英文翻译-汽车-司机系统的研究处理

PAGEPAGE1汽车—司机系统的研究处理M.Lin,A.A.PopovandS.McWilliam译摘要：汽车—驾驶系统为汽车设计处理分析提供了坚实的基础。这份文件旨在对有关汽车与司机互动中的司机操作和速度控制提供指导。通常的汽车—驾驶数学模型通过数字化的模拟演习来落实，并处理那些理典型特征。随着当今汽车底盘广泛采用了信息技术和电子系统.。人的因素已构成对车辆的模拟研究处理的新问题。这里所推荐的模型为研究有积极影响干预的底盘系统的汽车—驾驶系统提供了工具。关键词：司机-汽车系统、汽车动态、驾驶员的行为、底盘提高系统1引言近来，由于在车辆发展中越来越多地采用虚拟原型车，汽车在虚拟环境中设计处理也广泛应用于学术研究与制造两个领域。为了处理模拟汽车，开发者需要汽车动态模拟模型(VDSMS)。自从20世纪60年代以来，汽车动态模型的各种应用已经得到了开发,包括动态分析、交互式模拟驾驶、车辆检验等复杂的模型，按规定的程序解决特定问题。从整个动态模拟的过程中可以看出，车辆和司机是一个紧密结合的人工机械系统，汽车和司机的相互作用行为起着至关重要的作用。同时，出于人工机动性的考虑，汽车底盘提高系统被引入车辆，目标是把环境对安全、稳定、舒适的影响减至最低，不过，有人认为，在某些情况下，这些提高底盘系统是弊多于利的。在[9]电子增强系统的上下文中明确的指出，评估汽车—驾驶系统的质量包括不同的质量问题和设计矛盾。这牵涉到司机的行车速度控制及其定向/督导管理，直到最近才获得重视。由PalkovicsandFries[8]提供的对重型汽车底盘加强的详细审查制度，包括诸如刹车防抱死系统(ABS)、牵引控制系统(TCS)，后桥督导制度和动态稳定控制系统。因此建议把司机考虑到控制系统中。因为司机是组成系统必需的。为了使汽车易于控制,可鼓励司机驾驶接近到汽车的极限，因此影响了原定的安全性。在以下的部分中将介绍一种基本的4-DOF（纵向，横向，侧倾，旋转）汽车模型和驾驶控制模型。驾驶模型可以控制汽车前横摆角的特定结构，并且经验性的感觉纵向加速误差。在第4部分，将评论汽车—驾驶交互作用。这个仿真系统将在第5部分中用来分析包括在狭窄道路上的变向和在转弯时的刹车制动操作。2车辆模型汽车模型用一个4自由度的模型来描述[4]：纵向，横向，侧向，旋转运动。如图1所示，虽然悬架没有包含在这个模型里，但模型中采用了简化的描述，把车身旋转假设成一个旋转轴，该轴固定在车身前后轮轴的旋转中心的顶点。模型参数在附录中有说明。图1汽车模型Fxf,Fxr,Fyf,Fyr和Fzf,Fzr是汽车车轴参数分别表示横向垂直受力，r表示横摆率，p和分别表示滚动率和侧倾角。前后轮的侧偏角和车轮外倾角和可被定义为汽车运动变量术语。当汽车匀速行驶时纵向运动可以从运动方程式中消去。非线性汽车模型的动力学包括非线性轮胎特性，这将在[7]“不可思议的规则”中模拟到。横向和纵向的传输负荷的影响通过特定近似值来估算[10]。假设一个固定的滚动轴位置，前后轮的横向路面传输负荷表达式为：横向路面传输负荷在各种汽车前进速率计算时，用下式估算：3通过道路驾驶行为预览显然，只有汽车本身不可能维持想得到的路径。这就需要结合司机驾驶模型。司机对进行中的操纵控制行为有视觉的和动作的反馈。通过道路驾驶行为，可以预览包含了建立在对命令理解感知基础上的行为。对于方向的操纵控制，司机可以用预演行为在弯路上行驶，汽车将在给出的转向角下通过弯路。因此司机可以根据水平道路曲率给出适当的转向角，剩余的路线转移可以通过补偿性的控制行为处理。对于速度控制，虽然恰当的感觉路面等级比理解水平曲面图表困难的多且不够精确，司机还是可以设法根据路况调整节气门开度角等级。3.1方向的操纵控制对于驾驶者的视觉反馈，这里给出基于Donges[3]的计划策略下建立的双标准（预见性和补偿性）驾驶操作系统模型。司机通过预先的调节尽力控制驾驶去适应路线位置，操纵汽车在弯路上的行驶，改变路线或绕开障碍物。对于不可预见的路面干扰，司机必须用补偿性的操作抵消这些干扰，在路线中随机的操纵汽车。对于预见性控制，韦尔和马克瑞尔[12]提出的控制前侧偏角和侧向位置或航向角和侧向位置的系统结构提供了闭合回路特性。因此，这里假定司机通过对前横摆和路线位置误差的感觉逐步进行修正操作。在系统中通过一个预先的行为在汽车固定轴X上设置一个P点。表2图解了通过路线事先查看的驾驶行为。下面给出一个相对于预置点想得到的路线的综合项误差：ye是路线位置误差，LP是预设距离，和是在X轴和直线AP间的车头方位角，分别代替车头方位和路线位置误差百分比。驾驶者仅仅需要感觉预设点沿着路线的角误差。这里的预设距离LP是由汽车的前进速度和预演时间TP构成，这是符合我们的日常生活经验的,车速越慢,司机看的在距离越近，车速越高,看到的距离越远。在马克瑞尔的跨越式模型中，司机的补偿反馈控制被确定为综合的角度误差调整功能。它包括三部分：增加量G用来放置道路转向角综合项误差的补偿量，引导术语抵消司机感知汽车轮胎延时，滞后术语相当于神经延误，时间延误近似司机反应时间的延迟。图2示范道路驾驶通过预演对司机的运动反馈，根据人体器官执行的动作和重力作用的方位提供的信息，在[1]中，艾伦注释到横摆率可以设置为运动反馈原理。运动反馈提供了司机补偿汽车横摆率迟滞的引导。3.2速度控制各种情况下的速度控制都很重要，包括在安全方面的弯路上行驶的加速级别，对速度极限的反应和避开紧急情况的急刹车。在直线运行时司机保持指定的速度，当司机发现有弧度,速度则相对减少,以维持理想的横向加速。司机速度控制的定则可以用图表3（a）描述。司机发出符合理想变速的减速命令，并感觉减速误差。尤其当电子控制底盘，像刹车防抱死系统(ABS)、牵引控制系统(TCS)等等被使用后，速度控制更必不可少。从这些控制系统的工作原理我们可以看到,大部分都是在紧急情况下启动，因此速度控制是不可逃避的。举例来说,通过加入有效的ABS，制动踏板力和汽车减速之间的关系如图3（b）所示，由上述的使用关系和速度控制规律，这样的电子控制评价效果还是可行的。图3(b)驾驶速度控制规律（a）ABS系统特性4汽车—驾驶互动4.1没有速度控制的汽车—控制动力学鉴于上汽车和司机的述动态特征，可以给出一个没有速度控制的汽车—控制模型方框图如图表4所示。假定车辆以不变的速度前进。汽车的横向速度v,侧倾率r,横摆率p由操纵输入到汽车运动方程式。汽车的横向速度,侧倾率是在司机直接控制下的，虽然横向运动没有由司机直接控制，它仍然影响到司机的行为，尤其当汽车前进变量描述被引进时。动力学方程式中，可以由汽车的横向速度与侧倾率提供汽车的方向角和横向路径位置。最后将由司机根据复合项误差做出纠正性操作。作为封闭性的分析，有两个输入系统，一个是路径命令，一个是最初的汽车方向角。汽车将被按照路径命令操作，帮助补充矫正视觉误差。然而，随着交互式方程式的应用，在模拟中会发现侧向偏差（表5（a）），可以假设司机继续操纵直到汽车的形式姿态与沿着路径的预设点相符合。这种方法最终消除了汽车行驶姿态的误差，但是不能纠正路径位置误差。通过在系统中加入一个并行的积分器，可以消除这个补偿误差（表5（b））。这个积分器的功能是补偿综合项误差，这个误差包括车头方位误差和路径位置误差（表4）。它对路径位置比只有积分器更快的产生补偿。转向角误差转换综合项误差的机能可以用下式定义：4.2驾驶员-汽车动力与速度控制当速度控制被关注的时候，司机汽车相互作用是驾驶员横向和纵向操纵的结果，这在更高的层面反映了司机的控制作用。表6图解了相互作用的结构。表6的上部分描述了司机方向控制行为，下部分描述了速度控制行为。通过观察道路车辆的反应和反馈信息,，他们之间的关系就可以处理了。图4车辆定向控制系统模型（a）没有积分器（b）有积分器图5平行合成效果表6汽车—驾驶互动控制5绩效分析5.1双车道车速改变没有速度控制的车辆控制模式同样适用于这里的双车道操作，附录指出了车辆的参数。表7显示系统的反应。可以看出，道路信息输入使得汽车的执行分析是可能的。可以看出,道路信息的加入使得汽车性能分析更合理。司机沿着ISO标准双车道以不变的前进速度80km/h变换操作。因此司机的操作输入是由理想的运动路径决定的，该路径通过预设距离LP上联接器的预设点。同时也取决于司机对汽车的反应习惯。如图表7所示，这个操纵要求汽车在最初的车道上行驶15米，然后在30米内侧向转位3.5米后改变行车路线，保持这一路径25米，又在接下来的25米内回到最初的路线。司机要在没有触及胶线划定的情况下顺利完成所需的操作。轻微的延误和超前不会引起不稳定。其他结果显示双车道变换回应的W形特点。该系统反应了1.6的方向盘转角（图7（b）），它造成约0.4g峰值横向加速度（图7(c)）。这超出了一般驱动器要求。选择2可以防止轮胎的峰值接近饱和，它具有模型的自然频率和阻尼特性。图7双车道短暂反应变化速度不变V=80km/h驾驶参数：(G=0.35,τ=0.1s,TL=0.1s,TI=0.2s,Kψ=0.05,Km=0.01,TP=1s)5.2弯道刹车情况现在考虑综合操作和反制动操作下的汽车—驾驶模型的速度控制。图8说明了模型的反馈特性。司机进入一个半径300米的弯道，由于比预期的要急，导致过度横向操纵加速，在图8中大约为0.3g。统计[2]，谨慎的司机在驾驶时会适当的减速，因此会减至0.26g,相应的速度减到88km/h左右。速度控制规则以前在3.2章描述过，且指定了制动减速为0.2g.s。要注意的是,如果横向加速超过0.3g.s(图.8(b))，驾驶模型开始制动，随后带来了0.2g.s的轻微增长(图8(a))。这已经从实际的制动过程轨迹得到证实(图