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2023年, 第45卷, 第12期　刊出日期：2023-12-25 上一期    下一期

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电子机械制动器构型及控制技术发展现状 熊璐,李聪聪,卓桂荣,程玉林,乔乐,王心坚 2023 (12):  2187-2199.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.001 摘要 ( 475 )   HTML ( 46 )   PDF(3849KB) ( 1070 )   电子机械制动（EMB）作为真正意义上的线控制动，具有系统结构精简、制动响应迅速等诸多优势。为了对EMB构型的研发现状进行全面梳理，本文在大量专利调研的基础上对各种构型的发展和产业化进程进行了总结，并对滚珠丝杠、楔式自增力、滚珠坡道和凸轮4种基本构型方案进行了分析和对比。针对执行器非线性特性和慢时变参数摄动下的控制难题，本文首先对各种执行器建模方法进行了整理，然后以有无压力传感器为分类依据，从基于夹紧力反馈值的控制和基于夹紧力估计值的控制两大层面分别对国内外的研究进展进行综述。最后，提出了对于执行器构型设计、夹紧力控制以及整车协调冗余控制的发展展望。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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线控转向系统转角预测滑模控制算法研究 贺林,徐子昂,黄春荣,龚超,李书华,石琴 2023 (12):  2200-2208.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.002 摘要 ( 281 )   HTML ( 25 )   PDF(2712KB) ( 367 )   线控转向是智能底盘的关键技术之一，转角高精度跟踪是线控转向的控制核心目标，基于混合控制理论，本文设计了一种基于扰动转矩观测的转向角跟踪预测滑模控制方法，采用滑模控制作为核心算法，以适配线控转向系统动力学中的非线性特性，采用比例积分观测器估计总扰动转矩并补偿系统的不良影响，采用模型预测控制算法对滑模面参数进行优化，在装配有电机线控转向系统的实验车上对所设计的混合控制方法进行了测试和验证，实验结果表明所设计的预测滑模控制器能够实现较优的转角跟踪性能，以及比例积分观测器可以准确地估计系统总集成扰动转矩。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于Simscape的APA-EPS系统建模及人机共驾转向控制策略研究 江浩斌,袁培淳,杨昆,唐斌,李臣旭 2023 (12):  2209-2221.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.003 摘要 ( 164 )   HTML ( 9 )   PDF(6637KB) ( 260 )   人机共驾是智能车辆实现高度自动驾驶之前的过渡阶段，由于驾驶员与驾驶辅助系统同时在环，存在驾驶权分配的问题，智能车辆的转向系统必须实时敏捷地执行驾驶员和驾驶辅助系统的转向控制指令。本文针对搭载于某智能MPV的平行轴式电动助力转向系统（APA-EPS）研究人机共驾转向控制策略。首先对APA-EPS系统进行Simscape建模，并通过台架试验验证了模型的准确度。随后基于模糊PID控制算法和模糊滑模控制算法分别设计了人驾和机驾模式下的控制策略。在驾驶员主导驾驶车辆时，根据距离影响度函数和角度影响度函数确定转向控制权重；在驾驶辅助系统主导驾驶车辆时，采用滑动时间窗口监测驾驶员的接管请求。仿真试验结果表明，人驾和机驾的控制策略均具有较好的转角跟随效果，人机共驾时转向控制权能够及时进行切换，且APA-EPS的转向盘转角响应迅速。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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面向密集障碍规避的人车共享转向控制系统 严凉,吴晓东,胡川 2023 (12):  2222-2233.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.004 摘要 ( 142 )   HTML ( 7 )   PDF(4645KB) ( 257 )   车辆底盘技术的创新与发展为智能驾驶系统的设计注入新的活力。结合线控转向系统的物理解耦特性，提出了一种面向密集障碍物避让场景的人车共享转向控制系统方案。首先，基于车辆动力学和蒙特卡洛树搜索算法，采用滚动时域转向场直方图法实现车辆的避障动作决策与规划；其次，搭建了基于门控循环单元网络的驾驶人行为短时预测模型，可直接输出驾驶人转角预测时序信号；在此基础上，结合车辆转向特性计算预期碰撞时距，据此建立风险评估模型；最后，构建了车辆转向控制权的动态分配策略，基于MATLAB/Simulink搭建的联合仿真环境开展了硬件在环驾驶实验。对比多工况下的共享驾驶与手动驾驶的结果表明，共享转向控制方法能有效减少碰撞、提升驾驶安全性，且在保证通行效率的情况下减轻驾驶人的操作负担。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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考虑转向延迟特性的自动驾驶车辆路径跟踪控制方法 吕颖,祁旭,刘秋铮,王鑫煜,陈国迎 2023 (12):  2234-2241.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.005 摘要 ( 206 )   HTML ( 9 )   PDF(3153KB) ( 294 )   自动驾驶路径跟踪系统是实现L2级以上自动驾驶的重要支撑技术。线控转向系统存在的延迟响应特性会降低路径跟踪控制器的鲁棒性和控制精度，甚至在高车速下存在失稳现象。针对以上问题本文设计了前馈加有限时域全状态反馈的误差跟踪控制架构，在此基础上将转向系统延时作为1阶惯性环节进行模型化表达，并作为状态变量增广融合到误差跟踪控制架构中。本文利用联合仿真试验对提出的跟踪控制器进行了对比验证，验证结果证明本文提出的控制器在直角弯道和高速换道场景下，最大横向误差小于0.3 m，转向盘的转角均方差分别降低1.93%和64.22%。最后的实车试验结果表明，本文提出的控制器在高速换道场景下能够有效提升横向控制精度，最大横向误差小于0.11 m。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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四轮转向车辆后轮转角控制方法研究 张佩,孙文新,胡杰,颜伏伍,徐骞,闫涛卫 2023 (12):  2242-2250.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.006 摘要 ( 269 )   HTML ( 18 )   PDF(2804KB) ( 309 )   为提高四轮转向车辆在低速时的机动性，建立了包括侧向运动、横摆运动的整车2自由度四轮转向车辆动力学模型，总结归纳了四轮转向车辆后轮转角控制方法，搭建了CarSim和Matlab/Simulink联合仿真平台，使CarSim中建立的整车模型的实际转向状态接近预设的2自由度理想转向状态，通过设置包括前轮角阶跃输入在内的3种工况进行了不同控制方法的仿真对比分析。结果表明：文中所提到的几种控制策略均能改善四轮转向车辆在低速时的机动性，使车辆具有更高的机动运动能力，为找到一种四轮转向车辆后轮转角最优控制策略奠定了基础。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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分布式驱动电动汽车多执行器容错控制研究 李琴,汤建明,张博远,陈勇,王勇 2023 (12):  2251-2259.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.007 摘要 ( 257 )   HTML ( 11 )   PDF(2234KB) ( 291 )   分布式驱动电动汽车的各轮轮毂电机驱动力矩独立可控，是一个典型的过驱动系统。通过优化各轮驱动力矩分配，可以实现容错控制。本文中以分布式驱动电动汽车为研究对象，针对线控转向系统和轮毂电机多执行器同时失效的轨迹跟踪问题，提出了一种基于差动转向和驱动转矩分配的容错控制方法。该方法采用分层式架构：上层控制器通过模型预测控制方法得到前轮转角，并在转向系统执行器失效时，通过滑模控制方法计算差动转向力矩；下层控制器结合故障诊断信息，基于二次规划算法求解存在驱动电机失效情况的转矩优化分配策略。最后，进行了单执行器失效及多执行器同时失效的仿真实验，结果验证了该容错控制方法的有效性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于Q学习的整车主动悬架免参数H∞控制 王刚,李昆鹏,景晖,刘溯奇 2023 (12):  2260-2271.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.008 摘要 ( 175 )   HTML ( 3 )   PDF(5458KB) ( 200 )   主动悬架是智能汽车全线控底盘的重要部件，配合各线控执行系统可实现整车底盘的全矢量控制，极大增强行驶的安全性，而传统控制方法需要标定的整车模型参数过多，降低了控制开发的效率。基于此，本文研究了整车主动悬架免参数H∞控制方法。首先，建立主动悬架的行为依赖近似动态规划模型，将H∞控制问题转化为路面干扰和控制行为的零和博弈过程；其次，使用自适应评判方法整定动作网络与批判网络，通过在线Q学习求解系统的博弈黎卡提方程，给出无须模型参数的控制最优解，稳定性分析表明该方法可收敛到系统的纳什平衡点；最后，搭建硬件在环系统验证该方法的有效性，对包块路面以及不同路面等级下的随机路面进行主动控制仿真。结果表明，基于Q学习的控制方法具有最优控制效果，能够改善低频范围内的整车平顺性和操纵稳定性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于特性的商用车全浮式驾驶室动力学模型 管欣,李力,段春光,詹军 2023 (12):  2272-2279.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.009 摘要 ( 137 )   HTML ( 5 )   PDF(3048KB) ( 330 )   驾驶员坐在驾驶室中感知车辆的运动响应，驾驶室及其悬置机构是影响驾驶员驾乘感觉的重要环节。为实时模拟商用车驾驶室的运动，采用基于特性的建模方法，将驾驶室的运动解耦为低频面内Motion运动和高频面外Ride运动，并考虑驾驶室悬置机构的承载特性、RC/PC导向特性和K&C运动学特性，建立了商用车全浮式驾驶室模型。最后，将驾驶室模型嵌入到89DOF整车模型中，进行某款牵引车的仿真，并与场地试验结果进行对比，验证了模型的有效性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于TC-YOLOv7算法的可见光与红外后融合检测研究 李琳辉,张鑫亮,付一帆,连静,马家旭 2023 (12):  2280-2290.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.010 摘要 ( 154 )   HTML ( 5 )   PDF(4913KB) ( 112 )   针对自动驾驶复杂场景下的视觉目标难以实现快速准确检测的问题，提出一种基于注意力机制的TC-YOLOv7检测算法，应用于可见光与红外以及后融合场景。首先，基于CBAM和Transformer注意力机制模块改进YOLOv7基准检测模型，并利用多场景数据集进行可见光和红外检测效果验证。其次，构建并验证SS-PostFusion、DS-PostFusion、DD-PostFusion 3种不同非极大值抑制后融合方法的检测效果。最后，结合TC-YOLOv7与DD-PostFusion方法，与单传感器检测结果进行对比。结果表明，在晴天、夜间、雾、雨、雪可见光和红外场景下，TC-YOLOv7相比基准YOLOv7 mAP@.5均有3%以上精度提升；在综合场景测试集中，使用TC-YOLOv7后融合方法相比可见光检测精度提升4.5%，相比红外检测精度提升11.1%，相比YOLOv7后融合方法提升0.6%，且TC-YOLOv7后融合方法的推理速度为39 fps，满足自动驾驶场景实时性要求。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于局部平面引导层的无监督单目红外图像深度估计 石琴,陈雅芳,程腾,张强,王文冲,石本义 2023 (12):  2291-2298.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.011 摘要 ( 84 )   HTML ( 0 )   PDF(2066KB) ( 193 )   当前无监督单目红外图像深度估计方法难以处理低纹理和低对比度区域，导致估计效果差，因此本文提出了一种基于局部平面引导层的无监督单目红外图像深度估计算法。该算法由连续视频帧输入、多尺度特征提取、ASPP和局部平面引导层、计算损失、联合训练、输出图像模块组成。首先，通过采用多个小分辨率灰度块和多尺度特征融合，解决了红外图像边缘模糊和遮挡物体等问题。其次，通过利用局部平面引导层在深度图像上引入一个平面约束，减小了深度图像中的噪声和不连续性，以及传统算法对低纹理区域处理不明显等问题。实验结果表明，所提出的深度估计算法有效提高了单目深度估计的精度并减小误差，在Iray数据集上的Abs Rel、Sq Rel、RMS、RMS（log）分别为0.262、3.621、9.473、0.332，在阈值指标小于1.25、1.252、1.253时，准确率达到了60.5%、85.2%、94.5%。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于双层求解策略的平行泊车轨迹规划 张洪昌,宁鹏,杨杰,宋建伟,郝麟,曾娟 2023 (12):  2299-2309.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.012 摘要 ( 106 )   HTML ( 8 )   PDF(3656KB) ( 268 )   轨迹规划在泊车系统中承接了上层感知和下层控制，是缩短泊车时间和降低跟踪难度的关键手段。针对平行泊车轨迹规划难以兼顾轨迹的生成质量、泛化能力和计算效率等问题，提出了基于双层求解策略的平行泊车轨迹规划方法。该方法分为两层：第一层将平行泊车的路径分为由锚点连接的两段路径，采用路径倒推的思路寻找出锚点，分别规划从终点到锚点的路径和从锚点到起点的路径，之后对路径附加“时间最优”剖面，逆序得到特定时刻的状态量与控制量；第二层采用同步联立正交配置法，将平行泊车最优控制中连续的状态量和控制量转化为轨迹非线性规划的离散点，把第一层得到的状态量与控制量作为初始值带入非线性规划求得数值解。同时，建立了5种平行车位泊车场景模型并进行了仿真分析，结果表明，针对不同的泊车起始位姿和车位尺寸，均能规划出满足约束条件的最优轨迹，提高了轨迹的生成质量和泛化能力，并具有较好的计算效率。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于GCN和CIL的端到端自动驾驶换道方法 吕彦直,魏超,何元浩 2023 (12):  2310-2317.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.013 摘要 ( 135 )   HTML ( 4 )   PDF(2673KB) ( 220 )   本文针对自动驾驶的换道行为，为了解决传统的端到端方法存在输出不稳定、动态交互场景特征信息难以提取的问题，提出了一种基于图卷积网络和条件模仿学习的自主换道端到端学习方法。首先以图结构数据的形式对驾驶场景的动态交互信息进行聚合，通过图卷积网络输出自车应采取的驾驶行为指令；然后与条件模仿学习结合，图卷积网络输出的驾驶指令作为指导条件模仿学习的高级命令，结合其他感知数据最终映射到车辆的底层控制动作，完成无碰撞自主换道；最后在CARLA仿真平台进行了实验验证。实验结果表明：所提出方法的性能优于传统的端到端方法，且具有更好的实验成功率以及泛化性能。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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非结构化道路下离轴式拖挂车辆主动避障控制研究 胡丹丹,尹鹏飞,牛国臣,赵金聚 2023 (12):  2318-2329.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.014 摘要 ( 111 )   HTML ( 3 )   PDF(3915KB) ( 177 )   为实现离轴式拖挂车辆在非结构化道路下的主动避障，提出一种基于拖挂车辆模型预测控制的主动避障控制器，且无须全局路径与路径跟踪器支持。首先，基于刚体运动学和非完整约束建立挂接全挂车的拖挂系统运动学模型，并对其运动特性分析与验证。其次，根据拖挂系统运动学模型建立离轴式拖挂车辆的预测模型。最后，提出一种无须全局路径支持，且满足拖挂车辆转弯避碰的惩罚函数，并针对拖挂系统的安全性与稳定性设计目标函数，采用非线性求解器对目标函数优化，将优化输出离散控制序列作用于拖挂系统。仿真与实车实验表明，离轴式拖挂系统主动避障控制器能使拖挂车辆在满足剪切碰撞约束的前提下安全避障，且全挂车避障路径与非避障最短路径的横向误差及航向误差均能收敛。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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不同认知负荷非驾驶任务下高度自动化驾驶接管绩效预测 马艳丽,卢俊,朱洁玉,韩笑雪 2023 (12):  2330-2337.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.015 摘要 ( 209 )   HTML ( 4 )   PDF(2989KB) ( 170 )   在高级自动化驾驶中，准确预测驾驶接管绩效对于提高自动驾驶接管安全水平意义重大。文中设计了不同认知负荷非驾驶任务下驾驶接管场景，分析不同认知负荷非驾驶任务下驾驶接管绩效指标与脑电指标的显著性，采用驾驶人eSense数值和脑电波数据作为输入特征，构建了基于随机森林的驾驶接管绩效预测模型，分析了模型在3、5、7、9 s 4种时间窗下的预测性能，并开展了模型的有效性验证。结果表明，不同认知负荷非驾驶任务下的接管时间、最大横向加速度、最小TTC及驾驶人eSense等存在显著性差异；随机森林在9 s时间窗下的预测性能最佳，其准确率达到了0.94；随机森林的预测准确率和micro-AUC面积高于支持向量机、朴素贝叶斯和逻辑回归。研究方法可有效预测驾驶员自动驾驶接管绩效，并为驾驶员与自动驾驶车辆之间的交互设计提供理论依据。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于改进连续型Hopfield神经网络的CAN总线负载率优化 何智成,杜磊浩,周恩临,覃高峰,黄晋 2023 (12):  2338-2347.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.016 摘要 ( 164 )   HTML ( 2 )   PDF(3835KB) ( 172 )   CAN总线负载率对于车载总线的安全性与时延性有至关重要的作用。鉴于传统的连续型Hopfield神经网络（CHNN）在解决此类问题时存在惩罚参数鲁棒性差和所得解易陷入局部最优的缺陷，本文借助模拟退火算法中的蒙特卡洛思想，提出应用于CAN总线负载率优化问题的改进连续性Hopfield神经网络算法（SA-CHNN）。选取微型电动车中99条通信信号作为实验数据进行测试，结果表明，SA-CHNN算法成功解决传统CHNN算法求解CAN总线负载率优化问题的不足，具有明显的优越性。最后，基于搭建的Simulink-Speedgoat CAN总线实验平台对SA-CHNN算法得到的最优信号分配的报文进行实时负载率仿真验证，结果表明SA-CHNN算法的准确性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于Aseq2seq-PF的实车锂离子动力电池剩余使用寿命预测 兰凤崇,潘威,陈吉清 2023 (12):  2348-2356.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.017 摘要 ( 119 )   HTML ( 2 )   PDF(3448KB) ( 237 )   锂离子动力电池剩余使用寿命（RUL）预测可评估电池未来状态，实现指导电池维护和降低故障危害。实车工况中电池循环条件不受控制，动态运行条件下的RUL预测仍存在杂乱数据处理困难、预测结果精度较差且无法兼顾老化不确定性等问题，提出注意力机制序列到序列-粒子滤波（Aseq2seq-PF）混合模型，选取公共荷电状态（SOC）充电区间获取归一化容量，采用迭代和直接的融合预测策略，Aseq2seq模型作为迭代部分实现容量序列精确预测，粒子滤波（PF）模型作为直接部分实现容量波动的不确定性预测，外推容量衰退趋势预测RUL。经实车动力电池数据验证，公共SOC充电区间有效获取了清晰容量衰退趋势，混合模型提高了容量衰退长期预测精度，具有良好鲁棒性，对比已有模型平均绝对误差下降56%以上，且输出满足不同应用需求的置信区间，实现老化不确定性描述。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于能耗加权策略的燃料电池汽车续驶里程预测 姜俊昭,杨文豪,彭彬,郭婷,徐业凯,王国卓 2023 (12):  2357-2365.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.018 摘要 ( 154 )   HTML ( 7 )   PDF(2654KB) ( 249 )   燃料电池汽车能量消耗量及续驶里程是评价其性能的关键指标。以电电混合燃料电池汽车为例，利用数据驱动方法，综合考虑集成学习模型预测的实时能耗值与模糊C均值聚类工况计算的片段能耗值，设计搭建燃料电池汽车多模型协同能耗预测算法，得到修正能耗值。基于此，构建历史-实时能耗加权的续驶里程预测算法，解决片段内极端工况变化导致的续驶里程预测偏离大的问题，实现燃料电池汽车续驶里程有效预测。最后进行了燃料电池汽车室内转鼓实验以及开放道路实验，预测结果与实验结果吻合度较高，验证了算法的准确性。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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氢燃料电池重型商用车全生命周期评价研究及不确定性分析 张硕,蔡旭,张春梅,兰利波,张溆祺,陈轶嵩 2023 (12):  2366-2386.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.12.019 摘要 ( 179 )   HTML ( 14 )   PDF(6786KB) ( 510 )   氢燃料电池重型商用车（FCHCV）是应对能源安全和温室效应等问题的理想解决方案之一，但目前在关键参数情景模拟下的FCHCV全生命周期能耗和排放尚不清晰。以国内某款FCHCV为评价对象，基于全生命周期评价方法，重点分析煤气化、甲烷重整、混合电力电解水和光伏电解水制氢4种氢能路径下FCHCV全生命周期能耗和排放结果，并对燃料电池电堆衰退、百公里氢耗量和车辆寿命里程进行不确定性分析。研究发现，基于光伏电解水制氢的FCHCV全生命周期能耗和碳排放最低。提高燃油经济性和车辆寿命里程，延缓燃料电池电堆衰退，可有效改善FCHCV全生命周期环境影响。 数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标