智能网联车辆生态驾驶研究现状及展望

作为近年来智能网联汽车领域的研究焦点，生态驾驶旨在提高驾驶安全的基础上，通过改善驾驶行为，有效缓解能源消耗和污染排放等问题，引起了各国政府、企业、高校和研究机构等的高度重视。同时，随着智能网联车辆技术的迅速发展，网联环境为生态驾驶提供了新的发展契机。为了分析智能网联车辆生态驾驶的研究进展，通过与传统生态驾驶进行对比，从车辆自身特性、驾驶人个性、道路交通状况与社会条件4个方面分析了智能网联环境下的生态驾驶的影响因素；从生态驾驶控制策略和生态驾驶应用现状2个方面对现有智能网联生态驾驶研究进行了归纳与分析；并从影响因素、控制策略和决策优化3个方面讨论了生态驾驶的意义、应用与目前所存在的问题，致力于为未来的相关研究提供有益的指导与借鉴。分析结果表明:智能网联环境下的生态驾驶和传统生态驾驶的影响因素较为相似，不过网联传感器和通信条件对智能网联环境生态驾驶有着较为显著的影响；相较于传统生态驾驶，智能网联环境下生态驾驶的控制策略与决策优化多考虑复杂驾驶工况、多车级别的全局生态驾驶；且由于各种新型技术的快速发展，结合先进的技术、适应行业发展需要也将成为未来智能网联生态驾驶发展的必然趋势。      

基于人机共驾的车道保持辅助控制系统研究（双语出版）

车道保持控制系统是汽车安全辅助驾驶的重要组成部分，可有效提高汽车主动安全性、避免车辆无意识地偏离本车道。目前，大部分车道保持控制系统在工作时将驾驶人的操作视为外界干扰，没有考虑人机共驾阶段下驾驶人与控制系统的控制权分配问题，易造成人机冲突、影响驾驶人的驾驶感受。论文兼顾驾驶人与辅助控制系统各自优势，基于人机共驾技术对车道保持控制系统进行研究。构建基于安全行驶区域与最晚预警边界相结合的车道偏离决策模型，在保证其预警精度的同时降低计算复杂性，根据车辆行驶状态和路面附着系数动态调整预警阈值；研究串级MPC-PID控制策略实现对车辆横向位置的控制，将最优问题转化为二次规划求得目标前轮转角，利用PID算法完成对目标前轮转角的跟踪；引入共驾系数对车辆的控制权进行分配，研究共驾系数分配模型，以车辆状态误差和驾驶人转向力矩作为模糊控制的输入变量、共驾系数作为输出变量，降低辅助控制系统与驾驶人之间的冲突；最后，利用CarSim与Simulink联合仿真对所研究的控制策略进行仿真验证，结果表明共驾系数能够根据驾驶人的操作和车辆运行状态的变化实现动态调整，辅助控制力矩与驾驶人输入力矩变化趋势相同，在保留驾驶人一定操作的基础下可避免车辆偏离车道、降低人机冲突。     

安全切入场景下的驾驶人初始制动时刻分析

基于中国自然驾驶项目的China-FOT数据库，研究安全切入场景下的驾驶人制动响应，为研究自动驾驶功能在安全切入场景下的控制策略开发及测试评价提供参考。首先使用人工截取车载视频的方法初步筛选出266例安全切入场景工况，通过观看车载视频提取交通环境参数（包括光照条件、切入车辆切入方向、车辆类型、横向位置变化等）以及本车驾驶人制动响应等视频数据；通过自动截取CAN总线数据提取本车车速、加速度等车辆动力学参数；并使用MATLAB图像分析的方法估算两车相对速度、相对距离等图像处理结果。然后基于提取到的工况数据，分析驾驶人响应类型及分布，得出在前车安全切入场景下，本车驾驶人保持本车道行驶的响应行为占96.24%，保持本车道行驶且同时制动的响应比例为51.13%。因此，对前车安全切入时，本车驾驶人保持本车道行驶的同时采取制动响应的行为进行了更深入的研究，以提取的136例符合此响应行为的工况数据为基础，以THW（Time Headway）值作为表征参数分析驾驶人初始制动时刻特征。预设交通环境、切入车辆参数、本车参数中可能对THW值产生影响的因素，分析THW值在预设的影响因素下的分布情况，并使用皮尔逊相关性检验验证THW值与该因素的相关关系，最终确定切入车辆类型、两车相对车速及相对距离与THW值显著相关。最后使用以上显著影响因素的参数进行聚类分析，得到5种典型的安全切入场景下的制动工况。     

驾驶行为与驾驶风险国际研究进展

驾驶人在驾驶车辆的过程中总会面临由自身或外界条件所带来的或高或低的风险，即驾驶风险，通过对驾驶风险进行识别、分析及评估是对风险进行管理的有效对策，明确由人为因素（即驾驶人个体特征及驾驶行为）所带来的驾驶风险并对驾驶人进行安全管理尤为重要。为了全面了解各类危险驾驶行为和各种驾驶人群体的驾驶风险行为研究进展，对驾驶风险领域重点问题进行了总体概述。从驾驶人个体特征及驾驶行为的角度出发，探究了驾驶风险领域目前的研究现状，并利用科学知识图谱展示驾驶风险领域研究的发展进程与结构关系。通过Web of Science核心合集数据库获取了3 406篇在1986~2020年（截至2020年2月29日）间出版的驾驶风险研究相关英文文献，共涵盖8 684位作者及6 018个关键词，基于科学知识图谱对该领域文献进行梳理与分析。结果表明：驾驶风险领域的国外研究在驾驶人选择方面主要从年轻驾驶人、老年驾驶人、新手驾驶人及职业驾驶人的角度进行切入，重点围绕酒驾、药驾、分心驾驶及疲劳驾驶等主题开展研究。与国外研究相比，中国在分心驾驶、疲劳驾驶领域的研究相对丰富，而针对酒驾、药驾的研究试验手段较为单一，研究不够全面；在研究对象的选取上，有必要进一步增加老年驾驶人及新手驾驶人的深入研究，包括老年驾驶人适驾性评估与教育培训，以及新手驾驶人驾照分级制度的可行性探索。在研究方法方面，国外常见研究方法包括问卷调查、驾驶模拟器试验、实车试验以及自然驾驶研究等，而中国在自然驾驶研究领域尚未充分开发利用；未来应考虑多种方法相结合并从不同角度促进对驾驶行为及驾驶风险的全面理解。     

驾驶辅助技术在事故预防中的应用效果

越来越多的车型都搭载了驾驶辅助系统,部分驾驶人对这类系统的实际效果持怀疑态度。本文通过调研国内外相关研究,对几类主流驾驶辅助系统的事故预防效果进行综述。与相同条件下未安装驾驶辅助系统的车辆对比,研究人员发现多数驾驶辅助系统在事故预防方面发挥了明显的作用,降低了相关的事故率、保险索赔率,其中前向和后向的自动紧急制动系统效果最为显著。此外,驾驶人对驾驶辅助系统的接受度以及响应度均会影响事故预防效果。     

考虑肌电信号的驾驶人弯道操纵行为分析

驾驶人是"人-车-路"闭环系统中的核心。近年来，研发人性化、个性化的汽车驾驶辅助系统逐渐成为行业热点。为了更加透彻地理解弯道驾驶行为特性，为弯道驾驶辅助系统提供功效评估与优化，提出了一种考虑肌电信号的驾驶人弯道行驶过程操纵行为分析方法。招募12名驾驶人在试验场标准路面上进行实车试验，其中包含6名专业试车师与6名普通驾驶人，要求驾驶人分别以30，40，50 km·h^-1的不同初速度驶入U形弯道并自由驾驶。试验过程中记录驾驶人颈部肌电信号数据和车辆运动状态数据，分析转弯行驶车辆侧向运动对不同驾驶能力的驾驶人生理体验的影响，同时进一步探讨不同类型驾驶人在不同入弯速度条件下颈部肌电信号与侧向加速度的关联差异特性。试验结果表明：相同工况下，专业驾驶人和普通驾驶人颈部肌电特征值存在显著差异，专业驾驶人颈部肌电信号特征与车辆侧向加速度呈现一定的线性关系；随着驾驶任务难度的增加，驾驶能力好的驾驶人能够较好地适应任务的变化，在进行纵侧向耦合操纵时能够较好地协调身体生理反应与车辆侧向运动保持较好的关联特性。研究成果为进一步探索并完善驾驶体验评价方法提供了新的研究思路，同时，可为汽车辅助驾驶系统功能设计与智能汽车行驶性能的用户体验测评提供技术支撑。     

先进驾驶辅助系统的接受程度及其影响因素分析

研究驾驶人对驾驶辅助系统(ADAS)的接受程度及其影响因素,有利于ADAS的推广和功能改善.招募46名被试,分2次驾驶未安装和安装有ADAS的车辆,行驶于武汉市典型道路各105km,并完成驾驶人基本信息和关于ADAS接受程度问卷.基于技术接受模型(TAM)分析驾驶人对ADAS的接受程度,应用方差分析方法研究驾驶人对ADAS接受程度的影响因素.结果表明,43名驾驶人对ADAS的接受程度均值为80.9%(SD=0.191);驾驶人的性别、年龄和驾驶经验对ADAS的接受程度没有显著性影响;ADAS类别对驾驶人的接受程度有显著性影响,驾驶人对于FCW系统的接受程度较高,而对LDW系统接受程度较低;道路类型对驾驶人的接受程度也有显著性影响,驾驶人在城市道路上对ADAS的接受程度最低.      

基于人机共驾的车道保持辅助控制系统研究

车道保持控制系统是汽车安全辅助驾驶的重要组成部分,可有效提高汽车主动安全性、避免车辆无意识地偏离本车道。目前,大部分车道保持控制系统在工作时将驾驶人的操作视为外界干扰,没有考虑人机共驾阶段下驾驶人与控制系统的控制权分配问题,易造成人机冲突、影响驾驶人的驾驶感受。论文兼顾驾驶人与辅助控制系统各自优势,基于人机共驾技术对车道保持控制系统进行研究。构建基于安全行驶区域与最晚预警边界相结合的车道偏离决策模型,在保证其预警精度的同时降低计算复杂性,根据车辆行驶状态和路面附着系数动态调整预警阈值;研究串级MPC-PID控制策略实现对车辆横向位置的控制,将最优问题转化为二次规划求得目标前轮转角,利用PID算法完成对目标前轮转角的跟踪;引入共驾系数对车辆的控制权进行分配,研究共驾系数分配模型,以车辆状态误差和驾驶人转向力矩作为模糊控制的输入变量、共驾系数作为输出变量,降低辅助控制系统与驾驶人之间的冲突;最后,利用CarSim与Simulink联合仿真对所研究的控制策略进行仿真验证,结果表明共驾系数能够根据驾驶人的操作和车辆运行状态的变化实现动态调整,辅助控制力矩与驾驶人输入力矩变化趋势相同,在保留驾驶人一定操作的基础下可避免车辆偏离车道、降低人机冲突。     

基于 AHP 和物元分析的愤怒驾驶状态辨识研究

驾驶人在愤怒情绪下的驾驶行为是影响车辆行驶安全性的重要因素之一,愤怒驾驶情绪的产生及其程度受到驾驶人自身和道路交通环境中多因素的影响。文中综合考虑驾驶人自身因素和行车环境对驾驶状态的影响,提出了愤怒驾驶状态的辨识方法。文中筛选了与愤怒驾驶行为相关的驾驶人因素和道路环境因素,构建了1个驾驶人愤怒状态辨识的层次分析模型,并根据相关因素之间对愤怒驾驶行为影响的重要程度构造判断矩阵,求出各相关因素对愤怒驾驶行为的影响权值。应用综合权重的物元多属性决策方法辨识驾驶人的愤怒驾驶状态及程度。应用所提出的方法对22组实车试验中出现的愤怒驾驶状态进行辨识,结果表明,72.7%的结果与实车实验所得的结果相符,因此,该方法可对愤怒驾驶行为进行识别。文中所提出的方法能够融合驾驶人因素和环境因素对愤怒驾驶行为的影响,有效的辨识出驾驶人的愤怒驾驶状况及程度。      

驾驶人熟悉程度对其安全驾驶行为的影响研究综述

驾驶人作为人-车-路-环境复杂系统中最核心的因素,在交通安全中发挥最为关键的作用。聚焦驾驶人熟悉程度这一因素对道路交通事故的影响,系统地梳理和分析了驾驶人熟悉程度与交通事故的关系及其影响安全驾驶的机理等相关研究及成果。首先,基于驾驶人熟悉程度的距离维度和频率维度识别标准,分析了驾驶人对道路、环境及车辆的熟悉程度与其发生交通事故概率的关联性;其次,从驾驶人控制行为、路径选择行为及视觉行为等角度归纳了驾驶人熟悉程度影响其安全驾驶的机理;最后,就该领域面临的挑战及未来的研究趋势进行了分析和探讨,提出进一步标准化驾驶人熟悉程度指标的方法,为驾驶安全程度评价及提高交通安全提供了理论基础。针对已有相关研究的局限性及机理研究中尚不明朗的问题,后续研究需从认知心理学方面探究因道路、环境、车辆等驾驶人熟悉程度影响其安全驾驶的机理,进一步将视觉特征指标与生理指标结合以量化驾驶人熟悉程度,将此纳入到道路选择模型中。同时,从生理指标角度客观衡量驾驶人熟悉程度对其乘坐舒适度的影响,这些为提升自动驾驶技术接受度、交通安全及车辆安全提供强有力的理论基础。     

信号交叉口基于出发时刻预测的生态驾驶方法

在城市道路交通中,信号交叉口区域内车辆频繁停车启动的现象,加剧了整体交通流的能源消耗、污染排放与车辆延误。为了减少信号交叉口启停波现象对整体交通流产生的负面影响,以面向未来人工驾驶车辆(HDV)/智能网联车辆(CAV)混合构成的新型混合交通环境为基础,提出了一种基于出发时刻预测的生态驾驶方法,通过优化CAV的驾驶轨迹,减少交叉口区域的车辆延误和能源消耗。首先,对混合交通流的基本图模型进行了分析,根据启停波影响范围,划分CAV通过交叉口的驾驶场景;然后,建立了子区渗透率对饱和车头时距的影响关系,预测了CAV以当前饱和车头时距通过交叉口的时间;最后,结合车辆与交叉口的距离,利用分段三角函数模型,生成其通过交叉口的速度限制曲线,并将优化速度嵌入到智能车辆的跟驰模型中作为限制速度,从而使CAV在无法通过当前绿灯窗口的条件下,实现提前减速,在通过交叉口区域后解除速度限制,切换回自身的跟驰模型。此外,还提出了平均综合效能这一指标来综合评价驾驶策略在效率和能耗2个方面的性能,并将提出的基于出发时刻预测的生态驾驶方法与传统网联车辆控制方法、经典交叉口节能控制方法进行了对比。研究结果表明:提出的出发时刻预测方法可以精确预测CAV在交叉口的出发时刻,有效减少车辆的能源消耗与污染排放,同时提高信号交叉口的通行效率;在渗透率大于60%情况下,该方法对系统效能的提高达到12%左右,在10%渗透率条件下也可以达到6%的效能增益;在交通饱和流率在0.5~0.9的范围内时,系统的效能增益较明显。     

车-路-云融合的智能混合动力汽车节能驾驶技术研究进展与挑战

随着汽车的智能化与网联化,混合动力汽车的节能驾驶技术已由单纯的动力总成能量管理向涵盖车-路-云一体化的综合控制演化,基于车速规划的经济性驾驶与基于路径规划的经济性路由可显著提高汽车的节油率。介绍了现有混合动力汽车的典型节能驾驶技术,指出了节能驾驶技术的商业价值及其节油潜力;归纳总结了经济性驾驶的研究现状,引出了路径规划对于能耗的重要影响;从能耗模型构建、路径优化问题建立和求解算法三方面系统梳理了经济性路由的研究现状,指明了其研究思路;探究讨论了多车混合经济性路由问题,为物流配送车辆的经济性调度提供了优化思路;对混合动力汽车节能驾驶技术的发展趋势进行展望。     

商用车电液复合转向系统的车道保持策略

为了提高商用车的行驶安全性,避免因驾驶人的分心驾驶出现车辆偏离车道的问题,提出一种基于电液复合转向系统的商用车车道保持策略;在建立电液复合转向系统模型、二自由度车辆模型、预瞄驾驶人模型的基础上,设计基于驾驶人在环的MPC和ADRC串级的车道保持控制策略。首先,采用MPC算法将车辆横向位置控制的最优问题转化为二次规划求得目标前轮转角;然后,考虑电液复合转向系统的不确定和干扰问题,利用ADRC算法对目标转向盘转角和实际驾驶人的转向盘转角差值以转矩信号的形式进行补偿。同时研究车道保持系统对驾驶人的干预问题,引入干预系数的概念,采用模糊控制的方法,将驾驶人手力和车辆的运动状态作为输入变量,干预系数作为输出变量,保证整车行驶安全性的前提下减小车道保持辅助系统对驾驶人的干预。最后,通过MATLAB/Simulink仿真和硬件在环试验对所设计的控制策略进行验证。研究结果表明：所设计的基于商用车电液复合转向系统的车道保持策略能够及时地纠正因驾驶人的分心驾驶而导致车辆偏离所在行驶车道的行为,特别是在弯道处出现驾驶人转向不足或过度转向的情况时,能够将车辆维持在车道线之内,保证车辆的行驶安全性,同时由于干预系数的设计,使得驾驶人也有良好的人机交互体验感。     

节能导向的信号交叉口生态驾驶策略研究

为解决信号交叉口区域车辆频繁启停及怠速停车造成的燃油浪费和污染物排放问题,研究了以节能为导向的信号交叉口的生态驾驶策略问题.借助交叉口区域的V2I通信系统获得车辆自身定位和运动状态数据,以及信号灯状态与配时信息,对车辆所处车速引导场景及可通行性进行判定.对各场景下车辆时空运动轨迹进行分析,综合考虑交叉口上下游的燃油消耗,以平均每公里油耗最小建立统一的优化目标函数,求得生态驾驶轨迹最优解,以向驾驶员提供车速建议.利用M atlab开展的随机仿真实验表明,与不采用生态驾驶车速引导相比,采用生态驾驶车速引导至少可降低10% 以上的燃油消耗.对于划分的6种车速引导场景而言,最优生态驾驶策略在场景2下的节油效果最为显著,可达到30% ~60%;其次是场景4,可达到25% ~50%;在场景3和场景5中表现略差.从节约能源的角度而言,车辆在通过信号交叉口时应尽量避免停车等待,防止发动机长时间空转造成的燃油浪费,必要时可采取适当加减速的方式通过交叉口.      

The perspectives of research for enhancing active safety based on advanced control technology

This paper considers the scope and the methodologies for enhancing active safety of road vehicles by sensing and control technologies. The first part of this paper introduces statistical data of traffic accidents in Japan, and describes the development of the drive recorder for accident/incident survey and analysis. Based on vehicle dynamics data, the algorithm of the drive recorder for capturing near-miss incident data is introduced. The second part of this paper reviews control problems of vehicle dynamics on micro-scale electric vehicles for enhancing vehicle dynamics and driving assistance function. In particular, the direct yaw moment control using in-wheel-motors and the active front steering control algorithm are described. The third part of the paper introduces the advanced driver assistance system adapted to driver characteristics and traffic situations. This part mainly describes an adaptive system, which adjusts the assisting manoeuvre depending on individual driver behaviour and situation, and some experimental investigations using the active interface vehicle and driving simulator. Finally, some perspectives and new challenges for future research on vehicle control technology are mentioned.     

迎接高速公路时代—中国汽车相关技术问题的考察

中国正迎来高速公路时代，高速公路时代安全行车在技术因素方面涉及车辆的构造，道路设施与运行管理，在人的因素方面涉及驾驶习惯。保养与车检，安全运行的宣传教育与管理等。     

燃料电池重型货车整车开发主要矛盾辨析与应对研究

在我国,中重型货车是温室气体及污染物排放的主要贡献者,加快以柴油为主的中重型货车向电动化转型十分迫切,纯电动与燃料电池是当下最受重视的两条技术路线。纯电动路线在十多年的中短途运输和公共领域中的发展被证明是成功的;燃料电池路线在能量补给、能量密度等方面的优势比纯电动路线更适宜于长途重型货车的应用,目前正处于迅猛发展阶段。然而,以柴油牵引汽车为例,车辆可通过采用大油箱轻松达到 3 000 km的续驶里程,而当前的燃料电池牵引汽车的续驶里程正努力向500 km迈进,远不能与柴油汽车相比较。鉴于此,基于客户需求视角考虑,当下燃料电池重型货 车整车开发的主要矛盾,是过低的车载储氢量带来的续驶里程过低问题,这主要是由氢过低的体积存储密度决定的。提高燃料电池堆和燃料电池系统的能量转化效率虽然有助于提升续驶里程,但其前提是关键材料的技术突破。在当前整车开发中,最大限度地提升车载储氢量,降低辅助系统能耗,提高机械传动与电力电子系统效率,降低车辆行驶消耗更具有现实意义和可操作性。重点介绍在提升车载储氢量和降低车辆空气阻力系数方面的措施,以及对提升续驶里程的影响。按照《节能与新能源汽车技术路线图2.0》的愿景,能够实现燃料电池重型货车到2030年达到800 km的续驶里程的目标。     

Economic value and utility of a powertrain system for a plug-in parallel diesel hybrid electric bus

This research is the first to develop a design for a powertain system of a plug-in parallel diesel hybrid electric bus equipped with a continuously variable transmission (CVT) and presents a new design paradigm of the plug-in hybrid electric bus (HEB). The criteria and method for selecting and sizing powertrain components equipped in the plug-in HEB are presented. The plug-in HEB is designed to overcome the vulnerable limitations of driving range and performance of a purely electric vehicle (EV) and to improve fuel economy and exhaust emissions of conventional bus and conventional HEBs. The control strategy of the complicated connected propulsion system in the plug-in parallel HEB is one of the most significant factors in achieving higher fuel economy and lower exhaust emissions of the HEV. In this research, a new optimal control strategy concept is proposed against existing rule-based control strategies. The optimal powertrain control strategy is obtained through two steps of optimizations: tradeoff optimization for emission control and energy flow optimization based on the instantaneous optimization technique. The proposed powertrain control strategy has the flexibility to adapt to battery SOC, exhaust emission amount, classified driving pattern, driving condition, and engine temperature. The objective of the optimal control strategy is to optimize the fuel consumption, electricity use, and exhaust emissions proper to the performance targets. The proposed control strategy was simulated to prove its validity by using analysis simulation tool ADVISOR (advanced vehicle simulator).