自动驾驶汽车行驶风险评估方法综述

行驶风险评估对自动驾驶系统的安全运行至关重要。将现有行驶风险评估方法分为3类,包括面向单一目标物的、基于可达集的和基于势场论的评估方法。提出5个评价维度,包括计算实时性、结果时效性、应用可行性、内容充分性和场景泛用性,对评估方法进行了全面比较,揭示其特点和适用情况。对自动驾驶行驶风险评估面临的问题以及未来发展趋势进行了分析和展望。

护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统研究

护盾式临时支护机器人是适应夹矸与片帮共存的大断面巷道智能掘进机器人系统的重要组成部分,其主要功能是为实现“掘支并行”作业提供安全可靠的工作空间。为加强护盾式临时支护机器人推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护,根据护盾式临时支护机器人结构、工作环境与作业需求,建立其带压行驶的推移量与支护力数学模型及带压行驶动力学模型,设计了护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统。该系统主要由支护液压系统、行驶液压系统组成:静态支护时,支护液压系统需时刻输出大于上盾体自身重力的支护力,行驶液压系统处于待机状态;带压行驶时,支护液压系统和行驶液压系统同时工作,在保证临时支护机器人“减压不离顶”的同时,与顶板时刻带压并稳步前移。提出了基于模糊PID的护盾式临时支护机器人带压行驶精准控制方法:通过集成在推移油缸上的位移传感器与液压回路中的压力传感器实时采集临时支护机器人的压力与位移信号,用于反映临时支护机器人带压行驶途中支护力和行驶位移的变化情况,并根据支护力和推移量的误差和误差率,利用模糊PID算法对支护力和推移量的控制参数进行修正,实现基于模糊PID算法的带压行驶可靠控制。仿真与实验结果均表明,模糊PID控制的效果优于传统PID控制,在模糊PID控制下,护盾式临时支护机器人推移行驶过程中的支护力相对误差小于1%,行驶位移误差小于2 mm,且支护力和推移量控制响应速度快,保证了推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护。

考虑截获交通流量与充电行驶距离的电动汽车充电网络规划

为优化电动汽车充电网络布局,提高充电服务能力与效率,提出了同时考虑截获交通流量与充电行驶距离的充电网络规划模型。电动汽车动力电池初始荷电状态的不确定性导致充电网络截获交通流量具有随机特性,采用蒙特卡洛模拟方法对其概率特性进行了分析。为提升充电网络在任何情况下的充电服务能力,所提模型以充电网络截获交通流量最小值最大为优化目标之一。为提升充电服务效率,模型另一个优化目标为平均充电行驶距离最短。此外,模型考虑了充电行驶距离机会约束及充电站建设数目约束,采用非支配遗传算法对所提模型进行求解,获得Pareto最优解集。最后,以25节点交通网络为例进行了仿真实验,验证了所提方法的有效性。并基于仿真结果,分析了机会约束置信度与充电站数目对规划结果的影响。

基于行驶特征区间划分的重型载货汽车实际道路能耗评价方法

提出一种基于行驶特征区间划分的能耗评价方法。通过对中国货车行驶工况的工况点分布特征进行分析,确定了速度和加速度区间的数量与边界的划分方案。考虑道路坡度的影响,进行实际道路试验数据筛选,并用于计算不同行驶特征区间内的燃油消耗量平均值。结合中国货车行驶工况在不同行驶特征区间内的累计行驶里程,计算能耗评价结果。为了验证该方法的有效性,开展了3次底盘测功机试验和2次实际道路行驶试验,结果表明,所提出的能耗评价方法能提高重型载货汽车实际道路能耗评价结果的复现性。

农业装备行驶滑动辨识与控制研究现状与展望

农业环境中农业装备时常发生行驶滑动现象且具有明显不确定性,滑动现象使行驶机构处于不可控状态,从而影响作业精度,严重阻碍了种植、中耕管理和收获等需要精准作业环节的农业装备信息化及智能化发展。本文从滑动原理、滑动辨识及行驶滑动控制方面,分别对滑动力学特性、滑动辨识方法和考虑滑动的路径跟踪控制的国内外研究现状进行综述。滑动原理方面,着重阐述了针对不同行驶机构的结构特点和行驶地面环境建立的多种行驶机构与地面的系统模型。滑动辨识方面,分别对基于数学模型和基于数据驱动两类方法进行分析,揭示各方法优势与局限性。行驶滑动控制方面,重点归纳了应用于农业装备的路径跟踪控制方法,指出了目前行驶滑动控制研究方法局限性。最后,指出行驶滑动辨识研究对于农业装备自动化发展具有重要意义,未来农业装备行驶滑动研究可以从滑动力学理论模型、滑动实时辨识方法、行驶滑动控制方法等方面开展深入研究。

掘进机器人行驶状态嵌入式传感系统研究

针对掘进机器人履带行驶结构作业处于高冲击、碰撞、高湿度和复杂煤岩底质等空间受限环境、受到的外部动载荷通常无法直接测量或测量比较复杂问题,提出了一种可实时监测掘进机器人履带动载荷的嵌入式传感系统无线监测方法。设计了适用于掘进机器人的特种履带行驶结构,搭建基体-夹板-无线采集模块等组成的多层复合封装防护结构,在封闭环境下对嵌入式传感系统进行无线传输特性及行驶状态下的动应力分布研究,并进行传感系统封装集成的测试精度标定试验。将嵌入式传感系统随机替换履带链环中的一块山型减振垫,对掘进机器人行驶状态周期循环的履带载荷历程进行监测测试。结果表明,该嵌入式传感系统在不改变履带链环整体受力的前提下,能实时采集履带行驶结构的动载荷并无线传输给上位机,动载荷时间历程数据完备、稳定可靠,解决了井下极端工况下掘进机器人履带行驶结构动载荷获取难题。

车辆道路行驶阻力国六测试方法分析比对

依据现行国家标准GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》的规定要求,通过三种方法(固定式风速仪滑行法、车载风速仪滑行法、基于车辆参数计算默认道路载荷法)获取测试样车的车辆道路行驶阻力,模拟出滑行阻力系数,用于后续对轻型混合动力电动汽车能量消耗量进行测试,进而分析优化汽车燃油消耗量和汽车续驶里程。测试结果表明,采用车载风速仪滑行法和固定式风速仪滑行法对样车进行摸底试验,获得的车辆道路行驶阻力能有效模拟出道路阻力系数,优化OVC-HEV测试数据。

基于深度学习的公交行驶轨迹预测研究综述

公交行驶轨迹预测是对公交车到达线路上的重要轨迹点,如站点和道路交叉口等,进行到达时间预测。准确预测公交车到达站点和道路交叉口的时间,可以提高城市公交系统的运行效率和服务质量,对于城市公共交通规划和公交调度至关重要。从公交行驶轨迹预测方法的发展现状入手,分析了影响公交运行的相关因素,归纳并探讨了不同类型的相关数据集以及数据预处理方法。依照其发展脉络将公交行驶轨迹预测方法分为基于历史数据的模型、以时间序列模型为代表的参数模型以及包括机器学习和深度学习方法的非参数模型三大类,并总结分析了不同方法的优势和局限性。由于基于深度学习的相关模型在时间序列预测任务中表现出了优越性能,因此越来越多的学者开始采用基于深度学习的模型来解决公交行驶轨迹预测问题,同时考虑将城市道路所展现的空间特征与时间特征相结合以进一步提高预测精度。最后,阐述了公交行驶轨迹预测研究领域中面临的挑战,并对该领域未来的发展进行总结分析与趋势展望。

听觉-言语认知负荷下工作记忆容量对跟车行驶影响

听觉-言语认知负荷作为一种典型的认知负荷,是驾驶人认知分心的主要来源,容易导致驾驶绩效下降,认知负荷对驾驶绩效的影响程度与个体工作记忆有关。为研究听觉-言语认知负荷下工作记忆容量对跟车驾驶绩效的影响,本文开展心理学与模拟驾驶实验。首先,设置不同听觉-言语认知负荷水平的n-back任务,构建车头时距变化和前车速度变化的跟车场景;其次,采集并预处理工作记忆容量、驾驶人操作行为与车辆运行状态数据,选择跟车速度差、绝对加速度、横向稳定性、制动反应时间及跟车间距作为分析指标,获得36名被试数据;最后,采用方差分析及事后比较,分析认知负荷和工作记忆容量在跟车时对驾驶绩效的影响,并探讨两种因素对驾驶绩效的交互和调节作用。研究表明:认知负荷增加导致驾驶人更大的加减速倾向,更长的制动反应时间;工作记忆容量较高的驾驶人具有更小的制动反应时间和更稳定的跟车间距,更频繁的方向修正和更好的车道保持水平;在工作记忆容量和制动反应时间中,听觉-言语认知负荷具有正向调节作用。本文可以为驾驶安全培训干预提供驾驶人认知特性方面的见解和理论参考。

基于行驶舒适性的路桥过渡段差异沉降控制阈值

为解决传统路面结构路桥过渡段差异沉降过大和二次跳车问题,结合路桥工程实践,通过将桥头搭板放置一定深度和设置两级枕梁,并将桥头搭板与枕梁现浇在一起的方式,提出一种刚柔连续过渡的桥头搭板结构,用以改善桥头路基的应力分布及变形;同时为研究不同等级公路的路桥过渡段差异沉降控制阈值,给出量化指标,通过分析桥头跳车作用机理,根据车辆振动系统输入激励与输出响应的关系,建立二维五自由度车辆振动模型,并根据不同等级公路的路桥过渡段处治情况,建立相应的计算模型,编写程序求解人体加权加速度均方根值,根据人体舒适程度分级情况确定不同等级公路的路桥过渡段差异沉降控制阈值。结果表明:高速公路一级公路、二级公路和三级公路的路桥过渡段差异沉降控制阈值为将容许搭板纵坡变化值控制在0.30%~0.40%、0.40%~0.55%、0.50%~0.75%和0.95%~1.35%,四级公路的路桥过渡段差异沉降控制阈值为台阶高度控制在0.05m以内。

基于运动学片段的纯电动出租车行驶特征模式挖掘

在逐步推行出租车全面电动化的背景下,针对目前对纯电动出租车行驶状态评估的不足,建立一种基于运动学片段的纯电动出租车行驶特征模式挖掘方法,研究纯电动出租车行驶状态特征.首先,基于行驶轨迹GPS数据,从速度特征、加减速和行驶状态3个方面,确定超速比例、加减速频率、行驶速度、怠速时间占比等13个特征指标刻画运动学片段,建立纯电动出租车运动学片段提取方法,研究纯电动出租车行驶状态特征.然后,根据行驶特征指标主成分的特征值大小及累积贡献率,确定关键特征指标,结合K-均值聚类算法,生成多时空场景下的纯电动出租车行驶特征模式,综合评价车辆行驶状态.最后,以深圳市共计9天采样间隔为1 s的700万条纯电动出租车GPS行驶轨迹数据为驱动,提取了1 757条纯电动出租车运动学片段.根据安全性、效率性和舒适性8个关键特征指标进行聚类分析,生成包含主干路、次干路和支路在早高峰、平峰和晚高峰9种时空场景下27类纯电动汽车行驶状态的特征模式库.研究结果表明:综合安全性、效率性、舒适性3方面,早高峰期间的纯电动出租车综合行驶状态优于平峰和晚高峰时段;基于运动学片段、主成分分析及多时空场景聚类分析的纯电动出租车行驶特征模式挖掘方法,能够有效反映并评估纯电动出租车行驶状态,并向驾驶员提供合理的驾驶建议.

基于动态基准的低复杂度特种车辆行驶调平控制方法

针对特种车辆行驶调平问题,提出基于动态基准的低复杂度控制方法。整车被分解为由作动器驱动的带有相互耦合特性的悬架节点。建立悬架节点动力学模型,将基于整车行驶动力学模型的位姿混合控制问题,转换为基于全驱型悬架节点动力学模型的单纯位移控制问题。提出并构建动态基准和基准误差,解决现有方法对车身铅垂高依赖和限制的技术瓶颈,同时提高车辆的通过性能。建立基于基准误差的扩张状态观测器,实现动态解耦,并提出一种低复杂度行驶调平控制方法。借助汽车系统仿真软件Carsim验证该方法的有效性。结果表明:与经典基于常值基准的整车型控制方法对比,在所提出方法作用下,车辆的行驶调平精度提高了一个数量级;特别是在路面激励幅度超过作动器行程的工况下,车辆的舒适性和安全性尤为改善。

基于MPC延时补偿器的农机多机器人编队行驶轨迹跟踪方法

[目的/意义]农机装备尺寸大、行驶慢等特点,在路面归库作业过程中容易造成严重道路拥堵。因此,在多机协同过程中,编队行驶被认为是未来道路上行驶的主要方式。然而,目前农机自动驾驶技术停留在单机阶段,多农机之间的协同仍是制约中国农业规模化自主生产的主要瓶颈。为解决多车编队协同控制中通信延时的问题及其补偿策略,本研究基于一种模型预测控制器(Model Predictive Control,MPC)延时补偿器的农机多机编队行驶的轨迹跟踪方法。[方法]以车联网技术为基础,聚焦多农机编队协同控制领域,针对控制器局域网总线(Controller Area Network,CAN)通信存在的延时问题而产生的横向控制精度差,基于线性二次调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)与MPC算法,设计了一种带有延时补偿的模型预测控制器,用于对通信延时进行补偿控制。最后对所提算法利用Carsim和Simulink软件进行联合仿真。[结果和讨论]Carsim与MATLAB/Simulink可以有效兼容,实现软件与外部求解器的联合仿真。当延时步长d=5时,应用延时补偿,MPC反应速度更快,表现更为平滑;速度误差曲线响应更快,且能够逐渐稳定至零误差,没有出现振荡现象;1号车在较短时间内有效地变更车道,与头车保持在同一车道上。在更长的延时步长d=10情况下,未应用延时补偿的控制器表现出更显著的性能下降。即使在较高的延时条件下,应用延时补偿的MPC速度误差和纵向加速度仍然能够快速响应并逐渐稳定至零误差,避免了振荡现象。1号车的轨迹表明,延时补偿机制效果在极端延时条件下有所下降。[结论]本研究所设计的编队算法能够使得多车完成多车变道形成队列并保持一定距离和一定速度。通信延时补偿控制算法使得带有加入延时的车辆能较好完成编队任务,实现稳定的横纵向控制,验证了本研究带有延时补偿的模型预测控制器的可行性。

履带行驶结构的内置式无线应变采集卡设计研究

针对煤矿履带掘进机器人在行驶过程中难以获取履带载荷的问题,基于电阻应变片的应变效应和测量电路,设计了一套适用于采集履带行驶结构动态特性的四通道无线应变采集卡。首先,分析了应变采集卡的电路和工作原理。然后,将2对应变片对称布置在试样板中,以DH5902N坚固型数据采集分析系统所采集的应变数据作为标准,通过仿真与试验相结合的方法对应变采集卡4个通道的灵敏度分别进行了标定。最后,将应变采集卡集成封装后内置于履带行驶结构中,并探讨了应变采集卡在封装环境下连续工作时的温度变化规律。结果表明,所设计的应变采集卡可同时采集4个通道的应变信号,其最高采样频率为1000 Hz,发射功率为4.5 dBm,应变采集误差不超过5×10^(-6)。该应变采集卡在封装环境下连续工作34.7 h后的温度稳定在34.58℃左右,可实现履带行驶结构的多自由度应变信号检测。研究结果为履带行驶结构动态载荷的实时采集以及掘进机器人的可靠性分析和故障预测提供了技术支撑。

基于国六商用车实际运行数据的行驶工况研究

为提高基于行驶工况预测油耗的准确性,创新性地提出针对重型商用车细分市场构建行驶工况的研究思路。为验证此研究思路的必要性与合理性,以日用工业品市场为例,对国六商用车行驶工况进行大数据分析。依托车载天行健智能网联系统采集了该市场中3000辆国六系列半挂牵引车的用户行驶数据,通过数据清洗、运动学片段切分、数据降维、工况合成等一系列步骤,构建了3条代表性工况。以此为基础,采用AVL Cruise软件构建仿真模型,基于所构建工况预测目标市场的用户油耗,并与基于中国重型商用车瞬态工况(China world transient vehicle cycle,C-WTVC)和中国重型半牵引车行驶工况(China heavy-duty commercial vehicle test cycle for tractor-trailer,CHTC-TT)的预测结果进行对比。结果表明,与同车型国家标准工况(C-WTVC和CHTC-TT)相比,构建的日用工业品细分市场工况与目标市场下大数据统计的实际运行特征更接近,特征参数平均相对误差分别减少32.97个百分点和18.67个百分点,且能够更精确地预测用户使用油耗,预测精度分别提高7%和4%。针对重型商用车细分市场构建行驶工况能更精确地刻画目标市场用户的车辆使用特征,提高了用户油耗的预测精度。

神经网络模型度量地形对实际行驶排放的影响

由于难以将行驶路线地形的影响从实际行驶排放(real driving emission,RDE)试验的其他试验边界的影响中独立出来,提出采用神经网络输入变量重要性算法以定量评估行驶路线地形试验边界对RDE试验的影响强度。以重庆地区RDE试验的37256个数据窗口排放样本为基础,采用因子分析方法缩减数据并消除试验边界之间的信息重叠,建立神经网络模型预测污染物排放,并计算输入变量相对重要性占比。结果表明,行驶路线地形试验边界在二氧化碳(CO_(2))排放中起主导作用,它的相对重要性远大于行程动力学试验边界。对于一氧化碳(CO)、颗粒数量(particle number,PN)、氮氧化物(NO_(x))污染物排放,地形因素的影响力仍不可忽视,特别是在车辆高速行驶条件下,它对车辆行驶排放的影响与行程动力学因素大致相当。总体而言,在现有排放标准体系中,行驶路线地形试验边界对RDE试验的影响被严重低估。

高速公路互通立交小半径匝道车辆行驶轨迹特征分析

为明确高速公路互通立交小半径匝道的车辆行驶轨迹特征和驾驶模式,使用无人机在四川省2处高速公路互通立交上空进行高空拍摄,利用视频分析方法采集了小半径匝道上汽车行驶的轨迹数据、速度及行驶轨迹坐标等。通过分析行驶轨迹与车道线的占用关系,得到了不同车型轨迹与不同行驶阶段之间的关系,明确了不同小半径匝道下的行驶轨迹偏好,并分析了运行速度对不同类型车辆行驶轨迹的影响。采用三点定位法计算得到轨迹曲率,分析了小半径匝道的曲率特征,确定了轨迹曲率与匝道曲率之间的差异及其轨迹横摆特点。结果表明:匝道行驶的车辆中,小客车在小半径匝道缓和曲线段的轨迹线束宽幅宽于重型汽车,在圆曲线段对车道线的侵占较为明显;将行驶过程中车辆的驾驶偏好分为3类,A型喇叭口外环匝道上外侧压弯的小客车和重型汽车运行速度较高,对角象限双环式匝道上内侧切弯的小客车和正常行驶的重型汽车运行速度较高;小客车和重型货车在2种小半径匝道上的轨迹曲率整体大于道路设计曲率,对角象限双环式匝道上车辆轨迹改变的幅度和频率较高。

电动轮椅颠簸路面行驶状态研究

为提升电动轮椅在颠簸路面行驶的安全性,建立了电动轮椅在此行驶状态下的数学模型,利用轮子与地面接触时产生的振动作为外界激励,分析了电动轮椅行驶中常规线性模型与振动非线性模型行驶速度与重力加速度及纵向位移之间的关系。为进一步描述电动轮椅在颠簸路面行驶过程中的动态特性,分别以行驶速度3.3 m·s^(-1)和3.7 m·s^(-1)为例进行数值模拟,得出在颠簸路面行驶时电动轮椅的振动频率和幅值随着行驶速度的增加而增大,而这将导致电动轮椅发生倾倒的概率加大,威胁乘员的安全,所以合理设置电动轮椅行驶速度,优化底盘减振设计,能够降低冲击载荷,保障安全行驶。

软土路面履带车辆行驶性能研究综述

履带车辆行驶性能是整车性能的重要评价指标,车辆常在复杂路况下工作,行驶性能受路况影响较大。基于此,本研究综述了评估履带车辆性能的虚拟样机技术和仿真方法,讨论了离散元法在土力学研究中的应用,总结了关于车辆与土壤路面交互作用的研究成果,分析了履带车辆与可变形路面耦合研究的成果和挑战,提出了土壤剪切破坏和变形对车辆行驶性能的影响等未来可能的研究方向。研究结果表明,考虑地面相互作用是优化履带车辆设计和提高性能的关键,适应不同土壤类型和地形条件的车辆设计和参数优化对于提高车辆的通用性至关重要。

基于主成分分析和聚类的营运车辆道路行驶工况构建研究

《营运客车燃料消耗量限值及测量方法》和《营运货车燃料消耗量限值及测量方法》系列标准是加快我国营运车辆绿色低碳运输管理所依据的重要标准。修订两项标准一方面结合国内外汽车技术水平的迅速提升及道路运输的迅猛发展状况,另一方面对促进实现交通运输节能减排目标、缓解石油资源短缺、降低营运车辆的碳排放量等具有重大的现实意义。其中,适时调整试验各类工况时间占比系数是两标准修订的重要部分,需结合我国当前的地理类型、道路交通规则、道路结构等对实际行驶工况进一步研究分析。本文以营运货车为例,基于各大主机厂车联网平台系统的数据采集来源,利用数据清洗、短行程筛选、数据规约和聚类等方法分析采集数据,能够比较准确地反映营运车辆实际道路行驶特征。为营运车辆燃料消耗量各工况系数调整提供了技术方案和有力的数据支撑。