مدل‌سازي رفتار راننده براي هدايت خودرو در شرايط پيچيده ترافيكي با تلفيق تئوري‌هاي روان‌شناسي و تكنيك‌هاي كنترل خودرو

Modeling of Driver Behavior in Complicated Traffic Conditions by Combining Psychological Theories and Automotive Control Techniques

با توجه به توسعه روزافزون سامانه‌هاي ادراك محيط ترافيكي، سامانه‌هاي كمك به راننده پيشرفته نقش مهمي در بهبود ايمني خودروها ايفا خواهند كرد. اين سامانه‌ها با ادراك شرايط ترافيكي بايد بتوانند خودرو را در سناريوهاي پيچيده هدايت كنند. از آنجا كه رانندگي فرآيندي پيچيده است، سامانه‌هاي كنترلي توسعه‌يافته با روش‌هاي متداول مهندسي با پيچيدگي ساختاري روبه‌رو هستند. مدل‌سازي رفتار راننده بر مبناي مفاهيم روان‌شناسي مي‌تواند به ساده‌كردن سيستم هدايت و تعامل بهتر آن با راننده منجر شود. در پژوهش حاضر، مفاهيم روان‌شناسي و محدوديت‌هاي نيرويي تايرها به كمك سينماتيك و سينتيك حركت خودرو بر حسب انحناي مسير و سرعت، فرمول‌بندي مي‌شود. با تعريف تابع هزينه چندمنظوره براساس مفاهيم مذكور، انحناي مسير و سرعتي كه تابع هزينه را كمينه مي‌كنند به‌عنوان تصميم انتخاب مي‌شوند. در نهايت كنترل‌گرهاي تناسبي اشباع‌شده به‌وسيله‌ كنترل زاويه فرمان چرخ‌هاي جلو، موقعيت پدال گاز و نيروي ترمز، انحناي مسير و سرعت خودرو را بر مقدار انحناي مسير و سرعت تصميم تنظيم مي‌كنند. مدل مذكور، در يك سناريوي پيچيده رانندگي شامل حركت هم‌جهت و رو در رو، موانع با ابعاد مختلف، موانع با سرعت‌هاي مختلف و حركت در پيچ تند مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. اين مدل توانست در اجتناب از برخورد رو در رو با زمان برخورد 0/72 ثانيه موفق عمل نمايد. همچنين در فضاي محدود با فاصله 30سانتي‌متر با موانع اطراف، خودرو را به‌صورت دقيق هدايت نمايد. نتايج شبيه‌سازي حاكي از آن است كه مدل در سناريوي پيچيده داراي موانع متحرك و فواصل كم‌ايمن رفتار مي‌كند.

Regarding the growing development of traffic perception systems, advanced driver assistance systems play a significant role in improving automotive safety. They should be able to guide intelligent vehicles through complicated driving scenarios. The complex nature of the driving process results in complicated control engineering methods. Modeling driver behavior based on psychological concepts would simplify the driving logic and human-machine interaction. In this research, psychological concepts and tire force limitations are formulated based on vehicle kinematics and kinetics as a function of speed and curvature. A multi-objective cost function is defined based on psychological concepts and tire force limits. The speed and the curvature, at which the cost function is minimal, are selected as the decided values. Saturated proportional controllers set the vehicle speed and path curvature on the decided values by adjusting the steering angle of the front wheels, accelerator pedal position, and brake force. The model performance is evaluated by a complicated driving scenario, which includes travelling in the same and opposite directions, presence of obstacles with different sizes and speeds, and high curvature paths. The model avoids face-to-face collisions with a time-to-collision close to 0.72 s. Also, it can avoid obstacles in tight spaces as narrow as 30 cm. Simulation results indicate that the proposed driver model performs safely at the presence of moving obstacles and tight spaces.