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2023年, 第45卷, 第6期　刊出日期：2023-06-25 上一期    下一期

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智能网联汽车多域电子电气架构技术发展研究 邹渊,孙文景,张旭东,刘佳慧,温雅,马文斌 2023 (6):  895-909.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.001 摘要 ( 474 )   HTML ( 49 )   PDF(3130KB) ( 1034 )   随着汽车智能化、网联化技术不断发展，传统电子电气架构已难以满足面向未来的车路云网一体化发展新需求。本文中聚焦面向未来的智能网联汽车多域电子电气架构，分别从总体设计、硬件系统、通信系统和软件系统4个方面对现有技术进行了详细的综述并对我国电子电气架构的发展进行展望。本文可对汽车电子电气架构技术研究提供重要的参考价值。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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车用操作系统技术现状及发展趋势 汪志鸿,于德营,马天泽,陈炳全,李宗阳,李红燕 2023 (6):  910-921.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.002 摘要 ( 245 )   HTML ( 30 )   PDF(2374KB) ( 494 )   随着汽车向电动化、智能化发展，其电子电气架构正从传统分布式架构向域集中式架构以及中央计算架构转变，汽车软件由面向信号的架构朝面向服务的软件架构升级。车用操作系统是汽车软件生态的重要基础，大力发展车用操作系统技术对保障我国智能汽车产业安全具有重要意义。基于此背景，本文对车用操作系统技术架构、典型产品以及发展现状进行了梳理，对比了国内外主流虚拟化技术产品、内核、中间件，并提出了车用操作系统发展趋势。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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智能网联汽车车载CAN网络入侵检测方法综述 关宇昕,冀浩杰,崔哲,李贺,陈丽文 2023 (6):  922-935.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.ep.002 摘要 ( 300 )   HTML ( 19 )   PDF(2564KB) ( 279 )   智能汽车与车联网技术不断融合，汽车正朝着智能化和网联化方向发展。随着车载网络（例如：CAN网络）的复杂性以及车辆与外界相连的方式增加，汽车面临的网络安全风险大幅上升。入侵检测系统作为保护车载网络安全的重要屏障，可以有效检测外部入侵和车辆异常行为。首先，介绍了车载网络的安全属性，并分析了智能网联汽车的网络安全问题以及车载CAN网络的脆弱性和对其的攻击方式。其次，总结了近几年车载CAN网络入侵检测方法的研究现状。最后，对未来车载网络入侵检测系统的发展提出几项开放性问题。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于量子密钥的车-云加密通信架构研究 石琴,鲁康源,程腾,王川宿,张星,许佩玲 2023 (6):  936-943.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.004 摘要 ( 140 )   HTML ( 8 )   PDF(2942KB) ( 142 )   目前主流的车-云安全通信方法是采用公钥保护对称密钥加密数据，但公钥方法计算耗时，且存在被以量子计算为代表的超计算能力快速破解的风险。因此，当前智能网联汽车车-云通信存在着较大的安全隐患。本文将量子密钥应用于对称密钥的保护，提出了一种全新的融合量子密钥的车-云加密通信架构，实现了通过预置密钥进行对称会话密钥的无线分发和BB84协议下对称会话密钥的实时协商。对上述架构进行安全性分析和性能分析，结果表明该架构在威胁场景下对数据具有较高的保护性，通信的平均时延和丢包率控制在16.861 ms和0.0248%范围内，实现了安全高效的车-云通信。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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面向汽车Zonal架构的TSN轻量级认证与授权通信框架 鲁睿其,谢国琪,刘新忠,李仁发 2023 (6):  944-953.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.005 摘要 ( 130 )   HTML ( 6 )   PDF(2563KB) ( 149 )   汽车智能化需求推动了汽车电子电气（electrical/electronic，E/E）架构向基于时间敏感网络（time-sensitive networking，TSN）的区域（Zonal）架构演进，但网联化发展给数据传输带来了严重的信息安全问题。TSN标准所提供的流过滤器、流控门和流计量器3层信息防护模块本质上是一种边界防火墙技术，一旦边界被攻破，整个架构将暴露并因此瘫痪；此外，这种防护技术因存在多层处理而产生过多的计算和通信开销。本文提出一种面向汽车Zonal架构的TSN轻量级认证与授权通信框架，以去边界的方式实现了防劫持、防篡改及防监听的一体化防护方案。基于NXP车规级TSN交换芯片SJA1105Q（作为中央控制器）与NXP车规级SoC LS1028A（作为区域控制器）构建了Zonal架构原型平台，并将所开发的框架部署该原型平台，通过ProVerif工具验证了框架的安全性；基于原型平台的评估结果表明，所提框架在计算和通信开销方面均优于现有汽车信息安全通信框架。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于OMNeT++的车载TSN通信仿真系统设计 王博文,罗峰,王子通 2023 (6):  954-964.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.006 摘要 ( 172 )   HTML ( 13 )   PDF(3394KB) ( 131 )   汽车技术的进步要求网络能够支持多种通信要求，如可靠性、实时性、低抖动和严格的延迟限制。时间敏感网络（time sensitive network， TSN）是建立在车载以太网的IEEE 802架构上的一个保障关键帧传输延迟解决方案。为了分析TSN协议在车载以太网应用中各个机制的性能，包括单独使用和组合使用时的情况，本文基于OMNeT++设计了车载以太网TSN网络仿真系统，同时，利用仿真系统对IEEE 802.1Qbv定义的分时调度机制进行了车载应用的性能评估，最后通过搭建车载TSN网络嵌入式平台，进一步验证分时调度的性能和修正网络仿真模型。结果表明，分时调度机制除了保证时间敏感流的实时性，仍然可以为其他的流量类提供出色的传输。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于AUTOSAR的域控制器以太网通信系统设计实现 郑燚,张世民,陆云龙 2023 (6):  965-973.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.007 摘要 ( 138 )   HTML ( 7 )   PDF(2306KB) ( 191 )   为满足日益增长的汽车功能需求，汽车电子电气架构趋于集成化集中式架构。集中式架构对软件可移植性、规范化程度和高速通信能力提出了更高需求，本文以AUTOSAR架构为基础，基于SOME/IP协议和XCP协议设计实现智能驾驶域控制器车载以太网通信系统软件，部署于英飞凌TC397硬件平台进行测试。测试结果表明，域控制器以太网通信系统满足智能驾驶功能的通信与调试需要，其通信性能相比传统CAN通信协议大大提升，验证了本文提出的域控制器高速通信系统的可行性与有效性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于深度卷积-Tokens降维优化视觉Transformer的分心驾驶行为实时检测 赵霞,李朝,付锐,葛振振,王畅 2023 (6):  974-988.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.008 摘要 ( 168 )   HTML ( 19 )   PDF(12322KB) ( 217 )   针对基于端到端深度卷积神经网络的驾驶行为检测模型缺乏全局特征提取能力以及视觉Transformer（vision transformer，ViT）模型不擅长捕捉底层特征和模型参数量较大的问题，本文提出一种基于深度卷积和Tokens降维的ViT模型用于驾驶人分心驾驶行为实时检测，并通过开展与其他模型的对比试验、所提模型的消融试验和模型注意力区域的可视化试验充分验证了所提模型的优越性。本文所提模型的平均分类准确率和精确率分别为96.93%和96.95%，模型参数量为21.22 M，基于真实车辆平台在线推理速度为23.32 fps，表明所提模型能够实现实时分心驾驶行为检测。研究结果有利于人机共驾系统的控制策略制定和分心预警。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于Retinex的低光照车位图像增强 苗作华,朱良建,赵成诚,刘代文,李诒雯,陈澳光 2023 (6):  989-996.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.009 摘要 ( 84 )   HTML ( 6 )   PDF(4244KB) ( 132 )   针对自动泊车过程中车载鱼眼相机拍摄的车位图像因低光照环境导致图像整体偏暗、车位信息模糊而无法检测出车位的问题，本文中设计了一种融合限制对比度自适应直方图均衡化（CLAHE）和改进单尺度Retinex（SSR）的车位线图像增强算法。首先将鱼眼相机图像畸变矫正后转换生成鸟瞰图；然后使用优化映射函数计算过程的CLAHE算法对鸟瞰图预处理；进而使用基于迭代方框滤波估计入射分量的单尺度Retinex算法增强图像；经过滤波和形态学处理，最后基于亮通道先验将图像灰度化，得到最终的增强结果。本文采集多组低光照场景下单侧鱼眼相机摄取的实际泊车过程视频，截取驶过停车位过程中的单帧图像作为数据输入，并使用一种基础车位检测算法对增强结果进行检测，试验结果表明，经过增强后可被检测出车位的视频帧数量超过90%，且单帧图像增强算法处理时间仅38 ms。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于动力学解耦的紧急工况循迹跟踪控制研究 余颖弘,黄利,李以农,郑玲,周佳,梁艺潇 2023 (6):  997-1009.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.010 摘要 ( 119 )   HTML ( 7 )   PDF(4068KB) ( 247 )   针对紧急工况下车辆纵横向动力学耦合导致传统轨迹跟踪方法精度下降的问题，提出解耦循迹跟踪算法，该算法在利用动力学解耦消减耦合负效应的基础上，通过跟踪车辆目标运动状态实现运动轨迹的间接跟踪。首先，基于理论推导与仿真，探究了车辆纵横向动力学耦合成因及其对循迹跟踪精度的影响；然后，通过修正传统3自由度车辆动力学逆系统构型确定其接口，利用随机数据集训练反馈前向神经网络（BPNN）模型以获取车辆平面运动逆系统；最后，设计基于目标运动轨迹的目标运动状态逆解算模型与基于纯跟踪思想的目标轨迹修正模型，将逆系统解耦方法应用于长航程循迹跟踪任务中。仿真与实验结果说明解耦循迹跟踪作为一种全新的跟踪方法，不仅可以完成跟踪任务，且通过与传统循迹跟踪方法对比，在耦合工况下所提出的方法具备更高的跟踪精度。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于路面附着系数估计的车辆轨迹跟踪控制 查云飞,吕小龙,陈慧勤,易迎春,王燕燕 2023 (6):  1010-1021.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.011 摘要 ( 232 )   HTML ( 10 )   PDF(6437KB) ( 281 )   针对车辆在高速转向和不同路面附着系数下的轨迹跟踪控制问题，基于模型预测控制理论提出了一种考虑路面附着系数的变侧偏角约束MPC控制策略。根据魔术公式轮胎模型分析轮胎的侧偏特性以及不同附着系数对轮胎侧偏角-侧向力线性区的影响，建立轮胎侧偏角约束与不同路面附着系数的函数关系；采用遗传算法（GA）优化BP神经网络模型设计路面附着系数估计器，将估计结果作为与轮胎侧偏角约束相关的变量传递到MPC控制器中；最后在MPC控制器中建立系统控制量约束、控制增量约束，以及考虑路面附着系数的变侧偏角约束，将不同路面附着系数工况下的轨迹跟踪问题转化为多约束条件下最优值求解问题，实现轨迹跟踪和车辆稳定性控制。仿真和试验结果表明，考虑路面附着系数变化的MPC控制方法相对传统MPC控制方法在各种工况下具有更高的轨迹跟踪精度和更好的车辆稳定性，GA-BP神经网络路面系数估计方法具有很高的估计精度。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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典型汽车碰撞事故场景中行人运动轨迹预测方法 韩勇,林旭洁,黄红武,蔡鸿瑜,罗金镕,李燕婷 2023 (6):  1022-1030.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.012 摘要 ( 153 )   HTML ( 9 )   PDF(2800KB) ( 208 )   为提高未来自动驾驶车辆对弱势道路使用群体的感知和决策融合的可靠性，本文提出一种基于目标检测算法（YOLOv5）、多目标跟踪算法（Deep-Sort）和社交长短时记忆神经网络（social-long short-term memory， Social-LSTM）的行人未来运动轨迹预测方法。结合YOLOv5检测和Deep-Sort跟踪算法，有效解决行人检测跟踪过程中目标丢失问题。提取特定行人目标历史轨迹作为预测框架的输入边界条件，并采用Social-LSTM预测行人未来运动轨迹。并对未来运动轨迹进行透视变换和直接线性变换，转换为世界坐标系中的位置信息，预测车辆与行人的可能未来碰撞位置。结果显示目标检测精度达到93.889%，平均精度均值达96.753%，基于高精度的检测模型最终轨迹预测算法结果显示，预测损失随着训练步长的增加呈递减趋势，最终损失值均小于1%，其中平均位移误差降低了18.30%，最终位移误差降低了51.90%，本研究可为智能车辆避撞策略开发提供理论依据和参考。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于轮胎特征点的并行大型车辆朝向角计算 赵嘉豪,齐志权,齐智峰,王皓,何磊 2023 (6):  1031-1039.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.013 摘要 ( 77 )   HTML ( 6 )   PDF(2970KB) ( 152 )   针对自动驾驶环境感知中并行大型车辆朝向角预测结果稳定性差的问题，本文中提出一种新的方法进行并行大型车辆朝向角计算。首先，基于相机逆投影模型提出根据轮胎特征点图像位置计算目标车辆朝向角的计算方法。然后，在现有单目3D目标检测模型上增加并训练子分支用于进行大型车辆轮胎特征点的检测。最后，对本文算法进行可视化验证。结果表明，该方法可得到准确的并行大型车辆朝向角，具有比单目3D目标检测模型更好的稳定性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于轴距预瞄的非匀速工况车辆悬架状态估计 陈建华,徐中明,张志飞 2023 (6):  1040-1049.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.014 摘要 ( 96 )   HTML ( 7 )   PDF(4192KB) ( 149 )   为实现车辆在非匀速行驶时的悬架相对速度和簧上绝对速度估计，同时减小车载传感器的数量，构造了不考虑车轮动力学、以车轮垂直速度为输入的车辆悬架系统简化模型，设计了一种基于速度自适应轴距预瞄的结合卡尔曼滤波算法估计整车悬架相对速度和簧上绝对速度的方法。仿真结果表明，在车辆非匀速行驶通过低频正弦路面、减速带、凹坑以及典型随机路面时，所提出的方法可以准确估计车辆的悬架相对速度和簧上绝对速度，且速度自适应轴距预瞄的引入减少了传感器的使用数量。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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行人-车辆碰撞中六岁儿童下肢损伤分析及预测 李海岩,黄盛一,李琨,崔世海,贺丽娟,吕文乐 2023 (6):  1050-1061.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.015 摘要 ( 85 )   HTML ( 5 )   PDF(8631KB) ( 182 )   为揭示汽车-行人碰撞事故中车辆前端结构和速度对儿童行人下肢损伤的差异成因及损伤机理，本研究应用符合我国体征且具有详细解剖学结构的六岁儿童行人损伤仿生模型（TUST IBMs 6YO-P），设置了32组涵盖4类常见车型和8种碰撞速度的汽车-行人碰撞仿真，分析下肢运动学和生物力学响应，采用非线性回归建立预测模型对下肢损伤进行评估。结果表明，碰撞速度对儿童下肢长骨骨折和膝关节损伤有直接影响，汽车前保险杠高度影响股骨的损伤程度和膝关节弯曲角度，扰流板离地高度影响胫、腓骨损伤的严重程度。分析膝关节弯曲角度和韧带断裂数据，得出当膝关节弯曲角度分别超出25.9±0.9°、38.6±0.7°、43.2±0.2°时，撞击侧内侧副韧带（MCL）、前交叉韧带（ACL）、后交叉韧带（PCL）发生断裂，基于碰撞速度和前保险杠高度建立的膝关节弯曲角度预测模型，经反求验证该模型可以有效预测膝关节损伤。综合儿童行人下肢长骨骨折评价参数和所建立的小腿弯矩预测模型，发现碰撞速度高于17.94 km/h将会造成儿童小腿骨折。该研究为行人安全法规制定、行人保护装置研发、AEB系统设计和数字化测评提供科学的参考依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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加装传统AEB后的未避免事故典型碰撞场景与事故特征 邹铁方,刘前程,魏亮 2023 (6):  1062-1072.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.016 摘要 ( 120 )   HTML ( 4 )   PDF(3253KB) ( 160 )   为了解车辆装备自动紧急制动系统（AEB）后的典型人车碰撞场景及事故特征，在再现187例事故并采集碰撞前参数后，运用联合仿真技术评估传统AEB系统的效果，并用统计学方法分析未避免的73例事故（39%），获得6类典型的未避免人车碰撞场景。研究发现，未避免事故中：事故主要发生在照明条件良好、路面干燥的非路口，且95.88%案例中碰撞速度低于40 km/h；人车碰撞损伤均显著降低，但不同场景中降幅有差异；人地碰撞损伤降低方面存在不确定性，典型场景中61.9%的案例中人地碰撞损伤有增加风险，损伤增加比例随碰撞场景变化而不同。进一步分析发现，人地碰撞损伤增加的主要原因是AEB降低车速后行人落地顺序改变、人体下肢与车辆前端再次接触、人车碰撞位置改变等。研究成果不仅能为智能车主、被动安全研究中的实验设计提供边界条件，还能为设计更安全的AEB系统提供支持。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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湿式离合器欠约束摩擦副临界碰摩转速及带排转矩分析 张琳,张源盛,魏超,严运兵 2023 (6):  1073-1080.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.017 摘要 ( 116 )   HTML ( 12 )   PDF(3441KB) ( 112 )   带排转矩会降低湿式离合器的传动效率，缩短其使用寿命和降低其工作可靠性。目前针对湿式离合器带排转矩的研究大多基于平均间隙分布模型，但各摩擦副之间的间隙分布对带排转矩有重要影响，且获取处于工作状态的湿式离合器各摩擦副间隙分布是很困难的。因此，本文提出了一种湿式离合器各摩擦副间隙分布的仿真模拟方法，采用次序统计方法模拟各摩擦片和钢片的位置，获得各摩擦副初始间隙分布规律；在此基础上，通过仿真分析不同工况下欠约束多摩擦副系统的临界碰摩转速及带排转矩，并通过了试验验证。结果表明，在湿式离合器总间隙不变的情况下，欠约束多摩擦副系统的临碰摩转速小于基于平均间隙分布假设下的临界碰摩转速；随着湿式离合器总间隙的增加，临界碰摩转速逐渐下降；欠约束多摩擦副系统的带排转矩明显大于基于平均间隙分布假设下的带排转矩，随着湿式离合器总间隙的增加，带排转矩逐渐下降。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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矢量-角度几何映射的方向重要抽样分布函数近似化方法及多失效模式可靠性分析 王俊峰,陈吉清,兰凤崇,刘青山 2023 (6):  1081-1089.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.018 摘要 ( 72 )   HTML ( 2 )   PDF(2425KB) ( 124 )   方向重要抽样法是一种结构可靠度模拟方法，适合评估非线性、多维度的复杂结构可靠性问题。然而对于多维度问题，利用接受/拒绝方法获得重要矢量样本，效率较低且可执行性差。因此，需要改进或重新构造易于抽样的分布函数。通过概述现有的分布函数，利用插值方法近似构造基于矢量-角度几何映射的分布函数，利用一维拉丁超立方方法对重要角度均匀抽样，再映射到重要矢量样本，得到的矢量样本具有分层均匀性，避免了聚集现象，同时覆盖整个样本空间。该方法有效应用于多设计点和多失效模式的可靠性问题分析中，进一步制定了样本分配方案。通过非线性数值算例和车身结构工程问题验证了该方法的适用性和准确性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及应用 吕辉,钟顺江,李振聪,曹懿莎,上官文斌,赵克刚 2023 (6):  1090-1098.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.019 摘要 ( 95 )   HTML ( 2 )   PDF(2691KB) ( 78 )   针对汽车结构系统中不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题，开展了基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及其应用研究。首先，通过划分多维平行六面体模型的边界区间提出了一种多维子平行六面体模型，并将其用于描述系统的大不确定度参数；然后，将1阶摄动法与多维子平行六面体模型相结合，提出了一种适用于处理系统参数同时具有大不确定度和相关性的非概率不确定性分析方法；接着，基于不确定性分析方法，建立了系统可靠性分析模型并进行可靠性分析研究；最后，以汽车声固耦合系统、盘式制动器系统和电动车动力总成悬置系统为研究对象开展算例分析，分析了系统响应的不确定性和可靠性，验证了方法的有效性。相关分析结果表明：所提出的方法可有效地处理汽车结构不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题，并具有较高的计算精度和效率。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标