脑—控车辆的人车交互及控制研究

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1、脑-控车辆的人车交互及控制研究范新安2015年1月中图分类号：UDC分类号：脑-控车辆的人车交互及控制研究作者姓名范新安学院名称机械与车辆学院指导教师毕路拯副教授答辩委员会主席王凌教授申请学位级别工学博士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月Driver-vehicleinteractionandcontrolofbrain-controlledvehiclesCandidate：Xin’anFanSupervisor：AssociateProfessorLuzhengBiDepartment：Schoolo

2、fMechanicalEngineering,BeijingInstituteofTechnologyDate：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文1摘要脑-控车

3、辆是指由驾驶员“意念”直接控制的车辆，脑-控车辆的研究涉及车辆动力学、人机工程学、信息与控制科学以及脑与神经科学等多种学科。在理论方面，脑-控车辆的关键基础问题研究有助于发现驾驶行为大脑皮层的神经表达和认知机理，也可以促进脑机一体化以及生机电融合的智能型医疗、康复装备的基础理论研究。在应用方面，脑－控车辆的研究能够使残疾人通过脑电信号直接控制车辆，提高其移动能力，也可以帮助发展以人为中心的智能辅助驾驶系统，提高正常驾驶员的驾驶安全和驾驶性能。此外，该研究也可能用于对军用车辆等装备进行辅助控制，提高士兵的作战能力。因此，脑－控车辆的研究具

4、有重要的科学意义和实际应用价值。本论文围绕脑-控车辆的人车交互及控制展开研究。主要研究内容包括：面向车辆目的地选择的脑-车交互模型及环境因素对其性能的影响规律和机理；驾驶员运动控制命令的脑电解析及车辆运动控制方法；脑-控车辆运动控制的人-车-路模型及脑-车交互性能对脑-控车辆的影响机理。本论文取得如下创新性成果：1.建立了脑-控车辆运动控制的人-车-路模型，揭示了脑-车交互参数对脑-控车辆性能的影响机理以及脑-控车辆的脑驱机制。2.提出了一种新的混合P300和SSVEP脑电信号的脑-车交互方法，建立了基于该方法的车辆目的地选择系统。3.

5、分析了基于脑电信号车辆目的地选择系统在驾驶环境中的性能变化，发现了环境因素对该系统的影响规律，揭示了产生这种影响规律的内在机理。4.提出了一种基于SSVEP和Alpha脑电信号的运动命令解析方法，建立了相应的车辆运动控制模型，验证了脑电信号控制车辆运动的可行性和有效性。这些创新性成果的取得有助于促进脑-控车辆的基础问题和关键技术研究，从而为建立脑-控车辆的脑-控理论和方法奠定基础。关键词：脑-控车辆脑-机接口人车交互运动控制人-车-路模型车辆辅助驾驶驾驶员车辆控制模型1本论文由国家自然科学基金“脑-控车辆的脑-机交互和控制方法研究”（6

6、1374192）支持I北京理工大学博士学位论文Abstract2Abrain-controlledvehicleisavehiclethatisdirectlycontrolledbythehuman“mind”.Theresearchaboutbrain-controlledvehiclesinvolvesmanydisciplines,includingvehicledynamics,ergonomics,informationandcontrolscience,andbrainandneuralscience.Intheory,t

7、heresearchcannotonlyhelpdiscovercortexneuralrepresentationandcognitivemechanismofdriverbehavior,butitalsocanprovideatheoreticalbasisforbrain-machineintegrationandintelligentmedicalandrehabilitationequipmentsbasedonbiologicalandmechatronicsintegration.Inpractice,theresear

8、chcanhelptheseverelydisableduserstodirectlycontrolavehiclewiththeirEEGsignalsforimprovingtheirmobility,