هدف اصلی از انجام این پژوهش طراحی یک سیستم کنترلی هوشمند برای فرآیند سبقت گیری با در نظر گرفتن رفتار ریزساختار رانندگان است. در این پژوهش، مدل سازی، شبیه سازی و کنترل رفتار سبقت-گیری مورد توجه قرار گرفته است. مدل سازی این رفتار بر مبنای داده های واقعی خواهد بود و بر خلاف مدل-های موجود، از مقدار لحظه ای تمامی پارامتر ها استفاده می شود. سپس با استفاده از این داده های واقعی، به جای طراحی مدلی بر مبنای معادلات ریاضی، مدلی بر مبنای ورودی-خروجی طراحی می کنیم که با توجه به غیرخطی بودن رفتار سبقت گیری رویکرد مناسب تری برای مدل کردن این رفتار می باشد. در ابتدا، برای مدل-سازی این رفتار، با استخراج پارامترهای مورد نیاز از مجموعه ی داده های واقعی، ابتدا یک مدل شبکه عصبی برای مسیرحرکت رفتار سبقت گیری طراحی می شود. سپس، در ادامه، دو مدل پیش بین بر اساس سیستم استنتاج تطبیقی فازی-عصبی چند ورودی-چند خروجی (manfis) طراحی می گردد. بعد از طراحی مدل-ها، با مقایسه ی خروجی آن ها با رفتار واقعی، استفاده از معیارهای خطای مختلف و مقایسه با خروجی مدل-های دیگران، عملکرد مدل ها سنجیده می شود. نتایج نشان می دهند که مدل های ارائه شده از لحاظ مختلف نسبت به مدل های موجود برتری دارند. بعد از مدل سازی دینامیک سیستم، یک کنترل کننده فازی برای هدایت مسیرحرکت خودروی سبقت گیرنده در بزرگراه های شهری با جریان ترافیک یک طرفه ارائه می شود. اعتبارسنجی و صحه گذاری کنترل کننده ارائه شده به صورت کامل با مقایسه با رفتار واقعی راننده انسانی و استفاده از معیارهای خطای مختلف صورت می پذیرد. نتایج حاصل نشان می دهند که کنترل کننده ارائه شده قادر است به خوبی مسیرحرکتی مشابه مسیرحرکت مطلوب ارائه دهد. هم چنین، کنترل کننده طراحی شده قادر است با اصلاح اشتباهات رفتار یک راننده انسانی، نکات لازم را ایمنی سرنشینان و خودروها رعایت کند.

امروزه، گسترش حمل ونقل و سفرهای جاده ای و بین شهری ایمن به یکی از معیارهای تعیین کننده میزان توسعه یافتگی جوامع مبدل شده است. از این رو، توجه ویژه ای از سوی مجامع علمی، تحقیقاتی و صنعتی به مدیریت، کنترل و بهینه سازی جریان ترافیک، توسعه سیستم های حمل ونقل هوشمند و سیستم های همیار در رانندگی معطوف شده است. در سیستم های کنترلی موجود تعقیب خودرو و حفظ مسیر که بصورت روشن یا خاموش عمل می کنند، هدایت خودرو یا در اختیار راننده است، یا در اختیار سیستم کنترلی. اشکال این نوع سیستم ها آن است که وقتی هدایت خودرو در اختیار سیستم کنترلی است، آزادی عمل راننده سلب می شود و وقتی هدایت خودرو در اختیار راننده است، ایمنی سفر کاهش می یابد. به این دلیل، دستیابی به سیستم کنترلی که علاوه بر تامین آزادی عمل راننده و لذت رانندگی، تامین کننده امنیت خودرو و اجتناب از شرایط غیر ایمن و پرهیز از ناپایداری کلی خودرو باشد، هدف اصلی طراحی های پیشرفته در این زمینه است. در این پژوهش یک سیستم کنترلی هوشمند برای حرکت طولی در فرآیند تعقیب خودرو با در نظر گرفتن رفتار راننده و خودرو طراحی می شود. این سیستم کنترلی به عنوان یک سیستم همیار راننده، علاوه بر آزادی عمل راننده و لذت رانندگی، ایمنی سرنشینان را نیز فراهم می آورد. در انتخاب منطق کنترلی مورد استفاده در سیستم های خودرو، به دلیل وجود عدم قطعیت ها در دینامیک سیستم و به خاطر حضور و دخالت راننده، و همچنین طبیعت غیرخطی جریان ترافیک وپدیده های مرتبط با آن، یک انتخاب مناسب استفاده از منطق و کنترل فازی است که در این رساله مد نظر قرار گرفته است. سیستم کنترلی ارائه شده شامل دو زیر بخش است. بخش اول یک سیستم کنترل مبتنی بر مدل پیش بین رفتار راننده و خودرو است. این زیربخش سیستم کنترلی بر مبنای مدل پیش بین فازی بهبودیافته با استفاده از تاخیر لحظه ای راننده و خودرو، سیگنال های کنترلی را ایجاد می کند. بخش دوم کنترل کننده یکپارچه ساز فازی است که با توجه به اهداف کنترلی یک موازنه میان سیگنال راننده واقعی و سیگنال ایجاد شده توسط کنترل کننده پیش بین مبتنی بر مدل فازی، ایجاد می کند. یک سیستم کنترلی کمک راننده هوشمند با محاسبه هوشیاری راننده توسط محاسبه زاویه سر راننده برای بهبود عملکرد کنترل-کننده فازی یکپارچه ساز طراحی و استفاده می شود. نتایج حاصل از عملکرد سیستم کنترلی طراحی شده با دینامیک طولی راننده خودرو با مقادیر رفتار راننده انسانی در جریان ترافیک واقعی مقایسه شده است. همچنین عملکرد این سیستم کنترلی بصورت راننده در حلقه توسط شبیه ساز رانندگی آساران مورد بررسی قرار گرفته شده است. نتایج آزمایش های عملی و شبیه سازی، دقت و عملکرد بسیار خوب این سیستم را در دستیابی به اهداف کنترلی و کاهش خطا نشان می دهد. در مقایسه با کارهای دیگران، این کنترل کننده دارای سه ویژگی تامین آزادی عمل راننده و لذت رانندگی، تامین امنیت خودرو در شرایط غیرایمن، و پایداری کلی خودرو با توجه به شاخصه ها و معیارهای تعریف شده در رفتارهای رانندگی است.

باتوجه به افزایش روز افزون تردد وسایل نقلیه، معیار ایمنی و کنترل حجم ترافیکی از سوی مجامع علمی و تحقیقاتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از اینرو برای کاهش تصادفات، خطاهای رانندگی و همچنین بهبود جریان ترافیکی فن آوری وسایل نقلیه رو به هوشمند شدن پیش می رود. برای رسیدن به این اهداف دو رویکرد کلی در نظر گرفته شده است. در رویکرد طولانی مدت در نظر است تا وسایل نقلیه خودوند شوند و کنترل کننده انسانی از میان برداشته شود. اما به دلیل محیا نبودن زیرساختارهای لازم و نبود فن آوری های مورد نیاز، از رویکرد کوتاه مدت مورد استفاده قرار می گیرد. در رویکرد کوتاه مدت؛ با استفاده از شبیه سازی رفتارهای ترافیکی سعی در شناخت و بهبود آنها می شود. همچنین با استفاده از تئوری های کنترلی سعی در طراحی سیستم های کنترل-کننده برای کمک به راننده در وسایل نقلیه می شود. نتیجه استفاده از این رویکرد، کاهش خطاهای انسانی در رانندگی، افزایش ایمنی و بهبود جریان ترافیکی می باشد. در این پژوهش برای کنترل کردن حرکت طولی خودرو، ابتدا به مدل سازی فرآیند تعقیب خودرو بر مبنای مدل فضای حالت پرداخته می شود. سپس با استفاده از تئوری کنترل پیش بین مدل اقدام به طراحی کنترل کننده پیش بین برای مدل ارائه شده می شود. این سیستم کنترلی علاوه بر حفظ فاصله ایمن سعی در فرآهم کردن لذت رانندگی را نیز دارد. در قسمت بعدی با استفاده از مدل-سازی بر مبنای مدل armax سعی در رفع کمبودهای مدل قبلی شده است. سپس اقدام به طراحی کنترل کننده پیش بین برای مدل ارائه شده می شود. مقایسه نتایج شبیه سازی سیستم کنترلی طراحی شده با مقادیر واقعی دقت و عملکرد خوب سیستم کنترلی را نشان می دهد که رسیدن به اهداف مورد نظر یعنی حفظ فاصله ایمن، کاهش خطا و بهبود جریان ترافیکی را نشان می دهد.