第五章驾驶员模型_9118022
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• 如果选择的转角很合适，汽车运动的轨迹 与预见的一致，即y(t+T) 和 f(t+T)相一致。 设最优曲率是1/R*
单点预瞄最优曲率模型－理想化系统的驾驶员模型：
1 δ sw 因为 = R i∗L
单点预瞄最优曲率模型－理想化系统的驾驶员模型：
问题？
• 用(13－4)式计算y(s)/f(s)?
驾驶员-汽车系统
• 将上式 e t d s 的近似式代入传递函数：
y(s) e Ts = 2 f ( s) T 2 td s s e + Ts + 1 2 td s TS ) e (1 − 2 = 2 td T T 3 2 t d s + (T − t d ) s + (T − ) S + 1 4 2 2
• 问此系统的稳定性如何？
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
• 根据以上分析，现进行一个算例： 设驾驶员的td=0.5，（应该是多少？） 设V=20m/s;td=0.5,则稳定的条件是 T>=1.7*0.5=0.85; 前视距离D=T*v=0.85*20=17m; 问如果d<17m,是什么结果？
• Jk:轨道总方差 ，代表跟预期轨道的误差 • Jay : 侧向加速度总方差，代表侧向加速度的相对大 小，表示翻车可能性。 • J δ:转向盘角速度总方差，表示驾驶员的疲劳。 • Js:前后轮侧向力系数总方差，表示侧滑的可能
驾驶员-汽车系统
• 分析汽车参数对驾驶员一汽车闭环系统运动性能的 影响，假设驾驶员技术熟练，总能以最优的方式驾驶汽 车，这种最优是指以下指标最小：
2
2 ′ C = V / Gay 其中： 0
TC = td + T 1 + TY 1 −
αT
3 2 αT td − TY 1) + TC 2 = (td − TY 1)(T 1 − + T 2 − TY 2 3 2
二阶以上忽略： C´(s)=C´0(1+TcS) ；Gay,T1,TY1是汽车特性
参数
简单反应时间 被试者 A 反应时 0.2018 间 B 0.1607 C 0.1632 D 0.2377 E 0.1995 F 0.1596
驾驶员的反应时间
室外制动反应时间试验： 驾驶员在行车过程中，道路交通环境复杂。驾驶员需要从众多 的信息刺激中感知判断与行车有关的信息.产生的反应时间与 简单反应时间相比要长。从下图可以看出85%的驾驶员反应 时间在0.9S以内. 国外的研究资料表明典型的平均知觉一反应 时间为2.5S。
驾驶员的反应时间
反应时间的长短取决于驾驶员的素质、 个性、年龄、情绪、环境、行车途中思 想集中情况以及工作经验。尽管一些欧 洲国家规定的反应时间是2.0s，全球广泛 采纳值仍为2.5s。
稳定性计算结果
驾驶员-汽车系统
也就是说α＝0 ，是理想二阶，
按照台劳级数展开13－23和13－24：
′ (1 + TCS + TC 2 S + ...) c′( s ) ≈ c0
• 式中JT代表驾驶员汽车闭环操纵系统主动安全性综合 ˆ为 评价指标；Tc为校正时间，Tu为预瞄时间，u为车速, T C Tc 的门槛值，D为有效预瞄距离的门槛值，其大小取决 于道路的能见度。
驾驶员-汽车系统
K2不变
例如： Audi100作 单移线后轮 侧偏刚度不 变，改变前 轮的侧偏刚 度总方差随 车速的变化。
驾驶员-汽车系统
•
1 δ = R i∗L v δ y′′ = = v R i∗L
sw
2 sw
2
(13-1)
• 设汽车在时刻t+T的横向位移为y(t+T),对 y(t+T)用在t时刻的台劳级数表示：
驾驶员-汽车系统
2
T y (t + T ) = y (t ) + Ty ′(t ) + y ′′(t ) 2 2 ∴ y ′′(t ) = 2 [ y (t + T ) − y (t ) − Ty ′(t )] T
t t t+T
轨道方程为f(t),驾驶员预瞄A点，预瞄距离为d,前视时间 为T=d/v,A点坐标为f(t+T),即时状态是 y=y(t), y′ = y (t )′ y(t),f(t) A f(t) f(t) y(t) t t t+T v
• 设驾驶员转动方向盘的角度为δsw对应的曲 率半径为1/R,横向加速度为y(t)“ 转向系传 动比为 i，轴距为L,则：
驾驶员-汽车系统
• 驾驶员-汽车系统闭环的综合评价： • 评价指标：总方差 • 参考文献：人－车－路闭环操纵系统主 动安全性的综合评价与优化设计 （汽车 技术1993。4） • 汽车操纵稳定性的客观定量评价指标 （吉林工业大学自然科学学报 2000。1）
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
• 模型可以分为三类： 1、准线性模型，根据人的神经系统的特性 （延迟、补赏、反应速度等）来建立 2、预瞄式驾驶员模型 3、利用最优控制理论建立的模型 也有的分为方向控制、速度控制、方向速 度联合控制模型
驾驶员-汽车系统
• 开环评价只是研究汽车的特性，闭环研究 要考虑驾驶员与汽车的配合。对闭环来讲， 驾驶员特性的代表性与统一性是一个问题。 汽车的开环特性是W(s),人的测量环节是 M(s),执行环节是C(s)。
X(s) × C(s) W(s) Y(s)
M(s)
驾驶员-汽车系统
• 总的传递特性为：
Y (s) C ( s) • W ( s) G (s) = = X ( s) 1 + C ( s) • W ( s) • M ( s)
• 用什么环节来代表驾驶员？
驾驶员-汽车系统
XOY固定在地面上的绝对坐标系,xoy为相对坐标系
* *
2 − td s Ts s= y(s) f s e y s Tsy s e [ ( ) ( ) ( )] − − T2 T 2 2 td s f ( s )eTs ( s e + Ts + 1) y ( s ) = 2
2
改正：δ = δ * (t − t d )
驾驶员-汽车系统
e
td s
td s 1+ 2 = td s 1− 2
驾驶员的反应时间
1、简单反应时间用反应时测试仪（BDH-505）进行
测量，采用灯光做刺激信号，被测试者感知到灯亮 立即按键，从被测试者观察到显示灯亮开始计时， 被测试者有了反应动作后，数字记时器停止计时， 记录下被测试者的反应时间。每人测量20次。 从下表可以看出简单反应时间分布范围是0.15--0.24s,
K1
以奥迪100轿车参数为例，驾驶员一汽车闭环仿真为以时间为标准的双移线道路 输人试验，汽车开环仿真为转向盘角阶跃试验。 在后轴二轮胎相对综合侧偏刚 度K2/Fz2=18.125，且保持不变的情况下，前轴二轮胎相对综合侧偏刚度K1/Fz1 对开环综合评价指标和闭环综合评价指标的影响。.
来自百度文库
注解
有的还增加了质心侧偏角β和汽车获得单位侧向加速 度的的转向盘的转动量作为单项评价指标。 w1….w6为下式中的加权系数，在仿真研究中分别 做了六类实验其中:w5=w6=0，w1=w2=w3=w4=1， 其综合评价指标用JT1表示;W4＝W6=0， W1=W2=W3＝W5=1，其综合评价指标用JT2表示。
坐标
x=Xcosψ+Ysin ψ y=-Xsin ψ+Ycos ψ 假设ψ≈0则： yp=f(x) x=x(t) y=y(t) yp=f(t) x=X=vt y=Y
假定汽车的方向角变化不大，速度 很低，可以近 似地认为：X≅vt;Y ≅y;Y ' ≅y';Y "=y"
y(t),f(t) A f(t) v
谢 谢 ！
谢 谢 ！
2009-12-18 清华大学汽车系 45
三阶跟随器
F (s) = 1 T2 2 T 3 3 1＋Ts + s + s 2 6
统一表达式为：(α＝0 为二阶， α＝1为三阶）
F (s) = 1
αTs T2 2 ) s • (1 + 1＋Ts + 2 3
驾驶员-汽车系统
公式说明
2il ] δ = δ (t − T ), δ = 2 [ f (t − T ) − y (t ) − Ty d V2 iL ily d δ V2 ,= y y 因为 = T , = δ = 2 ,= R R V il v 2 * ] y 所以： [ f (t + T ) − y (t ) − Ty = 2 T 两边作拉氏变化： δ(s)=δ * ( s )e − td s
驾驶员-汽车系统
• 选择不同的Tc 进行仿真结果见图（512页 －513页 13－9和13－11） • 模型是两自由度模型，车速＝24.59m/s, 驾驶员反应时间td=0.3s，当Tc=0,说明驾 驶员不能分析输入信号的变化率.
不同的Tc 进行仿真结果见图
不同的Tc 进行仿真结果见图(TC=0)
驾驶员-汽车系统
概述： • 1、不同的评价指标得出不同的结论 • 2、能知道汽车的响应，但难于判断驾驶员-汽车系统的性能。 • 3、驾驶员是有思维、能总结经验、不断改善自已的活人，人 的模型很难用机械运动方法来建立。（建立驾驶员模型难， 但有规律） • 4、驾驶技术是通过练习积累起来的。合格的驾驶员驾驶误差 都比较小。 • 5、驾驶员控制汽车方向有一定的原则,这个原则主要目标是 使汽车的运动尽可能的与预期的轨道相一致 • 6、人的行为是有极限的，如：快捷程度、最大转角等 • 7、驾驶员模型是什么？
• 并求频率与阻尼？
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
• • • • •
预测－跟随系统 y/f(s)=P(s)*F(s) P(s):预测器 P(s)=eTs=1+Ts+0.5T2S2+… F(s):跟随器 F(s)=(1+Ts+ 0.5T2S2)-1 P(s) × F(s)≅1,系统达到尽可能好的追随效果，所 以 F(s)=(1+Ts+ 0.5T2S2)-1是二阶跟随器，因为： 2 3 T T eTs = 1 + Ts + s2 + s 3 + ..... 2 6
单点预瞄最优曲率模型－理想化系统的驾驶员模型：
1 δ sw 因为 = R i∗L
单点预瞄最优曲率模型－理想化系统的驾驶员模型：
问题？
• 用(13－4)式计算y(s)/f(s)?
驾驶员-汽车系统
• 将上式 e t d s 的近似式代入传递函数：
y(s) e Ts = 2 f ( s) T 2 td s s e + Ts + 1 2 td s TS ) e (1 − 2 = 2 td T T 3 2 t d s + (T − t d ) s + (T − ) S + 1 4 2 2
• 问此系统的稳定性如何？
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
• 根据以上分析，现进行一个算例： 设驾驶员的td=0.5，（应该是多少？） 设V=20m/s;td=0.5,则稳定的条件是 T>=1.7*0.5=0.85; 前视距离D=T*v=0.85*20=17m; 问如果d<17m,是什么结果？
• Jk:轨道总方差 ，代表跟预期轨道的误差 • Jay : 侧向加速度总方差，代表侧向加速度的相对大 小，表示翻车可能性。 • J δ:转向盘角速度总方差，表示驾驶员的疲劳。 • Js:前后轮侧向力系数总方差，表示侧滑的可能
驾驶员-汽车系统
• 分析汽车参数对驾驶员一汽车闭环系统运动性能的 影响，假设驾驶员技术熟练，总能以最优的方式驾驶汽 车，这种最优是指以下指标最小：
2
2 ′ C = V / Gay 其中： 0
TC = td + T 1 + TY 1 −
αT
3 2 αT td − TY 1) + TC 2 = (td − TY 1)(T 1 − + T 2 − TY 2 3 2
二阶以上忽略： C´(s)=C´0(1+TcS) ；Gay,T1,TY1是汽车特性
参数
简单反应时间 被试者 A 反应时 0.2018 间 B 0.1607 C 0.1632 D 0.2377 E 0.1995 F 0.1596
驾驶员的反应时间
室外制动反应时间试验： 驾驶员在行车过程中，道路交通环境复杂。驾驶员需要从众多 的信息刺激中感知判断与行车有关的信息.产生的反应时间与 简单反应时间相比要长。从下图可以看出85%的驾驶员反应 时间在0.9S以内. 国外的研究资料表明典型的平均知觉一反应 时间为2.5S。
驾驶员的反应时间
反应时间的长短取决于驾驶员的素质、 个性、年龄、情绪、环境、行车途中思 想集中情况以及工作经验。尽管一些欧 洲国家规定的反应时间是2.0s，全球广泛 采纳值仍为2.5s。
稳定性计算结果
驾驶员-汽车系统
也就是说α＝0 ，是理想二阶，
按照台劳级数展开13－23和13－24：
′ (1 + TCS + TC 2 S + ...) c′( s ) ≈ c0
• 式中JT代表驾驶员汽车闭环操纵系统主动安全性综合 ˆ为 评价指标；Tc为校正时间，Tu为预瞄时间，u为车速, T C Tc 的门槛值，D为有效预瞄距离的门槛值，其大小取决 于道路的能见度。
驾驶员-汽车系统
K2不变
例如： Audi100作 单移线后轮 侧偏刚度不 变，改变前 轮的侧偏刚 度总方差随 车速的变化。
驾驶员-汽车系统
•
1 δ = R i∗L v δ y′′ = = v R i∗L
sw
2 sw
2
(13-1)
• 设汽车在时刻t+T的横向位移为y(t+T),对 y(t+T)用在t时刻的台劳级数表示：
驾驶员-汽车系统
2
T y (t + T ) = y (t ) + Ty ′(t ) + y ′′(t ) 2 2 ∴ y ′′(t ) = 2 [ y (t + T ) − y (t ) − Ty ′(t )] T
t t t+T
轨道方程为f(t),驾驶员预瞄A点，预瞄距离为d,前视时间 为T=d/v,A点坐标为f(t+T),即时状态是 y=y(t), y′ = y (t )′ y(t),f(t) A f(t) f(t) y(t) t t t+T v
• 设驾驶员转动方向盘的角度为δsw对应的曲 率半径为1/R,横向加速度为y(t)“ 转向系传 动比为 i，轴距为L,则：
驾驶员-汽车系统
• 驾驶员-汽车系统闭环的综合评价： • 评价指标：总方差 • 参考文献：人－车－路闭环操纵系统主 动安全性的综合评价与优化设计 （汽车 技术1993。4） • 汽车操纵稳定性的客观定量评价指标 （吉林工业大学自然科学学报 2000。1）
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
• 模型可以分为三类： 1、准线性模型，根据人的神经系统的特性 （延迟、补赏、反应速度等）来建立 2、预瞄式驾驶员模型 3、利用最优控制理论建立的模型 也有的分为方向控制、速度控制、方向速 度联合控制模型
驾驶员-汽车系统
• 开环评价只是研究汽车的特性，闭环研究 要考虑驾驶员与汽车的配合。对闭环来讲， 驾驶员特性的代表性与统一性是一个问题。 汽车的开环特性是W(s),人的测量环节是 M(s),执行环节是C(s)。
X(s) × C(s) W(s) Y(s)
M(s)
驾驶员-汽车系统
• 总的传递特性为：
Y (s) C ( s) • W ( s) G (s) = = X ( s) 1 + C ( s) • W ( s) • M ( s)
• 用什么环节来代表驾驶员？
驾驶员-汽车系统
XOY固定在地面上的绝对坐标系,xoy为相对坐标系
* *
2 − td s Ts s= y(s) f s e y s Tsy s e [ ( ) ( ) ( )] − − T2 T 2 2 td s f ( s )eTs ( s e + Ts + 1) y ( s ) = 2
2
改正：δ = δ * (t − t d )
驾驶员-汽车系统
e
td s
td s 1+ 2 = td s 1− 2
驾驶员的反应时间
1、简单反应时间用反应时测试仪（BDH-505）进行
测量，采用灯光做刺激信号，被测试者感知到灯亮 立即按键，从被测试者观察到显示灯亮开始计时， 被测试者有了反应动作后，数字记时器停止计时， 记录下被测试者的反应时间。每人测量20次。 从下表可以看出简单反应时间分布范围是0.15--0.24s,
K1
以奥迪100轿车参数为例，驾驶员一汽车闭环仿真为以时间为标准的双移线道路 输人试验，汽车开环仿真为转向盘角阶跃试验。 在后轴二轮胎相对综合侧偏刚 度K2/Fz2=18.125，且保持不变的情况下，前轴二轮胎相对综合侧偏刚度K1/Fz1 对开环综合评价指标和闭环综合评价指标的影响。.
来自百度文库
注解
有的还增加了质心侧偏角β和汽车获得单位侧向加速 度的的转向盘的转动量作为单项评价指标。 w1….w6为下式中的加权系数，在仿真研究中分别 做了六类实验其中:w5=w6=0，w1=w2=w3=w4=1， 其综合评价指标用JT1表示;W4＝W6=0， W1=W2=W3＝W5=1，其综合评价指标用JT2表示。
坐标
x=Xcosψ+Ysin ψ y=-Xsin ψ+Ycos ψ 假设ψ≈0则： yp=f(x) x=x(t) y=y(t) yp=f(t) x=X=vt y=Y
假定汽车的方向角变化不大，速度 很低，可以近 似地认为：X≅vt;Y ≅y;Y ' ≅y';Y "=y"
y(t),f(t) A f(t) v
谢 谢 ！
谢 谢 ！
2009-12-18 清华大学汽车系 45
三阶跟随器
F (s) = 1 T2 2 T 3 3 1＋Ts + s + s 2 6
统一表达式为：(α＝0 为二阶， α＝1为三阶）
F (s) = 1
αTs T2 2 ) s • (1 + 1＋Ts + 2 3
驾驶员-汽车系统
公式说明
2il ] δ = δ (t − T ), δ = 2 [ f (t − T ) − y (t ) − Ty d V2 iL ily d δ V2 ,= y y 因为 = T , = δ = 2 ,= R R V il v 2 * ] y 所以： [ f (t + T ) − y (t ) − Ty = 2 T 两边作拉氏变化： δ(s)=δ * ( s )e − td s
驾驶员-汽车系统
• 选择不同的Tc 进行仿真结果见图（512页 －513页 13－9和13－11） • 模型是两自由度模型，车速＝24.59m/s, 驾驶员反应时间td=0.3s，当Tc=0,说明驾 驶员不能分析输入信号的变化率.
不同的Tc 进行仿真结果见图
不同的Tc 进行仿真结果见图(TC=0)
驾驶员-汽车系统
概述： • 1、不同的评价指标得出不同的结论 • 2、能知道汽车的响应，但难于判断驾驶员-汽车系统的性能。 • 3、驾驶员是有思维、能总结经验、不断改善自已的活人，人 的模型很难用机械运动方法来建立。（建立驾驶员模型难， 但有规律） • 4、驾驶技术是通过练习积累起来的。合格的驾驶员驾驶误差 都比较小。 • 5、驾驶员控制汽车方向有一定的原则,这个原则主要目标是 使汽车的运动尽可能的与预期的轨道相一致 • 6、人的行为是有极限的，如：快捷程度、最大转角等 • 7、驾驶员模型是什么？
• 并求频率与阻尼？
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
驾驶员-汽车系统
• • • • •
预测－跟随系统 y/f(s)=P(s)*F(s) P(s):预测器 P(s)=eTs=1+Ts+0.5T2S2+… F(s):跟随器 F(s)=(1+Ts+ 0.5T2S2)-1 P(s) × F(s)≅1,系统达到尽可能好的追随效果，所 以 F(s)=(1+Ts+ 0.5T2S2)-1是二阶跟随器，因为： 2 3 T T eTs = 1 + Ts + s2 + s 3 + ..... 2 6