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2021年, 第43卷, 第11期　刊出日期：2021-11-25 上一期    下一期

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智能车辆换道潜在冲突分析与风险量化方法 陈吉清,翁楚滨,兰凤崇 2021 (11):  1565-1576.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.001 摘要 ( 452 )   HTML ( 43 )   PDF(2985KB) ( 861 )   在缺乏有效的真实换道事故数据的情况下，基于交通冲突理论，分析车辆在换道过程不同阶段与周围车辆的潜在冲突形式。通过微观冲突风险指标推导、宏观换道风险特征提取和系统性换道风险分析，建立同时考虑潜在碰撞可能性与严重程度的换道风险综合量化方法。利用自然驾驶轨迹数据集，对风险综合量化方法进行应用试验分析。结果表明，所提出的量化方法能客观合理地反映不同类型、不同位置的换道风险特征，为智能车辆安全换道决策与规划提供了一种新思路。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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网联交叉口信号-车辆轨迹协同优化控制方法 赵祥模,张心睿,王润民,徐志刚,凡海金 2021 (11):  1577-1586.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.002 摘要 ( 459 )   HTML ( 38 )   PDF(2180KB) ( 556 )   为了提升网联交叉口车辆通行效率与燃油经济性，设计了一种网联信控交叉口协同控制应用场景，提出了一种分层解耦式网联交叉口信号-车辆轨迹协同优化控制方法，其中顶层采用“作业调度”和遗传算法以最小化交叉口平均旅行时间延误为优化目标实现信号配时与相序优化；底层结合最优配时结果，采用分段优化方法以最小化平均燃油消耗为优化目标实现车辆轨迹优化。仿真结果表明，本文中提出的协同控制方法在交叉口车流量均衡与不均衡、低密度和高密度工况下，均可以有效提升交叉口通行效率和燃油经济性；提出方法效果随最小绿灯时长的减小、V2X通信范围的增加而更加显著，综合考虑交通公平性和建设成本等因素，提出的网联信控交叉口协同控制系统最小绿灯时长应设置为5 s，有效V2X通信范围设置为800 m。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于自查询的车载多目标跟踪算法研究 陈龙,朱程铮,蔡英凤,王海,李祎承 2021 (11):  1587-1593.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.003 摘要 ( 295 )   HTML ( 26 )   PDF(2860KB) ( 363 )   为兼顾跟踪性能（即MOTA、MOTP、IDSW等指标）与跟踪速率，尤其是解决视频多目标跟踪的后处理较复杂的问题，提出了一种基于自回归查询机制的多目标跟踪方法，并基于MOT20数据集进行训练和验证，验证表明，每帧图片推理用时约44 ms，多目标跟踪准确度达58.9%。将该模型集成到智能车ROS平台进行测试，结果表明，所提算法能实现复杂交通场景下的多目标实时跟踪，算法具有很好的实际应用价值。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于粗糙性度量的道路可行驶区域识别方法 马雷,刘泽宾,曹彪,王文举,邱泉源 2021 (11):  1594-1601.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.004 摘要 ( 184 )   HTML ( 14 )   PDF(4333KB) ( 296 )   本文中提出了一种基于粗糙性度量的道路图像可行驶区域识别方法。首先定义道路图像的粗糙度信息，获得道路图像色彩分布直方图及其上下近似信息，通过粗糙性度量实现了道路图像初分割；然后依据初分割图像色彩区域色差和像素规模进行区域合并，获得道路可行驶区域特征；再利用改进的区域生长算法对特征图像进行识别；实现了对道路可行驶区域的识别。实验结果表明，该方法取得了良好的识别效果。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于特征融合的多层次多模态目标检测 程腾,孙磊,侯登超,石琴,张峻宁,陈炯,黄鹤 2021 (11):  1602-1610.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.005 摘要 ( 492 )   HTML ( 24 )   PDF(6453KB) ( 526 )   针对复杂环境下自动驾驶汽车环境感知的鲁棒性较低和小目标难以识别的问题，本文提出一种基于特征融合的多层次多模态融合方法。首先将图像与点云两种模态信息映射到同一维度，提取针对不同大小目标的层级特征，在此基础上进行多模态的多层次特征融合；并设计6次对比实验验证网络各模块的有效性。采用Waymo数据集结合蔚来汽车实车数据进行训练和测试，实验结果表明，该网络的检测MAP值较YOLO V3提升23.1%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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转向避撞工况下装载激光雷达车辆的障碍物跟踪 赵治国,王鹏,陈晓蓉,梁凯冲 2021 (11):  1611-1619.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.006 摘要 ( 210 )   HTML ( 17 )   PDF(4740KB) ( 365 )   目前车载激光雷达对周围障碍物的感知与定位多基于车辆坐标系，当车辆转向避撞时，由于航向角的变化和车辆坐标系的旋转，会增加障碍物数据关联、周边车辆运动状态分析和避撞路径规划的难度。为消除车辆转向带来的不利影响，本文中基于车载激光雷达坐标系的变换，提出了一种目标障碍物的跟踪方法。首先，采用改进的K-means算法对提取的道路边界点进行聚类，拟合出道路边界线；其次，根据道路边界利用麻雀搜索算法求解车辆航向角，进而对雷达坐标系进行变换；最后，采用关联算法和粒子滤波器，实现目标障碍物的跟踪。实车试验结果表明：在车辆转向避撞时，提出的算法能够准确地提取道路边界和跟踪障碍物。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于改进型ELM的熟练驾驶员行车轨迹拟合方法研究 江昕炜,陈龙,华一丁,徐兴 2021 (11):  1620-1630.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.007 摘要 ( 203 )   HTML ( 10 )   PDF(2876KB) ( 298 )   为使智能汽车在转向操控方面尽量接近人类驾驶员的转向操控水平，提出一种训练并学习熟练驾驶员行车轨迹的非线性拟合方法。基于分段多项式方法构建右转、掉头、车道保持和换道等4种典型转向工况表达模型，并结合自适应伪谱法实现分段轨迹的有效衔接。为避免传统神经网络学习算法（如BPNN）需要人为设置大量的网络训练参数，且易产生局部最优解的不足，提出了基于改进型极限学习机（ELM）的熟练驾驶员行车轨迹非线性拟合策略。引入卡尔曼滤波（KF）算法，对ELM输出权重矩阵进行滤波处理，更新阶段循环计算，实现对ELM算法的优化，提高了ELM在多重共线性的情况学习精度。分别利用KFELM、ELM和BPNN对不同工况下的熟练驾驶员行车轨迹进行非线性拟合试验。结果表明，KFELM的训练精度和测试精度明显优于ELM和BPNN，同时KFELM的学习速度稍好于ELM，且明显优于BPNN。改进型ELM的驾驶模型训练方法为自动驾驶汽车提供了决策控制的理论依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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缸内直喷射流点火汽油机的燃烧优化 赵自庆,齐运亮,田宁,张翼,刘聪,姚毅,王志 2021 (11):  1631-1637.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.008 摘要 ( 251 )   HTML ( 9 )   PDF(2284KB) ( 341 )   射流点火有助于实现稀燃，提升发动机热效率。本文中在一台多缸汽油机上安装了射流点火器，开展了基于喷射策略的射流点火燃烧优化。首先，在原机以普通火花点火运行的高效范围内确定了最低油耗工况点；然后，基于选定的工况，对比研究了单次喷射和两次喷射策略对射流点火的油耗影响，优化了两次喷射的关键参数；最后，进一步对比了采用不同喷射策略、不同点火方式的发动机燃烧及排放特性。结果表明：相比于火花点火，射流点火可以使原机油耗降低，尤其是采用进气冲程两次喷射的策略时，最低油耗率较原机在相同工况下降低4 g·（kW·h）-1；射流点火与火花点火的CO和THC排放基本相当，但NOx排放上升；相较单次喷射策略，使用两次喷射策略可降低NOx排放。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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瞬态工况下掺混PODE对混合动力柴油机排放特性的影响 陈东东,王铁,李国兴,乔天佑,侯振宁 2021 (11):  1638-1644.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.009 摘要 ( 153 )   HTML ( 6 )   PDF(2318KB) ( 402 )   为了研究掺混聚甲氧基二甲醚（PODE）对混合动力柴油机瞬态排放的影响，本文基于单轴并联式混合动力试验平台，分别燃用0#柴油和PODE体积比为10%和20%的柴油/PODE掺混燃料，试验瞬态工况为柴油机转速为1 900 r/min，油门从25%变化到35%，过渡时间分别为0、2和5 s的瞬变工况和800 r/min拖动快速起动工况。结果表明：恒转速变油门工况下，随着过渡时间的减小，其变化过程中的累计NOx和Soot排放峰值都有所增大，随着PODE比例的增大，Soot排放的瞬态畸变先增强后减弱。相比燃用0 #柴油，燃用柴油/PODE掺混燃料时，瞬变过程中的NOx累加排放值增大，但Soot排放峰值大幅下降，过渡时间为0 s时，Soot排放峰值分别降低37%和63%；过渡时间为2 s时，Soot排放峰值分别降低31%和59%；过渡时间为5 s时，Soot排放峰值分别降低34%和57%。在快速起动工况下，相比燃用0#柴油，燃用柴油/PODE掺混燃料时，起动过程中的CO排放峰值分别降低10%和26%，Soot排放峰值降低53%和60%，而NOx排放的变化不大。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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动态密封状态下汽车风噪性能不确定性研究 潘作峰,邓玉伟,郝耀东,苏丽俐,邓江华 2021 (11):  1645-1652.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.010 摘要 ( 189 )   HTML ( 11 )   PDF(3573KB) ( 359 )   本文中提出了一种动态密封状态下的车内风噪性能区间不确定性的分析和优化方法。首先，建立整车统计能量模型，将谱分解后的风噪载荷施加至模型上，完成车内风噪计算；接着，测试密封条在不同压缩状态下的传递损失，并根据车辆行驶过程中密封条压缩量变化计算密封条传递损失的上、下界，实现不确定变量的描述；最后，基于区间摄动理论分析车内风噪声压级的变化范围，并建立稳健优化模型，对风噪声压级的中心值和摄动半径进行优化。算例计算结果显示，本文提出的方法可在保证相关零部件质量基本不变的前提下，降低车内噪声水平及其波动幅度，明显提升系统的稳健性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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带侧翼式扩散器对汽车气动特性影响研究 廖洪,卢耀辉,王庆洋,尹小春,史潇博,唐艳辉 2021 (11):  1653-1661.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.011 摘要 ( 203 )   HTML ( 7 )   PDF(5143KB) ( 380 )   为研究带侧翼式扩散器对汽车气动特性的影响，将其安装在CAERI Aero Model标准模型上，采用计算流体动力学（CFD）软件对不同扩散器安装角度下车辆的气动阻力和升力进行仿真，并与安装普通直板式扩散器进行对比，其中直板式扩散器某一安装角度的仿真结果通过了风洞试验的验证，以确认仿真的可靠性。仿真结果表明，带侧翼式扩散器能改变车辆底部和尾部涡结构的分布，与直板式扩散器相比，带侧翼式扩散器在不同安装角度下均能有效降低车辆的气动升力，在安装角度α =10.5°时，气动升力降低最大，达38.1%。带侧翼式扩散器能在气动阻力略为增大的条件下大幅减小气动升力，有效提升车辆的气动行驶稳定性和安全性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于多源数据的车流量时空预测方法 胡杰,龚永胜,蔡世杰,黄腾飞 2021 (11):  1662-1672.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.012 摘要 ( 224 )   HTML ( 11 )   PDF(4503KB) ( 456 )   为提高车流量的预测精度，本文中从外部特征、时间特征和空间特征的角度综合考虑了多因素对车流量的影响，提出了一种基于多源数据和时空预测的车流量预测方法。在外部特征方面，深入探索了日期、天气和兴趣点特征对车流量影响；在时间特征方面，提出了基于时间卷积网络（TCN）的时间序列预测框架，并以近邻周期和日周期为基线分别建立时间预测模型；在空间特征方面，提出了基于图表示学习的空间特征提取方法，实现了相邻路网节点间的空间相关性特征提取。结果表明，与多种现有预测方法相比，该方法在提升预测精度的同时改善了中长时车流量预测性能。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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无人车辆底盘集成动力学系统解耦控制研究 张雨甜,李斐然,田汉青,胡纪滨,魏超,吴维 2021 (11):  1673-1682.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.013 摘要 ( 353 )   HTML ( 17 )   PDF(4869KB) ( 823 )   面向多轮分布式驱动全轮转向无人车辆，本文针对性提出并验证了一种底盘动力学集成控制系统的解耦控制器，旨在通过解耦控制来实现灵活、快速、精确的无人平台动力学性能进一步提升。首先建立了可准确反映车辆纵向-侧向-横摆-侧倾运动的车辆耦合动力学模型，结合非参数统计方法对该动力学系统的输入输出耦合特性进行了定量分析；随后，基于神经网络逆系统原理构建了解耦线性化的车辆动力学系统与解耦复合控制器，测试并成功验证了系统的解耦响应，并对所提出的控制器进行了试验验证。结果表明，耦合动力学系统中各自由度控制子通道间因动力学耦合关系带来的干扰和影响得到了有效削弱，从而可实现对各子通道相对独立的控制效果，为分布式驱动无人车辆在轨迹跟踪运动过程中的高效、精准、稳定的综合动力学表现奠定了重要的平台技术和物理基础。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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考虑多维驾驶特性的制动反应时间预测模型 郭柏苍,谢宪毅,金立生,戎辉,贺阳,纪丙东 2021 (11):  1683-1692.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.014 摘要 ( 220 )   HTML ( 3 )   PDF(3092KB) ( 339 )   为了准确预测驾驶人的制动反应时间，建立了考虑差异化驾驶人特性的制动反应时间预测模型。以多种次任务驾驶行为作为差异化驾驶人特性的诱导因素设计了试验，在封闭的城市道路展开了实车试验并采集了制动反应时间数据，以自报式信息采集法获取了受试者的多维度驾驶特性变量数据，使用结构方程模型解构制动反应时间的影响因素并以路径系数优化BP神经网络权值，建立了基于SEM-BP神经网络的驾驶人制动反应时间预测模型。验证和测试结果表明，所提出的制动反应时间预测模型总体的回归R值大于0.9，总误差为0.032 4，有更好的预测精度和拟合性能，能够在考虑驾驶人多维度特性的同时降低网络收敛不稳定导致鲁棒性差的问题。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于低通滤波的大功率型氢燃料电池重型货车 自适应能量管理策略 张瑞亮,陈准,刘森海,范政武 2021 (11):  1693-1701.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.015 摘要 ( 223 )   HTML ( 8 )   PDF(2186KB) ( 631 )   针对频繁变载导致氢燃料电池寿命缩短的问题，以大功率型氢燃料电池重型货车为研究对象，根据其混合动力系统部件特性和典型工况下整车需求功率的频域特性，提出了一种基于低通滤波的自适应能量管理策略，联合自适应低通滤波器和逻辑规则对整车能量进行合理分配，为充分发挥自适应低通滤波器的作用，采用Pareto遗传算法对自适应低通滤波器进行了多目标优化。通过Matlab/Simulink建立大功率型氢燃料电池重型货车整车仿真模型并进行仿真，仿真结果表明：相较于传统的功率跟随能量管理策略，所提出的能量管理策略能在保证大功率型氢燃料电池重型货车动力性和燃料经济性的前提下，有效地降低氢燃料电池系统输出功率波动，通过优化可使输出功率波动度进一步降低9.28%，从而有利于氢燃料电池耐久性的提高。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于平均-差异模型的电池组短路电流估计 张莉,高兴奇,张健豪 2021 (11):  1702-1709.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.016 摘要 ( 184 )   HTML ( 7 )   PDF(2353KB) ( 470 )   鉴于电池的内短路是触发热失控的关键环节和快速而有效检测短路的困难，本文提出一种适合不同短路阻值的基于平均-差异模型的串联电池组短路电流估计方法。首先分析了短路电池平均-差异模型的适用性和参数校正方法，并利用迭代最小二乘和卡尔曼滤波对模型参数进行在线辨识。然后推导基于模型参数和电池端电压的短路电流估计表达式和瞬时压降与短路阻值之间的关系，并根据是否有明显瞬时压降将短路电流估计方法分为长时和短时两种。最后实验验证结果表明，该方法可以较精准地对短路电流进行估计，适用于不同阻值的短路检测。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于DTV-IGPR模型的锂离子电池SOH估计方法 王萍,彭香园,程泽 2021 (11):  1710-1719.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.017 摘要 ( 322 )   HTML ( 8 )   PDF(5191KB) ( 363 )   锂离子电池的健康状态（state of health， SOH）是保障电动汽车安全可靠运行的关键因素。现有的SOH估计方法通常忽略容量衰退过程中能够表征电池老化的温度信息。鉴于此，本文中提出一种基于电池表面温度的差分温度伏安（differential temperature voltammetry， DTV）曲线的获取方法和一种滑动平均（moving average， MA）与卡尔曼滤波（Kalman filtering， KF）结合的滤波方法以提取健康特征。同时利用组合核函数改进了传统高斯过程回归（Gaussian process regression， GPR）算法以拟合电池容量全局衰退和局部波动这两种趋势，从而建立DTV-IGPR电池老化模型进行SOH估计。在两种不同环境温度下获取的牛津数据集和NASA数据集中进行单电池和多电池验证，结果均表明，所提方法具有较高的SOH估计精度和鲁棒性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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锂离子电池状态估计机器学习方法综述 谢奕展,程夕明 2021 (11):  1720-1729.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.018 摘要 ( 902 )   HTML ( 41 )   PDF(464KB) ( 859 )   本文旨在综述机器学习方法在锂离子电池状态（包括荷电状态、健康状态和剩余可用寿命）估计领域的研究进展。首先，阐述机器学习方法在电池状态估计中的应用现状。然后，归纳电池状态估计机器学习方法的5个具体实施环节，即数据准备、模型选择与评价、超参数确定、数据预处理和模型训练，并提出了融合精度、实施成本和鲁棒性的学习算法评价方法。最后指出超参数确定方法仍存在的场景适应性问题，并建议建立多区域、跨季节、多模式和长时间的车用电池工况数据库，促进电池状态估计机器学习算法的实用性和普适性等方面的研究。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于交通事故统计的电池包底部碰撞研究 王月,辛鹏程,周大永,李钢,唐莉,王鹏翔 2021 (11):  1730-1735.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.11.019 摘要 ( 344 )   HTML ( 11 )   PDF(3157KB) ( 603 )   为降低新能源车电池包底部碰撞导致的潜在起火风险，本文中通过对交通事故统计分析研究，总结了电池包底部碰撞的典型工况，包括向上撞击和水平撞击。建立了电池包底部碰撞分析的有限元模型，并对不同工况进行了仿真。结果表明：在向上撞击工况中，对电池包造成损伤的主要由于Z向速度冲击的作用。其中锥形地障可直接导致底壳失效，在壳体不失效的条件下，半球头地障的损伤较为严重；水平撞击工况中整车最小离地间隙位置和电池包前部防护结构的设计对该工况有重大影响。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标