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    1. 基于级联YOLOv7的自动驾驶三维目标检测
    赵东宇, 赵树恩
    汽车工程    2023, 45 (7): 1112-1122.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.07.002
    摘要447)   HTML24)    PDF(pc) (4587KB)(3287)   

    针对图像和原始点云三维目标检测方法中存在特征信息残缺及点云搜索量过大的问题,以截体点网(frustum PointNet, F-PointNet)结构为基础,融合自动驾驶周围场景RGB图像信息与点云信息,提出一种基于级联YOLOv7的三维目标检测算法。首先构建基于YOLOv7的截体估计模型,将RGB图像目标感兴趣区域(region of interest, RoI)纵向扩展到三维空间,然后采用PointNet++对截体内目标点云与背景点云进行分割。最终利用非模态边界估计网络输出目标长宽高、航向等信息,对目标间的自然位置关系进行解释。在KITTI公开数据集上测试结果与消融实验表明,级联YOLOv7模型相较基准网络,推理耗时缩短40 ms/帧,对于在遮挡程度为中等、困难级别的目标检测平均精度值提升了8.77%、9.81%。

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    2. 动力电池热失控特征及防控技术研究分析
    李致远, 鲁锐华, 余庆华, 颜伏伍
    汽车工程    2024, 46 (1): 139-150.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.01.015
    摘要458)   HTML29)    PDF(pc) (3633KB)(3403)   

    近年来,锂离子电池热失控问题已成为抑制新能源汽车动力电池发展的主要瓶颈。本文针对新能源汽车动力电池热失控问题的研究展开了全面综述,阐述了锂离子电池热失控的诱因,介绍了锂离子电池热失控过程以及不同变量条件下锂离子电池的热失控特征。基于锂离子电池的热失控特征参数综述了适用于锂离子电池火灾的早期预警方法和火灾抑制方法,总结了目前新能源汽车动力电池热失控问题研究的不足和发展趋势,为新能源汽车动力电池领域的发展提供一定的参考。

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    3. 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
    汽车工程    2023, 45 (6): 910-921.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.06.002
    摘要585)   HTML44)    PDF(pc) (2374KB)(3110)   

    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。

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    4. 汽车安全性测评规程现状及趋势展望
    胡林,谷子逸,王丹琦,王方,邹铁方,黄晶
    汽车工程    2024, 46 (2): 187-200.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.02.001
    摘要708)   HTML55)    PDF(pc) (1854KB)(2218)   

    在汽车产业电动化和智能化进程中,汽车安全测试评价技术也从单纯被动安全向主被动安全融合方向延伸和扩展。本文从车内乘员保护、车外弱势道路使用者保护与主动安全三方面,深入对比分析了全球主流汽车安全测评规程的差异,总结了针对各测评工况的车辆安全开发技术要点,探讨了新能源与智能网联汽车安全测评规程的发展趋势。研究认为,主流汽车安全测评规程在被动安全评价方面越来越严格,主动安全测评工况比重在逐步增加,未来测评规程的发展重心将集中于主被动安全融合及针对复杂工况的虚拟测评两方面。此外,针对新能源汽车的电池安全测试已相对完善,未来研究重点可向电控系统测试、底盘稳定性测试和充换电设施与配套设备统一标准化认证等方向拓展;而构建合理、可靠的智能网联汽车OTA(over the air)测试、HMI(human machine interface)安全性和舒适性等测评方法,在中长期内将成为行业关注的重难点问题,且可借助自动驾驶模拟器等工具搭建虚实结合的复合测评体系。

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    5. 基于实例分割的车道线检测算法
    武志斐,李守彪
    汽车工程    2023, 45 (2): 263-272.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.02.011
    摘要261)   HTML19)    PDF(pc) (4551KB)(1346)   

    为实现在自动驾驶复杂场景下检测数量变化的车道线,提出一种基于实例分割的车道线检测算法。首先以ResNet18网络作为主干网络提取图像特征,采用特征金字塔网络进行特征融合。同时设计一种扩张卷积残差模块来提高检测的精度;然后基于车道线的位置进行实例分割,利用语义分割出的车道线点位置预测对应的聚类点位置,通过对聚类点采用DBSCAN聚类算法实现车道线实例区分。结果表明,该算法能够在复杂的自动驾驶场景下有效地进行多车道线检测,在CULane数据集和TuSimple数据集上的调和平均值分别达到75.2%和97.0%。

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    6. 基于逆强化学习的混合动力汽车能量管理策略研究
    齐春阳,宋传学,宋世欣,靳立强,王达,肖峰
    汽车工程    2023, 45 (10): 1954-1964.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.10.016
    摘要191)   HTML12)    PDF(pc) (4925KB)(1600)   

    能量管理策略是混合动力汽车关键技术之一。随着计算能力与硬件设备的不断升级,越来越多的学者逐步开展了基于学习的能量管理策略的研究。在基于强化学习的混合动力汽车能量管理策略研究中,智能体与环境相互作用的导向是由奖励函数决定。然而,目前的奖励函数设计多数是主观决定或者根据经验得来的,很难客观地描述专家的意图,所以在该条件不能保证智能体在给定奖励函数下学习到最优驾驶策略。针对这些问题,本文提出了一种基于逆向强化学习的能量管理策略,通过逆向强化学习的方法获取专家轨迹下的奖励函数权值,并用于指导发动机智能体和电池智能体的行为。之后将修改后的权重重新输入正向强化学习训练。从油耗值、SOC变化曲线、奖励训练过程、动力源转矩等方面,验证该权重值的准确性以及在节油能力方面具有一定的优势。综上所述,该算法的节油效果提高了5%~10%。

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    7. 智能汽车轨迹跟踪多目标显式模型预测控制
    赵树恩,王盛,冷姚
    汽车工程    2024, 46 (5): 784-794.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.005
    摘要234)   HTML22)    PDF(pc) (6967KB)(1123)   

    针对现有智能汽车轨迹跟踪控制算法难以同时保证跟踪精确性、横向稳定性、舒适性以及控制实时性的问题,提出了一种基于多目标优化和显式模型预测控制理论的轨迹跟踪控制策略(MO-EMPC)。首先,建立考虑跟踪精确性、横向稳定性、舒适性的多目标函数及约束。然后,针对传统MPC控制实时性低的问题,设计基于EMPC的多目标优化轨迹跟踪控制器,通过引入多参数二次规划(MPQP)理论,将反复在线优化求解过程转化为等价的分段仿射系统(PPWA),离线计算得到最优显式控制律以供实时控制调用,减少在线运算时间。最后,基于CarSim/Simlink联合仿真方法,将所设计控制器的轨迹跟踪多目标优化效果与MPC控制效果进行对比验证。研究结果表明,所提出的轨迹跟踪策略在保证良好的跟踪精度前提下,横向稳定性、舒适性方面的表现更优于MPC控制器,且算法在线运行速度提高56.63%。

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    8. 轻型车制动颗粒排放研究现状
    王昌钰,李家琛,谭丹,葛蕴珊
    汽车工程    2024, 46 (5): 830-841.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.009
    摘要180)   HTML6)    PDF(pc) (3755KB)(1017)   

    随着汽车排气颗粒物排放标准的日益严格化,制动、轮胎磨损等产生的非排气颗粒物已经超过排气颗粒物成为汽车颗粒排放的主要来源。本文综述了制动颗粒物的研究现状,已有研究表明轻型车实际驾驶条件下制动产生的颗粒物PN排放能够达到1012#/km级别,PM排放最高可达21 mg/km,均超过国六尾气排放限值,并且有相当一部分集中在极细颗粒物水平(<100 nm),且颗粒物中含有PAHs等致癌物质。未来应制定相应的标准,规范制动颗粒物测量和控制方法。

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    9. 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
    汽车工程    2024, 46 (3): 407-417.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.004
    摘要251)   HTML13)    PDF(pc) (4238KB)(1056)   

    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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    10. 自动驾驶车辆乘坐舒适性评价研究综述
    张国娟,胡宏宇,李浩淼,王明剑,高菲,高镇海
    汽车工程    2024, 46 (9): 1617-1627.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.09.009
    摘要354)   HTML38)    PDF(pc) (1222KB)(1235)   

    随着自动驾驶技术的快速发展,乘坐舒适性已成为影响自动驾驶车辆用户接受度和体验感的关键因素。本文针对自动驾驶车辆乘坐舒适性评价的研究现状进行系统性综述。首先,阐述了舒适性的含义,并分析了影响乘坐舒适性的主要因素。其次,对自动驾驶车辆的量化指标和评价模型进行了分类与详细阐述。其中,量化指标分为主观量化指标、基于车辆参数的量化指标、基于生理信号的量化指标以及基于驾驶员行为的量化指标;评价模型包括心理物理学模型、生物力学模型、统计学模型以及基于学习的评价模型。最后,提出了自动驾驶车辆舒适性研究的未来发展趋势,为进一步研究自动驾驶车系统设计与用户体验提升提供了技术参考。

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    11. 商用车电控转向系统的发展现状与趋势
    董梒,季学武,陶书鑫,蒋体通,何祥坤,王恒,刘亚辉
    汽车工程    2024, 46 (5): 816-829.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.008
    摘要411)   HTML25)    PDF(pc) (1806KB)(1225)   

    商用车转向系统的电控化是实现商用车节能化和智能化的必由之路,为此商用车转向系统从传统的液压助力转向系统发展到以电液耦合助力转向系统为代表的电控转向系统。本文将对商用车电控转向技术进行综述,从电控转向系统的典型构型、智能转向控制和功能安全设计3个方面对商用车电控转向技术的研究进行梳理,总结电控转向技术的重点研究领域和未来发展方向。梳理总结发现:(1) 在系统构型方面,商用车电控转向系统以电液耦合转向助力技术为主,着重于实现商用车智能转向功能,同时兼顾节能化需求;商用车电动助力转向系统是未来理想的电控转向技术方案。(2) 在智能控制方面,为了适应商用车智能化的发展,转向执行控制着重于解决液压系统所造成的非线性与时滞性问题以及轨迹跟随过程中的横向动力学控制难题;辅助驾驶功能着重于克服液压系统的非线性导致的转向力矩不连续以及人机控制权的分配;自动驾驶功能着重于提升安全性与燃油经济性。(3)在系统功能安全设计方面,商用车电控转向系统着重于设计符合功能安全标准的故障诊断与容错控制策略。

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    12. 车联网环境下基于Stacking集成学习的车辆异常行为检测方法
    薛宏伟,刘赢,庄伟超,殷国栋
    汽车工程    2021, 43 (4): 501-508.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.04.007
    摘要294)   HTML16)    PDF(pc) (3021KB)(1319)   

    针对车联网中的车辆异常行为的威胁,本文中融合了多种机器学习方法,提出了一种新型的适用于车联网的车辆异常行为检测方法。首先,基于Veins车联网仿真平台,模拟了DoS、Sybil等多种网络攻击,搭建了真实路况环境下遭受网络攻击的车联网场景,构建了车联网异常检测数据集;其次,采用Stacking集成学习思想,融合K近邻、决策树、多层感知机、AdaBoost、随机森林5种初级分类器建立集成检测模型;最后,利用交叉验证思想,使用5种初级分类器对训练集进行训练,并将初级分类器在验证集上的预测结果作为次级分类器的输入,将次级分类器的输出作为最终的预测结果。结果表明,本文提出的方法在不同攻击密度场景下对不同网络攻击都具有良好的检测效果,与其他单一分类器相比具有更好的检测结果,验证了本方法的有效性。

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    13. 基于反馈纯跟踪的智能车路径跟随方法
    潘世举, 李建市, 李华, 娄静涛, 徐友春
    汽车工程    2023, 45 (7): 1134-1144.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.07.004
    摘要195)   HTML16)    PDF(pc) (3257KB)(1290)   

    为提高智能车在不同速度和载荷下的路径跟随精度和稳定性,提出一种基于反馈纯跟踪的智能车路径跟随方法。首先,基于车辆运动学模型和纯跟踪模型分析影响控制效果的因素;然后根据车辆速度和路径曲率动态调整前视距离,将横向偏差作为反馈变量对传统纯跟踪控制方法进行补偿;接着通过仿真试验选定控制参数,分析控制参数对路径跟随精度和车辆稳定性的影响;最后通过实车试验,验证该方法在实车环境中的控制性能。结果表明,该方法具有较高的路径跟随精度,在不同速度和载荷下保持良好的适应性和稳定性。

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    14. 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
    汽车工程    2024, 46 (3): 464-475.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.010
    摘要208)   HTML10)    PDF(pc) (5440KB)(893)   

    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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    15. 基于改进混合A*的智能汽车时空联合规划方法
    胡杰, 张志豪, 陈瑞楠, 陈锐鹏, 刘昊岩, 朱琪, 陈晖
    汽车工程    2023, 45 (7): 1123-1133.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.07.003
    摘要1016)   HTML40)    PDF(pc) (4436KB)(1630)   

    运动规划是自动驾驶系统生成轨迹的关键模块,现有运动规划多采用路径和速度解耦的方法,但解耦的规划方法在复杂动态场景下易陷入轨迹次优。本文提出了一种基于搜索和数值优化结合的时空联合运动规划方法,直接求解可行驶轨迹。首先使用改进混合A*在时空范围内进行轨迹粗搜索获得初始轨迹,然后以初始轨迹为参考构建可行驶时空走廊,并综合考虑车辆动力学和轨迹连续性约束等条件,使用数值优化的方法进一步平滑初始轨迹。选取换道超车和旁车切入两类典型复杂动态场景进行仿真测试,结果表明,所提时空联合规划方法相较于传统时空解耦规划方法更加灵活、规划结果更加合理,同时具有较好的计算实时性。

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    16. 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
    汽车工程    2024, 46 (3): 383-395.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.002
    摘要309)   HTML21)    PDF(pc) (8602KB)(882)   

    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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    17. 面向自动驾驶道路场景中异常案例的多模态数据挖掘算法
    王海,张桂荣,罗彤,邱梦,蔡英凤,陈龙
    汽车工程    2024, 46 (7): 1239-1248.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.07.011
    摘要266)   HTML23)    PDF(pc) (5240KB)(666)   

    基于深度学习的视觉感知技术的发展有利于自动驾驶系统中环境感知技术的进步。然而,对于自动驾驶场景中的异常案例,目前的感知模型还存在一些问题。这是因为基于深度学习的感知模型的能力取决于训练数据集的分布。尤其是驾驶场景中的类别从未出现在训练集中,感知系统也往往很脆弱。因此识别未知类别和极端场景仍然是自动驾驶感知技术安全性的挑战。本文从处理数据集的角度出发,提出了一种新颖的多模态异常案例自动挖掘流程(corner case mining pipeline, CCMP)。为验证CCMP的有效性,在Waymo开放数据集的基础上构建了异常案例子集“Waymo-Anomaly”,该子集共有3 200个图像,每个图像都将包含文本中定义的异常案例场景。并且基于私有数据集Waymo-Anomaly,证明了CCMP针对异常案例场景挖掘的召回率可以达到91.7%。此外,还通过实验验证了目标检测器在包含异常案例的数据集中针对长尾分布的有效性。最终,希望从处理数据集的角度来提高自动驾驶感知模型在现实世界中的真实性。

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    18. 乘员晕车的生理表征与缓解方法
    吴盈章, 林颖, 李文博, 余亚岚, 李国法, 郭钢
    汽车工程    2024, 46 (1): 50-60.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.01.006
    摘要469)   HTML22)    PDF(pc) (5363KB)(1086)   

    为保证智能网联汽车的乘坐舒适性与用户接受度,建立乘员晕车缓解认知过程模型,提出一种基于嗅觉刺激的乘员晕车缓解方法。首先充分考虑乘员满意度和晕车缓解功能性要求,设计开展晕车缓解嗅觉刺激材料筛选实验,选定嗅觉刺激材料的气味类型和浓度。接着为探究不同晕车程度与生理表征之间的映射关系,验证嗅觉缓解方案的有效性,设计开展乘员晕车缓解实车实验。结果表明:乘员主观晕车程度与皮电激活度指标呈正相关,与脑电不对称值呈负相关。同时,20%浓度的姜花气味经10 s释放能够有效缓解乘员晕车症状,平均缓解效果达到22.17%,在主客观维度上得到了一致性验证。

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    19. 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
    汽车工程    2022, 44 (10): 1571-1580.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.10.012
    摘要187)   HTML15)    PDF(pc) (3827KB)(968)   

    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。

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    20. 基于样本熵的车载CAN网络入侵检测
    崔英祥, 张幽彤, 魏洪乾
    汽车工程    2023, 45 (7): 1184-1191.   DOI: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.07.009
    摘要245)   HTML10)    PDF(pc) (3185KB)(845)   

    汽车的智能化和无人化发展增加了对汽车总线网络的依赖,如汽车的实时动力控制、操纵控制等均需要借助车载CAN网络作为信息传递的媒介。然而不像工业互联网等具有完善的信息鉴别和身份认证机制,车载CAN网络缺乏足够的安全防护措施,容易被不法分子入侵。因此,为提高车载CAN网络的安全通信保障,本文提出一种基于样本熵的入侵检测系统(sample entropy-intrusion detection system, SE-IDS)。具体地,通过实时采样汽车的总线数据构建样本熵测试集,利用样本熵的计算方法统计样本熵值,通过观察熵值的突变情况确定该时刻是否有攻击发生。此外,利用实际汽车ECU(electronic control unit)进行了硬件在环测试,分别验证了提出的方法对DOS(denial of service)攻击、模糊攻击、bus-off攻击的检测能力。测试结果表明,DOS攻击、模糊攻击、bus-off攻击均会使稳定的样本熵值出现不可导点,可以据此作为通信异常的标志,从而确定CAN网络遭受的入侵行为。此外,嵌入式设备的在线检测同样验证了该方法在实际ECU上的实时执行能力。

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