无信控交叉口网联车辆动态碰撞风险检测与预警策略

针对无信控交叉口碰撞事故多发的问题,面向网联人工驾驶环境,研究提出了一种基于车车通信的无信控交叉口网联车辆碰撞动态风险检测与预警策略。在构建典型无信控交叉口场景的基础上,设计了一种基于多项式拟合的车辆轨迹模型;融合利用碰撞到达时间和风险暴露时间作为风险检测指标,构建了一种圆形-双圆车辆模型实现车辆碰撞风险检测;综合考虑了驾驶人异质性及其交互行为,提出一种基于博弈论和遗传算法的两级碰撞预警策略;基于SUMO搭建仿真环境对预警策略的有效性及适用性进行测试分析。结果表明,所提策略能够准确识别出所有的碰撞事件并触发预警,预警成功率达到100%;在不同比例驾驶人组成测试工况下,所提预警策略均能显著降低碰撞率和平均碰撞动能。

坦克装甲车辆电力系统源网荷储协同优化与安全控制:架构设计及前沿思考

为保障坦克装甲车辆电力系统在复杂环境中的安全可靠、优质高效运行,发展以主动弹性、协调优化、灵活互动为主要特征的车载电力系统是未来一代全电战车的重要发展方向。聚焦于以全电化为特征的坦克装甲车辆电力系统源网荷储协同优化与安全控制研究。从内在要求和外在驱动2方面阐述发展坦克装甲车辆电力系统的必要性和挑战;从架构设计的角度介绍车辆电力系统源网荷储协同优化与安全控制的核心内容及关键技术,包括极端环境下的主动弹性安全控制技术、正常环境下的多时间尺度优化调度技术以及大扰动源场景下的灵活动态调控技术。继而结合弹性电力系统的内涵,探讨基于弹性优化控制的坦克装甲车辆电力系统在面对极端或突发事件时的性能特点。为未来我国坦克装甲车辆电力系统的发展提供参考。

雾天网联车辆跟驰模型构建及行为影响分析

网联车辆(Connected Vehicle,CV)已从微观驾驶行为方面被证实其能有效改善雾天交通安全,但鲜有建立微观跟驰模型来模拟CV车辆在雾天的跟驰轨迹。本文根据雾天CV车辆的交通信息获取模式和跟驰行为特征,在雾天智能驾驶人模型的基础上,构建考虑车头时距因子、遵守因子和权重因子的雾天网联车辆智能驾驶人模型(Fog-related Intelligent Driver Model of Connected Vehicle,FIDMCV)。为评价FIDMCV模型的有效性及评估CV车辆在雾天的交通影响,选取累计碰撞时间倒数和交通量作为分析指标,并建立不同CV车辆渗透率和领车减速度的数值仿真场景。在进行数值仿真前,针对关键参数遵守因子和车头时距因子的取值进行敏感性分析。仿真结果表明:随着CV车辆渗透率的增加,混合交通流能更有效地改善雾天交通安全,但会导致雾天车辆跟驰间距增加,从而减少道路交通量,降低交通效率。CV车辆在高风险场景下(6 m·s^(-2)减速度)的碰撞时间倒数值减少比例为14.3%,在中低风险(4 m·s^(-2)和2 m·s^(-2)减速度)场景中为5.6%和6.3%,因此CV车辆在高风险场景下的交通安全改善作用更显著。本文提出的FIDMCV模型能有效再现雾天CV车辆的交通安全改善作用和跟驰间距增加特征,可用作雾天CV车辆的微观仿真工具。

双端通信时延下网联车辆纵向队列的分布式控制器设计与分析

网联车辆队列系统的双端通信时延会极大影响队列的控制性能,而且在极端情况下,甚至可能引发队列失稳、发生碰撞的现象。该文在充分考虑车云双端通信时延的基础上,提出了一种基于云的分布式控制算法。通过一定假设,对云控场景下的车辆队列使用采样控制系统的方法进行建模,将双端通信时延进行统一;使用Riccati不等式设计了状态反馈分布式控制器,使用Lyapunov-Razumikin定理分析了控制算法的渐近稳定性,进而得到时变时延上界与通信拓扑、耦合增益之间的关系。结果表明:存在一个合适的耦合增益使得所能容忍的时延上界最大,且通信拓扑Laplacian矩阵最大与最小特征值的比值与时延上界大小呈负相关的趋势。

网联自主车辆协作换道行为博弈特性及模型

为了更加深入了解在车联网环境下车辆之间的动态交互博弈关系,基于自动驾驶车辆换道存在协作交互决策的自主特性,建立了网联自主驾驶车辆的协作换道行为模型。协作换道行为模型将换道决策过程的交互博弈时间作为换道的主要安全影响因素,速度收益作为换道博弈优化目标,运用SUMO仿真对比分析传统换道模型与协作博弈换道模型。仿真结果表明,协作博弈换道模型具有更好的速度收益、安全性和稳定性。异质车群中的网联自主车辆存在协作换道行为特性,博弈换道模型科学地表征了换道动态博弈过程,且具有很好的稳定性。

基于可达性分析的网联自主车辆换道安全轨迹规划与仿真

为解决网联自主车辆在换道时前车向目标车道紧急变道所引发的交通安全问题。通过考虑车道线与道路边界约束以及网联自主车辆与障碍车辆的碰撞风险,建立了换道临界碰撞模型。综合考虑换道临界模型与多项式规划方法,规划带安全约束的换道轨迹。进一步为降低网联车辆紧急避障的反应时间,提高避让轨迹的动态响应效果,采用可达性分析方法搜索出安全区域,使用多项式规划安全避让轨迹。最后针对具体的实际交通场景,使用MATLAB对规划轨迹进行数值仿真分析,仿真结果表明换道轨迹满足安全性、舒适性以及换道效率的约束,所规划的避让轨迹在牺牲部分舒适性的前提下能够满足安全性的要求,降低车辆面对突发情况的安全风险。

基于风险势场的网联自主车辆换道行为建模

为提高智能网联环境下网联自主车辆的换道安全,针对网联自主车辆环境感知及实时通讯的特点,以势场理论为基础,分析车辆不同方向所面临风险变的差异性,对动态车间距进行修正,构建车辆风险势场模型,将网联自主车辆驾驶过程中所面临的风险进行量化,以此为基础建立网联自主车辆安全换道距离模型,反映不同运动状态的换道车辆所需要的安全换道距离的变化趋势。对模型进行数值模拟分析,结果表明:当前车道和目标车道上车辆的运动状态直接影响换道时所需要的安全距离的大小。可见车辆进行换道操作时需调整自身的运动状态来改变风险势场的分布情况,避免与其他车辆的风险势场发生冲突,影响行车安全性。

弓网监测系统在城轨车辆上的应用

为了提高弓网系统安全性并保障其稳定运行,弓网监测系统利用多种传感器对弓网系统运行数据开展实时监测分析,并在出现故障时及时有效地作出故障诊断。文章介绍了弓网监测系统的基本原理、监测项点,通过应用弓网监测系统技术,可实时获取弓网故障数据和信息统计,并对这些信息进行在线综合分析处理,达到对故障及时报警的效果,对受电弓和接触网的运营维护具有一定的参考意义。

外部干扰和随机DoS攻击下的网联车安全H∞队列控制

针对网联车队列系统易受到干扰和拒绝服务(Denial of service, DoS)攻击问题,提出一种外部干扰和随机DoS攻击作用下的网联车安全H∞队列控制方法.首先,采用马尔科夫随机过程,将网联车随机DoS攻击特性建模为一个随机通信拓扑切换模型,据此设计网联车安全队列控制协议.然后,采用线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI)技术计算安全队列控制器参数,并应用Lyapunov-Krasovskii稳定性理论,建立在外部扰动和随机DoS攻击下队列系统稳定性充分条件.在此基础上,分析得到该队列闭环系统的弦稳定性充分条件.最后,通过7辆车组成的队列系统对比仿真实验,验证该方法的优越性.

基于动态轨迹规划的自动驾驶车辆协同换道方法

传统的多车协同缺乏对目标队列和换道车辆信息的有效利用,为考虑动态信息变化对换道过程的影响,本文提出基于动态轨迹规划的自动驾驶车辆协同换道控制方法。首先,针对自动驾驶环境下单车进入车辆队列的研究场景,提出基于实时动态信息的协同换道控制框架,在考虑换道车辆与目标队列车辆的合作以及换道行为给目标队列带来影响的基础上,构建非换道期间和换道期间的纵向协同控制模型;之后,在换道车辆发出换道请求并满足换道触发条件后,考虑队列纵向协同目标,根据纵向速度变化动态规划每一时刻的期望轨迹,提出基于正弦曲线的动态换道轨迹规划方法,得到安全和可靠的轨迹曲线,并采用模型预测控制的轨迹跟踪控制算法,实现实时轨迹跟踪;最后,通过搭建Prescan-Simulink联合仿真平台,设计多组不同速度工况下的仿真实验,以及设置传统基于前车—跟随策略的控制算法与本文的控制策略进行对比,综合分析换道触发时间、队列稳定时间和速度波动幅度这3项指标,验证本文控制策略的有效性和可行性。仿真结果表明:本文所设计的协同换道控制策略和传统方法相比,队列的平均稳定时间缩短了34%,队列的速度波动幅度保持稳定,并在不同相对速度的工况下,均能够实现车辆安全和高效地换道。

基于博弈论的网联自动驾驶车辆协同换道研究

为改善频繁、不合理的换道行为,提升行车舒适感,以网联自动驾驶车辆为研究对象,提出一种舒适安全的换道策略。该策略主要包括单车期望换道和多车协同换道。在传统换道激励模型的速度收益函数中引入舒适性收益,建立换道总收益优化模型,进行单车换道可行性判断;针对网联自动驾驶车辆换道决策之间可能存在冲突的问题,采用双矩阵法构建基于博弈论的多车协同换道策略;最后,在Matlab仿真环境中验证。结果表明,所提换道策略在提高换道稳定性和安全性的基础上可以较大地改善行车舒适性,降低交通流的整体制动幅度。

城轨领域综合承载的列车以太网通信网络应用

本文介绍了常用交换式以太网环网与线性网拓扑的优缺点,并以实际应用项目为依托,介绍了列车通信网络承载信号系统通信网络的方案。该方案可以承载整车的通信网络,为智慧城轨列车通信综合承载提供了一种发展方向。

网联车辆有限时间滑模预设性能队列控制

针对含有未知扰动和模型不确定的网联车辆预设性能队列控制问题,本文提出了一种基于改进滑模的有限时间队列控制方法.首先,为满足预设性能,设计了一种新型性能函数,保证了跟踪误差在预设时间内收敛到规定区域.其次,提出了一种改进的滑模队列控制算法,加快了系统收敛速度,实现了有限时间单车稳定及队列稳定,同时,设计了自适应律,有效解决了扰动及模型不确定问题.最后,进行了MATLAB仿真实验,通过6辆网联车的队列控制仿真验证了所提算法的有效性.

电传动履带车辆电气系统稳定性分析及优化提升策略

为提高电传动履带车辆电气系统稳定性,利用基于阻抗模型的小信号分析法对电传动履带车辆电力电子源网荷储所构建的直流微电网系统进行建模并结合电传动履带车辆工况条件开展分析,获取系统不同工况及不同参数变化下的稳定性规律和机理。在稳定性的理论分析基础上,分别在发动机-发电机组和DC/DC控制回路中设计基于电压的反馈通道和虚拟电容控制环节,所设计的控制环节能够自适应电压波动情况对电气系统进行控制,进而提升电传动履带车辆电气系统稳定性。通过仿真对控制算法进行了验证,证明了控制算法的有效性。

智能网联环境下车载终端的发展现状与挑战

随着智能网联技术的快速发展,智能网联汽车装配的智能车载终端功能也相应扩展。经过数十年的进步,智能车载终端系统在多个领域取得了显著的发展,并在自动驾驶领域展现出巨大的潜力。该文从智能车载终端在智能网联环境中的现状入手,描述了智能车载终端系统的架构,并回顾了在车间通信和车路协同赋能下车载终端系统的发展历程;对5G时代车联网无线通信技术的创新对智能车载终端发展的重大影响做了深入分析,并详细回顾了在协同驾驶与控制、边缘计算与雾计算、数字孪生等领域的最新研究成果,同时指出了智能车载终端在信息安全和自动驾驶测试领域面临的挑战。

网联信息诱导下的商业地下停车场驾驶行为研究

商业地下停车场内部结构复杂、通道较窄,且相交通道视野范围小,驾驶员在寻找停车位时效率低且容易发生碰撞。以商业配建地下停车场为研究对象,基于驾驶模拟实验获取的微观驾驶行为数据,选取平均速度、平均加速度、制动位置对车辆操控行为进行分析,选取寻泊时间、路段通过时间、寻泊距离和最短路径选择对寻泊行为进行分析,并对不同驾驶风格的驾驶行为进行讨论。结果表明:对于车辆控制行为,停车信息诱导系统(parking guidance information systems,PGIS)可以重构抵近盲区交叉口的驾驶过程,使驾驶员平均速度降低36.90%,加速度降至2.55 m/s^(2)以下,对不同风格驾驶员平均速度的影响具有显著性。对于寻泊行为,PGIS可诱导驾驶员经最短路径到达目的地,有效减少寻泊时间;对保守型和普通型驾驶员的路段通行时间减少不显著,对激进型的路段通行时间具有显著影响。研究结果为车联网技术在城市交通领域的发展提供了新的视角。

基于安全裕度的网联自主汽车换道行为风险量化及动态平衡模型

伴随车联网技术的发展,道路交通流呈现智能网联自动驾驶汽车与传统人工驾驶车辆混合共存发展态势,研究网联新型混合车流换道驾驶行为的风险特性极其重要。基于安全裕度理论,建立了换道行为风险量化模型,采用故障树分析法,推导换道的时间和空间风险,进行时空融合的风险评定量化,以判断车辆是否处于安全变道状态,并动态平衡车辆换道行为可能存在的风险。运用SUMO软件对建立的量化模型进行仿真验证分析,碰撞时间倒数与瞬时风险系数均值分别下降0.1与0.05,同时变化趋势趋于稳定。安全裕度风险量化模型使换道风险得到了有效控制的同时,交通流的稳定性得到了较大提高,可保障未来网联环境中自主驾驶车辆队列的稳态运行,从而提高交通容量和交通效率。

基于分子力场的网联自主车辆跟驰安全特性及模型

为更精准地描述人车路复杂环境下网联异质车流多维感知与交互所呈现的动态特性,本文提出运用分子动力学势场函数定量描述车辆间相互作用关系的车辆跟驰行为模型,从分子力场角度剖析网联自主车辆的自驱动粒子特性和车车交互行为安全特性,独辟系统分析网联异质车群协同关系和安全态势演化规律的新思路。首先,类比复杂交通场景的网联自主车辆为自驱动粒子,基于分子动力学势场理论推导出网联自主车辆跟驰行为模型表达式,引入速度协同项,建立网联自主车辆跟驰行为的分子力场模型;其次,运用人工蜂群算法,采用High_D车辆轨迹数据对已有的跟驰模型和智能驾驶员模型进行参数标定,验证分析分子力场跟驰模型的合理性及安全性;设计数值仿真实验检验分子力场模型对真实车辆跟驰行为的拟合效果及稳定性表现。数值仿真结果表明,分子力场模型得出的车辆加速度结果与实际数据的平均值绝对误差与均方根误差更低,且受到扰动时波动更小,该模型提升了网联自主车辆跟随行驶的安全和效率,宏观车流运行具有更好的稳定性。网联自主车辆的分子力场跟驰模型可系统描述网联异质车群的动态特性、微观车辆跟驰行为和车车安全交互作用关系,为提高行车安全性及通行效率提供理论基础。

地铁车辆弓网静态电接触的多场耦合模型及温升分析

当地铁到站或在线路上因故临时停车时,接触网仍需为列车提供电流,此时弓网接触部件因处于静止状态而存在局部过热的情况,严重时可能导致滑板热损伤甚至造成接触线断线事故。因此,地铁停车期间弓网电接触的温升研究具有重要意义。地铁列车弓网接触是热、力、电多物理场耦合的复杂行为,而弓网接触力、滑板热导率和接触线截面形状对弓网电接触有重要影响。本文针对受电弓滑板与接触线静态取流的工况,研究了接触电阻和接触热导的变化规律与建模方法,建立了热-力-电耦合的三维有限元分析模型,分析弓网接触力、滑板材料热传导率以及接触线磨耗对接触温升的影响。结果显示,增大弓网接触力、选用高热导率的滑板材料和改良接触线截面轮廓均可降低弓网接触温升。研究结果对接触线结构优化、滑板材料的选取及保障列车安全运行有重要参考价值。

相邻无信号交叉口车辆协同调度方法研究

随着车辆拥堵现象日益严重,如何提高交叉口的通行效率已经得到学术界的广泛关注。为充分地利用交叉口有限的物理空间资源,提出了一种相邻无信号交叉口车辆协同调度方法。首先,将交叉口划分为互不相交的物理空间资源,进而把交叉口车辆通行控制问题转化成资源调度问题。然后,基于Petri网构建了一个交叉口资源调度模型。为了避免车辆相撞,模型要求同一物理空间资源在同一时刻只能被一辆车占用。实验结果表明:到达率较低时,与采用传统信号灯的控制方式相比,无信号控制方式能有效提高通行效率;到达率较高时,交叉口发生拥堵。但与无协同的控制模式相比,相邻交叉口协同控制模式可以更好地缓解拥堵现象。