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  • 2019年 第10卷 第4期 刊出日期:2019-12-31 上一期    下一期
    综述与展望
    智能汽车决策中的驾驶行为语义解析关键技术
    李国法,陈耀昱,吕辰, 陶达,曹东璞,成波
    2019, 10(4):  391-412.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.001
    摘要 ( 440 )   PDF (1772KB) ( 1179 )  
    实现对驾驶行为语义的精准解析是进一步提升自动驾驶汽车智能化水平的核心技术之一。该 文总结了驾驶行为研究的体系架构;回顾了驾驶行为语义解析发展的 4 个阶段,包括跟驰及换道模型 建立、驾驶模式离线辨识、驾驶模式及意图在线监测、基于无监督学习的语义解析;介绍了4 项驾驶 行为语义解析关键技术(驾驶模式辨识及预测、驾驶行为智能决策、驾驶风格辨识、驾驶行为语义分 割)在国内外的研究现状;介绍了可应用于智能汽车技术研发的语义解析学习算法,包括 Bayes网络、 隐Markov 模型、深度神经网络、强化学习等;讨论了驾驶行为语义解析技术在智能驾驶中驾驶辅助、 智能决策、路径规划等方面的应用。
    相关文章 | 计量指标
    汽车安全
    结构化道路中动态车辆的轨迹预测
    谢辉,高斌,熊硕,王悦
    2019, 10(4):  413-422.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.002
    摘要 ( 184 )   PDF (1947KB) ( 1200 )  
    为提高结构化道路中自动驾驶汽车周边动态车辆运动轨迹预测的准确率,提出了基于交通场 景特征辨识的轨迹预测策略。基于激光雷达与组合导航系统实现周边车辆的检测跟踪与定位,通过驾 驶意图估计模型判断车辆驾驶行为并对交通场景分类,对于车道保持和变道场景分别基于车辆运动模 型与 Markov决策过程预测车辆运动轨迹。结果表明:对于车道保持场景,当预测时域为 4 s时基于 车辆运动模型的平均预测误差约为 0.12 m ;对于变道场景,当预测时域为 8 s时基于 Markov决策过 程的平均预测误差约为 0.17 m,因而,本文提出的预测策略能够实时准确地预测目标车辆运动轨迹。
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    分布式驱动电动汽车的差速转向控制及其适用性
    裴晓飞,刘志厅,陈祯福,陈可际,杨波
    2019, 10(4):  423-432.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.003
    摘要 ( 174 )   PDF (5585KB) ( 310 )  
    为提高分布式驱动电动汽车的转向冗余性和机动性,设计了一种分层式的差速转向控制器。 结合比例积分微分(PID)控制和逆查表模型确定期望轮速 , 采用自适应离散滑模控制得出差速转向所 需的轮边力矩。通过仿真试验,界定了差速转向的边界工况,分析了车速与附着系数对边界工况的影响, 并且对比了在差速辅助转向控制和纯方向盘控制时车辆的转向性能。结果表明:所提出的差速转向控 制策略能够融合传统转向系统进行辅助转向,在中低车速时能有效减小转弯半径,提高汽车的转向性 能;差速转向控制策略的有效性和实时性也得到了验证。
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    基于驾驶模拟器和 fNIRS 的与晕动病相关脑活动区的差异性
    张晨阳,李曙光,李耀华,姚进,祝磊,王敏
    2019, 10(4):  433-442.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.004
    摘要 ( 183 )   PDF (2200KB) ( 251 )  
    为研发车辆自动驾驶技术,需探究自动驾驶的汽车和电动汽车上出现的晕动病的发病机理。 基于六自由度驾驶模拟器和非侵入式功能性近红外光谱技术(fNIRS),实验中设计了直线工况的实 验道路,直行工况下收集了52 位参与者的驾驶时间和距离等驾驶数据以及大脑的氧合血红蛋白浓度 变化值,并对驾驶数据与大脑数据进行差异性分析。结果表明:大脑区域的活跃度按 BA6、BA17 和 BA18 区域最活跃,接着是 BA1、BA2、BA3 和BA4区域,最后是 BA8、BA10 和BA40 区域依次 递减;直行工况下与晕动病相关的大脑 Brodmann区域会有不同的反应。该结果有助于从大脑的角度 研究晕动病。
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    碳纤维 / 碳纳米管复合胎面胶的拉伸及耐磨性能
    马云海,陈创发,端木令坚,危银涛
    2019, 10(4):  443-450.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.005
    摘要 ( 192 )   PDF (1025KB) ( 184 )  
    为改良汽车轮胎胎面胶的耐磨性能及力学性能,有效提升轮胎的使用寿命,研究了经硅烷偶 联剂与多巴胺进行表面处理后的碳纤维及碳纳米管的用量对复合胎面胶的耐磨性能以及其拉伸强度的 影响。使用二次回归正交设计的方法设计编排试验方案;应用万能试验机及 DIN 磨耗仪测得了橡胶 材料的力学性能及摩擦学性能;采用基于 NSGA-II 改进的多目标优化算法对试验指标进行优化,找 出了原模型的 pareto最优解集并绘制了响应曲面,并得出最佳参数组合。结果表明:当天然橡胶为 82.66 份,碳纳米管为 7.43 份,碳纤维为 6 份,制样后测得的实际磨耗量为139.7 mm3,断裂强度为 20.8 MPa,显示出碳纤维 / 碳纳米管复合胎面胶具有良好耐磨性与拉伸性能。
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    基于激光雷达点云与图像融合的车辆目标检测方法
    胡远志,刘俊生,何佳,肖航,宋佳
    2019, 10(4):  451-458.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.006
    摘要 ( 318 )   PDF (1230KB) ( 670 )  
    提出了一种基于 4线激光雷达(LADAR)与摄像头融合的方案,用于提高智能车辆对车辆目 标的检测精度。首先调用卷积神经网络来识别图像中的目标,然后将点云与图像数据进行空间匹配, 最后采用 R-Tree 算法快速配准检测框与相应的点云数据。利用点云的深度信息就能获得目标的准确 位置。经过真实道路场景采集的图像与点云数据进行测试,结果表明:该融合算法将漏检概率(FN) 从 Mask R-CNN 方法的 14.86% 降低到 8.03% ;因而,该融合算法能够有效的降低图像漏检的概率。
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    用于智能汽车的复杂光照环境车道线检测及跟踪方法
    金智林,何麟煊,赵万忠
    2019, 10(4):  459-466.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.007
    摘要 ( 203 )   PDF (2155KB) ( 278 )  
    针对复杂光照环境的智能汽车行驶安全问题,提出一种车道线检测及跟踪的改进方法。在图 像预处理阶段,应用灰度变换方法增大不同光照环境的车道线和道路对比度;用改进概率 Hough变 换方法提取二值化图像中的车道线;用最小二乘法进行车道线拟合;根据前一帧车道线检测结果建立 Kalman 滤波动态感兴趣区域,实现车道线准确跟踪。进行夜间光照、弱光照、强光照及正常光照等 不同光照环境下的车道线检测和跟踪实验。结果表明:该方法的准确率约为 97.53%,对于单帧车道 图像的处理时间约为 60 ms,具有较好的准确性和实时性,并具有抗路面阴影、交通标志、车辆遮挡、 路灯等因素干扰的能力。
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    某车载圆柱形货箱防护装置的碰撞安全性设计改进
    董宇喆,王波,张金换
    2019, 10(4):  467-473.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.008
    摘要 ( 183 )   PDF (1006KB) ( 197 )  
    用有限元仿真的方法,研究了某车载圆柱形货箱在正面碰撞工况下的运动情况及由拉钩,绳 索,包带组成的防护装置的失效情况;并通过改变包带固定位置与拉钩结构对防护装置进行设计改进。 结果表明:在正面碰撞过程中,对于原有防护装置,在 50 km/h 及以下初速度的柱形货箱所受力学冲 击较小,防护装置对柱形货箱的约束作用较好;在 70 km/h 初速度时,柱形货箱与货舱发生二次碰撞, 原有防护装置约束效果较差。改进后的防护装置能够使柱形货箱在 70 km/h 初速度下仍不发生二次 碰撞,柱形货箱加速度峰值从 60g下降到 25g;因此,安全性能明显提高。
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    重型半挂汽车列车防侧翻分层递阶控制
    赵树恩,张雄,唐俊涛
    2019, 10(4):  474-482.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.009
    摘要 ( 128 )   PDF (3018KB) ( 247 )  
    为提高重型半挂汽车列车在极限工况下的防侧翻稳定性,建立了侧向、横摆、侧倾运动的牵 引车和挂车 5自由度动力学模型。运用模型预测控制方法,决定目标控制横摆力矩。以车辆实时横摆 角速度和轮胎载荷转移率为决策依据,对主动转向和直接横摆力矩控制两子系统,进行协调控制。用 TruckSim/Simulink平台,进行联合仿真分析。结果表明:在相同工况下,牵引车、挂车的侧向加速 度最大值分别改善了 7.76%、12.29% ;横摆角速度最大绝对值分别改善了 23.88%、3.39% ;重型半 挂半挂汽车列车的最大铰接角减小了19.87%。因而,相对于传统方法,该防侧翻分层递阶控制,提 高了重型半挂汽车列车的防侧翻稳定性。
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    汽车节能与环保
    质子交换膜燃料电池单片间一致性的阻抗特性 (英文) 
    孙卫华,徐梁飞,胡尊严,江宏亮,李建秋,欧阳明高
    2019, 10(4):  483-491.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.010
    摘要 ( 180 )   PDF (2329KB) ( 234 )  
    为了更好地分析电堆在不同运行条件下的一致性,提出了一种基于交流阻抗模型的参数辨识 和质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆一致性分析方法。基于阴极催化剂层(CCL)反应机理建立燃料 电池阻抗模型,提出了结合遗传算法(GA)和非线性最小二乘法(NLS)的参数拟合方法,对燃料电池 5 个内部参数(塔菲斜率,阴极催化剂层的质子电导率,双电层电容,气体扩散层的氧气扩散率和阴极催化剂层的氧气扩散率)进行了拟合;设计并进行了50片电堆在 2 种不同进气湿度条件下的低电流 密度实验,用提出的参数拟合方法辨识了其中 6 个单片的内部参数,分析了电堆在这两种运行条件下 的一致性。结果表明:该参数拟合方法能够有效地拟合出燃料电池 5 个内部参数,利用这些拟合参数 能很好地分析燃料电池电堆在不同进气湿度下的一致性;提高进气湿度有利于提高燃料电池电堆在低 电流密度下的一致性。
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    电辅助涡轮增压柴油机进气氧气质量分数的主动抗扰控制
    陈韬,李少华,宋康,谢辉
    2019, 10(4):  492-501.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.011
    摘要 ( 113 )   PDF (2010KB) ( 401 )  
    为提高电辅助涡轮增压柴油机对进气氧气质量分数控制的响应速度,设计了一种主动抗扰控 制算法。建立了面向控制的进排气氧气质量分数观测算法,作为虚拟氧传感器使用。利用GT-Power 柴油机模型,对控制算法进行仿真测试。进行了台架实验平台的测试。结果表明:在目标进气氧气质 量分数仿真变化中,相较于传统比例 -积分 - 微分 (PID) 控制,该主动抗扰控制算法的平均响应时间 降低了 0.86 s;在发动机瞬态实验中,进气氧气质量分数控制响应迅速,与目标值的最大相对误差为 2.33%。因而,该主动抗扰控制算法,可获得柴油机进气氧气质量分数的快速响应。
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    锂离子电池低温循环老化的空间分布与特征
    刘中孝,葛昊,李哲,张雅琨,张剑波
    2019, 10(4):  502-510.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.012
    摘要 ( 161 )   PDF (908KB) ( 397 )  
    为探究锂离子电池的低温循环性能与电池老化后的分布与特征,设计了低温循环的正交实验, 通过主因分析、解体物化分析的方法分别探究了影响电池低温循环老化的主次因素、老化后的析锂分 布特征。研究结果表明:影响电池低温老化的 3 个重要因素的主次顺序为温度 >充电电流 >充电截 止电压;析锂电池的老化分布特征为:中间电极层比外侧电极层析锂多,同一电极层内的负极极耳位 置和中心位置比同一电极层内其他位置析锂更多。电池内电流密度的分布是电池析锂分布的主要原因, 电池内电流密度较大位置的电位更易低于析锂电位而发生析锂,电池设计时应使电流密度均匀分布。

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    汽车用汉麻秆粉 / 聚乳酸复合材料的制备、 成型工艺及性能
    王春红,王利剑, 左恒峰, 王妮, Noor Intan Saffinaz Anuar,Peyman Servati,Frank Ko
    2019, 10(4):  511-517.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.013
    摘要 ( 188 )   PDF (1025KB) ( 442 )  
    为有利于汽车轻量化和环境保护,制备了一种汽车内饰用的完全可降解的木塑复合材料。以 汉麻秆粉和可降解聚乳酸(PLA)为原料,通过双螺杆挤出机造粒,模压成型制备了该复合材料。对 于温度、压力和时间 3个影响因素,经过 4种力学性能指标的正交试验分析,得到模压成型的最优工 艺为:160 ℃、7.5 MPa、5 min。结果表明:当汉麻秆粉质量分数 30%,麻秆粉粒径 40目时,该复 合材料的力学性能拉伸强度、弯曲强度、拉伸模量、弯曲模量均最大,分别为 40.26、73.84 MPa 和2.06、 4.35 GPa。
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    发动机可变气门正时阀的微分先行的 PID 控制算法
    陈智君, 袁强, 赵禹涵
    2019, 10(4):  518-524.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.014
    摘要 ( 195 )   PDF (1077KB) ( 346 )  
    为优化发动机可变气门正时 (VVT)阀原有的控制,提出了微分先行的比例积分微分 (PID) 控制算法。分析了 VVT阀的工作原理与机械结构,测定了 VVT阀的关键参数。建立了数学模型与 Simulink 仿真模型,借助于 Matlab/Simulink平台。用实机平台与仿真平台,验证所提出的控制算法。 结果表明:在 VVT阀控制中,面对目标期望值的波动,与传统 PID 算法相比,在阶跃测试时,微分 先行 PID 算法超调量降低 0.8%,静态误差降低 0.15% ;在追踪测试时,其超调量降低 1%,静态误 差降低 0.15%。因此,本算法完成了对VVT阀的优化控制。
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    基于 K 最近邻遗传算法的电池均衡策略 
    李军,黄志祥,唐爽
    2019, 10(4):  525-530.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.015
    摘要 ( 188 )   PDF (815KB) ( 207 )  
    为缩短电池组均衡系统的均衡时间,降低均衡能量损耗,以电感为储能元件,基于升压斩波 和降压斩波原理搭建均衡电路。采用 K 最近邻遗传算法实现电池组的均衡控制,与均值均衡策略进 行对比。在 MATLAB/Simulink中完成自均衡、充电和放电 3种均衡工况的仿真实验。研究结果表 明:采用本均衡策略后,3种工况下的均衡速度分别提高 26.70%、22.70%、24.80%;减少开关动作 次数降低了电池组的能量损耗,能量转化率提高了5.06%。因此,本均衡策略具有良好的均衡效果, 能有效地改善电池组间的不一致性,缩短电池组的均衡时间,降低均衡能量耗损。
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    自动驾驶环境下车辆轨迹及交通信号协同控制
    戴荣健,丁川,鹿应荣,赵福全
    2019, 10(4):  531-539.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2019.04.016
    摘要 ( 274 )   PDF (1358KB) ( 350 )  
    在自动驾驶环境下的交叉路口,为了提高车辆通行效率并减少停车次数,利用自动驾驶技术 (AV)和车路协同系统 (CVIS),开发一种交通信号灯和车辆轨迹协同优化控制方法,并利用多智能体 技术进行仿真。该控制方法通过车辆速度、位置等信息对信号灯配时进行优化;并根据信号灯优化配 时,对车辆轨迹进行优化控制。利用 NETLOGO 仿真平台,搭建多智能体仿真平台,进行仿真试验。 试验结果表明和传统固定配时相比本文提出的信号交叉口车路协同控制方法能够降低 53.4% 的车辆平 均通行时间和 61.5% 的平均停车次数,表明:该控制方法提高了信号交叉口通行效率,减少了停车次数。
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