人机协作系统中车辆轨迹规划与轨迹跟踪控制研究

来源：中国血液净化杂志2021年第9期北京时间：

作者：孙秦豫, 付锐, 王畅, 郭应时, 袁伟, 刘卓凡

单位：1. 长安大学 汽车学院, 陕西 西安 710064;2. 西安邮电大学 现代邮政学院, 陕西 西安 710061"],"fundList_en":["National Key R & D Program of China (2019YFB1600500); National Natural Science Foundation of China (51908054, 52002319)

摘要：自动驾驶系统需具备响应驾驶人意图且有效执行驾驶人意图的能力，以解决人机协作系统中存在的人机冲突、人机优势融合等问题。提出决策层“以人为主”、执行层“以机为首”的人机协作关系，构建包含驾驶人意图识别模块、基于意图识别的轨迹规划模块与轨迹跟踪控制模块的人机协作一体化控制系统框架，并重点对轨迹规划模块与轨迹跟踪控制模块开展研究。首先，结合双向长短期记忆神经网络（Bi-directional Long Short Term Memory，Bi-LSTM）与注意力机制模型建立换道轨迹规划模型；在改进人工势场算法中引入模型预测控制并建立避险轨迹规划模型。其次，通过开展驾驶模拟器试验建立换道与避险驾驶行为数据集，为拟人化模型训练和模型参数确定提供支撑。然后，综合考虑车辆状态变量、控制输入与输出以及道路结构参数等约束条件，构建基于最优转向前轮输入的线性时变模型预测轨迹跟踪控制器，实现对规划轨迹的精准跟踪。最后，基于驾驶模拟器搭建人机协作系统硬件在环测试平台，对轨迹规划模块与轨迹跟踪控制模块开展硬件在环测试与验证。结果表明：换道与避险规划轨迹光滑且平稳，轨迹跟踪控制过程中，车辆航向角与前轮转角变化平稳；所构建的轨迹规划与轨迹跟踪控制模块在确保安全性前提下可实现不同场景中的车辆运动控制需求。

关键词：汽车工程,智能驾驶,人机协作,轨迹规划,轨迹跟踪,深度学习

基金资助：国家重点研发计划项目（2019YFB1600500）；国家自然科学基金项目（51908054，52002319）