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2024年, 第46卷, 第3期 刊出日期:2024-03-25 上一期   
自动驾驶仿真多逻辑场景综合评价方法
张培兴,秦孔建,朱冰,赵健,范天昕,赵文博
2024 (3):  375-382.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.001
摘要 ( 269 )   HTML ( 36 )   PDF(1658KB) ( 204 )  

基于场景的仿真测试方法已成为解决自动驾驶汽车性能验证的核心思路,该方法将车辆连续驾驶过程进行分割获取非重复的独立场景片段,并在仿真环境中进行测试。与测试过程相贴合,本文提出了一种自动驾驶仿真多逻辑场景综合评价方法。首先建立自动驾驶汽车多逻辑场景综合评价方法,明确兼顾场景自身特征信息及仿真过程信息的场景权重分析流程;通过暴露度、失控度、危害度建立逻辑场景自身特征信息权重;建立包含仿真精度信息、要素种类信息、参数空间信息、离散步长信息的仿真过程信息权重;基于HighD数据集抽取前车制动、前车左侧切入、前车右侧切入场景信息,并基于本文提出的方法及基准算法测试结果计算场景权重,最终获取两种被测算法在多逻辑场景中的综合评价结果。

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面向结构化道路的智能驾驶轨迹规划一致性研究
吴晓建,廖平伟,雷耀,江会华,王爱春,胡家琦
2024 (3):  383-395.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.002
摘要 ( 131 )   HTML ( 15 )   PDF(8602KB) ( 131 )  

智能车在动态环境中的轨迹规划须具备良好的舒适性及安全性,离散采样轨迹规划算法具有实时性高、多目标最优等优点而被广泛研究和应用,但在仿真及实车测试中发现,典型的基于多项式优化求解的离散采样局部轨迹规划结果在换道等瞬态过程存在一致性较差的问题。本文针对性提出一种考虑一致性评价的“拼接+强规划”轨迹规划算法。具体而言,根据自车状态截取历史轨迹为当前周期拼接轨迹,结合拼接轨迹和轨迹末状态采样点生成基于多项式的候选轨迹簇作为轨迹强规划阶段,再基于轨迹横向偏差设计轨迹一致性评价函数以从轨迹簇中选取较高一致性的最优行驶轨迹。经仿真和真实道路场景实车验证,表明所提出的轨迹规划方法在满足轨迹安全性、平顺性、舒适性要求的基础上提高了智能驾驶车辆行驶轨迹的整体一致性。

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城市道路场景下考虑多类交通参与者的多模态车辆轨迹预测方法研究
周亦威,夏莫,朱冰
2024 (3):  396-406.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.003
摘要 ( 114 )   HTML ( 11 )   PDF(2740KB) ( 79 )  

车辆轨迹预测是自动驾驶的关键技术之一,针对以往模型较少考虑城市道路场景中车辆以外多类交通参与者的问题,本研究提出了一种多类交通参与者的多模态车辆轨迹预测模型。该模型使用门控循环单元对历史轨迹信息进行编码,并利用注意力机制将多类交通参与者的特征映射到用图结构表达的驾驶场景中,通过图注意力网络进行环境特征提取,从而使模型能感知环境中的多类交通参与者。此外,模型通过节点轨迹预测与坐标轨迹预测模块输出最终的多模态轨迹预测结果。基于城市道路场景数据集nuScenes的实验结果表明:相较于同类现有模型,所提出的模型算力需求更低、预测更准确,且能适用于人车混合的城市道路驾驶场景。

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基于车辆轨迹预测对抗性攻击与鲁棒性研究
桑海峰,赵梓杉,王金玉,陈旺兴
2024 (3):  407-417.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.004
摘要 ( 83 )   HTML ( 4 )   PDF(4238KB) ( 45 )  

针对常规车辆轨迹预测数据集中较少包含极端交通场景信息的问题,本文提出一种新型对抗性攻击框架来模拟此类场景。首先,为了判定不同场景中对抗性攻击是否有效提出了一种阈值判定的方式;然后,针对攻击目的的不同分别设计了两种对抗性轨迹生成算法,在遵守物理约束和隐蔽性前提下,生成更具对抗性的轨迹样本;此外,提出3个新的评价指标全面评估攻击效果;最后,探究了不同的防御策略来减轻对抗攻击影响。实验结果显示,基于扰动阈值的快速攻击算法(attack algorithm based on perturbation threshold for fast attack,PTFA)和基于动态学习率调整的攻击算法(attack algorithm based on dynamic learning rate adjustment, DLRA)在NGSIM数据集上的攻击时间和扰动效果均优于现有算法,更高效发现模型弱点。本研究通过模拟极端情况丰富了轨迹样本,深入评估了模型鲁棒性,为后续优化奠定了基础。

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面向量产的高速公路智能换道系统决策规划方法研究
何一超,寇胜杰,田贺,李昊,芦勇
2024 (3):  418-430.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.005
摘要 ( 74 )   HTML ( 2 )   PDF(4739KB) ( 49 )  

高速公路智能换道是高级辅助驾驶系统(ADAS)的重要功能,现阶段算法难以在低算力硬件资源条件下兼顾换道安全性和平顺性。为解决此问题,本文提出一种高速公路智能换道系统决策规划方法。通过分级危险区域,检测碰撞风险做出换道决策,进而实施横纵向解耦规划。在横向规划中,设计两阶段五次多项式换道轨迹规划,提升换道途中安全性和平顺性。在纵向规划中,巡航工况采用类PID算法,可提升规划实时性,而跟车工况采用基于同步预测时域的模型预测控制(MPC)算法,通过关联横纵向规划时间可提升换道平顺性,并设计代价函数降低求解复杂度可满足低资源占用要求。通过实车对比试验,验证了该方法在高速公路换道多场景中具有较高的安全性、平顺性和体验感。此外,算法占用的静态区存储和栈区峰值存储测试对比结果表明了该方法具有较低的硬件资源占用率,可满足低算力控制器对资源占用的要求。

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域控制器分布式并行计算模型研究
张本西,史家涛,刘晓波,葛云东,赵星阳,宫珊珊
2024 (3):  431-437.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.006
摘要 ( 78 )   HTML ( 3 )   PDF(3354KB) ( 46 )  

随着汽车域集中式架构诞生,搭载智能芯片的汽车域控制器成为新一代电子电气架构的主控单元。域集中式架构依靠车载以太网相连接,计算节点广泛分布在多个域控制器的智能芯片内,需要一套面向服务架构的分布式并行计算模型将计算节点性能充分释放出来。本文开发了一套面向服务架构的轻量级通信中间件,并基于该服务通信中间件实现了分布式并行计算模型,得出了分布式计算分割系数计算表达式,研究了计算节点负载阶跃波动时对分布式并行计算模型的影响。结果表明:域控制器面向服务架构的分布式计算模型具备负载自平衡能力,能够对智能芯片运行时阶跃负载实现快速任务重分配,保证循环任务的计算开销耗时最小,计算周期最短。研究结果为汽车域控架构下分布式计算框架设计与开发提供了重要参考依据。

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基于功能安全的整车控制器转矩监控策略研究
朱仲文,陆阳,王维志,李丞,江维海
2024 (3):  438-447.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.007
摘要 ( 88 )   HTML ( 2 )   PDF(4274KB) ( 60 )  

转矩控制作为整车控制器(VCU)的核心功能,保证其安全性至关重要。为此,本文针对VCU非预期的转矩输出异常的问题,参考ISO 26262标准开展功能安全分析,并提出一种基于EGAS架构的转矩控制3层监控策略。首先,以VCU相关项定义为基础,通过危害分析与风险评估确定汽车安全完整性等级以及安全目标。其次,采用故障树分析方法导出功能安全要求以及技术安全要求。再次,针对安全目标,设计了基于AURIX TC275三核主控芯片与TLF35584电源监控芯片的功能安全机制。此外,通过3层监控策略分配CPU资源,实现转矩控制基本功能与监控功能的分离。最后,进行处理器在环测试,包括UDE调试、UDS诊断以及TLF35584安全状态控制测试。结果表明:该3层监控策略能够实现VCU转矩控制的基本功能并在出现故障时及时进入安全状态,从而达到安全目标。

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基于特性的牵引车-半挂车刚柔组合车架动力学模型研究
管欣,李力,孙磊,段春光,崔晨雪,黄伟,朱宝黎,詹军,靳宇轩
2024 (3):  448-455.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.008
摘要 ( 87 )   HTML ( 5 )   PDF(4377KB) ( 43 )  

商用车较大的车架柔性会影响到整车的操纵稳定性和乘坐舒适性,尤其是在共振时车架柔性会放大对车辆运动品质的影响。为实时模拟牵引车-半挂车的车架运动,采用基于总成特性的建模技术路线,根据运动响应频域将车架运动解耦为低频刚体运动和高频柔体运动,并将车架模型模块化划分为基于多体动力学的刚体车架模块、基于模态综合法的柔体车架模块,然后将两模块求解结果叠加形成刚柔组合车架模型。最后,将车架模型嵌入牵引车89DOF-半挂车73DOF整车模型中,针对某款商用车进行仿真,通过对比实车场地试验结果,验证了模型的有效性。

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基于概率模型和数据驱动的动力总成悬置系统可靠性优化
吕辉,张家明,黄晓婷,上官文斌
2024 (3):  456-463.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.009
摘要 ( 68 )   HTML ( 2 )   PDF(5082KB) ( 35 )  

针对电动汽车动力总成悬置系统(PMS)一部分参数为概率变量,一部分参数为离散数据的复杂不确定情形,开展了基于概率模型和数据驱动的电动汽车PMS可靠性优化设计研究。首先,基于任意多项式混沌(APC)展开和广义最大熵原理推导了一种求解该复杂不确定情形下PMS响应不确定性和可靠性的高效方法;然后,基于蒙特卡洛抽样,给出了该复杂不确定情形下求解PMS响应不确定性和可靠性的参考方法;接着,提出了一种基于APC展开法的灵敏度分析方法,进一步提出了一种考虑响应不确定性和可靠性的PMS优化设计方法;最后,通过应用算例验证方法的有效性,并对系统进行了灵敏度分析和可靠性优化。结果表明,所提出的方法可有效地处理电动汽车PMS一部分参数为概率变量、一部分参数为离散数据的复杂不确定情形,并能可靠地优化该情形下的系统固有特性,且方法具有较高的计算精度和计算效率。

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并联混合动力系统构型筛选及参数优化设计
王泽兴,何洪文,彭剑坤,张炀,季双,张媛
2024 (3):  464-475.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.010
摘要 ( 73 )   HTML ( 4 )   PDF(5440KB) ( 66 )  

针对采用拉维娜行星齿轮机构和传统多挡变速器的并联混合动力构型选择,采用基于杠杆法以挡位设计规则、动力特性规则、工作模式规则、可制造性规则相结合的一种综合评价方法,对混合动力系统构型进行分析和筛选,并确定了构型方案和该方法的筛选流程。其次针对整车的设计目标,对发动机、电机的参数进行了选择,并运用GT-SUITE软件搭建整车纵向动力学模型。在此基础上,采用Pareto前沿对变速器参数进行了优选,最终在确定混合动力构型的基础上,优选确定了混合动力系统的设计参数,并通过仿真验证了方案的可行性,为采用拉维娜行星齿轮机构和传统多挡变速器的并联混合动力系统研究提供了理论依据。

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定容燃烧弹内闪沸燃烧研究
罗徐霖,李岩松,崔明利,孔令逊,李雪松,许敏
2024 (3):  476-482.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.011
摘要 ( 57 )   HTML ( 0 )   PDF(3205KB) ( 16 )  

闪沸喷雾作为一种相变喷雾形式,在替代燃料和零碳燃料的燃烧方面具有重要意义。然而当前的研究大部分集中在喷雾形态研究上,对燃烧机理的研究较少。故本文使用定容燃烧弹对稀薄条件下的闪沸喷雾雾化和燃烧过程进行分析,重点研究闪沸喷雾特性、混合气着火特性、火焰传播特性和燃烧放热特性。结果表明,闪沸喷雾能有效降低着火延迟,提升火焰传播速度,从而有利于能量转换,实现更高的放热率和更高的放热量。并且闪沸喷雾火焰前端形状更加规则,表明更加稳定的火焰传播,有助于提升发动机的热效率和稀燃条件下的燃烧稳定性。

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轻型汽油车NH3排放研究
方娜,陈涛,管永超,方勇,万建,刘成,田颖,秦建宾,王小涛,康文霞
2024 (3):  483-488.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.012
摘要 ( 55 )   HTML ( 1 )   PDF(1659KB) ( 30 )  

研究了某1.5T SUV车不同排放测试循环(WLTC与CLTC)和催化剂不同状态(新鲜和老化)对NH3排放的影响。通过试验研究表明:发动机原始NH3排放量很低,而经过第一块三元催化剂后,NH3排放量大幅增加。催化剂老化后OSC降低,内部空燃比波动幅度大,经过老化催化剂的NH3排放相对新鲜催化剂的NH3排放有所增加。催化剂状态、排放测试循环和发动机空燃比等对NH3排放有明显影响,这些对于催化剂设计和标定优化均有指导意义。

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基于相似性优化模型样本的实车锂电池健康状态分析
刘万里,李子涵,梁宏毅,陈吉清,莫丙达
2024 (3):  489-497.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.013
摘要 ( 55 )   HTML ( 1 )   PDF(2772KB) ( 23 )  

为更好地解决电动汽车动力电池健康状态(SOH)在线估计问题,减少实车采集数据中的冗余样本,改善运行工况不稳定导致的特征丢失,提升实车电池SOH估计的精度,提出一种基于增量容量分析方法(ICA)提取特征和动态时间规整(DTW)优化特征样本的SOH估计方法。首先对实车电池充电循环数据应用增量容量分析提取电池IC曲线,以曲线峰高度等形状特征作为健康因子。采用动态时间规整作相似性判据,基于IC曲线形状计算电池充电循环样本的相似度,保留与基准充电循环相似的充电循环数据,优化训练样本,最后采用全连接神经网络(MLP)模型进行SOH估计。以实车运行电池数据进行对比实验,结果表明该方法可明显改善训练样本质量,提升电池SOH估计精度。

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汽车-动力两轮车碰撞前驾驶员风险感知研究
王兴华,胡林,彭勇,伍贤辉,向国梁,许倩
2024 (3):  498-508.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.014
摘要 ( 75 )   HTML ( 0 )   PDF(4051KB) ( 33 )  

人机共驾阶段人类驾驶员对驾驶环境保持较高的风险感知水平是保证及时有效、稳定安全接管的核心。本研究通过开展风险感知模拟驾驶试验,获取了驾驶员在典型汽车-动力两轮车碰撞场景下的驾驶行为及脑电响应数据。从驾驶行为层面以制动TTC(time to collision)和平均加速度为评价指标,利用分位数回归构建了驾驶员风险感知量化模型,通过独立样本检验发现驾驶经验、碰撞场景类型对驾驶员风险感知存在显著影响。在脑电响应层面,通过双独立样本检验及FDR校正发现Alpha频段与驾驶员风险感知显著相关。此外,提出了驾驶员风险感知神经机理,包括视觉感知与认知加工两个阶段。研究结果有助于提升人机共驾汽车的安全性。

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车人碰撞中人地接触损伤仿真及防护方法鲁棒性分析
邹铁方,刘志旗,袁湘婷,曹太山,刘朱紫
2024 (3):  509-519.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.015
摘要 ( 72 )   HTML ( 0 )   PDF(5208KB) ( 53 )  

人车事故中行人主要与车辆和地面接触而遭受损伤。此前已有大量研究在车辆接触阶段对多体行人模型进行了验证,但对地面接触阶段的验证较少。本文中评估了用于预测车辆撞击后行人运动和地面接触的4个PC-Crash行人模型。通过车辆和地面接触的HIC伤害与最近研究中的6个尸体实验数据对比显示,其中PC2014行人模型能很好地预测行人头部损伤,车辆和地面接触HIC的平均误差分别为6.07%和5.85%,数据说明PC2014行人模型可以用于再现人车碰撞事故以及开发未来地面接触伤害防护对策。控制制动防护方法鲁棒性研究显示,在3种行人姿态(奔跑、步行和应急)扰动下,HIC平均降低比例分别为63.2%、57.9%和67.8%,说明控制制动防护方法具有很好的抗行人姿态干扰能力。进一步分析不同姿态下的行人损伤发现,3种步态序列之间均有显著性差异,在应急步态下控制制动防护方法有着更好的抗行人姿态干扰能力;而在奔跑步态序列下,往往可以通过控制制动防护方法产生最低的头地碰撞损伤,表明在使用控制制动防护方法对行人进行保护时须考虑到不同姿态产生的影响,以进一步提高控制制动防护方法的地面伤防护效果。

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纯电动汽车高速工况下底盘后部空腔引起低频噪声问题的分析改进
沈龙,张军,秦宾
2024 (3):  520-525.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.016
摘要 ( 78 )   HTML ( 1 )   PDF(3321KB) ( 43 )  

随着电机驱动技术以及空气动力学技术的不断提升,纯电动汽车高速化趋势愈发明显。纯电动汽车高速行驶时,底盘后部空腔引起的低频气动噪声峰值可超过60 dB(A),严重影响驾乘舒适性。以某纯电动汽车高速工况下的低频噪声问题为案例,系统地阐述了低频噪声问题的排查分析及产生机理分析验证过程。首先,分析了高速行驶激励源类型,并通过声学风洞进行激励源分离试验,锁定低频噪声为气动噪声类型;其次,对低频气动噪声形成的潜在机理进行推断,并设计试验进行潜在机理排查分析,确定底盘后部空腔涡声耦合自激振荡是引起低频气动噪声的原因;最后,通过仿真分析、半经验公式计算和实车试验验证了潜在机理,并设计工程化方案解决了该低频噪声问题。这对纯电动汽车高速工况气动噪声问题的分析识别与解决具有重要的工程意义。

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遗传算法优化的双线圈磁流变制动器模糊PID控制
吴杰,张辉
2024 (3):  526-535.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.017
摘要 ( 69 )   HTML ( 1 )   PDF(3162KB) ( 43 )  

针对磁流变制动器制动力矩输出不稳定的问题,采用遗传算法优化后的模糊PID控制器对双线圈磁流变制动器进行力矩控制。基于Bingham模型建立了双线圈磁流变制动器的制动力矩数学模型,同时推导了磁流变制动器的动态模型。完成了双线圈磁流变制动器的制动力矩实验,当励磁电流为1.0 A时,磁流变制动器制动力矩最大值为4.8 N·m;采用最小二乘结构模型,开展了双线圈磁流变制动器传递函数的参数辨识;基于遗传算法和模糊PID控制,设计了双线圈磁流变制动器的遗传算法优化的模糊PID控制器;搭建了磁流变制动器控制实验平台,开展了磁流变制动器力矩控制实验研究。研究结果表明,相比于传统模糊PID控制,在基于遗传算法优化的模糊PID控制下,双线圈磁流变制动器能实现较好的力矩控制效果,制动力矩阶跃响应上升时间为0.63 s,超调量为4.17%,制动力矩跟踪误差在0.2 N·m以内,具有较快的响应速度、较小的超调量以及较小的力矩跟踪误差。

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汽车在环境风洞内流场的数值模拟与实验研究
许翔,王远,于镒隆,王丹,王伟,徐俊芳,张立军
2024 (3):  536-545.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.018
摘要 ( 63 )   HTML ( 2 )   PDF(6336KB) ( 41 )  

为研究汽车在环境风洞内的流场特性,建立了环境风洞和整车数值模型,考虑了风洞喷口和收缩段的阻塞效应、边界层抽吸以及实验设施等对汽车流场的干扰效应,对环境风洞内汽车前方、车身和车轮周围、冷却模块以及机舱内的流场进行了数值模拟。对车身表面的静压以及车身周围和车底部的风速等进行测试,通过数值模拟结果与实验结果的对比,表明数值风洞能准确预测汽车在环境风洞内的流场特性。研究结果显示:汽车前端气流的速度分布沿着气流方向发生显著变化,越接近前端冷却模块时风速的均匀性变得越差;汽车底部气流受地面、车底和轮胎旋转等的共同影响呈现规律性的变化,车底风速沿车身纵向先增大后减小。本方法对研究汽车在环境风洞内的热气动性能以及开发数值风洞提供了新的思路和参考。

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热塑性碳纤维/尼龙6复合材料界面优化及零件快速成型工艺研究
高聪,祝颖丹,刘伯芳,李铁虎,王志白,冯刚
2024 (3):  546-556.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.019
摘要 ( 65 )   HTML ( 1 )   PDF(5282KB) ( 29 )  

碳纤维复合材料具有质轻高强等优势,是绝佳的轻量化材料,但汽车常用的碳纤维复合材料以环氧树脂等热固性树脂为基体,大规模应用会面临不易回收的难题。热塑性碳纤维复合材料具有易回收的优势,但其如何提升碳纤维与热塑性树脂的界面结合力及零件成型效率是行业难题。本文以热塑性碳纤维/尼龙6复合材料为研究对象,针对商品化碳纤维/尼龙6界面相容性差的问题,创新设计一种新型的可溶性共聚酰胺上浆剂,将碳纤维/尼龙6的界面强度提升74.2%,显著提升了碳纤维/尼龙6的综合性能。同时,优化预浸料制备和连续模压成型的工艺参数,将碳纤维顶盖横梁的模压生产效率提升至3.4 min/件,满足汽车行业大批量产节拍要求。同时,碳纤维/尼龙6顶盖横梁具有极高的弯曲强度和模量,与钢制件相比轻量率达68.8%。综上,本文为热塑性碳纤维复合材料(易回收)在汽车上的批量化应用提供了创新解决方案。

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