基于驾驶员行为辨识的线控转向系统可调节路感反馈研究.doc

基于驾驶员行为辨识的线控转向系统可调节路感反馈研究 分类号U463.33单位代码10183研究生学号xx424062密级公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）基于驾驶员行为辨识的线控转向系统可调节路感反馈研究Research onAdjustable RoadFeeling forSteering-By-WireSystem Based on Identification of DriverBehavior作作者者姓姓名罗兰类别工程硕士领域（方向）汽车动力学仿真与控制指指导导教教师郑宏宇副教授培培养养单单位汽车工程学院2019年年4月基于驾驶员行为辨识的线控转向系统可调节路感反馈研究Research onAdjustable RoadFeeling forSteering-By-WireSystem Basedon Identificationof DriverBehavior作者姓名罗兰领域（方向）汽车动力学仿真与控制指导教师郑宏宇副教授类别工程硕士答辩日期2019年月日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用(但纯学术性使用不在此限)。 否则，应承担侵权的法律责任。 吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名日期年月日中国优秀博硕士学位论文全文数据库投稿声明研究生院本人同意中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊(光盘版)电子杂志社的中国优秀博硕士学位论文全文数据库投稿，希望中国优秀博硕士学位论文全文数据库给予出版，并同意在中国博硕士学位论文评价数据库和KI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。 论文级别硕士博士学科专业车辆工程论文题目基于驾驶员行为辨识的线控转向系统可调节路感反馈研究作者签名指导教师签名年月日作者联系地址(邮编)吉林大学南岭校区汽车仿真与控制国家重点试验室先进控制基地A201 (130025)作者联系电6238I摘要基于驾驶员行为辨识的线控转向系统可调节路感反馈研究线控转向系统是智能驾驶的核心底盘组件之一，实现了模块化结构，具有系统参数可调的特点，提高了车辆动力学系统设计的灵活性。 然而，线控转向系统的转向盘模块和转向执行模块之间移除了机械连接，车轮和路面接触产生的路感信息无法直接反馈给驾驶员，影响驾驶员的转向感觉和车辆安全性，是限制其广泛应用的一个重要原因，因此需要对转向路感进行模拟，且由于驾驶员存在个体差异及状态波动，单一的路感反馈模式难以保证满足不同驾驶员的需求。 针对上述存在的问题，本文依托于国家自然科学基金项目“基于驾驶员特性的新型线控转向系统控制机理和评价方法研究”（项目编号51575223），在准确辨识驾驶员转向行为特性的基础上，确定不同类别驾驶员偏好的转向增益。 通过调节路感反馈力矩模型参数和转向增益，设计符合驾驶员个性化需求的可调节路感反馈控制策略，不仅能产生类似传统转向系统的路感反馈，也实现了线控转向系统路感反馈与不同特性驾驶员的相适应，充分发挥了线控转向系统的性能优势，主要工作内容如下 （1）线控转向系统动力学建模及路感控制策略设计本文首先对路感产生机理和线控转向系统工作原理、性能特点进行分析，设计了用于可调节路感反馈研究的转向路感特性客观评价方法，建立了转向盘模块和转向执行模块的动力学模型。 其次，将线控转向系统的路感反馈力矩分为主力矩和调节力矩两部分，调节力矩对主力矩起补偿调节作用，构建路感反馈力矩模型。 （2）路感控制策略参数确定及模型验证确定路感反馈力矩模型中的各个调节参数并实现对路感电机输出力矩的有效控制，使电机实际输出力矩能准确跟随目标力矩。 然后对路感控制策略进行仿真验证，试验结果表明通过改变模型调节参数，可以较好地实现对路感反馈力矩的调节作用，具有良好的路感性能，同时分析了调节参数变化时对各个路感评价指标的影响。 （3）驾驶员转向行为特性辨识不同特性驾驶员对路感性能的需求不同，因此通过驾驶模拟器中心区转向试验获II取反映驾驶员特性的数据，对试验数据统计分析提取回正性、中心转向感觉和最大转向盘转矩作为表征路感特性的特征参数，应用模糊C均值算法对驾驶员转向行为特性进行聚类分析，基于聚类结果采用BP神经网络建立驾驶员转向行为特性辨识模型，为设计符合驾驶员特性的路感反馈力矩算法提供了基本依据。 （4）符合驾驶员特性的可调节路感控制策略设计及验证根据不同类别驾驶员之间路感特性的差异值，确定对应类别驾驶员的转向增益，然后基于转向增益对路感反馈力矩模型的调节力矩进行相应的调整，设计了符合驾驶员特性的可调节路感反馈控制策略。 为验证所提出方法的有效性，在不同转向工况下对模型进行了硬件在环试验验证。 结果表明，基于本文方法开发的线控转向系统可调节路感反馈控制策略能够实现对驾驶员转向操纵过程的匹配，路感性能不仅与驾驶员特性相符合，而且可以满足同一驾驶员的不同路感需求，提高了驾驶员的驾乘体验。 关键词线控转向系统，路感，主力矩，调节力矩，驾驶员特性IIIAbstractResearch onAdjustable RoadFeeling forSteering-By-Wire SystemBased onIdentificationof DriverBehaviorSteering-By-Wire(SBW)system isone of the corechassis ponentsof intelligentdriving,which realizesmodular structureand systemparameters areadjustable andcanfreely designvehicle dynamicscontrol systemthat conformsto the drivers characteristics.However,due to the removalof mechanicalconnection betweensteering wheelmodule andthefront wheelmodule,road feelingcouldnt betransmitted todrivers directly,so thedrivers steeringfeeling andvehicle safetywill beaffected.Therefore,it isnecessary tosimulatethe road feeling.Because of the individualdifferences andstate fluctuationsofdrivers,it isalso difficultto guaranteethe needs of thesingle road feeling feedbackmode todifferentdrivers.In viewof theabove problems,this paperrelies on the NationalNatural ScienceFundprojectResearch on the ControlMechanism andEvaluation Methodof NewType SBWSystemBasedonDrivers Characteristics(No.51575223).The steering gains ofdifferentdrivers aredetermined based onthe steering behaviorcharacteristics.By adjustingtheparameters andsteering gainsof the feedback torquemode,an adjustableroad feelingfeedback control strategyis designedto meetthe individualneedsof the driverwhich cannotonly generatethe road feeling feedbacksimilar to the traditionalsteering system,but alsorealizethe adaptabilityof SBW system tothe drivers characteristics,and givefull playtothe performanceadvantages of the steeringsystem.The mainworks areas follows: (1)Modeling SBWsystem dynamicsand designingroad feelingcontrol strategyFirstly,the paperanalyses themechanism of road feelinggeneration,so thedynamicmodels ofsteering wheelmodule andfront wheelmodule areestablished,and anobjectiveevaluation methodof road feeling characteristicsis designed.Secondly,the feedback torquemodel of road feelingof SBWsystem isdivided intotwo parts:the main torque and theIVadjusting torque.The adjusting torque isused topensates andregulates themain torque. (2)Parameter determinationand modelvalidation ofroad feelingcontrol strategyTheadjusting parametersof thefeedbacktorquemodel aredetermined andthe outputtorque ofthe road feelingmotor iseffectively controlled,so thatthe actualoutput torqueofthe motorcan auratelyfollow thetarget torque.The simulationresults show that bychangingthe parametersofthemodel,thefeedbacktorqueofroad feelingcan beadjustedwell withgood roadfeeling performance.At thesame time,the influenceofthe adjustingparameters ontheroadfeeling evaluationindex isanalyzed. (3)Identificationof drivers steeringbehaviorDrivers havedifferent demandsfor roadfeelings,so thedata reflectingdrivercharacteristics areobtained throughthesteeringtest foron-center handingbased ondrivingsimulator.The returnability,the on-center steeringfeeling andthe maximumsteering wheeltorqueare extractedas thecharacteristic parametersofroadfeeling.Fuzzy C-meansalgorithm isused forclustering analysis.Identification modelofdrivers characteristicsareestablished byusing BPneural work.It providesthe basisfor designingfeedback torquealgorithmofroadfeeling whichaords withthedrivers characteristics. 驾驶辅助系统协助驾驶员完成感知-决策-操作等驾驶任务，是一种典型的人机共驾系统，从目前为止到未来的很长一段时间，要实现完全无人驾驶，人机共驾都是汽车发展所要经历的必要阶段3。 人机共驾理论上可以极大地提高汽车的主动安全性和驾驶舒适性，然而也对汽车转向控制算法有了更高的要求，驾驶辅助系统具体如何与车辆交互，例如是角输入控制还是力输入控制，实现这些转向控制指令都与车辆转向系统有直接关系，即使是未来完全无人驾驶落地，也需要一个充分冗余的转向系统以持续保证车辆完整的转向功能，而目前广泛应用的电动助力转向系统（Electric PowerSteeringSystem，EPS）由于结构缺陷无法完全满足人机共驾的需求4。 线控转向系统（Steering-By-Wire System，SBW）作为继EPS系统之后发展起来的最新转向控制系统，实现了模块化结构，由电子控制单元将转向盘模块的转向指令通过导线的形式传递给转向执行模块，不再使用传统转向系统中的机械部分进行角度和力的传递，具有许多潜在功能。 SBW系统由于其结构优势，可以通过相关控制算法解决驾驶辅助系统工作过程中，人机同时操纵的耦合问题，而且SBW系统可变的传动比控制算法和可调的系统参数，极大的提高了车辆设计灵活性，使得车辆可以在充分了解驾驶员行为特性和偏好的基础上，进行主动、智能的转向控制，感知整车运动状态，实现个性化的车辆动力学控制，改善整车驾驶性能，同时满足智能汽车发展对无传统系统、一体化线控底盘和转向灵活性等方面的要求，是智能驾驶的核心底盘组件之一5。 然而，也正是由于SBW系统无机械传递结构，驾驶员无法通过转向盘直接获取路面对车辆的激励，即“路感”，吉林大学硕士学位论文2从而影响驾驶员判断和车辆安全性，是限制SBW系统广泛应用的一个重要原因。 因此，为了保证车辆良好的驾驶性能和驾驶员舒适的驾乘体验，对SBW系统设计合理的路感模拟系统非常必要。 路感作为研究SBW系统的重要组成部分，智能汽车的发展对此也有新需求，如车道偏离预警系统与驾驶员共同修正方向时对输出力矩的确定。 未来的SBW系统应该不仅仅能产生类似传统转向系统的路感反馈，更应该以一种直接的方式产生可调的路感反馈来满足不同特性驾驶员的需求，从而增加SBW系统应用于智能驾驶辅助系统的优势。 为此，转向力矩计算的调节参数必须尽可能地对驾驶员友好，这意味着SBW系统路感反馈控制策略的合理设计需要考虑驾驶员的特性，以提供适合驾驶员的“路感”。 目前驾驶员特性在车辆转向系统中的应用研究还较少，所以，本课题针对SBW系统路感缺失及满足不同驾驶员路感需求的问题，结合驾驶员特性设计SBW系统的可调节路感反馈控制策略，进一步研究其应用在SBW系统中的优越性，更有利于充分发挥SBW系统的自身优势，也为推动SBW技术在智能汽车上的快速发展提供一种新的方法。 1.2线控转向系统的结构原理及性能特点1.2.1线控转向系统的结构原理在车辆SBW系统中，转向盘和转向车轮间的机械连接被电子控制器和执行器所代替，形成模块化结构，转向角度和转向力矩通过分开的执行器模块实现，如图1.1所示。 图1.1SBW系统结构简图与传统转向系统不同的是，SBW系统的转向盘执行器模块中增加了路感电机及其第1章绪论3电机控制器，用以给驾驶员施加合适的路感。 在SBW系统的关键技术中，包含有动力电源、传感器技术、控制系统的总线通信技术、电机的伺服控制、车辆操纵稳定性控制与评价方法、容错控制及系统故障检测和诊断等诸多领域的内容6。 在SBW车辆转向行驶的整个过程中，SBW控制器的功能主要包括转向执行控制策略和路感反馈控制策略。 其中，转向执行控制策略应根据车辆运动状态实时输出转向指令，由车轮执行器模块实现转向目的，并提供良好的车辆操纵稳定性；路感反馈控制策略应根据车速、道路状况以及驾驶员意图实时输出路感反馈信息，保证车辆安全性并过滤多余的振动，提高驾驶员的操作舒适性。 1.2.2线控转向系统的性能特点SBW车辆结构特点使其在被动安全性、安装空间、封装、装配和功能方面具有显著的优势，SBW系统的潜在功能在于转向角度和转向力矩可以被自由设计。 虽然目前很多研究涉及到对转向角度的控制以改善车辆安全性和操纵性能，但是如何反馈驾驶员期望的转向力矩，使不同驾驶员都具有真实、舒适的转向感觉，依然是存在的一个挑战，解决这一问题对于SBW系统的广泛应用具有积极推动作用。 SBW系统众多的性能优势使其成为智能汽车的核心组件之一，对未来汽车的发展有重要影响，见表1.1。 表1.1SBW对智能汽车发展方向的影响SBW的性能特点影响原因智能汽车发展方向变传动比转向系统无机械约束，个性化传动比设计无传动系统模块化结构便于与其他底盘电控技术融合一体化线控底盘智能控制软件算法控制，与其他驾驶辅助系统集成智能网联化、无人驾驶被动安全性避免事故中机械连接对驾驶员的二次伤害乘员安全性操纵稳定性SBW控制器判断驾驶指令自动进行稳定控制无人驾驶改善路感路感模拟生成，可随驾驶员特性调节安全性、可调路感提高舒适性路面冲击无法直接传给驾驶员，隔振降噪人性化驾乘体验高效率响应迅速，可实现瞬时转向转向灵活性容错性转向部件的冗余设计转向功能完整性吉林大学硕士学位论文41.3线控转向系统路感控制策略国内外研究现状SBW系统因其巨大的潜在功能，受到研究者的广泛关注，但缺陷是驾驶员对车辆当前行驶的“路感”感知受限，这对于SBW技术在车辆上的广泛应用有一定的影响。 因此，若要给驾驶员合适的路感反馈，路感模拟系统的设计对SBW系统至关重要，国内外科研机构都对此进行了相关研究。 1.3.1国外研究现状美国克莱姆森大学的Mandhata等提出了SBW车辆人车触觉界面的可调力反馈控制策略，触觉反馈模型架构如图1.2所示。 驾驶员根据视觉信息估计当前车辆的轨迹、方向来确定转向盘所需的力矩，伺服控制器依据转向盘实际转角与参考转角差使反馈电机为驾驶员提供适当的反馈力矩。 实时线控测试平台试验表明通过可重新配置的力反馈控制策略能精确地再现所需的路感，满足驾驶员对车辆的转向需求并定制个性化的驾乘体验7。 斯坦福大学的Balachandran等提出了SBW车辆路感反馈特性采用客观评价指标进行定量分析的方法，用一组参数对车辆模型和路感模拟模型客观地调整，试验结果表明可以给驾驶员反馈所需的路感8，并进一步利用模型预测控制预测反馈力矩用于车辆避撞算法开发9。 图1.2SBW车辆触觉反馈模型架构德国柏林工业大学的Fankem等研究了一种计算SBW系统期望反馈力矩的新模型，如图1.3所示。 期望反馈力矩是力矩的加权和，模型分为并联结构的两组，第一组描述了车辆和道路给驾驶员传递的反馈行为，第二组表示驾驶员控制车辆转向输入命令的参考行为。 主要力矩通过估算滤波的齿条力得到，然后与摩擦力矩、阻尼力矩、惯性第1章绪论5力矩以及主动回正力矩一起进行参数调整，试验结果表明模型可以更加快速直观地调整反馈力矩，再现EPS系统的转向感觉，参数化可以满足驾驶员的个人偏好10,11。 保时捷汽车公司的Harrer等人认为转向感觉是对转向行为的感知和评估，体现了人车之间的交互，出于对安全性和可靠性的要求，SBW系统需要通过主动操作元件反馈给驾驶员触觉感受，因此对转向操作组件和所有控制元素属性进行考虑，尝试设计了满足需求的转向系统功能12,13。 图1.3期望反馈力矩估算模块框架韩国汉阳大学的Kim等基于车速和转向轮转角的力矩图算法模拟路感反馈，采用键合图方法对SBW系统建模，转向轮总成使用齿条执行器，转向盘总成的控制算法通过力矩图将道路信息传递给驾驶员，仿真验证表明可以较好地模拟路感14。 庆北大学的Cheon等提出一种适用于SBW系统的新型无传感器转向转矩控制方法，使用两个电机分别连接到转向盘和齿轮齿条上，转向盘上的电机用于转向转矩和道路负载转矩之间的传递15。 首尔大学Lee等和现代汽车公司合作，提出SBW系统通过转矩跟踪算法实现期望转向感觉，参考转矩通过测量齿条力和车辆瞬态转向试验得到，转矩跟踪算法包括前馈控制和反馈控制，仿真结果表明提出的控制算法可以使SBW系统转向感觉接近于传统转向系统16,17。 英国剑桥大学的Johns等认为转向感觉和转向力矩反馈对车辆操纵性能有重要的影响18，研究了轮胎侧向力产生的转向力矩反馈在路径跟随控制中的作用，卡尔曼滤波器估计传感器测量的转向力矩，试验发现转向力矩反馈可以减小路径跟随误差19。 吉林大学硕士学位论文6马耳他大学的Scicluna等开发了SBW系统转子磁通定向永磁同步电机力矩反馈参考算法，转向盘部分的两个同步电机分别在位置控制模式复制驾驶员转角输入和电流控制模式产生力矩反馈，算法可以根据驾驶员喜好实时调整20，也可通过修改力矩参考增益和饱和度进行调整，为SBW系统使用无传感器控制算法提供了新方法21,22。 马来西亚理工大学的Fahami等提出的SBW系统力矩反馈算法通过测量电流估算转向盘转矩，前轮电机产生反馈力矩，同时加上补偿力矩以获得逼真的反馈力矩，线性二次调节器的增益表控制反馈力矩并改变转向感觉增益，试验结果表明该算法能产生类似EPS系统的反馈力矩且补偿力矩能够改善转向感觉和系统稳定性23。 日本丰田汽车公司的Ono等认为在转向过程中，驾驶员感知值与转向感觉的评估高度相关，尤其是转向反馈力，提出基于驾驶员转向反馈力感知值设计转向感觉，通过对大量测试驾驶员特性的评估，设置匹配车辆动力学特性的转向反馈力24。 墨西哥大学的Angeles等研究了基于主动抗干扰的SBW系统路感控制技术，引入广益比例积分观测器估算轮胎和转向盘的动态干扰，将转向齿条上估算的力矩反馈至转向盘给驾驶员提供路感25。 此外，其他多个国家的诸多研究机构都高度关注SBW系统的转向感觉，对其路感反馈控制策略进行了相关研究，取得了重大进展。 1.3.2国内研究现状哈尔滨工业大学的邓邦夏对SBW系统的路感进行了规划，路感规划转矩由转向阻力矩和路感补偿力矩叠加实现，实验结果表明规划的路感能满足汽车操纵稳定性评价指标要求26。 陈洋搭建了SBW系统力反馈控制台架，根据整车模型和轮胎回正力矩模型推导出转向阻力矩模型确定路感规划函数，将路感规划输出的期望转矩作为力反馈控制器的输入进行了快速原型验证27。 上海交通大学的杨莉等采用双向控制方法模拟SBW系统路感，转向盘模块中，转向电机与路感电机的转角差作为控制目标，通过减小转角差使驾驶员获得相应路感，负载和空载工况下的转向试验表明转向盘获得的路感清晰，转向跟随性较好28。 合肥工业大学的刘彦琳等通过控制转向电机的电流，同时加入阻尼和限位控制计算转向轮的回正力矩完成SBW系统的路感模拟算法，如图1.4所示，并在基于LabVIEW第1章绪论7PXI的硬件在环仿真平台验证了控制策略的有效性29。 图1.4路感模拟结构框图西华大学的陈启设计了SBW系统不同车速下的路感规划函数。 低速时转向轻便性为主，路感规划函数以转向盘转角为变量；中速时综合考虑转向轻便性和稳定性，齿条阻力矩和转向盘总成的惯性力矩作为路感反馈；高速时车辆稳定性为主，侧向加速度作为路感规划函数的变量，试验表明能够反馈合适的路感特性给驾驶员30。 南京航空航天大学的谷宵月考虑了SBW系统变传动比影响下的路感反馈，提出了基于车辆系统动力学模型与状态参数补偿的混合路感规划方法，搭建的SBW综合试验台试验结果表明控制策略可以很好的实现低速轻便性和高速稳定性，给驾驶员良好的路感反馈31。 重庆大学的何耀武设计了磁流变液SBW力反馈装置，综合磁流变阻尼器转子的侧、端面单一工作模式，提出混合工作模式的反馈力矩模型，利用ANSYS软件对磁路结构进行有限元分析，并对设计的力反馈装置进行了磁滞特性、力矩-转速特性和动态响应特性的研究32。 同济大学的Gaoming Fang等开发了EPS驾驶模拟器平台用于侧向相关的驾驶辅助系统研究，平台包括EPS系统车辆模型和SBW系统力反馈执行器两部分，试验结果吉林大学硕士学位论文8表明基于此平台可以获得良好的路感反馈33。 武汉理工大学的杨胜兵分别设计了基于转向盘转角、车速以及车速、侧向加速度的SBW系统路感函数，并应用路感函数多变量模糊控制器进行了试验验证，结果表明所提出的方法可以根据驾驶员偏好灵活设计路感34,35。 武汉科技大学的陈小兵采用函数拟合的方法研究了SBW系统路感，进行了高速中心区转向和低速双纽线两种工况的仿真验证，结果表明设计的路感控制策略可以为驾驶员提供期望的路感36。 长安大学的公伟强提出了基于模糊自适应比例-积分-微分（Proportion IntegrationDifferentiation，PID）的SBW系统路感控制策略，建立路感模拟和目标力矩数学模型，仿真结果表明，设计的PID控制器抗干扰性能较强，可以实现路感电机模拟力矩对目标力矩的精确跟踪37。 江苏大学的罗石研究了SBW系统转向盘力反馈控制系统38，通过转向盘转角和车速计算回正力矩，采用电机电流和转速双反馈的智能模糊控制与最速最优控制相结合的方法，有效实现了路感跟踪快速性和回正稳定性39。 并设计了基于变传动比的路感控制算法，根据驾驶员对理想路感的需求推导出路感修正函数，仿真结果表明算法满足低速转向灵敏性和高速操纵稳定性40。 中国石油大学的于蕾艳等分析了SBW系统路感反馈的多种控制算法，并对路感电机电流进行PI控制，研究了不同驾驶员模型的比例系数，试验结果表明，路感电机电流能较准确地跟踪目标电流，向驾驶员实时反馈路感41,42。 吉林大学的郑宏宇等设计的SBW系统路感模拟方法主要复制EPS系统路感，采用卡尔曼滤波技术估计齿条力，并引入试验样车中EPS系统助力特性，试验表明与EPS系统路感反馈基本一致，且在低速时SBW系统路感轻便性更优43,44。 陶伟男通过车辆、路感模型计算SBW系统路感反馈力矩，路感力矩主要考虑轮胎的回正力矩及转向系统的刚度、阻尼、惯量和摩擦等，并加入EPS系统助力特性对路感的影响，路感模拟台架试验表明模拟的路感力矩与传统转向系统吻合45。 此外，北京理工大学等众多国内其他高校都针对SBW系统的路感模拟方法，在其路感电机、控制器、控制算法等方面进行了相关研究。 第1章绪论91.3.3国内外研究现状对比分析根据国内外已有文献对SBW系统路感控制策略的研究，分析可以得到，目前常用的路感模拟方法主要有以下两种1）通过转向阻力矩到转向盘转矩的力传动比特性在SBW系统中复现传统转向系统如EPS系统的路感特性。 这种设计方法相对传统，驾驶员可以得到和传统转向系统相类似的路感特性，但其缺陷在于设计往往采用传感器、轮胎模型或观测器来近似得到转向阻力矩，将此阻力矩折算到转向盘上得到路感反馈力矩，传感器、观测器以及轮胎模型的精度会对路感特性产生较大的影响，且路感特性模式比较单一，缺乏灵活性，不能充分发挥出SBW系统的优势。 2）通过力矩图及非线性函数关系计算路感反馈力矩。 这种设计方法一般基于车身动态参数，采用对路感特性有影响的参数作为函数变量，通过调整变量的增益系数满足不同驾驶员对路感的偏好，路感特性设计灵活，但如何拟合出一个合理的路感力矩函数关系使驾驶员适应需要进一步研究。 车辆转向系统是一个典型的人机交互系统，驾驶员主观转向感觉对优化车辆驾驶性能至关重要，目前国内外对SBW系统路感反馈控制策略的研究主要出于车辆动力学参数设计，仅少数文献考虑了不同驾驶员特性的路感需求，因此，为进一步设计符合驾驶员特性的路感反馈控制策略，非常有必要对驾驶员行为特性及其应用进行深入研究。 1.4驾驶员行为特性国内外研究现状在人-车-路闭环系统中，驾驶员需要实时感知道路交通状况来决策操纵车辆，而驾驶员的行为反过来又直接影响交通状况，不同驾驶员个体行为特性差异很大，因此驾驶员在整个车辆行驶过程中起着核心作用，对驾驶员行为特性进行研究具有重要意义。 目前国内外很多科研机构都进行了相关研究，主要用于车辆理想动力学设计、道路交通安全预警以及驾驶辅助系统的人机交互性能改善等方面。 1.4.1国外研究现状日本神奈川工科大学的Chai等将SBW系统参数适应于驾驶员转向特性，使转向增吉林大学硕士学位论文10益能够自由设定。 比较了年轻和年老驾驶员转向试验参数，将SBW参数调整到所识别的适合驾驶员的参数，试验表明改善了人-车性能，尤其是年老驾驶员46，并研究了SBW车辆转向增益和转向反馈力矩对驾驶员转向感觉的影响，研究表明最佳转向增益和转向反馈力矩取决于驾驶员特性和驾驶任务47。 Jun等基于驾驶员转向行为特性评估了车辆操纵性能48，Hibi等在此基础上研究了SBW系统转向反馈力矩对车辆操纵性能的影响，利用驾驶模拟器产生精确反馈力矩49。 京都大学的Hiraoka等主要针对年轻驾驶员研究了SBW系统转向反馈力矩对驾驶员行为的影响，试验表明具有较大转向反馈力矩的车辆更具机动性，与设置的最大、最小反馈力矩相比，测试驾驶员更喜欢中等转向反馈力矩50,51。 东京大学的Takano等提出多层隐马尔科夫模型（Hidden MarkovModel，HMM），上下层分别表征长期和短期驾驶行为，通过观察专业驾驶员行为建立驾驶行为库来实现车辆的智能化52。 捷太格特公司的Watanabe等人提出基于主客观评价指标设计中心区转向盘力特性，期望主观评价项目的评级设定为优化目标，客观评价指标的理想值通过非线性规划方法获得，利用主客观评价之间的相关性获得中心区转向盘力特性的最优设计参数值，满足不同车辆转向系统开发要求53。 美国俄亥俄州立大学的Wang等基于驾驶员行为进行了路径跟随、避撞及优化交通信号时序等多方面的应用研究54。 提出的驾驶员转向模型可以预测和区分不同驾驶员的操作差异，实现个性化转向55,56。 根据灵敏度将驾驶员分为三类，调整基于驾驶员特性的转向传动比和路径跟随算法57,58。 模型预测控制优化驾驶员意图辨识和避撞算法，驾驶员的偏好、习惯、和驾驶能力作为特征值，建立考虑人-车路信息的输入输出HMM模型59,60。 伊利诺伊大学的Morton等利用循环神经网络对驾驶员行为概率建模研究，分析高速公路上跟车行为的加速度分布情况，对长期、短期记忆进行训练以预测车辆轨迹61。 哥伦比亚大学的Quintero等利用BP神经网络(Back PropagationNeuralNetwork，BPNN)建立两个驾驶员行为辨识模型，分别对驾驶员进行分类、识别危险路段和评估驾驶员的生理状态（如疲劳，酒后驾驶，困倦），从而开发出“驾驶智能诊断系统”62。 北卡罗来纳州立大学的Amsalu等提出基于混合状态系统框架的隐马尔可夫模型-遗传算法方法建模交叉路口附近驾驶员行为，训练最佳驾驶员行为模型，见图1.5所示63。 德尔福公司的Zafeiropoulos等研究了力矩控制的转向辅助系统对驾驶员转向感觉的影响，对车辆、执行器以及驾驶员施加特定约束目标，开发基于线性开关模第1章绪论11型预测控制的控制器，强制执行不同类型的驾驶员转向感受约束，分析了车辆性能和驾驶员转向感觉之间的平衡点64。 福特公司的Lu等利用模糊方法对不同道路状况的驾驶员行为特性概率建模，依照概率将驾驶员分为谨慎型、一般型、专业型和激进型四类，针对不同风格的驾驶员，合理调节电控系统参数使“车适应于人”，从而开发了智能驾驶员咨询系统65。 图1.5输入观测序列的状态估计英国牛津大学的Kumar等人使用支持向量机（Support VectorMachine，SVM）和贝叶斯分类器对驾驶员变道和超车意图进行预测以改善交通安全，SVM的多类概率输出作为贝叶斯分类器的输入，贝叶斯分类器的输出用于车道变换的最终预测，采集实车数据训练和测试结果表明最高能提前3.29秒预测驾驶员变道意图66。 剑桥大学的Cole等研究了神经肌肉动力学对转向反馈力矩、侧向力扰动的影响，并将其应用在路径跟随控制中，研究表明神经肌肉系统产生路径跟踪控制器所要求的转向盘