基于自然驾驶数据的跨江大桥小客车跟驰特性研究

为明确跨江大桥的跟驰行为特征以及驾驶模式,在重庆菜园坝大桥展开了30位被试的小客车实车驾驶试验,使用华测航姿测量系统和前视碰撞预警系统Mobileye 630采集自然驾驶状态下汽车的连续行驶速度、车头时距和车头间距等数据。通过筛选得到了725条有效跟驰轨迹数据,对比分析发现跨江大桥与城市一般道路的跟驰行为存在一定差异性,明确了菜园坝大桥车头时距和车头间距的分布特征,并且对强跟驰(小于1.6 s)、过渡区间(1.6~2.6 s之间)以及弱跟驰(大于2.6 s)3种跟驰状态和驾驶人性别差异下的跟驰数据进行了分析。结果表明:桥梁段车头时距分布集中在1.6 s处,车头间距分布集中在18 m处;超过1/3的跟驰轨迹处于强跟驰状态,此状态下前车驾驶行为对跟驰车辆具有较强制约性;当车辆处于弱跟驰状态时,前车对于后车的约束性会随车头时距的增大而快速降低;过渡区间的设立更好地揭示了强/弱跟驰状态之间的转变并不是只有一个临界值,而是存在一个转换过程,并且其间车辆跟驰特性的变化与驾驶人本身的操作行为存在较大关联;驾驶人的性别差异对跟驰距离几乎没有影响,但男性驾驶人往往会采取更加冒险的驾驶行为,平均车头时距、车头间距以及相对速度均高于女性驾驶人。     

欧曼超级重卡参加国内首次自动驾驶列队跟驰公开验证

<正>2019年5月7日,第5届智能网联汽车技术及标准法规国际交流会(ICV 2019)及"自动驾驶汽车列队跟驰标准公开验证试验"在天津西青区举行,这也是国内首次自动驾驶列队跟驰标准公开验证试验。最终,验证结果显示,本次进行验证的欧曼EST-A重卡以稳定车辆状态和优异的跟车距离,较同场验证的其它品牌重卡实现车间距更小,展现出福田戴姆勒汽车在自动驾驶领域尤其列队跟驰方面的技术优势,以创新引领商用车自动驾驶发展。     

基于计算机视觉的汽车整车尺寸测量系统

针对汽车尺寸测量的应用背景，根据双目视觉原理开发了一套基于计算机视觉的汽车整车尺寸测量系统。论述了该双目视觉测量原理及传感器模型，利用图像差值法实现车身目标检测，并在此基础上利用Sobel算法、阈值化等技术实现特征点提取。结合特征匹配与区域匹配技术实现立体匹配，并完成自动测量。试验结果表明，该系统可以实现汽车整车尺寸的自动、快速、准确测量。     

基于驾驶状态识别的自动紧急制动控制策略

针对自动紧急制动系统缺乏对驾驶员实际需求与个性化考虑的问题,提出一种基于驾驶状态识别的自动紧急制动控制策略。引入驾驶状态识别系数将驾驶状态分为激进型、标准型和保守型3类,并将其用于最小安全距离修正。结果表明,基于驾驶状态识别的自动紧急制动系统可以更好地协调车辆起始制动距离,车辆制动后与前车的最小安全距离更符合驾驶员的心理预期,提高了驾驶员的认可度与信任度。     

城市道路跟驰车辆驾驶员视觉感知滞后效应的研究

根据驾驶员的视觉感知阈及城市道路交通特点，分别建立了城市道路中直道、弯道以及超车3种情况下跟驰车辆驾驶员视觉滞后时间的计算公式。从城市交通具体参数计算结果表明，跟驰车辆驾驶员总反应时间中视觉感知滞后时间是不可忽视的。     

面向混合自动驾驶车流的协同自适应巡航控制EI北大核心CSCD

车联网V2V环境下能实时获取自车和周围车辆的运动状态、驾驶工况和道路环境,为汽车自适应巡航控制系统提供更准确的信息。为消除自动驾驶汽车(AV)和人工驾驶汽车(MV)混合行驶工况下的车头时距干扰对汽车纵向巡航控制的影响,提出了一种基于车联网V2V的协同自适应控制方法。通过车联网V2V实时采集车辆跟驰过程中车辆基本安全信息(basic safety message,BSM),进而获得车辆相对运动状态和驾驶行为序列;应用线性最优二次型方法建立驾驶操纵序贯链优化目标函数,再对扰动作用下的汽车运动状态改变量进行短时预测;在此基础上,以混合车流车头时距的最优均衡状态为目标,构建了车辆跟驰间距的滚动优化模型和协同自适应控制方法。实验结果表明,在头车加/减速行驶工况下,改进后的车辆控制器能更快响应前车运动状态的变化量,并在保证车辆安全跟驰间距的情况下,降低了车头时距,提高了道路通行能力。     

基于双里程计传感器融合的SLAM建图研究

在自动驾驶车辆研究领域中，SLAM车辆感知是热点研究领域之一，SLAM根据里程计类型可分为以视觉为主和以激光为主。两者本质上都以实现位姿估计和地图构建为目的，激光里程计主要是构建点云地图比较直观，视觉里程计构建的是稀疏视觉特征的地图。本文提出紧耦合双里程计传感器融合的SLAM框架，以完成实时状态估计和地图构建，并且具有高精度和鲁棒性。该方法可以有效地解决传统基于视觉或激光算法或者视觉和激光单一松耦合中累积误差的问题，框架融合了视觉与激光惯性的各自优点而形成两个子系统，这两个子系统采用紧密耦合方式进行设计，构成一个完整的系统。实验通过Ouster数据集评估绝对轨迹整体误差，并且该方法在自动驾驶接驳车中的应用表现出较高的精度。     

考虑前后多车的网联自动驾驶车辆混流跟驰模型

随着中国新基建战略的提出及自动驾驶和网联通信技术的不断发展，网联自动驾驶车辆（CAV）、自动驾驶车辆（AV）和常规人驾车辆混行的交通流将在未来长时间存在。建立适用于网联自动驾驶车辆、自动驾驶车辆和常规人驾车辆3种类型车辆的混流跟驰模型，考虑多前后车车头间距、多前车速度差、加速度差、与主体车辆的相对距离等因素，并进行典型场景的数值仿真。刹车和起步过程的3种混流数值仿真结果显示，模型在几种典型混行场景下均具有可行性，车辆的加速度和速度变化更为平缓。不同CAV比例下的数值仿真结果显示，车队中CAV比例越高，车队整体恢复至平稳状态的时间越短，波动幅度越小。CAV均质流数值仿真结果表明，与MHVAD模型相比，该模型不稳定区域减小33.8%，所控制的车队速度波动幅度减小14%。CAV与AV混流的数值仿真结果显示，与PATH实验室模型相比，由该模型控制的车队加速度进入相对稳定状态提前5.5 s。该模型可用于不同车辆均质流及3种车辆混行的队列控制，在目前开展混行实车试验困难的情况下，也可应用该模型进行混行跟驰仿真，从而为混行交通流的道路交通管理及基础设施布设提供理论依据和模型支持。     

自适应巡航及协同式巡航对交通流的影响分析

自适应巡航（ACC）和协同式自适应巡航（CACC）等自动驾驶技术正逐渐进入市场，未来一段时间内道路交通流将由人工驾驶车辆与不同等级、不同形式的自动驾驶车辆混合构成。为分析ACC和CACC对交通流的影响，利用实测交通数据NGSim建立人工驾驶车辆跟驰模型，并在综合已有ACC和CACC模型的基础上，提出基于安全间距的自动驾驶跟驰行为模型，进而得出不同ACC，CACC车辆渗透率下交通流的基本图模型。研究结果表明：自动驾驶可以提升交通容量；与ACC车辆比例r_a相比，CACC车辆比例r_c对交通容量的影响更为显著；当r_c>0.5时，饱和流量快速增加，当r_c=1时，饱和流量约为纯人工驾驶时的2倍。进一步，通过仿真考察车辆在车队中的跟驰响应和交通流在瓶颈处的运行情况。研究结果表明：自动驾驶改善了交通流的动态特性，对存在跟驰关系的连续车流来说，自动驾驶使得后车可以更加及时地响应前车的行为，车流会在更短的时间内进入稳态；在交通瓶颈处，自动驾驶降低了拥堵程度，提高了阻塞发生的临界流量。总体来看，自动驾驶对交通流静态和动态性能均有所提升，特别是在协同式自动驾驶场景下，车辆行为更加协调一致，交通流表现出良好的抗扰性，进一步验证了车路协同对自动驾驶的意义。     

基于双目视觉的前车距离识别方法

本文提出一种基于双目视觉系统,对道路上各对象进行特征识别的方法。首先利用Canny算子和霍夫变换等图像处理方法检测出道路区域,以提高其后的图像处理效率;然后在道路区域内部通过阴影识别方法对车辆进行识别;最后利用双目视觉几何关系,对对象物体距离进行比较。实验结果表明,通过本文所述方法可准确识别出图像中各对象及其距离关系。     

基于着陆器帮助的月面巡视探测器定位方法研究

提出了以着陆器为基站,采用立体视觉测量技术以及彩色图像分割的方法,进行跟踪测量的月面巡视探测器定位方法,能够对惯导系统加里程计的定位方法进行修正,减小月面巡视探测器的计算工作量。在定位方法的研究中,采用彩色图像分割方法,能够适应各种光照条件的影响,并且运算速度快,能够达到实时图像伺服控制的目的。通过月面巡视探测器上制作特征点及采用模式识别技术,提高了图像匹配概率。通过卡尔曼滤波技术,能够满足任意时刻的月面巡视探测器定位要求。     

基于红外测距的道路前方车辆探测预警系统研究

进行道路前方车辆探测预警系统设计时,通常采用红外测距仪来获取道路前方车距信息,并以此作为前车探测的基础数据。为了消除系统状态误差和测量误差对车距信息数据精度的影响,可根据车距信息和相对车速不会突变的特性建立预测模型,基于此预测模型,应用Kalman滤波理论准确预测相对车速,并利用车距信息和相对车速计算安全距离报警阈值。试验证明该探测及预警方法可大大提高车辆探测的准确性和鲁棒性。     

基于自然驾驶数据的跟车场景潜在风险评估

为弥补传统风险评价指标对相对速度较小的跟车场景危险水平评价能力的不足，减少跟车场景中追尾事故的发生，提出了跟车场景潜在风险的概念。将假定前车以较大制动减速度减速条件下的风险称为潜在风险，并构建了代表驾驶人在潜在危险跟车场景下进行避撞操作需满足的最大反应时间的参数时间裕度（TM）。由于追尾危险工况中常见采取的避撞操作可分为制动和制动转向两大类，分别对典型制动避撞过程和制动转向避撞过程进行了分析，从而推导出分别针对2种跟车潜在危险场景的TM计算方式。通过自动筛选与人工筛选结合，获得了中国自然驾驶数据库（China-FOT）中具有中国驾驶人特点的制动避撞危险工况87个和转向制动避撞危险工况40个进行分级，并基于图像处理方法提取了前车制动开始时刻的TM值，从而得到跟车场景潜在风险两级危险域的划分。结果表明：制动避撞场景下，本车车速过低和过高时，TM值的变化均不明显；而在制动转向避撞场景中，只有速度较高时阈值才保持不变。通过对正常驾驶视频的分析，引入对比组共计正常跟车制动工况163例和正常跟车转向变道工况151例的车头时距（THW）值，其统计分析结果与支持向量机分类结果均难以清晰描述跟车场景危险水平与本车速度之间的关系。为研究跟车场景潜在风险评价在自动驾驶中的应用，对于制动避撞场景，在设定TM值不变和相对速度不变的条件下，分别对基于TM的最小相对距离和距离碰撞时间（TTC）值进行了仿真，仿真结果显示，相比于TTC而言，TM的评价稳定性受相对速度影响小，在自动驾驶跟车策略开发和避免其发生责任追尾事故中有重要应用价值。     

An Extended Adaptive Kalman Filter for Real-time State Estimation of Vehicle Handling Dynamics

This paper considers a method for estimating vehicle handling dynamic states in real-time, using a reduced sensor set; the information is essential for vehicle handling stability control and is also valuable in chassis design evaluation. An extended (nonlinear) Kalman filter is designed to estimate the rapidly varying handling state vector. This employs a low order (4 DOF) handling model which is augmented to include adaptive states (cornering stiffnesses) to compensate for tyre force nonlinearities. The adaptation is driven by steer-induced variations in the longitudinal vehicle acceleration. The observer is compared with an equivalent linear, model-invariant Kalman filter. Both filters are designed and tested against data from a high order source model which simulates six degrees of freedom for the vehicle body, and employs a combined-slip Pacejka tyre model. A performance comparison is presented, which shows promising results for the extended filter, given a sensor set comprising three accelerometers only. The study also presents an insight into the effect of correlated error sources in this application, and it concludes with a discussion of the new observer's practical viability.     

Identifying tyre models directly from vehicle test data using an extended Kalman filter

Individual tyre models are traditionally derived from component tests, with their parameters matched to force and slip measurements. They are imported into vehicle models which should, but do not always properly provide suspension geometry interaction. Recent advances in Global Positioning System (GPS)/inertia vehicle instrumentation now make full state measurement viable in test vehicles, so tyre slip behaviour is directly measurable. This paper uses an extended Kalman filter for system identification, to derive individual load-dependent tyre models directly from these test vehicle state measurements. The resulting model therefore implicitly compensates for suspension geometry and compliance. The paper looks at two variants of the tyre model, and also considers real-time adaptation of the model to road surface friction variations. Test vehicle results are used exclusively, and the results show successful tyre model identification, improved vehicle model state prediction – particularly in lateral velocity reproduction – and an effective real-time solution for road friction estimation.     

基于扩展卡尔曼滤波的车道融合跟踪

车道检测算法的研究是智能车辆自动导航的首要环节。与目前基于视觉的车道检测与跟踪系统不同,本文提出一种基于扩展卡尔曼滤波的车道融合跟踪方法。该方法利用毫米波雷达探测到前方车辆的距离信息,并采用扩展卡尔曼滤波技术和图像处理技术,建立车道跟踪的动态视觉窗口,提取车道边界,并判断前方车辆相对于车道的位置。该方法大大缩减了处理时间,且增强了系统的鲁棒性。     

基于探测车数据的路段行程时间估计

利用探测车数据进行路段行程时间估计面临着两类误差：采样误差和非采样误差,从而导致估计结果精度不高和可靠性差。在回顾已有估计方法的基础上,有针对性地引入了自适应式卡尔曼滤波,建立了相应的状态方程和观测方程,利用相似时间特征的历史数据标定了状态转移系数,并对滤波进行了求解。以实际数据对估计方法进行了验证,平均相对误差为13.13%。研究表明,自适应式卡尔曼滤波能够应用到基于探测车数据的路段行程时间估计中来,并具有估计精度高、收敛速度快、参数少、对初值不敏感等优点。     

基于扩展卡尔曼滤波神经网络算法的公路货运周转量预测

介绍了扩展卡尔曼滤波的原理,针对人工神经网络神经元之间权值的调整过程,建立了权值调整的状态空间模型,并采用扩展卡尔曼滤波对该模型的状态变量进行递推估计.文中仿真以全国历年公路货运周转量为例,分别采用BP算法和扩展卡尔曼滤波算法对神经网络进行训练,2种训练方法预测的结果对比表明扩展卡尔曼滤波训练算法具有更好的准确性和更高的运算效率.     

基于RFID电子车牌数据的公交行程时间预测方法

为了给公交优先信号配时系统提供足够的"思考"时间和准确的控制依据，基于重庆市RFID电子车牌数据提出了一种采用自适应渐消卡尔曼滤波和小波神经网络组合模型动态预测公交行程时间的方法。综合分析公交行程时间的动态和静态影响因素，选取的模型输入参量为标准车流量、路段车辆平均行程时间、平均车速离散性和前班次公交行程时间。利用RFID电子车牌系统采集重庆市鹅公岩大桥路段车辆行驶数据，选取3 000组实际运行数据完成公交行程时间预测模型的训练，另筛选50组数据验证模型的有效性和准确性。研究结果表明：组合模型可动态自适应预测公交行程时间，预测值平均相对误差为3.23%，绝对误差集中在8 s左右，明显优于2种单一模型和基于传统GPS数据的公交行程时间预测模型，可认为选择RFID电子车牌数据作为组合模型的输入，能够明显改善模型预测精度；组合模型预测值的残差分布更为集中、鲁棒性较好，泛化能力强。选择平均绝对误差值、均方根误差值和平均绝对百分比误差作为模型评价指标，结果进一步表明，组合模型的综合预测效果明显优于单一的自适应渐消卡尔曼滤波和小波神经网络。研究方案可为先进公交信息化系统提供良好的技术支撑。