基于前车轨迹预测的高速智能车运动规划

针对现有运动规划算法大多只考虑障碍车当前状态,本文中提出一种基于前车运动轨迹预测的高速车辆运动规划算法。首先,融合考虑驾驶意图与基于车辆运动模型的方法对前车轨迹进行预测;然后,采用贝塞尔曲线(Bezier)规划主车运动轨迹,结合避撞过程中与前车碰撞风险概率,高速避撞车辆速度变化特点以及车辆运动稳定性等因素建立目标函数,并考虑车辆动力学与运动学约束,使用序列二次规划(SQP)方法对Bezier曲线的控制点和主车运动目标点位置进行优化求解,得到最优避撞运动轨迹;最后,以前车直行和换道两种工况为例,对主车的避撞运动轨迹进行规划,分析不同工况下主车避撞过程中的运动状态变化以及与前车碰撞风险概率变化。结果表明,所提出的运动规划算法能够保证车辆的避撞安全性与运动稳定性。     

基于实时路况信息的插电式混合动力汽车预测性能量管理算法研究

为提高插电式混合动力汽车的燃油经济性,对基于实时路况信息的预测性能量管理算法展开研究。根据实时路况信息采用能耗分配法规划全局SOC参考轨迹,利用自适应等效燃油消耗最小策略(A-ECMS)跟随目标SOC轨迹实现能量管理。以上海市某行驶工况数据进行仿真,结果表明:全局SOC参考轨迹可在低、高速区间合理分配电量,真实SOC轨迹与参考轨迹变化趋势一致,燃油经济性较电量消耗-电量维持(CD-CS)策略提高7.65%,接近动态规划(DP)算法的全局最优解。     

无人驾驶车辆解耦混合运动规划方法研究

高速公路无人驾驶车辆运动规划要充分考虑车辆的动力学特性和道路环境构成的复杂约束,优先确保车辆的无碰撞行驶轨迹,同时算法实时性比常速情况下要求更高,要充分考虑计算的复杂性。提出一种可生成横纵向最优解逼近群的解耦增强混合运动规划方法,引入Frent坐标系将运动规划问题进行横纵向解耦,在横向偏移规划中融合数值优化和多项式规划算法,在纵向速度规划中融合围绕速度和围绕避障规划算法,解耦规划完成后使用代价函数和碰撞检测方法对生成的轨迹群进行评估和选择。搭建Apollo-LGsvl无人驾驶联合仿真测试平台,对所提出的运动规划方法进行仿真验证。结果表明,提出的横纵向解耦增强混合运动规划算法在高速公路各工况中所生成的运动轨迹能够有效避免车辆发生碰撞,其横向偏移和纵向速度均能满足二阶平滑,最大横向加速度、最大纵向加速度、最大纵向jerk等满足动力学约束。该方法有效减少了最优解逼近群内的轨迹数量,使轨迹评估阶段计算复杂度降低了46%,证明提出的方法具备一定的应用价值。     

Kinovea软件在视频图像车速计算中的运用

kinovea作为一款专业的运动分析软件,现已广泛的运用于体育领域。本文中创新的将该运动分析软件引入到了汽车运动分析领域,应用于监控视频图像车速计算,使用其标记、轨迹跟踪与跟踪轨迹坐标数据提取功能对汽车运动轨迹进行跟踪,设定坐标系后,取出跟踪坐标点数据,实现汽车运动轨迹的数字化,根据目标车辆在视频图像内的运动轨迹计算车速。本文以实例阐述Kinovea软件的在视频图像车速计算中的应用。     

基于Frenet坐标系的智能车运动规划研究

自动驾驶技术作为车辆智能的核心,在车辆工程领域掀起研究高潮。运动规划作为决策模块的重要组成部分,负责生成车辆的局部运动轨迹,是决定车辆行驶质量的直接因素。将Frenet坐标系用于智能车运动规划问题研究,用五次多项式建立智能车运动规划模型,在自主变道场景,通过采样智能车始末状态,得到可行轨迹集合,建立质量评估函数从中筛选出最优轨迹,开发和实现一种高性能、低开销的运动规划算法。     

基于机械臂的隧道波纹钢支护结构装配控制技术探究

为研究隧道新型波纹钢初期支护快速装配施工技术,基于隧道施工常用工业机械臂分析实现搬运装配等特定功能的控制方 法和二次开发手段。主要研究和结论如下: 1)从机械臂的计算机集成控制角度出发,提出实现工业机械臂二次开发功能(如智能 装配或搬运)的研究思路。研究中选用ABB 机器人RobotStudio 离线编程平台,完成机械臂运动算法的预编程。机械臂与计算机之 间采用PC SDK 方式进行通信,交换运动目标点等数据。在计算机端联合开发设计C#程序模块,实现网络集成控制及用户交互的 功能。2)为验证控制方案的合理性,在RobotStudio 中导入波纹钢3D 模型并搭建机械臂装配虚拟仿真试验平台,设置工作站I/ O 信 号逻辑。3)利用二次开发软件控制波纹钢搬运装配运动的仿真试验运行成功,验证了基于机械臂的波纹钢装配集成控制技术的可 行性,虚拟试验仿真数据可以为实际应用提供可靠的参考,并为未来波纹钢支护结构装配施工智能化的相关研究提供基础成果。     

混凝土喷射台车工作臂逆向运动学研究

混凝土喷射台车机械臂设计十分复杂,机械臂末端执行器工作路径的控制问题是设计的关键。为解决各关节驱动控制的问题,研究机械臂结构和执行器工作路径的关系,利用D-H法建立机械臂的运动数学模型,给出其逆向运动学解。利用Matlab和COSMOSMotion计算预定喷射路径下机械臂的杆件参数,通过虚拟样机实验仿真机械臂的运动。仿真结果满足工作要求,验证了逆向运动学解的正确性。该方法可应用于类似机械臂的研究。     

正面碰撞下6岁儿童人体生物力学模型运动轨迹验证

为深入研究儿童在正面碰撞中的运动轨迹,验证所建6岁儿童生物力学人体模型在运动轨迹上的合理性,采用MADYMO库中的6岁Facet人体模型作为对标模型,通过正面碰撞仿真获取对标模型与验证模型在两点式安全带和三点式安全带约束下的运动轨迹。提出运动位移误差与运动趋势误差分析法,从运动过程和运动结果两方面评价两个人体模型脊椎运动的相似度。结果表明,验证模型在运动位移量与运动趋势上都与对标模型充分相似,且足够准确,可用于进一步的研究。     

渐优随机采样算法在结构化道路无人驾驶中的应用

为了解决随机采样算法在结构化道路无人驾驶应用中无法优化收敛的问题,采用渐进优化的采样算法框架设计符合驾驶需求的规划算法。针对渐进优化算法的耗时问题,首先选择不需要Steer(转向函数)的SST算法作为基础框架以规避求解边界值问题。其次,算法融入"Anytime"策略以提高优化解的利用率。再次,改进的闭环控制策略能减少车辆的实际轨迹与规划路径的误差。在设计的闭环策略中,应用4-D车辆运动模型以保证规划路径符合车辆的实际运动轨迹。为了保证驾驶的安全和舒适,设计了一个综合四重因素的代价函数,且根据不同的驾驶场景调整相应的权重参数。最后,利用真实的无人车在无人驾驶城市测试道路上进行测试,测试场景包括前方静态障碍物躲避、前方动态障碍物跟随以及超车和复合动静态障碍物。测试中,采用车辆的速度和转向数据代表算法的优化收敛特性和运动平稳性。研究结果表明:设计的算法能在时速30km·h-1下完成避障、跟车、超车等机动;无人车在跟驰决策下可保持30km·h-1的最高速度,在避障过程中可实现最高15km·h-1的速度,在跟车决策下可根据前车速度变换自身速度以保持合理的车距和运动平滑性。     

非独立悬架钢板弹簧的运动轨迹分析

通过对非独立悬架中钢板弹簧在整车状态下的运动轨迹的分析,阐述了对称式钢板板簧、非对称式钢板弹簧运动轨迹作图法。运用中心拓展作图法,在CATIA模块中以草图绘制为基础,对板簧和轮心轨迹进行绘制。通过DMU运动仿真模块来模拟板簧的运动方式,对对称和非对称式钢板弹簧运动轨迹进行运动仿真。运用ADAMS方法,根据非独立悬架运动学原理,以模型的空间位置为基础,在整车坐标系下得到了钢板弹簧运动轨迹。通过中心拓展作图法与ADAMS方法对比分析,验证了该方法设计的板簧在轮边、后桥、传动轴等跳动校核中的有效性。     

基于混合A*算法的自动驾驶汽车轨迹生成

自动驾驶汽车混合A*算法运行迅速,但是难以保证曲率的连续性和汽车舒适度,并且不能保证优化后的结果无碰撞。针对以上问题,以提高汽车舒适性为目的,基于最小冲击度对A*算法进行优化,在MATLAB和栅格地图中进行了算法预研,解决了低速场景下自动驾驶汽车运动过程中舒适度不足的问题。然后,针对优化算法可能导致轨迹碰撞的问题,对优化算法进行了改进,保证了汽车的安全性,并给出了“走廊”自动调整的策略。仿真结果表明:优化后的轨迹无碰撞且曲率更小,加速度不超出正常范围,可以满足正常驾驶需求。     

国外三种典型垃圾转运车机械臂上料机构技术分析

<正>通过对国外三种典型的垃圾转运车机械臂上料机构进行结构、运动过程、参数特点等方面的分析,进一步总结出三种机械臂上料机构在性能上的优缺点,为适合国内垃圾收运特点的机械臂的研发提供了参考。     

改装车辅助装置四杆机构的CAD

结合改装车辆辅助装置的运动轨迹设计，叙述了给定连杆轨迹四杆机构的CAD设计方法和步骤，并介绍了用计算机软件UG(Unigraphics)作给定轨迹四杆机构的运动仿真及校核。     

伸缩臂叉装车铰点位置的优化设计

通过分析伸缩臂叉装车的运动和受力特点，用机械优化设计方法建立铰点位置的目标函数，并利用Matlab工程软件进行求解，得到优化后的目标位置。     

基于动态规划与神经网络的增程式电动汽车能量管理策略研究

设计了一种具有实时控制能力的增程式电动汽车混合型能量管理策略。首先建立了面向能量管理策略优化的增程式电动汽车整车模型。根据能量管理策略特点,将优化目标设置为增程器系统燃油消耗及动力电池当前SOC值与目标值之间差值的总和。再采用动态规划算法求解增程式电动汽车在给定行驶工况下的能量管理优化问题,从而获得了增程器开启时刻与输出功率优化结果。但由于动态规划算法需要已知详细的工况信息,很难应用于实车实时控制,而且从动态规划优化结果中不易提取控制规则,因此利用BP神经网络算法对优化结果进行离线训练,建立了增程器输出功率与车辆行驶状态参数间的非线性映射关系,得到了具有实时控制能力的神经网络控制模型。在采用BP神经网络训练时,根据车辆各个状态参数在CAN总线中的传输精度,对神经网络输入层、输出层参数的精度进行了修正。仿真结果表明:神经网络模型能够获得类似动态规划的最优控制效果,能够控制动力电池SOC在目标值的3%误差带以内。采用NEDC工况对混合型能量管理策略进行了硬件在环仿真试验,试验结果表明:与实车采用的电能消耗-电能维持型控制策略相比,所提出的混合型能量管理策略使汽车的燃油经济性提高了9.5%。     

基于OGS-DTW算法的交通事件自动检测方法

为提高交通事件检测方法的综合性能,使用动态背景更新和改进的运动估计,将动态图像序列转化为车辆标号场,实现对车辆的跟踪;构造轨迹建模和编码,提取车辆的运动轨迹,并建立自组织神经网络进行行为模式学习;最后,使用OGS-DTW算法对轨迹数据进行预处理,并对距离函数进行求解,从而实现待测事件序列的轨迹与典型轨迹数据模式的匹配。分别以U形转、违章左拐和违章变道3种事件为对象进行了多组对比,检测成功率均在80%以上。试验还进行3种检测方法指标的对比,在平均耗时方面,一般的DTW算法、改进的DTW算法及基于OGS改进的DTW算法分别是126.5、62.5、69.8 s;而它们的事件检测成功率分别是84.6%、68.8%和88.3%。结果表明:基于OGS-DTW算法的交通事件检测方法稳定且可靠,在显著降低计算量的同时,仍然保证了较高的匹配准确性,成功率高、实时性好。     

绿化修剪车避障工作装置运动学分析

以绿化修剪车的工作装置为研究对象,通过矩阵分析法建立了工作臂矢量运动方程,完成了机械臂的运动学分析。同时,运用ADAMS对绿化修剪车的工作装置进行了运动学仿真,得到了绿化修剪车触杆的运动包络图和割草机触杆末端的位移、速度及加速度,验证了机械臂数学模型的正确性。最后,根据绿化修剪车工作装置的实际运动情况和仿真结果,推算出绿化修剪车的最大作业速度和避障时间,为后续液压系统设计和工作臂的控制设计提供了理论依据。     

高速公路边坡滚石运动学参数敏感性研究

滚石是公路边坡工程中一种常见的动力地质灾害。正确估算滚石运动轨迹是经济合理地进行防护结构设计的基础。滚石运动轨迹受多种参数的影响,准确把握各运动学参数对防护结构设计控制指标的敏感性,可以更加有针对性地进行滚石灾害防治工作。将正交试验设计与基于运动学的滚石运动轨迹数值计算方法相结合,以景鹰高速公路DK27+120里程附近边坡滚石灾害为例,将3类防护结构设计控制指标作为试验指标,将5种影响滚石运动轨迹的参数作为试验因素,应用正交试验表安排滚石运动轨迹数值计算试验,进行3指标5因素正交试验。通过试验结果的极差分析与方差分析,对滚石运动学参数的敏感性以及显著性进行分析和检验,确定影响防护结构设计控制指标的主要参数,为该路段边坡滚石灾害的防治提供科学依据。     

信号交叉口自动驾驶左转车辆类人化全局运动轨迹规划

为了提高信号交叉口自动驾驶车辆左转运动规划的适应性、鲁棒性与类人化程度，提出一种考虑多目标需求的自动驾驶类人化全局运动规划方法。首先，基于西安市北大街信号交叉口规格构建结构化场景，结合车辆运动学模型与道路几何规格定义自动驾驶车辆规范化行驶安全域和车辆运动参数约束条件；其次，根据信号灯状态、道路限速与车辆性能约束制定上游阶段车辆不停车通行规则，以行驶安全、燃油消耗、通行效率与驾驶舒适度作为目标性能函数，构建类人化全局多目标优化模型，通过人类驾驶的车辆预转弯行为耦合上游阶段与转弯阶段；再次，针对非线性运动规划模型变量与约束规模化问题，采用粒子群算法与全联立正交配置有限元方法求解不同阶段车辆运动轨迹的最优解；最后，试验建立Prescan与MATLAB/Simulink联合仿真平台，从多目标性能、适应性以及合理性方面验证该模型的综合性能。结果表明：在以信号灯状态和车辆初速度为变量建立的12种工况下，该模型与人类驾驶车辆、混合运动规划模型相比，平均可分别节省燃油消耗63.7%和29.5%，平均通行延时分别降低3、0.9 s，且轨迹曲率更平缓，最大横向加速度与方向盘转角平方和的平均值最小，证明该模型的多目标性能更好；在以路缘石半径与车道数目为变量建立的7种交叉口规格工况下，所提出模型的车辆轨迹平滑，轨迹安全域边界距离始终大于1.4 m，曲率变化符合期望且峰值小于0.22 m^-1，说明该模型具有较好的适应性；在自由/固定终端时刻条件下，该模型规划的车辆空间路径、速度、曲率及航向角的变化与目标权重变化保持一致，验证了模型的合理性。     

燃料电池汽车能量管理控制策略研究

针对燃料电池混合动力汽车(FCHEV)能量管理策略进行了研究,对燃料电池汽车的能量管理控制策略进行了梳理和分类。从基于规则和基于优化这两个角度将控制策略进行了横向分类,再将规则型和优化型控制策略做了纵向梳理。具体介绍了模糊控制、神经网络、动态规划、庞特里亚金极值原理与等效消耗最小原理等的具体应用。分析比较了不同优化算法的优劣势,并对之后控制策略的研究方向提出了建议。