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2022年, 第44卷, 第10期　刊出日期：2022-10-25 上一期    下一期

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基于车辆动力学混合模型的智能汽车轨迹跟踪控制方法 方培俊,蔡英凤,陈龙,廉玉波,王海,钟益林,孙晓强 2022 (10):  1469-1483.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.001 摘要 ( 606 )   HTML ( 62 )   PDF(7582KB) ( 538 )   基于机理分析的车辆动力学建模过程通常进行简化及假设，无法准确计算实际车辆在不同道路条件下的动力学变化，进而导致智能汽车轨迹跟踪控制精度低、不稳定等问题。鉴于此，本文中提出了一种基于混合建模技术的非线性建模与控制方法，构建机理分析-数据驱动的车辆动力学串联混合模型，车辆状态与控制数据经机理模型实现计算处理，级联合并后作为数据驱动模块的输入，长短时记忆网络作为主干网络实现时序数据的非线性关联特征提取和最终的模型输出计算。测试结果表明，该模型可以补充计算机理模型中的部分未建模动态并提高模型计算精度，且具有隐式理解不同路面附着条件的能力。其次，使用Euler积分完成对预测模型的离散化并设计模型预测控制轨迹跟踪算法，设计前馈反馈控制算法在实现车辆的纵向控制的同时提供横向控制中预测模型所需的外部输入，最终实现更符合实际行驶环境且更精准的轨迹跟踪控制效果。CarSim/Simulink联合仿真结果表明，该方法实现了不同道路附着系数下控制量精确输出，同步提升了智能汽车轨迹跟踪控制精度和稳定性，具有良好的横纵向协调控制效果。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于非对称势场的人车协同博弈避撞 卢少波,谢菲菲,张博涵,陆嘉峰,李彩霞 2022 (10):  1484-1493.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.002 摘要 ( 201 )   HTML ( 21 )   PDF(4188KB) ( 378 )   为保证人机共驾车辆紧急避让行人时的行人安全和车辆稳定性，提出了一种基于行人非对称势场的人（驾驶员）车协同博弈避撞策略。首先充分考虑行人过街特性及其与车辆的相对运动，建立了一种非对称双椭圆行人势场，以更好地表征行人风险，并在此基础上进行了避撞路径规划。接着为提升避撞过程的车辆稳定性并同时保证轨迹跟踪性能，构建了基于非合作博弈的驾驶员-主动前轮转向（AFS）-主动后轮转向（ARS）三者协同控制器，并在行人避让工况下进行了仿真验证。结果表明：ARS参与后，在确保避撞轨迹跟踪性能的同时，稳定性明显提升，其横向速度误差绝对值均值比驾驶员-AFS两者协同控制器减小了46.43%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于高效NMPC算法的无人车轨迹跟踪控制研究 王宏伟,刘晨宇,李磊,张昊天 2022 (10):  1494-1502.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.003 摘要 ( 411 )   HTML ( 20 )   PDF(2205KB) ( 474 )   本文针对无人车在复杂工况下，非线性程度增加和动力学约束导致的轨迹跟踪控制精度差和求解效率低的问题，提出一种高效的非线性模型预测控制（nonlinear model predictive control， NMPC）算法。首先考虑车辆模型的非线性因素，建立动力学和魔术轮胎模型，并将无人车终端状态整合到性能指标中，添加稳定性范围内多约束条件，通过障碍罚函数法处理非线性不等式约束，保证了求解过程的平滑性。然后为减轻求解非线性优化问题带来的计算负担，提出了一种新颖的连续/广义最小残差算法（improved continuation/generalized minimal residual，improved-C/GMRES），与传统的C/GMRES算法相比，通过引入连续增加的惩罚因子加快了数值计算的求解效率，降低算法的计算负担。最后通过Simulink和CarSim的联合仿真，在双移线工况和蛇行工况条件下验证跟踪精度和求解效率，结果表明与传统的C/GMRES方法相比，所提控制方法明显提升轨迹跟踪的控制精度和改善行驶稳定性，并加快数值求解效率。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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动态场景下基于语义分割与运动一致性约束的车辆视觉SLAM 黄圣杰,胡满江,周云水,殷周平,秦晓辉,边有钢,贾倩倩 2022 (10):  1503-1510.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.004 摘要 ( 232 )   HTML ( 12 )   PDF(3204KB) ( 320 )   传统的车辆同时定位与建图方法多依赖于静态环境假设，在动态场景下易引起位姿估计精度下降甚至前端视觉里程计跟踪失败。本文结合Fast-SCNN实时语义分割网络与运动一致性约束，提出一种动态场景视觉SLAM方法。首先利用Fast-SCNN获取潜在动态目标的分割掩码并进行特征点去除，以获取相机位姿的初步估计；随后基于运动约束与卡方检验完成潜在动态目标中静态点的重添加，以进一步优化相机位姿。验证集测试表明，所训练的语义分割网络平均像素精度和交并比超过90%，单帧图片处理耗时约14.5 ms，满足SLAM系统的分割精度与实时性要求。慕尼黑大学公开数据集和实车数据集测试表明，融合本文算法的ORB-SLAM3部分指标平均提升率超过80%，显著提升了动态场景下的SLAM运行精度与鲁棒性，有助于保障智能车辆的安全性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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融合Lite-HRNet的Yolo v5双模态自动驾驶小目标检测方法 刘子龙,沈祥飞 2022 (10):  1511-1520.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.005 摘要 ( 699 )   HTML ( 25 )   PDF(2181KB) ( 518 )   针对目前自动驾驶领域的目标检测算法在对道路小目标和密集目标进行检测的时候出现漏检的问题，提出一种融合Lite-HRNet的Yolo v5网络。首先为了获得高分辨率的特征检测图将Lite-HRNet作为Yolo v5的主干网络，以增强对小目标及密集目标的检测。为提升暗光场景下的检测性能，将红外图像与可见光图像进行动态权值融合，充分发挥可见光图像与红外图像的互补优势。由于主干网络进行了充分的特征融合，为加快检测速度取消在检测层中的特征融合结构。其次为了加快收敛速度和提高回归精度采用α-EIoU作为边界框损失函数，同时为选取针对数据集更合适的先验框，使用二分K-means算法进行聚类，并且使用小目标数据增强算法对数据集进行样本扩充。最后在flir数据集上进行对比测试，根据实验结果，提出的算法比Yolo v5在平均精度上提高了7.64%，小目标和密集目标的漏检率明显减少。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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驾驶经验对L3级自动驾驶接管绩效的影响 王琳岩,张慧珺,胡宏宇 2022 (10):  1521-1526.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.006 摘要 ( 194 )   HTML ( 13 )   PDF(1499KB) ( 180 )   L3级自动驾驶允许驾驶员在其操作设计域（ODD）内暂时脱离驾驶任务。当自动驾驶系统超出其限定的范围时，系统会发出接管请求（TOR）来提醒驾驶员及时接管车辆。为了探究具有不同驾驶经验的驾驶员在L3级自动驾驶过程中的接管绩效，针对24名不同年龄段、驾驶经验具有显著差异的参与者，设计了包含非驾驶任务和视觉辅助的紧急避障驾驶场景，在驾驶模拟器平台进行接管实验。结果表明，不同驾驶经验对反应时间没有明显影响，但是在驾驶绩效方面有着显著性差异。驾驶经验丰富的驾驶员在最大转向盘转角、转向盘转角标准差等指标上有着显著的提升，即经验丰富的驾驶员能够更平稳、安全地恢复对车辆的控制。此外，驾驶经验丰富与否在无视觉辅助的情况下差异更加明显。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于混合神经网络的汽车运动状态估计 高振海,温文昊,唐明弘,张建,陈国迎 2022 (10):  1527-1536.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.007 摘要 ( 286 )   HTML ( 16 )   PDF(5103KB) ( 445 )   针对现有车辆运动状态估计算法严重依赖动力学模型精度且在大的质心侧偏角工况下准确性难以保障的问题，本文提出了一种基于混合神经网络的车辆运动状态估计算法。通过分析车辆本身的动力学基本特性，设计了适合于车辆运动状态估计的HNN混合神经网络架构，实现了车辆运动状态的深度学习估计。基于多个标准工况组成的数据集与典型实车测试工况进行了网络训练与测试验证。结果表明，相比于传统算法，本算法基于神经网络实现了精准的无动力学模型的汽车运动状态估计，提高了估计精度，且对路面附着系数变化具有鲁棒性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于VSL-MPC的半主动悬架预瞄控制研究 陈潇凯,曾洺锴,刘向,姜安 2022 (10):  1537-1546.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.008 摘要 ( 283 )   HTML ( 34 )   PDF(4083KB) ( 343 )   车载传感器为智能汽车提供了丰富的环境感知信息，然而，在电控悬架控制算法中，车辆所感知的路面信息尚未能被充分利用，造成车辆动力学控制效果不佳。本文以半主动悬架高性能预瞄控制问题为研究主题，提出了一种变步长模型预测控制（VSL-MPC）算法。该算法根据实时车速和双目相机采集的路面信息来确定预瞄控制步长，使得纳入控制算法中的路面感知信息能够更准确地反映路面特征，有助于半主动悬架在更恰当的时刻对悬架阻尼特性进行调节，能够实现更理想的悬架决策控制。利用双目相机对真实道路开展路面信息采集，引入半主动悬架系统最优性能界限作为性能评价基准，建立4种基于模型预测控制的半主动悬架仿真模型，仿真对比结果表明，驶过连续减速带和井盖冲击等典型城市路面特征时，所提出的VSL-MPC算法控制下的簧载质量垂向加速度与最优性能界限的差距仅为0.72和2.33 dB，相比传统预瞄MPC算法的4.31和4.46 dB、传统无预瞄MPC算法的4.04和4.74 dB具有显著提升，新算法能有效提升半主动悬架的动力学性能。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于无迹卡尔曼滤波和门控循环单元的道路坡度估计 秦大同,王康,冯继豪,刘永刚,程坤,夏玉 2022 (10):  1547-1555.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.009 摘要 ( 150 )   HTML ( 13 )   PDF(4634KB) ( 350 )   针对外接激光雷达等传感器普适性差，而传统道路坡度估计方法仅根据车载CAN总线数据在车辆起步、换挡、制动和停车4种特殊工况中的估计误差较大的问题，提出了一种基于无迹卡尔曼滤波（UKF）和门控循环单元（GRU）的道路坡度估计方法。根据车速等数据识别工况，在非特殊工况下，建立车辆动力学模型并采用UKF来估计坡度；在特殊工况下，将规律性不稳定的时序坡度转换为距序坡度，并利用GRU进行短距坡度预测。仿真和实车试验结果表明：在非特殊工况下，该方法通过UKF可准确估计道路坡度；在特殊工况下，该方法通过GRU可有效跟踪距序坡度变化趋势，显著提高了道路坡度估计精度。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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轮胎力学特性仿真高精度有限元建模方法研究 卢荡,杨文豪,吴海东,陈南施,成健,张振伟 2022 (10):  1556-1562.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.010 摘要 ( 139 )   HTML ( 11 )   PDF(3155KB) ( 237 )   为提高轮胎有限元仿真精度和更好满足高精度虚拟送样要求，提出一种轮胎逆向剖析方法；首先通过3D扫描获得轮胎断面，然后对轮胎进行断面切割，获取一段具有一定厚度的轮胎断面，并将其摆放在3D扫描结果的打印图纸上，使两者的断面轮廓很好贴合，再次扫描得到轮胎材料分布图。接着利用所获得的实际轮廓和从轮胎生产厂家取得的设计轮廓，通过绕轮心旋转获得3D有限元模型，进行静态工况的有限元仿真和实物轮胎试验；最后仿真对比了不同胎压下设计轮廓和实际轮廓的静态力学特性。结果表明：实际轮廓轮胎的径向刚度、侧向刚度和纵向刚度仿真精度分别达到99.2%、97.9%和98.2%，比设计轮廓分别提升了4.3、4.6和7.4百分点，但两种轮廓轮胎的扭转刚度差异很小；不同胎压下设计轮廓的轮胎各向刚度均大于实际轮廓，且两种轮廓轮胎的各向刚度皆随胎压的升高而增大。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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电动汽车热泵PTC耦合制热策略研究 季宏增,蔡景羊,裴金晨,何星磊,郭汾,王义春 2022 (10):  1563-1570.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.011 摘要 ( 192 )   HTML ( 10 )   PDF(2087KB) ( 506 )   为减少电动汽车制热能耗，基于热泵系统制热性能试验，提出热泵系统制热在-20~5 ℃环境温度范围内均存在制热性能分区，制定了PTC在制热低效区提前介入的热泵PTC耦合制热策略，利用AMESim搭建的系统模型进行仿真并与传统策略进行了对比研究。与采用6 000 r/min转速热泵辅助278.95 W PTC制热功率相比，采用转速4 700 r/min热泵辅助462.11 W PTC制热综合能耗低6.4%，二者均能使车内温度稳定在24 ℃。相比于单一热泵制热，采用PTC提前介入的热泵PTC耦合制热策略具有加热快、能耗低、转速低等优势，-10 ℃环境温度下车内目标温度为20 ℃时，调节过程中能耗最多降低9.4%，稳定后降低2.8%。采用PTC提前介入策略时压缩机转速应尽可能接近高效区临界转速，此策略在不改变系统结构的基础上可明显提升制热效率和舒适性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于NSGA-Ⅱ算法和模糊控制的纯电动汽车2DCT换挡规律研究 殷学冰,陈勇,代青林,刘海,田乃利,贺伯林 2022 (10):  1571-1580.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.012 摘要 ( 106 )   HTML ( 14 )   PDF(3827KB) ( 284 )   换挡规律是影响汽车动力性和经济性的关键因素。针对自主研发的纯电动汽车两挡干式双离合变速器（2DCT），以不同踏板开度下的换挡车速作为优化变量，通过NSGA-Ⅱ算法得出换挡速度的Pareto前沿，利用线性加权法求出兼顾经济性和动力性的踏板开度和车速两参数换挡规律。引入加速度构建一种三参数模糊控制器，对换挡速度进行动态调整，得到综合性换挡规律。结果表明，综合换挡规律能同时兼顾整车的经济性和动力性，并且相较于经济性换挡规律较大程度减少换挡频率。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于大数据的电动汽车行驶阶段碳减排影响因素分析 詹炜鹏,王震坡,邓钧君,刘鹏,崔丁松,李海涛 2022 (10):  1581-1590.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.013 摘要 ( 232 )   HTML ( 33 )   PDF(6504KB) ( 390 )   本文基于我国大量实车数据，分析了能源结构变化、电池容量衰退、使用工况、温度、用途、电池充电效率、车辆传动效率等因素对电动汽车碳减排量的影响，建立了电动汽车行驶阶段碳排放模型。按照国家、省份维度，分析了电动汽车碳减排量的区域性差异原因，研究了不同类型的电动汽车的减排效益，对电力碳排放因子、气候和温度等因素对电动汽车碳减排的影响进行敏感性分析。最后，基于分析结果对道路交通领域低碳发展路径提出了建议。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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车辆小重叠碰撞中滑移模式的研究 陈晓杰,李松 2022 (10):  1591-1599.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.014 摘要 ( 131 )   HTML ( 11 )   PDF(5001KB) ( 272 )   基于平面运动理论提出了小重叠前撞时车辆滑移的理论分析方法，揭示了碰撞力与滑移量之间的关系，得到了实验和仿真的验证。将碰撞区域分为6个部分，提出了6阶碰撞力特征曲线。基于特征曲线和均匀设计法，通过提出的理论分析方法得到了车辆滑移量与不同特征曲线的样本空间。进一步，建立了BP神经网络，对特征曲线中6个区域的碰撞力值与滑移量进行了敏感度分析，识别出此工况下的最关键碰撞区域。本文提出的理论方法和进行的敏感度分析，为小重叠前撞的结构设计提供了理论支持。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于深度学习的座椅抗挥鞭伤性能预测 张绍伟,朱大炜,翟光照 2022 (10):  1600-1608.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.015 摘要 ( 129 )   HTML ( 11 )   PDF(3547KB) ( 266 )   在传统仿真的基础上，结合深度学习，提出了一种快速预测座椅鞭打性能的方法。首先对上汽大众某车型座椅进行了一系列材料级、零部件级、分总成级和整椅级的静态与动态物理实验，其次利用实验结果对已有的仿真模型进行了标定，标定结果验证了仿真模型的有效性。然后，利用全因子法对所有影响座椅鞭打性能的因素进行了仿真。基于仿真结果，利用深度学习方法建立了长短记忆（LSTM）神经网络模型，对假人的挥鞭伤害响应进行快速预测。结果表明：基于LSTM的神经网络模型预测的假人响应曲线能与仿真得到的曲线较好地吻合，故可用于后续的座椅鞭打性能优化。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于粒径分布的直喷汽油车颗粒物排放特性研究 蒋晓寒,谭建伟,徐长建,葛蕴珊,郝利君,王欣,李家琛 2022 (10):  1609-1618.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.016 摘要 ( 98 )   HTML ( 5 )   PDF(2684KB) ( 491 )   以一辆配备了尾气颗粒物捕集器的国VI标准缸内直喷汽油车（gasoline direct injection vehicle，GDIV）为研究对象，使用颗粒物冷凝生长计数器（condensation particle counters，CPC）和电子低压冲击器（electrostatic low voltage impactor，ELPI+）两种仪器测量尾气中不同粒径范围的颗粒物数量（particle number，PN）排放浓度。在底盘测功机上进行世界轻型汽车测试循环（worldwide harmonized light vehicle test cycle，WLTC）冷起动试验，试验结果显示，在WLTC循环试验超高速段中ELPI+_29~2 500 nm比CPC_23~2 500 nm的测量结果高出1个数量级，ELPI+_6~29 nm超细颗粒物作为PN排放主体占比高达97.5%；在热起动条件下WLTC循环高速段和超高速段试验表明，发动机原排恶劣、汽油机颗粒捕集器的持续再生反应导致大量超细颗粒物排放。为降低汽车颗粒物排放对环境及人体健康的影响，需对车辆尾气颗粒物粒径分布进行深入研究，并对23 nm以下超细颗粒物进行更多的关注。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于形体优化方法的汽车空气动力学开发 廉玉波,罗秋丽,张风利,张荣荣,张亚东 2022 (10):  1619-1626.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.017 摘要 ( 269 )   HTML ( 24 )   PDF(5482KB) ( 303 )   基于Isight优化平台，集成Sculptor网格变形算法和CFD仿真技术，开发了多设计参数和多优化目标的汽车整车空气动力学形体优化方法。在给定的车型尺寸约束下，基于比亚迪汉EV低风阻形体，研究了7个外轮廓参数对风阻的影响，使风阻降低4.2 counts；进一步，采用该形体优化方法对电动尾翼进行空气动力学优化，研究多目标空气动力学参数最优形体组合，终于获得整车风阻降低6 counts且后轴升力减小52 counts的电动尾翼最优形体与姿态。最后通过风洞试验验证形体优化方法的有效性与可靠性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标