汽车工程

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基于驾驶行为生成机制的智能汽车类人行为决策

宋东鉴,朱冰,赵健,韩嘉懿,刘彦辰

2022 (12): 1797-1808. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.001

摘要 ( 455 )

HTML ( 45 )

PDF(3666KB) ( 505 )

本文通过分析驾驶人驾驶行为生成机制，构建了类人行为决策策略（HBDS）。它具有匹配驾驶行为生成机制的策略框架，通过最大熵逆强化学习得到类人奖励函数，并采用玻尔兹曼理性噪声模型建立行为概率与累积奖励的映射关系。通过预期轨迹空间的离散化处理，避免了连续高维空间积分中的维数灾难，并基于统计学规律和安全约束对预期轨迹空间进行压缩和修剪，提升了HBDS采样效率。HBDS在NGSIM数据集上进行训练和测试的结果表明，HBDS能做出符合驾驶人个性化认知特性和行为特征的行为决策。

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分布式多车协同视觉SLAM系统

蒋朝阳,兰天然,郑晓妮,高九龙,叶学通

2022 (12): 1809-1817. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.002

摘要 ( 343 )

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PDF(3230KB) ( 304 )

可靠的定位与导航是实现自动驾驶的先决条件。单车视觉同时定位与建图（SLAM）技术能够在GNSS拒止的情况下实现车辆的定位，但累积误差会随运行时间逐渐增加，难以持续准确完成定位任务。通过多车协同视觉SLAM可以提升定位效果。本文提出了一种鲁棒、轻量化的分布式多车协同视觉SLAM系统，该系统以ORB-SLAM2作为视觉里程计，利用NetVLAD全局图像描述子实现多车间共视区域识别和数据关联；提出了一种基于数据相似性和结构一致性的方法，实现多车间闭环离群值剔除；提出了一种分布式位姿图优化方法，提高多车协同定位精度。经过自主搭建平台所采集的真实数据以及KITTI数据集测试，该系统相较于已有的主流视觉SLAM算法以及协同SLAM算法均具有更高的定位精度。

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基于空洞空间池化金字塔的自动驾驶图像语义分割方法

王大方,刘磊,曹江,赵刚,赵文硕,唐伟

2022 (12): 1818-1824. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.003

摘要 ( 98 )

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PDF(2439KB) ( 135 )

如果车辆在道路上能精确而快速地理解人和车的语义，就能在很大程度上对障碍躲避、路径规划等做出指导。现有的基于深度学习的语义分割方法存在分割速度和分割精度不能兼得等问题。本文在现有语义分割网络的基础上，通过在特征提取基准网络后添加空洞空间池化金字塔结构，可以获取图像的多尺度语义信息。实验结果表明，文中提出的A_ASPP_1和A_ASPP_2两个模块能对自动驾驶场景中常见的人和各类车辆图像进行有效的分割。对应的两种改进的网络结构虽然分割速度稍有降低，但其训练结果的平均交并比相比现有双分支网络BiSeNet分别提升了2.1和1.2个百分点。

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面向自动驾驶汽车测试的交通车辆交互过程建模

蒋渊德,朱冰,赵祥模,赵健,郑兵兵

2022 (12): 1825-1833. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.004

摘要 ( 203 )

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PDF(3598KB) ( 197 )

为满足自动驾驶汽车测试对场景真实度的要求，提出一种针对交通车辆交互关系的耦合特征建模方法。结合基于机理模型构建的虚拟数据和采集的真实场景数据建立交通车辆行为数据集；采用深度学习建立局部信息响应的交通车辆行为决策模型、跟驰模型和换道模型，结构相对简单的单体模型能提升场景模拟的可扩展性；针对自动驾驶汽车测试对模型鲁棒性要求高的问题，建立分布执行-集中对抗训练的架构进行交通车辆模型优化，提高模型对输入扰动的鲁棒性。构建交通车辆交互仿真环境对模型进行仿真，通过仿真数据与真实数据分布之间的对比和量化评价指标验证模型的有效性。

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周期型控制结构汽车队列的干扰抑制特性

杨秀建,殷新雨,高晋

2022 (12): 1834-1843. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.005

摘要 ( 99 )

HTML ( 3 )

PDF(5004KB) ( 98 )

受周期性结构抑制振动的启发，本文中提出了周期型的汽车队列控制结构，重点研究了周期型控制结构车辆队列的干扰抑制特性。首先建立了周期型控制结构车辆队列模型，在加速度控制输入中引入外界干扰，构建了整个队列的间距误差方程矩阵；接着在此基础上，推导了从外界干扰和领航车扰动到间距跟驰误差的传递函数方程；最后通过间距误差传递函数矩阵的最大奇异值，分析了周期型控制结构汽车队列的干扰抑制特性。结果表明，周期型控制结构通过合理设计，可有效降低干扰到间距误差传递函数矩阵最大奇异值的峰值，提升汽车队列的干扰抑制能力，且对异类车辆队列同样具有较好的干扰抑制能力；此外，周期型控制结构汽车队列还呈现出较好的规模可扩展性。

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考虑系统复杂扰动的智能车模型预测路径跟踪控制

关龙新,顾祖飞,张超,王爱春,彭晨若,江会华,吴晓建

2022 (12): 1844-1855. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.006

摘要 ( 190 )

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PDF(5056KB) ( 224 )

智能车路径跟踪控制面临系统模型简化、参数不确定、执行器与传感器信号延时及道路曲率变化等干扰，将产生系统扰动误差，导致跟踪精度降低。本文针对性提出一种考虑跟踪系统复杂扰动的模型预测控制方法（model predictive control， MPC），首先以单轨车辆动力学模型为基础建立模型预测跟踪系统，并依据实时规划的路径和速度信息设计预瞄距离动态调整方法，获取最佳预瞄点，以改善智能车底盘执行器与传感器信号延时扰动问题；而后引入扩张状态观测器（extended state observer，ESO）实时估计因简化车辆模型对系统产生的未知扰动量并用于前馈补偿；同时，考虑道路参考曲率变化对系统产生的确定性稳态扰动，设计一种含曲率约束的前馈控制（feed-forward control，FFC）方法用于消除该干扰；最终形成MPC控制器反馈输入、ESO抗干扰补偿输入及FFC前馈输入相叠加的转向角控制律。最后，以某品牌智能车平台在低速园区场景进行了实车测试对比分析，验证了本文所改进的融合扰动补偿的模型预测控制方法具备可行性和优越性。

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基于IEEE 802.11p的自适应主次窗口退避机制及验证

周兴凯,窦祖芳,杨喜娟,杨乔礼

2022 (12): 1856-1865. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.007

摘要 ( 112 )

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PDF(4129KB) ( 138 )

在交通密集场景下，考虑到现有的DSRC和C-V2X两种技术都不能保证数据高效传输。本文首先介绍了所采用的车联网网络架构。其次，提出基于自适应主次窗口划分的IEEE 802.11p机制的设计，旨在降低车辆节点的冲突率进而增加数据传输率。再次，通过建立二维Markov模型获得传输时延等性能指标的解析式。最后，对改进机制进行了数值验证。仿真结果表明，与经典机制相比，不管是交通稀疏还是密集场景，改进机制都能获得更好的网络性能。同时，建立时延最小和可靠性最高的多目标优化模型，对提出机制进行优化，以获得均衡的系统性能。

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基于时变底盘构型的混动车辆能量管理研究

李军求,刘吉威,朱超峰

2022 (12): 1866-1876. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.008

摘要 ( 126 )

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PDF(3891KB) ( 176 )

本文旨在依托实车试验数据，对混合动力分布式驱动重型车辆的时变构型能量管理策略进行研究。首先，依据实车试验数据采用动态规划算法求得能耗最优底盘构型，并通过训练长短时记忆（LSTM）神经网络完成3类典型场景下的构型优化；接着，基于规则判断提出RULE_LSTM算法，其匹配准确率在全局工况下比LSTM神经网络能耗最优构型提高11.76%，构型切换频繁程度降低了33.3%；然后，基于交通流完成长尺度工况信息预测，实现最优底盘构型匹配和参考SOC轨迹生成，基于径向基神经网络生成短尺度工况预测序列供给后续算法输入；最后，通过采用时变构型实现控制变量优化，同时引入强转速变化率约束和SOC参考轨迹引导，实现引导型多APU预测能量管理策略。结果表明，上述措施使燃油消耗分别降低了10.60%、3.95%、2.06%。

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双离合器协同的功率分流式混合动力汽车动态协调优化控制研究

施德华,容香伟,汪少华,张开美,陈龙,李春

2022 (12): 1877-1888. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.009

摘要 ( 167 )

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PDF(1850KB) ( 186 )

针对集成多离合器的功率分流式混合动力汽车，研究了包含两个离合器状态协同切换的纯电动模式到混合动力模式的瞬态切换行为及动态协调优化控制策略。基于杠杆法和矩阵法建立系统不同切换阶段的动力学模型，根据发动机起停控制及模式切换需求对双离合器工作序列进行可行性分析并制定模式切换逻辑，在此基础上，针对双离合器协同滑摩导致的切换品质下降，以整车纵向冲击度、离合器滑摩功及模式切换时间为加权优化目标，基于模拟退火算法优化不同离合器接合和分离过程的滑摩行为，为解决固定发动机转速调节策略难以适应不同加速工况需求的难题，构建了混合动力模式下的发动机转速自适应调节策略，实现基于不同工况需求转矩的电机MG1转矩自适应调节。仿真测试和硬件在环测试结果表明，所设计的动态协调优化控制不仅能够有效地减小双离合器协同时的功率分流式HEV瞬态模式切换冲击度，而且具有优异的工况适应性，能够保证不同加速工况下的瞬态模式切换品质。

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170 kW燃料电池系统引射器关键结构参数影响研究

庞子卉,韩济泉,陈平,刘云梅,冯健美,彭学院

2022 (12): 1889-1895. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.010

摘要 ( 136 )

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PDF(2093KB) ( 140 )

采用引射器实现大功率燃料电池系统中氢气的循环利用是未来的主流方向，然而突出的问题是引射器在低功率工况下性能表现较差，难以满足覆盖宽功率范围的要求。本文针对170 kW级大功率燃料电池用引射器，建立了引射器内流动三维数值模拟模型，分析了在宽工况下引射器关键结构参数，即喷嘴出口直径D_t和等容混合室直径D_m对引射性能的影响规律，进而探讨了适用宽功率工况的引射器最佳结构参数组合。结果表明：选用较小的D_m能够形成较大的流动压差，防止二次流倒流，提升引射器低功率工况下的性能。当D_m/D_t在2.5~3.0时，引射器性能最佳，覆盖功率范围由70~170 kW拓宽至40~170 kW，引射器适应的功率范围拓宽近43%。研究结果为170 kW以上大功率燃料电池系统用引射器设计提供了重要参考。

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纯电动汽车电驱动系统耦合动力学研究

刘长钊,张铁,宋健,尹显颂,葛帅帅

2022 (12): 1896-1909. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.011

摘要 ( 240 )

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PDF(9572KB) ( 275 )

为研究纯电动汽车电驱动系统运行时的动态特性，考虑电磁时空激励和系统结构柔性，提出了一种适用于变速工况的一体化电驱动系统机电耦合动力学模型，并进行了仿真验证。以动力学分析为手段，重点研究了稳态、加速工况下电机转矩波动、齿轮误差和箱体柔性对电驱动系统动态特性的影响。研究结果表明：在稳态工况下，电机转矩波动对轴承力的影响不明显，齿轮误差会显著增加齿轮动态啮合力矩和轴承支反力的幅值，箱体柔性对齿轮动态啮合力矩的影响较小；在加速工况下，齿轮误差容易激发系统高频成分的共振，耦合箱体后容易激发与转频相关的低阶共振。

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基于二分法的车辆状态参数融合估计

查云飞,吕小龙,刘鑫烨,马芳武

2022 (12): 1910-1918. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.012

摘要 ( 121 )

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PDF(3422KB) ( 142 )

为提高车辆状态参数估计的精度和可靠性，提出一种基于二分法的车辆状态参数融合估计方法。首先，设计了基于车辆3自由度动力学模型的扩展卡尔曼滤波算法和由数据驱动的径向基神经网络车辆状态参数估计算法。然后，为了进一步提高估计算法的可靠性和减小单一算法的估计误差，提出将模型驱动的估计算法和数据驱动的估计算法相补偿的融合估计方法，基于二分法设置扩展卡尔曼滤波和径向基神经网络估计结果的权重，利用估计算法的融合提高估计精度。最后通过MATLAB/Simulink与CarSim的联合仿真和实车在环试验对该融合方法的有效性进行了验证。结果表明，估计结果变化趋势与实际相符，所提出的融合算法的估计精度比单一扩展卡尔曼滤波算法和径向基神经网络算法有明显的提升。

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主动射流点火天然气发动机的燃烧控制策略

王巍,赵自庆,蔡开源,刘奕,刘尚,刘伟,王志

2022 (12): 1919-1925. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.013

摘要 ( 101 )

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PDF(2837KB) ( 86 )

本文研究了天然气发动机主动射流点火模式下喷射压力和喷射脉宽对射流燃烧特性的影响。试验条件为：保持进气道压力为0.08 MPa、进气道天然气喷射脉宽为18 ms、调整射流室天然气主动喷射压力从0.5 MPa依次增加到3.0 MPa，增量间隔为0.5 MPa，主动喷射脉宽从1 ms依次增加到5 ms，增量间隔为1 ms。发动机的转速为800 r/min，点火时刻为-24°CA ATDC。试验结果表明，相比于被动射流点火，主动射流点火可提高峰值放热速率，加速燃烧。主动喷射压力和脉宽过低时，循环波动率（COV）大；随着主动喷射压力或脉宽增加，燃烧稳定（COV<1.5 %）；继续增加主动喷射压力或脉宽对燃烧稳定性的影响不大。随着主动喷射压力和脉宽的增大，发动机峰值压力和峰值放热速率增加，初始阶段燃烧速度加快，但整体燃烧持续期变长。在固定点火时刻条件下，较低的主动喷射压力和脉宽实现更高的发动机指示热效率。主动喷射压力为0.5 MPa，主动喷射脉宽为2~5 ms时，发动机取得最高的指示热效率，优化后的指示热效率提高了2.8%。

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不同海拔下国六柴油机性能试验研究

肖仁鑫,梁大平,陈贵升,刘爽

2022 (12): 1926-1935. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.014

摘要 ( 111 )

HTML ( 6 )

PDF(1469KB) ( 140 )

基于高原环境模拟试验台架，研究了不同海拔下国六柴油机全负荷和40%负荷工况下的动力性、经济性及排放特性，同时探讨了4 000 m海拔下发动机持续运行在低转速大负荷工况柴油机颗粒物捕集器（DPF）堵塞的可能性。结果表明：全负荷和40%负荷工况下随着海拔的上升，发动机的进气流量、空燃比、有效热效率，排气氧浓度、排气压力呈非线性减小，有效燃油消耗率、排气温度、NO _x 排放呈不同幅度增加；动力性、经济性下降明显，排放性能恶化；全负荷工况对海拔的变化更加敏感，特别是低转速和高转速的性能降幅较大；国六柴油机在4 000 m海拔下持续运行在低转速大负荷工况，DPF内大量颗粒物沉积但再生困难，较短时间内被堵塞。

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基于体压分布的汽车座椅振动舒适性评价

高开展,罗巧,张志飞,徐中明

2022 (12): 1936-1943. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.015

摘要 ( 143 )

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PDF(3769KB) ( 156 )

为采用人-椅接触面的体压分布来表征汽车座椅的振动舒适性，在6种不同幅值的低频垂向激励下，以12名受试者为对象，进行汽车座椅振动舒适性主客观试验，以获得体压分布指标。对振动加速度和体压分布的测试结果进行分析，以提取加权加速度均方根值、平均压力均值、最大压力均值和平均压力变化率与法向力变化率的均方根值等客观评价指标。运用非参数统计方法对主客观指标进行相关分析，结果表明，平均压力均值、最大压力均值与主观不舒适性评分的相关性较弱（β=0.26， 0.10），而平均压力变化率和法向力变化率的均方根值与主观不舒适性评分具有较强的相关性（β=0.83， 0.85）。最后利用史蒂文斯幂定律对主客观参量进行关联性分析，结果表明，与加权加速度均方根值指标相比，平均压力变化率和法向力变化率的均方根值与主观不舒适性评分均具有较高的关联性（R²^{> 99.0%），可作为体压分布评价指标来表征汽车座椅的振动舒适性。}

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中国体征3岁儿童乘员损伤仿生模型在C-NCAP正面碰撞测试仿真中的应用

李海岩,苏航杰,祝贺,刘冲,王彦鑫,崔世海,贺丽娟,王一达,吕文乐

2022 (12): 1944-1953. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.016

摘要 ( 90 )

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PDF(5652KB) ( 126 )

本文中应用已验证的具有详细解剖学结构特征的中国3岁儿童乘员图斯特损伤仿生模型（TUST IBMs 3YO-O），参照C-NCAP（2021年版）两种正面碰撞乘员保护动态试验，建立仿真模型。通过分析3岁儿童乘员在不同工况下的头部、颈部、胸部的运动学和生物力学响应，研究正面碰撞测评试验中3岁儿童乘员的损伤机理和不同工况下损伤的差异。结果表明：在运动学响应方面，与正面100%重叠刚性壁障（FRB）碰撞试验相比，3岁儿童乘员在正面50%重叠移动渐进变形壁障（MPDB）碰撞试验中损伤风险更大，且远离碰撞侧的儿童损伤更严重；在生物力学响应方面，FRB碰撞中，3岁儿童乘员头部下颌与胸部接触可能出现轻微脑震荡。MPDB碰撞中，儿童出现向左的横向运动，头部下颌与右侧胸部接触，导致生物力学响应峰值较大，可能出现轻微脑震荡、肋骨骨折、肺部挫伤等损伤。

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基于时间反转法的汽车车门Rattle异响噪声源定位研究

赵卫东,徐鑫蔚,宋睿,杨明亮,齐潮

2022 (12): 1954-1970. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.017

摘要 ( 107 )

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针对汽车车门常见Rattle异响的定位，首先，基于Lamb波传播理论、Morlet小波变换和时间反转（TR）聚焦定位原理，建立了异响噪声源定位数学模型，提出了汽车车门Rattle异响噪声源定位方法。接着通过薄板冲击仿真，探究了振动信号波包混叠的成因，确定了窄带信号提取原则。最后进行汽车车门Rattle异响噪声源定位试验，揭示了异响信号发出时刻对定位成像的影响规律，提出了时刻的信号成像图判别法。试验结果表明，汽车车门Rattle异响噪声源定位最大误差为3.16 cm，平均误差为2.01 cm，验证了所提出的基于TR的Rattle异响噪声源定位方法的可行性和工程应用价值。

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