基于多智能体一致性的多车道车辆集群编队控制

为安全、高效地控制智能网联汽车(CAV)编队,研究了基于多智能体系统(MAS)一致性的多车道、零散随机分布的车辆集群编队控制策略,并进行数值仿真验证。建立了基于交错式结构的车群期望几何拓扑,提出了包括间距调整阶段、变道控制阶段和队形收敛阶段的3阶段式编队控制流程。基于一致性理论,设计了车群编队控制器,并进行稳定性论证。选取2种典型场景,对三车道场景中初始分布较为极端的车群开展编队研究。结果表明:在该策略的控制过程中,纵向车间距与期望间距误差在0.5 m以内,横向位置与期望位置误差在5 cm以内,且速度在变化后能快速收敛至期望值。因而,该策略能有效控制车群车辆安全、高效地达到车群期望队形。

交叉口车辆行为感知在线半监督混合方法

自动驾驶感知系统须对目标车辆运动进行感知,以制定合理交互决策。针对行为感知在时间上的滞后性和数据中可能存在的波动和异常值导致感知准确率差的问题,本文提出一种在线半监督混合方法。首先,采用自回归积分移动平均和在线梯度下降优化器设计基于数据驱动的车辆运动状态在线预测算法。然后,构建基于微簇的初始模型,并以K近邻为基分类器建立集成学习策略,设计错误驱动代表性学习和指数衰减策略实现对初始模型的迭代更新。最后,基于驾驶模拟平台采集了验证所提算法有效性的实验数据。结果表明,所提出的方法对于车辆行为波动具有快速适应性,在线预测算法可准确预测车辆运动趋势,行为感知算法对于不同预测时间下的车辆行为均有较强适应能力。

基于虚拟现实的轨道交通车辆数字孪生仿真系统

[目的]为了提高轨道交通车辆仿真系统的可视化与交互性,依托VR(虚拟现实)技术,构建了轨道交通车辆数字孪生仿真平台。[方法]通过轨道交通车辆数字孪生三维模型与机理模型的层级式构建方法,以及层级式关联映射方法,实现了三维模型与机理模型融合,耦合生成了轨道交通车辆数字孪生三维物理模型,并由此提出了一种轨道交通车辆数字孪生仿真系统以及系统的构建方法。以青岛某地铁车辆及其相应运行线路为研究对象,通过搭建的VR平台及车辆自动驾驶控制算法,对该仿真系统功能进行了试验验证。[结果及结论]试验表明,列车实际运行速度与控制运行速度误差均在±1.5 km/h内,证实了模型的有效性。轨道交通车辆数字孪生仿真平台的构建方法为提升轨道交通车辆仿真系统的可视化与交互性提供了新的技术思路。

自主车辆前馈NMPC路径跟踪控制方法研究

在弯道等大曲率场景中,车辆转向系统的迟滞和车辆模型的线性化会导致转向不足和稳态误差,从而影响自主车辆路径跟踪精度和响应速度。为了解决这一问题,提出了一种路径跟踪框架。该框架在弯道等大曲率场景,触发前馈控制控制器,输出理想转角序列,提前使转向机构到达最优转角附近;随后将引入排斥目标函数的非线性模型预测控制器优化求解出的最优控制序列作用于车辆,刷新理想转角序列。搭建自主车辆实验平台,在不同场景下进行仿真验证,结果表明,与忽略滞后的传统模型预测控制相比,前馈非线性模型预测控制器跟踪精度和响应速度方面的性能有所提高。特别是在弯道等大曲率场景中,所提出的框架将横向均方根误差降低了近30%。

依托多风格强化学习的车辆轨迹跟踪避撞控制

轨迹跟踪避撞是车辆智能性的重要体现,针对现有控制方法面对同一场景的控制风格单一问题,本文中提出了一种多风格型强化学习控制方法。为实现控制风格多样性,首次将风格指标引入值网络和策略网络,搭建了多风格跟踪避撞策略网络,并结合值分布强化学习理论构建了多风格策略迭代框架,依托该框架推导提出了多风格值分布强化学习算法。仿真和实车试验表明:所提出方法可以多种驾驶风格(激进、中性、保守)完成轨迹跟踪避撞任务,实车稳态轨迹跟踪误差小于5cm,具备较高的控制精度,实车平均单步决策耗时仅为6.07ms,满足实时性要求。

四轮轮毂驱动车辆横向稳定性的底盘协同控制

为了改善四轮轮毂驱动车辆的横向稳定性,本文提出一种综合转矩协调和主动后轮转向的底盘协同控制策略。该策略旨在跟踪期望的车辆横摆角速度和质心侧偏角的同时,有效抑制车身侧倾。基于轮毂电机驱动产生的垂向反力特性,设计了车辆纵向、横摆和侧倾运动的转矩协调解耦控制策略。为降低车辆横向动力学建模时忽略的非线性因素及模型不确定性对控制性能的影响,面向底盘协同控制设计了一种基于扰动观测器的模型预测控制方法,对非线性特性和不确定性进行估计和补偿。同时开展了硬件在环测试,通过双移线工况验证了所提出方法的有效性。结果表明,所提出的底盘协同控制策略能够有效提升车辆的横向稳定性,并减小车身侧倾运动;包含扰动观测的控制策略相比于无扰动观测补偿,对期望横摆角速度和质心侧偏角的跟踪误差分别降低了56.9%和27.3%,而车身侧倾角和侧倾角速度分别降低了8.9%和12.5%。

基于无人地面车辆补充采集的三维重构模型优化

为解决无人机单独采集图像生成三维(3D)重构模型存在破损和孔洞的问题,提出了一种基于无人地面车辆补充采集的3D模型优化方法。该方法耦合基于模型分辨率、三角网格结构和人工选点3种方法提取待优化区域,生成3D包围框和法向量信息,并利用3D重构质量启发式方法生成补充采集视点。结果表明:在该方法优化下,粗糙3D模型的低质量区域得到了显著改善,模型投影像素尺寸平均减少66%;该方法可以有效提升了3D模型重构质量,为室外大规模精细3D重构领域提供了可靠的解决方案。

高速公路强制换道场景下的车辆队列换道控制策略

为满足基于L1、L2级辅助驾驶技术的车辆队列在高速公路上整体强制性换道需求,首先,提出了分层架构的车辆队列控制系统;随后,针对其中的策略层设计了队列整体换道条件判断方法,并详细描述了队列整体换道过程的具体控制流程,弥补了现有研究偏向理论而忽视实际应用的不足;最后,通过联合仿真平台与实体小车队列平台验证了所提策略的安全性、有效性与计算实时性。结果表明,所提策略可以在多种工况下判断合适的队列换道时机,并进行车辆队列整体换道流程的控制,且整套策略可以在实车嵌入式控制器上实时运行,具备面向实车产品开发的实用性。

智能网联车辆队列紧急工况控制策略设计

目前针对紧急工况的智能网联车辆队列控制研究较为欠缺,为了解决高速公路车辆队列在紧急工况下安全、稳定控制问题,本文针对队列紧急制动、他车插入队列这两种紧急工况开展控制策略研究。首先,建立控制系统分层架构,由策略层和控制层组成。其中,控制层根据策略层的输出结果激活对应的车辆纵横向控制器;针对策略层,分别设计两种紧急工况的控制策略以及不同工况间的控制切换策略。最后,基于PreScan/Simulink搭建高速公路车辆队列控制联合仿真平台,设计包含多个紧急工况的复杂验证场景,完成五车队列在该场景下的仿真验证,并探讨了通信时延对控制性能的影响。仿真结果表明:该队列控制系统能保证队列在两种紧急工况下安全、稳定行驶,并可实现不同工况的切换控制。

不可靠通信的云控场景下网联车辆控制器的设计

鉴于不可靠的网络通信给车辆网联控制带来的隐患,本文研究了考虑时延、丢包等因素的网联车辆控制器设计方法。首先基于马尔可夫跳变线性系统,建立包含随机丢包和时延事件的网络控制系统模型,提出了马尔可夫跳变线性系统稳定的线性矩阵不等式条件,给出了随机丢包的量化控制器设计方法。在此基础上,通过对系统方程矩阵的增广,提出了离散时延的跳变控制器设计方法。最后,分别对网联车辆横向与纵向控制两个典型云控场景进行仿真。结果表明,用本文提出的方法,在时延或丢包概率分布已知的条件下所设计的网联车辆控制系统量化控制器,能保证在不可靠通信情况下系统的稳定性和安全性。

基于车辆运动控制的人地碰撞损伤防护新技术接受度研究

近年来,有学者提出通过控制车辆运动以防护人地碰撞损伤的行人自动紧急制动系统被动安全技术(Autonomous Emergency Braking System with Passive Safety Function,PAEB),为了解公众对这种新技术的接受度,参考已有研究成果设计问卷并调查,在对437份有效问卷进行因子分析及信度、效度检验后,采用图表及Kruskal-Wallis显著性差异检验、皮尔逊相关性检验与结构方程模型等统计学方法分析调查结果。结果表明,公众对PAEB的了解程度总体偏低,83.3%的人能接受低于1万元的PAEB商用价格,认为PAEB能实现且支持相关科研工作的比例很高。中年、有驾照、硕士及以上学历、理科类汽车领域工作且是专技人员者更了解PAEB,女性对PAEB的感知风险显著高于男性,硕士及以上学历群体对PAEB使用意愿显著低于本科学历群体,非汽车交通领域被调查者对PAEB的行为态度最积极,专技人员使用意愿最低。随着对PAEB了解程度的加深或降低,认为PAEB肯定能实现并非常支持PAEB科研及担忧事故责任归属问题的比例均增加,但越了解PAEB越会降低对PAEB的感知有用性。PAEB接受意向模型显示,为提高PAEB的使用意愿,需降低感知风险并提升感知有用性。相关结果能为PAEB后续研究工作指明方向。

新时期车辆工程人才培养模式探讨

汽车产业正在加速变革进入"新四化"阶段,成为国民经济主战场,支撑汽车产业的车辆工程学科也进入了服务国家战略性新兴产业发展的新时期。本文分析了我国车辆工程学科的基本情况,目前的人才培养情况以及存在的主要问题,并对新时期车辆工程学科人才培养的模式提出了具体建议。

面向智能车辆的路面附着系数分段识别方法

路面附着系数是车辆主动控制系统的重要输入参数,其估计的准确性直接影响车辆动力学系统控制的性能,估算方法应满足实时、可靠和准确性高的要求。首先,建立3自由度车辆模型以及车轮受力模型;其次,分别采用了扩张状态观测器和自适应卡尔曼滤波对利用附着系数和滑移率进行识别与估计;最后,提出了一种路面附着系数的分段识别方法,可以有效识别路面附着系数,在估算过程中通过引入评价指标,减少了该方法的运算复杂度,提高了运行效率。仿真和实验结果表明,路面附着系数的估计误差在0.05以内,通过加入评价指标,算法的运行效率提高了21.1%,可以满足控制系统的实时性要求。

人机共驾车辆路径跟踪集成控制策略

针对人机共驾车辆路径跟踪控制精度和车辆稳定性难以有效保障的问题,提出一种集成控制策略,包括主动前轮转向系统(AFS)可变传动比曲线和基于模型预测控制(MPC)的路径跟踪控制器。针对稳定性控制,构建考虑路面附着条件和车速的AFS可变传动比函数,用于保证车辆路径跟踪过程中的安全性和横向稳定性;针对路径跟踪控制,设计基于MPC的路径跟踪控制器,用于跟踪目标路径;搭建了基于Carsim/Matlab的联合仿真平台并进行仿真验证。结果表明:集成控制策略可以有效改善人机共驾车辆的操作稳定性,显著提高了车辆的跟踪性能,削弱了驾驶员驾驶状态波动对车辆行驶安全的影响。

汽车科技创新与产业发展背景下车辆工程专业研究生培养目标与课程体系建设

汽车产业是先进科技集群的载体性平台,是国民经济增长的新动能和关键产业升级的源动力,是国家综合国力的集中体现。当前,全球汽车产业正在发生深刻变革,适应技术与产业发展需求的车辆工程人才成为支持产业发展的基础战略支撑。文章梳理了当前汽车产业发展新态势,分析了新时期车辆工程人才培养面临的挑战,并提出对策建议。

严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制

针对智能网联车辆队列控制问题,提出一种严格避撞的分布式鲁棒控制器设计方法。建立了包含复杂不确定性与外部干扰的非线性误差动力学模型。通过限定车间距误差的波动区间来保证队列避撞性与紧凑性,并据此引入车间距势函数。结合车间距势函数、自车与邻近车辆状态和动力学不确定边界设计了分布式鲁棒控制律。从理论上证明了该控制器能保证队列的避撞性与紧凑性和车速误差的队列稳定性,并分析了通信拓扑和控制参数对控制性能的影响。通过修正期望车间距模型,控制器的应用范围可扩展到大初始误差工况。最后,通过数值仿真验证了主要理论分析结果。

分布式电动车辆驱动系统MFAC主动容错控制

为解决分布式电驱动车辆驱动系统主动容错控制大多需要依赖于复杂、非线性车辆模型以及精确故障信息这一问题,提出了基于多输入多输出无模型自适应主动容错控制方法。该方法在控制系统设计时仅利用车辆系统的多个输入输出信息,在各个失效工况下,通过驱动系统和转向系统的协同容错控制,保证车辆既能维持期望车速也不偏离既定轨迹行驶,并通过理论推导证明了控制器单调收敛性和有界输入输出。基于MATLAB/Simulink和CarSim的联合仿真对控制算法有效性进行了验证,典型工况下,整车纵向速度误差维持在3%以内,横向不失稳以及不跑偏,确保了行驶安全;在此基础上通过驾驶模拟器实验验证了控制算法的实时性。

人机混驾环境下基于深度学习的车辆切入

为保证人机混驾环境下自动驾驶汽车的安全行驶,对周围车辆切入轨迹的预测至关重要。本文首先使用Savitzky-Golay滤波器对大规模采集的自然驾驶数据进行去噪处理,根据准则提取车辆切入片段,建立符合中国道路状况的车辆切入数据集。其次,发挥Bi-LSTM网络能充分利用上下文信息的优点和in-out快捷连接有效减少梯度消失和网络退化的能力,提出了一种基于深度学习的改进型Bi-LSTM神经网络,来预测车辆的切入轨迹,在双向长短时记忆网络的基础上引入快捷连接,并综合考虑了自车对周边车辆切入的影响。利用自然驾驶数据集和NGSIM数据集进行试验验证,结果表明,本文提出的改进型Bi-LSTM预测模型的轨迹预测效果明显优于其他方法,对增强自动驾驶汽车的安全性具有重要的意义。

车辆IMU软测量技术精度分析

为节约半主动悬架电气架构和电子控制单元(ECU)的开发流程,提出一种新的半主动悬架传感器布置方案,并给出最佳惯性测量单元(IMU)安装位置。建立通过IMU信号解算4个簧上位置加速度的精确与完备公式,选择合适的角转动次序和参考系来保证解算方法的正确性;利用最优化理论及偏导数方法结合不同的悬架权重研究传感器安装位置对软测量精度的影响,并给出了有约束条件下的最优安装位置。实验结果表明:新提出的传感器布置方案及运动学解算方法可以很好地预测4个簧上位置处的垂向加速度,并具有较高的稳定性,但是安装在不同位置处的解算精度差异较大;通过最优化理论得出的有约束最佳安装理论位置的实验结果与理论符合(均方根误差约为0.6 m·s^(-2)),相比于其他安装位置,最佳安装位置处的实验结果对不同工况均具有较高的稳定性及测量精度;相比于水平安装位置,IMU的垂向位置对最终的解算结果和精度有较大的影响。采用数形结合思想给出了一个IMU安装位置误差等值椭球面,用该椭球面可以较为清楚直观地对安装位置进行分析。

基于模型的车辆队列专用短程通信系统关键性能指标描述方法

针对目前车辆队列间通信系统的研究中,缺乏基于模型的通信性能指标描述方法,本文中根据无线网络通信延迟特点,基于三参数Burr分布对端到端时延进行了描述;根据无线信号功率强度的概率分布规律,并考虑视距传播内障碍物遮挡的影响,基于Nakagami-m分布建立了丢包率的描述方法。针对车辆队列应用制定了通信协议,并基于DSRC开发了队列通信系统平台。开展了多场景实车试验,验证了通信性能指标描述方法的正确性。结果表明,本文中提出的方法能表征实际情况下车辆队列通信系统的性能特点,并能反映环境因素对通信性能的影响,适用于车辆队列的控制。