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当期目录

    2021年, 第43卷, 第7期 刊出日期:2021-07-25 上一期    下一期
    智能网联混合动力车辆速度规划的多目标协同控制研究
    解少博,罗慧冉,张乾坤,张康康
    2021 (7):  953-961.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.001
    摘要 ( 524 )   HTML ( 36 )   PDF(2931KB) ( 796 )  

    考虑车辆的行驶安全性、机动性、能耗经济性、舒适性和电池老化等多重目标,以弯道场景为例对智能网联混合动力客车的速度进行实时规划。首先,以车辆速度和动力电池SOC作为状态变量,加速度和发动机-发电机组输出功率作为控制变量,以混合动力客车的能量消耗成本、电池老化成本、机动性成本和舒适性成本的加权和最小化为目标函数。其次,以弯道行驶安全性、动力系统和电池系统的物理特性等为约束,实施基于模型预测的多目标协同控制,并应用动态规划算法求解滚动空间域内的多目标优化问题,从而实现实时的速度规划和能量分配。同时,分析机动性和舒适性赋予不同权重对性能的影响。结果表明:(1)考虑电池老化的控制策略可以在不影响车辆动力性和机动性的情况下,使电池老化成本降低25.8%,综合成本降低2.3%;(2)提高机动性成本的权重因子能够缩短行驶时间,但会引起综合成本的增加;(3)提高舒适性权重因子可以减少速度波动,同时降低综合成本。

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    基于参考向量场的车辆队列二维跟踪控制算法
    刘阳,宗长富,郑宏宇,韩小健,张东,郭中阳
    2021 (7):  962-970.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.002
    摘要 ( 237 )   HTML ( 10 )   PDF(1784KB) ( 467 )  

    当车辆队列的应用场景从一维拓展至二维时,纵向间距保持与横向跟踪控制之间将出现显著的耦合效应。在高速工况下,忽视纵横向跟踪功能的耦合效应将导致跟踪误差变大,甚至造成车辆失稳。为解决上述问题,本文中提出了一种车辆队列纵横向耦合跟踪控制算法,通过构建基于纵向间距和横向参考轨迹的参考向量场获得期望速度矢量,采用哈密尔顿函数获得车辆上层运动控制需求的期望总力和总力矩;同时,提出一种基于伪逆矩阵的控制分配算法,将期望总力和总力矩在有约束的物理环境下分配至各个车轮,在保证分配精度的前提下提高了实时性。仿真和实验结果表明,本文提出的纵横向耦合跟踪控制算法能有效完成二维场景下的车辆队列运动控制,实现队列的安全、高效的协同驾驶。

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    基于Residual BiLSTM网络的车辆切入意图预测研究
    郭景华,肖宝平,王靖瑶,罗禹贡,陈涛,李克强
    2021 (7):  971-977.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.003
    摘要 ( 342 )   HTML ( 9 )   PDF(2527KB) ( 617 )  

    本文中根据中国实际道路特征,提出一种基于Residual BiLSTM网络的车辆切入意图预测模型,从切入车辆的轨迹信息和与自车的交互信息中提取切入特征,并采用softmax函数计算切入意图,分别为左车道保持、左车道插入、右车道插入和右车道保持的概率,最后利用中国复杂路况的自然驾驶数据集对预测模型进行训练和测试。结果表明,所提出的Residual BiLSTM车辆切入意图预测模型有明显优势,其准确率比LSTM提升8.2个百分点,且能较早地预测出车辆的切入意图,对提高自动驾驶车辆的决策规划能力和安全性具有重要的意义。

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    基于双五次多项式的智能汽车换道轨迹规划
    牛国臣,李文帅,魏洪旭
    2021 (7):  978-986.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.004
    摘要 ( 689 )   HTML ( 30 )   PDF(3065KB) ( 712 )  

    为满足智能汽车换道过程中安全性和舒适性的要求,提出了一种基于双五次多项式的智能汽车换道轨迹规划算法。以动态规划换道时间和增加舒适性约束条件来改进五次多项式规划算法,在该基础上结合当前环境和换道始末状态计算出中转状态,并采用两次改进的五次多项式算法避免与前方车辆碰撞。轨迹规划与轨迹跟踪的仿真和试验结果表明,对于不同的工况,本文中提出的双五次换道轨迹规划算法在横向速度、加速度、加速度变化率以及算法运行时间等方面都具有优势,得到的轨迹也满足实际状况下的车辆换道要求,安全性得到提升且操纵稳定性良好,证明该算法具有一定的实际应用价值。

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    汽车垂直泊车路径规划与路径跟踪研究
    高强,陆洲,段晨东,徐婷
    2021 (7):  987-994.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.005
    摘要 ( 601 )   HTML ( 19 )   PDF(1794KB) ( 731 )  

    自动泊车系统(APS)是智能汽车研究中一项重要的内容。当前大部分垂直自动泊车算法未考虑汽车初始位置航向角误差的影响,导致实际泊车时效果不理想或发生剐蹭事故。针对这一问题,本文中研究了汽车初始位置航向角存在误差(即初始位置航向角不为零)时的垂直泊车路径规划和路径跟踪方法。首先利用四次样条函数对泊车路径进行规划,改善路径特征,然后为改进目前常用的预瞄误差前馈跟踪算法对变曲率路径跟踪误差较大、且滞后较明显的缺点,设计了预瞄误差前馈与航向角反馈相结合的泊车路径跟踪控制算法。通过Simulink/CarSim联合仿真和实车试验对所提出的泊车算法进行了验证,仿真及实车试验结果均表明,当汽车初始位置航向角不为零时,所提出的算法能够规划出可行泊车路径,而预瞄误差前馈与航向角反馈相结合的路径跟踪控制算法较单一的预瞄误差前馈控制方法跟踪误差更小,最终泊车位姿更理想。

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    自动驾驶汽车高速超车轨迹跟踪协调控制
    张志勇,龙凯,杜荣华,黄彩霞
    2021 (7):  995-1004.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.006
    摘要 ( 522 )   HTML ( 23 )   PDF(1961KB) ( 543 )  

    自动驾驶汽车高速超车时不仅要规划合理的换道路径来保证安全性,而且还要确保车辆高速转弯行驶的横向稳定性和舒适性。针对车辆超车的换道、匀速和换道3个阶段,分别规划了纵向速度和横向超车路径。提出了考虑路径曲率、换道时间、纵向车速的期望横摆角速度计算方法。以最小化横向位置偏差、横摆角速度跟踪偏差和控制增量为优化目标,通过可拓集的关联函数动态分配轨迹跟踪精度和横向稳定性的权重系数,建立了自动驾驶汽车轨迹跟踪的多目标模型预测可拓协调控制策略。数值仿真结果表明,提出的路径规划方法能保证车辆安全超车,轨迹跟踪控制策略不仅能精确地跟踪规划的路径,而且具有较高的横向稳定性和舒适性。

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    基于自适应阈值的三维激光点云地面分割算法研究
    张凯,于春磊,赵亚丽,陈义飞,杨蒙蒙,江昆
    2021 (7):  1005-1012.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.007
    摘要 ( 426 )   HTML ( 8 )   PDF(3750KB) ( 486 )  

    针对自动驾驶汽车感知模块中三维激光点云前后背景分割过程存在的误分割问题,提出了一种基于路面波动幅度的自适应阈值地面分割方法。该方法将原始点云进行栅格划分,依据点云数量信息设计了相应的高度阈值分割算法和地面平面模型分割算法。具体地,地面平面模型分割算法首先选取局部区域点集拟合地面平面模型,然后针对地面点云分割中存在的误分割问题,构建路面波动幅度方程,并采用基于点集分布特征的自适应阈值方法实现初步分割,最后借助分割后的地面点云重新优化平面模型与分割阈值。本文中基于开源语义分割数据集Semantic?KITTI提出了统一的算法评价基准数据集Semantic?Nova与性能评价指标,同时基于自研的自动驾驶汽车平台采集的实际场景进行了性能测试。试验结果表明,本文中提出的自适应阈值地面分割算法不仅在基准数据集上能够达到较高的精度,而且在实际场景中满足鲁棒性和实时性要求,具有较高的工程应用价值。

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    基于激光雷达的3D实时车辆跟踪
    王海,李洋,蔡英凤,孙恺,陈龙
    2021 (7):  1013-1021.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.008
    摘要 ( 483 )   HTML ( 10 )   PDF(3716KB) ( 361 )  

    3D多目标跟踪算法是智能车辆感知算法的重要组成部分,现有跟踪算法多与检测算法耦合以提高精度,导致算法实时性不足。针对此问题,本文中提出一种基于激光雷达的3D实时车辆跟踪算法。首先,对于激光雷达检测结果杂波较少的工况,提出结构精简的双波门GNN关联算法,有效提升其关联速度及精度;其次,优化关联向量与关联距离,既保证了算法的普适性,又提升其跟踪精度;最后,针对3D目标运动情况使用3D IMM?KF算法解决了3D机动目标的跟踪问题。基于公开数据集KITTI,本文算法在获得266.1 FPS跟踪速度的前提下可实现81.55%的MOTA精度;基于自研无人车平台进行面对遮挡工况的验证,结果表明本算法具有良好的目标跟踪及关联性能。

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    融合毫米波雷达与深度视觉的多目标检测与跟踪
    甘耀东,郑玲,张志达,李以农
    2021 (7):  1022-1029.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.009
    摘要 ( 518 )   PDF(3609KB) ( 692 )  

    针对现有融合毫米波雷达与传统机器视觉的车辆检测算法准确率较低与实时性较差的问题,本文中对多目标检测与跟踪进行研究。首先,利用阈值筛选和前后帧数据关联方法对毫米波雷达数据进行预处理,进而提出一种用于毫米波雷达数据跟踪的自适应扩展卡尔曼滤波算法。然后,为提高目标检测精度与速度,基于采集到的实车数据集训练卷积神经网络,完成深度视觉的多车辆检测。最后,采用决策级融合策略融合毫米波雷达与深度视觉信息,设计了一种用于复杂交通环境下前方车辆多目标检测与跟踪的框架。为验证所设计的框架,进行了不同交通环境下的实车实验。结果表明:该方法可实时检测跟踪前方车辆,具有比融合毫米波雷达与传统机器视觉的车辆检测方法更好的可靠性与鲁棒性。

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    一种自动驾驶仿真场景要素的提取方法
    白雪松,邓伟文,任秉韬,刘鹏,李江坤,丁娟
    2021 (7):  1030-1036.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.010
    摘要 ( 584 )   HTML ( 47 )   PDF(1123KB) ( 857 )  

    针对场景及其内容定义不明确、场景基本要素提取多为主观分析和不同测试主体的场景要素选择和设计不可解释等问题,本文中提出一种汽车自动驾驶仿真场景的关键要素提取方法。该方法从自动驾驶系统角度逐级分析场景要素对感知、决策和控制模块的影响,并根据对自动驾驶不同子模块的影响,建立为一种要素-结构-功能平面的映射方程,然后基于平面节点判别矩阵建立场景要素的提取模型,量化场景要素的重要性并进行判别和筛选。最后通过分析第四届世界智能驾驶仿真挑战赛的行人安全避撞场景的元素构成,验证了所提方法的可行性和有效性。

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    考虑驾驶员操作误差的混合动力汽车队列生态驾驶控制
    钱立军,陈健,吴冰,宣亮,陈晨,陈亮亮
    2021 (7):  1037-1045.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.011
    摘要 ( 223 )   HTML ( 7 )   PDF(2826KB) ( 300 )  

    鉴于现有生态驾驶控制的研究多基于完全智能网联环境,不适用于传统人类驾驶汽车和网联汽车混行的交通场景,本文中以包含人类驾驶汽车和网联汽车的混合动力汽车队列为研究对象,提出一种考虑驾驶员操作误差的分层生态驾驶控制方法。基于随机模型预测控制算法设计上层控制器以实现车队机动性、燃油经济性和舒适性多目标优化,采用自适应等效燃油消耗最小化策略设计下层控制器以优化车辆发动机与电池的功率分配。仿真结果表明,所提出的方法可有效降低驾驶员操作误差导致的车队中混合动力汽车速度轨迹的偏移量,车辆平均油耗降低2.82%。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于效率优化的混合动力车辆强化学习能量管理策略研究
    杨宁康,韩立金,刘辉,张欣
    2021 (7):  1046-1056.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.012
    摘要 ( 384 )   HTML ( 33 )   PDF(4490KB) ( 596 )  

    以功率分流混联式混合动力车辆为对象,建立了系统综合效率计算模型,并提出了以效率优化为目标基于强化学习的能量管理策略。首先建立了关键部件的效率模型与耦合机构效率模型,并基于复合传动无级调速通用结构,分析电功率分流系数对效率的影响规律,进一步构建了系统综合效率计算模型。而后以效率优化为目标,提出了基于强化学习的能量管理策略。并进行仿真对比,结果显示:相比于基于规则的方法,所提出的策略能在实现优秀的燃油经济性的同时维持电池SOC处于更小的波动范围内。最后搭建了试验台架,试验结果证明了所建立的效率模型的正确性以及提出的能量管理策略的有效性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于神经工效学的智能车辆横向控制模型研究
    郭应时,张洪加,付锐,王畅
    2021 (7):  1057-1065.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.013
    摘要 ( 265 )   HTML ( 10 )   PDF(4172KB) ( 558 )  

    现有的驾驶人模型,在揭示驾驶人的驾驶机理上,或单独从驾驶人认知角度出发,或单独从控制角度出发,缺乏一个将驾驶人的认知过程和控制原理有机地结合起来的系统模型。鉴于此,本文中在神经工效学认知体系架构的基础上融合了模型预测控制算法(MPC)以及手臂肌肉模型,建立了一种基于神经工效学的车辆横向控制模型。模型采用了CarSim/Simulink联合仿真和基于dSPACE/驾驶模拟器硬件在环的方法进行验证。结果表明:基于神经工效学的车辆横向控制模型的轨迹跟踪精度优于MPC算法。同时,在控制转向盘转角、横摆角和横向加速度波动幅度等方面也较MPC算法有一定的提升。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于动作预测与环境条件的行人过街意图识别
    杨彪,范福成,杨吉成,蔡英凤,王海
    2021 (7):  1066-1076.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.014
    摘要 ( 437 )   HTML ( 15 )   PDF(4520KB) ( 547 )  

    考虑到人车冲突多发于行人过街过程,本文中提出了一种基于行人动作预测与环境条件的过街意图识别网络MIFRN,它通过结构各异的子网络分别对行人的未来动作信息、行人周围的局部交通场景、车速和人车距离信息进行编码,并在信息融合的基础上预测行人是否有过街意图。最后在公共数据集PIE和JAAD上验证了算法的性能。结果表明:本文提出的方法可准确并鲁棒地识别行人的过街意图。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于并线行为识别的自适应巡航控制方法
    蔡英凤,吕志军,孙晓强,王海,刘擎超,陈龙,袁朝春
    2021 (7):  1077-1087.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.015
    摘要 ( 244 )   HTML ( 10 )   PDF(3187KB) ( 379 )  

    本文中针对自适应巡航控制系统受旁车并线影响产生的制动干预时机不确定性问题,提出了一种采用旁道车辆并线行为进行优化的自适应巡航控制策略,以获得制动干预的最佳时机。首先,建立了以历史行驶数据和周围环境为输入、基于长短时记忆网络的驾驶行为识别模型,实现对旁道车辆驾驶行为类别的有效识别。当识别出并线行为后,根据并线车辆运动状态对自适应巡航系统进行加速度控制,建立系统的预测控制模型,确定跟随性、舒适性和油耗这3项性能指标与约束条件,并引入理想点法对期望加速度进行求解,有效避免了人为选择权重因素的干扰。然后,将最优控制序列的第一个元素作用于系统,再重新评估系统状态信息以实现滚动优化。最后,建立MATLAB/Simulink仿真模型,进行定速巡航、跟车行驶和并线工况的对比仿真,并通过实车试验进行验证。结果表明:所提算法能更快响应旁车并线时跟车目标的变化,有效降低速度波动,避免了绝大部分的车辆紧急制动,同时,考虑并线驾驶特性的控制模型能有效提高乘车舒适性,降低安全风险。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    汽车多材料控制臂拓扑优化方法
    陈潇凯,李超,白影春,杨子发
    2021 (7):  1088-1095.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.016
    摘要 ( 302 )   HTML ( 15 )   PDF(1979KB) ( 541 )  

    为进一步提高汽车控制臂轻量化水平,提出了一种壳/填充结构多材料拓扑优化方法。采用两组设计变量建立材料插值模型:对第1组设计变量进行两步滤波,利用归一化密度梯度范数将壳区域与填充区域分离;第2组设计变量用于分配填充区域多种材料。为避免填充材料过度聚集,通过映射函数的隐式方法将局部体积约束扩展为多材料填充问题。控制臂优化算例结果表明,材料插值模型能有效识别壳特征和实现局部体积约束,控制臂主体质量较原钢制控制臂减轻13.2%,转向和制动工况下应力水平分别降低55.0%和39.7%,获得较好的轻量化效果。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于预测风险场的智能汽车主动避撞运动规划
    王安杰,郑玲,李以农,王戡
    2021 (7):  1096-1104.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.017
    摘要 ( 272 )   HTML ( 14 )   PDF(3221KB) ( 387 )  

    针对自动驾驶汽车侧方和后方的主动避撞问题,提出了融合障碍物运动预测的预测风险场和基于预测风险场的运动规划方法。在Frenet坐标系下,通过运动学模型预测未来场景下的各障碍车信息,建立基于道路纵向、横向和时间3个维度的预测风险场。考虑车辆动力学和速度、加速度与曲率约束,采用动态规划方法完成行为决策,并使用多项式曲线和二次规划方法对决策轨迹进行优化。结果表明:预测风险场能准确识别周围障碍车潜在风险随时间的变化趋势,并规划出满足各项约束的避撞轨迹,保障车辆运行的安全性和稳定性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    可变附着系数路面上的自动紧急制动避撞安全策略研究
    兰凤崇,刘迎节,陈吉清,蓝庆生
    2021 (7):  1105-1112.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.018
    摘要 ( 220 )   HTML ( 7 )   PDF(1553KB) ( 416 )  

    针对路面条件变化时紧急制动系统易出现的制动时机决策失准问题,提出基于车辆运动学的动态决策增强安全模型的紧急制动策略。首先,依据目标车加减速状态细化工况,基于车辆速度与加速度建立动态决策安全模型,以提高极端工况下控制策略对车辆动态行驶速度的适应性。接着,以无迹卡尔曼滤波(UKF)算法连续辨识获得道路附着系数,通过系列道路条件下对实车和模型的制动性能试验建立路况与车辆减速能力的关系,根据道路条件实时更新模型依赖的极限减速度参数,进一步增强控制策略安全性和对动态道路条件的适应性。最后,通过附着系数连续多变路面工况试验和中国新车评价规程(C?NCAP)测试工况试验,对控制策略进行验证。结果表明,滤波算法具备精准的辨识效果;而自动紧急制动策略可在变化附着系数路面上实现对制动时机的准确决断。

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    新型DKT组合薄壳单元及对侧翻一步碰撞算法的改进
    王童,陈轶嵩,刘永涛
    2021 (7):  1113-1120.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.07.019
    摘要 ( 139 )   HTML ( 3 )   PDF(2404KB) ( 165 )  

    针对客车侧翻有限元分析过程中部分单元翘曲的问题,首先对四节点薄壳单元进行翘曲修正改进。基于改进后的四节点薄壳单元和全量应变理论,将DKT四节点薄板单元和传统四节点等参膜单元组合,构造一种新型四节点DKT组合薄壳单元。接着,用该单元替代客车侧翻一步碰撞初始算法的四节点Mindlin壳单元,并对初始算法进行改进。最后,应用改进算法对某12 m公路客车典型车身段模型进行侧翻模拟,并与初始算法、LS?DYNA和实车侧翻试验结果对比,验证了所提出的新型四节点DKT组合薄壳单元在实际工程应用的有效性。

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