基于模型预测控制的智能车横纵向控制器设计

针对智能车横纵向控制中路径跟踪精度、行驶稳定性以及乘坐舒适性等问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的横纵向综合控制方法。速度规则系统根据参考路径曲率与车辆跟踪位移误差计算出期望速度曲线,速度跟踪控制采用分层式控制器,上层控制器利用MPC算法计算期望加速度,下层控制器利用车辆逆纵向动力学模型对车辆的驱动和制动进行协调控制。横向控制器根据参考路径、车辆反馈状态以及纵向上层控制器的期望速度计算车辆前轮转角。最后通过实验对比本算法与恒速MPC横向控制算法的轨迹误差,结果表明:本算法控制的车辆横向位移均方根误差减小了0.051 m,有效提高了车辆轨迹跟踪的控制精度。     

混合交通下高速公路防眩板高度的研究

为了研究混合交通下高速公路平曲线路段防眩板高度对车辆防眩效果的影响,提出了平、竖曲线路段防眩板高度的计算方法,并通过研究弯道平曲线防眩板高度对驾驶员视线的影响,建立平曲线防眩板高度对道路行车视线安全影响模型,从车辆行驶平曲线的防眩板高度及防眩板位置形成的静视距与车辆行驶时驾驶员期望得到的动视距之间的关系,运用面向对象的VB编程语言实现模型仿真来分析防眩板高度对道路行车安全的影响程度。     

融合稳定性的高速无人驾驶车辆纵横向协调控制方法

提出了一种纵横向协调控制的路径跟踪控制方法; 建立了车辆预瞄误差模型和考虑路面地形的高速车辆等效动力学模型, 以此引入道路曲率地形因素; 基于模糊规则设计了预瞄距离发生器, 解决预瞄误差模型中固定预瞄距离的问题; 建立了预测时域与道路曲率的函数关系, 运用模型预测控制算法求解前轮转角, 从而建立路径跟踪控制器; 运用指数模型表示车辆期望车速, 设计了比例积分微分纵向控制器控制车速以改善路径跟踪精度; 运用质心侧偏角相平面图表征车辆稳定性特征, 设计比例积分微分稳定性控制器以改善车辆稳定性。研究结果表明: 提出的控制方法能在不同附着系数路面上对车辆跟踪性能进行优化, 在干燥沥青路面以车速90 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少33%;在潮湿沥青路面以车速70 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少30%;在冰雪路面以车速55 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少16%。可见, 所提出的控制方法能有效改善路径跟踪精度。      

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城市快速路交通事故所产生的间接影响远远大于事故的直接损失，而其定量数据又很难通过实际的检测设备和测量手段得到，以车辆微观行为模型为基础，采用面向对象的软件设计方法，建立了城市快速路交通事故影响的微观模拟评价系统.在真实模拟车辆行驶状态的基础上，通过设置事故状态和数据探测器，可以全面记录车辆行驶过程中实际检测设备难以采集到的相关数据，从而为事故影响的定量分析莫定了良好的基础.     

基于人-车-路-环境的车辆安全运行区域研究

车辆安全运行区域的确定对于提高行车安全具有重要的意义。以高速公路为背景,作者通过综合考虑车辆的行驶状态、驾驶员疲劳程度以及天气状况等因素对车辆的安全运行区域的影响进行了研究。目的是根据车辆当前状态,结合运行参数对危险行驶区域做出警示,减少驾驶员的负担和判断错误。算法部分分别针对跟车模式和超车模式搭建模型,对安全运行距离和区域进行了求取,最后设计了虚拟现实仿真场景对车辆的行驶过程进行了模拟。多次实验表明,本文安全运行区域模型具有很好的稳定性和准确率。     

雨刮器的正确使用与维护

雨刮器虽是汽车上一个很小的零部件，却是驾驶员雨中安全行驶的重要“武器”，使驾驶员有着清晰明朗的视野。据国际驾驶安全调查：雨天66％以上的交通事故是由于车辆前方视线不清所造成的。     

夜间复杂交通场景中的车辆检测和跟踪

为提高夜间车辆视频检测和跟踪的准确率,提出一种夜间车辆检测和跟踪算 法.本算法通过亮斑分割和连通组件匹配来检测和定位车辆前灯,并利用区域跟踪算法对 前灯进行跟踪以提高检测准确率.考虑到夜间行车时车辆前灯的显著特征,通过改进Otsu 方法以自适应地分割明亮区域,并根据前灯的几何形状、尺寸及位置信息滤除非车灯部 分的车辆信息.然后利用前灯的对称性进行前灯的配对和归类;最后采用区域跟踪算法对 前灯进行定位和跟踪.实验结果表明,本算法车辆检测平均准确率大于97%,处理速度比 已有方法提高15.8%以上.     

基于MPC路径跟踪研究

针对无人驾驶车辆在实际行驶过程中的路径跟踪问题,建立车辆二自由度动力学模型和路径跟踪预测模型,将预测模型与车辆二自由度动力学模型相结合。基于MPC轨迹路径跟踪算法,并搭建了基于dSPACE系统硬件在环仿真试验平台,进行硬件在环仿真试验,验证MPC轨迹路径跟踪仿真控制策略的合理性和正确性。结果表明:设计的基于MPC路径跟踪控制可以保证车辆在换道时,方位平均偏差在0.05 m范围内,利于实际应用。     

山岭重丘地区的沥青混凝土路面设计研究

山岭重丘地区因地形复杂,公路选线设计时为保证几何尺寸达到合理标准,经常遇到最小坡长、最小半径、复曲线、断背曲线、反向曲线、回头曲线、卵形曲线等极限要素,车辆在转弯行驶过程中,根据车辆动态情况,     

山岭重丘地区的沥青混凝土路面设计研究

山岭重丘地区因地形复杂，公路选线设计时为保证几何尺寸达到合理标准，经常遇到最小坡长．最小半径、复曲线、断背曲线、反向曲线．回头曲线、卵形曲线等极限要素，车辆在转弯行驶过程中．根据车辆动态情况，按照三维力学原理进行典型受力分析，经常产生转弯时的横向离心力、下坡时紧急制动力、爬坡时强大的摩擦力等．     

基于变点分段交通行为分析的公路隧道照明理论研究

在分析现行国内外公路隧道照明理论局限与不足的基础上,首先将交通量由小到大变化的曲线依次划分为0、a、b、c共掣个点,o点交通量为0,c点达到最大通行能力,a点和b点分别为交通自由流和拥挤流的临界点;其次分析分段交通行为、行车速度、安全距离与照明亮度需求的关系;最后提出考虑了交通流构成并满足停车视距的公路隧道照明亮度需求确定方法,其照明设计参数停车视距,融合了交通量、行车速度,安全距离,更符合行车实际情况,既保障了行车安全,又实现了照明节能。     

基于超声测距的智能泊车系统仿真设计

针对倒车时由于"后视"不良而造成的事故频发问题,设计了一种基于超声测距的智能泊车系统。介绍了超声测距的基本原理,在Multisim软件中对发射驱动电路和信号调理电路进行了仿真分析,并利用MPLAB和Pro-teus实现了软硬件的联合调试。仿真软件的使用大大节省了开发时间和成本,为后续系统的完善奠定了基础。     

基于车路协同的无控十字路口行车方案

针对紧急车辆在无信号控制十字路口处通行效率低和事故频发的问题,基于SUMO与OMNet++的双向耦合车联网仿真平台Veins中搭建了车辆运动控制系统模型,设计路口处紧急车辆与普通车辆碰撞的判定方法和紧急状况下车辆避免碰撞行车措施,提出基于车路协同技术的无控十字路口紧急车辆行车方案。在Veins车联网仿真平台上对行车方案进行仿真验证。结果表明:应用方案可提高紧急车辆通过无信号控制十字路口效率64.3%以上,并将紧急车辆在无信号控制路口处的事故率由36.7%降低至3.3%。     

山区弯道景观对行车安全影响的仿真

为研究山区弯道景观对行车安全的影响,构建了仿真流程,研究了车辆横向滑移事故判断方法、驾驶员前方视野范围内障碍物或车辆产生方法、驾驶员视距计算及仿真车辆安全状态判断方法;用VB语言编写仿真程序,仿真分析了不同车速、弯道半径、景观位置对车辆运行安全性的影响.研究结果表明;设计车速为60 km/h且景观至路边距离相同时,大半径弯道较小半径弯道的危险概率减少约58%;曲率半径相同时,较高设计车速的道路景观对行车影响较小,中半径弯道设计车速为80 km/h较60 km/h的危险概率减少约33%.     

山区互通立交的停车视距修正

山区互通立交由于视距问题引发的交通事故较多,从车辆运行速度的角度出发,考虑主线和匝道纵坡情况,推导出运行速度下对应各纵坡度的视距值,同理推导出运行速度下对应各纵坡度的货车停车视距值,适用于货车和大客车比例较大的山区互通立交。     

合肥市道路汽车行驶工况分析

将一套车载实测系统安装在一辆昌河微型面包车上,研究合肥市不同道路的行驶状况。用速度、加速度等行驶特征参数为准则数,通过将记录的车速曲线在停顿处分割成运动学片段的方法来研究交通状况特征。根据统计分析的概率随机选择并重组实际运动学片段,得出一个基于实际汽车速度、加速度等准则数的行驶工况。     

驾驶行为非参数微观仿真模型

运用信息挖掘技术最大限度地榨取实测数据所携带的驾驶行为个体有用信息,通过数据修正和精简形成样本数据库,采用K最近邻概率密度函数法对样本数据库进行数据过滤和冗余信息清洗,利用预处理后的数据和非参数回归法构建了驾驶行为非参数仿真模型。模拟得到的后车多元信息与其实际值有很好的拟合性,且实际值以模拟平均值为轴小幅度摆动。仿真结果表明,合适的光滑参数能提高模型精度,使模型避免大样本标定数据的限制,很好地反映和预测跟驰过程中的驾驶员行为。     

车路协同环境下群体车辆诱导与协同运行方法

为解决城市发展带来的交通拥堵问题,发掘道路交通的潜力,提高车路协同环境下车辆在路网中的行驶效率,面向群体车辆提出了一种诱导优化方法和协同控制策略;在车辆诱导分配方面,在起始点和目的地之间的可达路径中,以交通效率最优、车辆排放最小为目标,设计了基于道路饱和度、车辆行程时间和延误的群体车辆分配规则,建立了群体车辆诱导分配优化模型,并用多目标非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)和多目标粒子群优化算法进行求解;在车辆协同运行控制策略方面,基于引力场思想建立了多车协同运行模型,并提出了多车协同加减速策略;通过仿真验证比较了不同网联自动驾驶车辆(CAV)渗透率下的车辆诱导优化结果,同时仿真了车辆协同加减速策略,并将诱导优化方法和协同控制策略进行了联合仿真。仿真结果表明:多目标诱导分配方法可以提升车辆速度和环境效益,且群体车辆平均速度与CAV渗透率正相关;在四车组队行驶环境中,车辆协同加减速策略能够将车辆在加速和减速时的初始平均加速度分别提高15.0%和8.2%,让车辆快速达到目标速度,保障行车安全;在联合仿真环境中,路网群体车辆的加速度平均提高了11.6%,速度平均提高了1.6%,碳氧化合物排放量减少约4.9%。由此可见,提出的方法能够提高路网通行效率,降低车辆能源消耗,减少对环境造成的不良影响。      

大跨度悬索桥竖弯涡振条件下驾驶员行车视线研究

为研究大跨度悬索桥竖弯涡振条件下桥上驾驶员的行车视线，首先，基于传统的风-车-桥耦合振动分析理论，引入桥梁涡激力数值模型，自主编制了涡振条件下风-车-桥耦合振动分析程序；其次，以有3个半波的涡振振型为例，借助几何作图法推导了桥面发生涡振时车内驾驶员视线盲区的计算公式；最后，基于已建立的涡振条件下风-车-桥耦合振动分析程序和驾驶员视线盲区的计算公式，以一座发生竖弯涡激共振的大跨度悬索桥为工程背景，分析了车型、车速和入桥时刻对车内驾驶员视觉盲区最大高度、盲区总持时和盲区占比的影响规律.研究结果表明：驾驶员盲区最大高度呈现周期性变化，其周期约为车辆前进一个涡振半波长度所需要的时间；车速变化不会影响驾驶员盲区的最大高度，但车辆类型不同则驾驶员目高不同，车内驾驶员目高越低，驾驶员前方视觉盲区最大高度也就越高；车重会进一步增加驾驶员前方视觉盲区的最大高度；车辆入桥时刻对驾驶员盲区总持时的影响很小，但驾驶员盲区总持时随着车速的提高而降低；车辆入桥时刻或车速对驾驶员盲区占比的影响小，而车型则对驾驶员盲区占比的影响显著，其中小轿车驾驶员的盲区占比最高（21%左右），大客车驾驶员的盲区占比最小（12%左右...     

基于动态概率网格和贝叶斯决策网络的车辆变道辅助驾驶决策方法

提出了一种车辆变道辅助决策方法, 向驾驶人提供变道行为决策; 构建了由车载GPS、相机传感器和雷达组成的行车环境信息传感装置, 利用非采样B样条曲线模型对车道线建模, 通过控制点位置求解与搜索策略实现车道线的检测、跟踪与类型识别; 根据车道线信息确立有效行车区域, 并建立了一种动态概率网格的行车环境几何模型, 对有效行车区域进行紧凑型表征; 考虑了车辆对行车环境表征结果可靠性的影响, 根据高斯分布将车辆位置信息映射到动态概率网格中, 计算了每个行车单元的占用概率; 将车道线信息与网格单元占用概率作为初始节点状态参数, 输入贝叶斯决策网络, 估计概率网格单元的占用状态, 量化输出当前行车环境表征结果以及不变道、向左变道、向右变道3种变道决策的期望效用值, 通过计算各决策的期望效用值比率确定最优变道决策。试验结果表明: 在场景1中“向左变道”决策的期望效用值最大, 为0.70, 视为最优决策, 在其动态概率网格中, 右侧车道线“实线”状态参数为100.00%, 因此, “向右变道”决策效用期望值最小, 决策系统输出的最优决策“不变道”符合中国交通法规, 也表明检测车道线类型的必要性; 场景2的“不变道”和“向右变道”决策期望效用值分别为0.43和0.44, 比率接近1, 无法判断最优决策, 驾驶人可根据经验决定是否变道。