安全系统框架如图2所示，图中K为权 重系数.Falcone等s的研究中表明，限制轮胎滑 Environment 移角来避免轮胎力曲线的强烈的非线性区域可以 Driver 显著增强车辆的稳定性和性能.较低的威胁程度 Decision Operation 会使得驾驶员输入为主导，随着威胁程度的增加， 十 Control 控制权可以从驾驶员到控制器进行平稳过渡 Vehicle interface Assist control system Iwano等7设计的系统中，权重系数是定值.相对 没有转向辅助的情况，具有转向辅助的系统有效 Controller Cooperative Interference control 地减小了车辆的相对横向位移.但当加权系数的 值为1时，转向辅助力矩的方向会多次与驾驶员 困1加权求和型动态协同控制系统框图 转向转矩方向相反，导致驾驶员与转向辅助之间 Fig.1 Block diagram of the weighted sum dynamic cooperative control 存在冲突.作者认为权重系数取0.5时可以综合考 system 虑车辆稳定性和操纵质量 Mulder等IB9设置了2个控制系统，一个是驾 驶员，另一个是辅助控制系统.驾驶员与辅助控制 Driver 系统各自有预期路径.而辅助控制系统的扭矩为 Ihreat 将实际的方向盘转角移至控制器目标转向角的扭 Vehicle Environment assessment 矩.Saito等o提出，当老年驾驶员的方向盘角度 Controller 与专家驾驶员模型提供的参考方向盘角度不对应 时，控制系统将转向引导扭矩作为来自方向盘的 图2考虑车辆信息的动态协同控制系统框图 触觉扭矩提供给驾驶员，以指示驾驶员在沿着期 Fig.2 Block diagram of dynamic cooperative control system 望路径行驶时应施加的转向方向.在此基础上， considering vehicle information Inoue等]在控制系统中增加了直接偏航力矩控 (2)考虑驾驶员特性信息 制，以降低扭矩干扰的程度 驾驶员的特性信息对于减轻驾驶员的工作车道偏离预警系统的漏警率和误警率仍是决策模 型的重要研究方向. 如何设计更为完善的驾驶员 认知机制，以设计符合驾驶员意图的车道保持辅 助系统，是改进决策模型过程中值得关注的问题. 考虑到驾驶员之间复杂的差异，根据驾驶员特性 设计不同的决策模型，进行个性化预警是值得关 注的研究方向. 2    驾驶权动态分配方式 驾驶员和控制器之间的驾驶权动态分配值得 深入研究，以更好的完成车道保持任务并提高驾 驶员的乘坐舒适性. 基于人机动态协同控制的车 道保持辅助系统，驾驶员与控制器的驾驶权动态 分配方式可以分为 3 类：加权求和、带权重系数的 加权求和与优化问题中的权重分配. 2.1    加权求和 δd δa δ Td Ta rd ra 加权求和的驾驶权动态分配方式是将驾驶员 与控制器的输入相加，其协同控制结构如图 1 所 示. 图中 为驾驶员目标转角； 为控制器目标转 角； 为实际转角； 为驾驶员输入力矩； 为控制 系统输入力矩； 为驾驶员目标路径； 为控制器 目标路径. Decision Assist control system Vehicle Control interface Controller + + Cooperative Interference control Environment Operation Driver δd δ δa Ta r Td d ra 图 1    加权求和型动态协同控制系统框图 Fig.1    Block diagram of the weighted sum dynamic cooperative control system Mulder 等[39] 设置了 2 个控制系统，一个是驾 驶员，另一个是辅助控制系统. 驾驶员与辅助控制 系统各自有预期路径. 而辅助控制系统的扭矩为 将实际的方向盘转角移至控制器目标转向角的扭 矩. Saito 等[40] 提出，当老年驾驶员的方向盘角度 与专家驾驶员模型提供的参考方向盘角度不对应 时，控制系统将转向引导扭矩作为来自方向盘的 触觉扭矩提供给驾驶员，以指示驾驶员在沿着期 望路径行驶时应施加的转向方向. 在此基础上， Inoue 等[41] 在控制系统中增加了直接偏航力矩控 制，以降低扭矩干扰的程度. 与无辅助系统相比，加权求和的共驾系统可 以降低横向偏差，显示出良好的车道保持性能[42] . 但这种协作方式仍有改进之处. 加权求和的控制 方案只考虑方向盘转角偏差，而没有充分考虑车 辆的其他状态以及驾驶员状态. 当控制器的轨迹 规划路径与驾驶员的预期路径不同时，控制器的 力矩容易与驾驶员力矩方向相反，引起人机冲突. 2.2    带权重系数的加权求和 带权重系数的加权求和，可以利用权重系数， 灵活地考虑车辆、驾驶员及行驶环境等多种因素， 从而提高车辆行驶安全性，保证良好的人机合作 性能. 根据权重系数的来源进行划分，该驾驶权分 配方式可以分为考虑车辆信息和考虑驾驶员特性 信息的两种方式. （1）考虑车辆信息. Sentouh 等[43] 提出，驾驶员力矩与控制器的权 重系数由高斯分布函数描述，其大小由车辆横向 偏离误差决定. 车辆距车道的中心线越远，权重系 数越小 ，则转向控制器提供辅助力矩越大. 在 Soualmi 等[44] 与 Anderson 等[45] 的研究中，前轮的 侧滑角被用于进行威胁评估，驾驶员与控制器构 成的主动安全系统框架如图 2 所示，图中 K 为权 重系数. Falcone 等[46] 的研究中表明，限制轮胎滑 移角来避免轮胎力曲线的强烈的非线性区域可以 显著增强车辆的稳定性和性能. 较低的威胁程度 会使得驾驶员输入为主导，随着威胁程度的增加， 控制权可以从驾驶员到控制器进行平稳过渡. Iwano 等[47] 设计的系统中，权重系数是定值. 相对 没有转向辅助的情况，具有转向辅助的系统有效 地减小了车辆的相对横向位移. 但当加权系数的 值为 1 时，转向辅助力矩的方向会多次与驾驶员 转向转矩方向相反，导致驾驶员与转向辅助之间 存在冲突. 作者认为权重系数取 0.5 时可以综合考 虑车辆稳定性和操纵质量. Driver K 1−K Vehicle Environment Threat assessment Controller + + Td Ta 图 2    考虑车辆信息的动态协同控制系统框图 Fig.2     Block  diagram  of  dynamic  cooperative  control  system considering vehicle information （2）考虑驾驶员特性信息. 驾驶员的特性信息对于减轻驾驶员的工作 · 358 · 工程科学学报，第 43 卷，第 3 期