基于多点预瞄最优控制的智能车辆路径跟踪

为在嵌入式控制器开发环境下提高智能车辆的路径跟踪精度,采用车辆动力学模型和多点道路预瞄模型,以预瞄窗口内的跟踪偏差为目标函数,结合LQR最优控制原理,提出了一种基于多点预瞄最优控制路径跟踪控制方法。针对实车应用,通过离线计算最优增益的方法,提高算法实时性。在仿真及红旗H7实车环境下进行试验,结果显示,该方法在保证跟踪精度的同时具有良好的算法实时性。     

基于机器视觉的智能车辆避撞预警算法

由于受到信息采集源性能影响,造成了智能车辆避撞预警系统(Collision Warning System,CWS)前后车相对距离测量精度低的问题,针对此问题提出了一种基于机器视觉的预警算法(Collision Warning Algorithm,CWA),利用机器视觉获得了较高精度的测距信息,有效提高了预警算法的有效性。在分析驾驶员驾驶行为基础上,确定CWA的报警准则。基于机器视觉技术建立了一种多输入、多输出的CWA模型,给出了模型预警原理、决策阈值确定方法、逻辑结构图,以及基于机器视觉的车辆信息获取方法。设计了一个单车道双车辆跟驰实车试验,采集模型测试所需的数据,并利用实测数据对模型进行了验证。试验结果显示,平均测距误差不超过3.6 m,预警模型能够准确给出预警信息,对提高车辆行驶主动安全性具有重要意义。     

基于OpenCV的前方车辆检测和前撞预警算法研究

针对汽车的追尾碰撞事故,提出了基于OpenCV的前方车辆检测和多信息融合预警的方法。该方法首先利用Haar-like+Gentle Adaboost实现前方车辆的快速识别,结合Kalman滤波原理跟踪车辆,实现前方车辆检测,然后基于几何模型实时计算前车与本车的横纵向距离,最后根据本车及前车车速、碰撞时间TTC、横向距离等信息与阈值进行比较,分级识别碰撞风险。试验结果表明,该检测方法平均耗时22 ms/帧,检测率达到96%,并能较准确地测量车距,实现可靠的前方避撞预警输出。     

基于车辆动力学混合模型的智能汽车轨迹跟踪控制方法

基于机理分析的车辆动力学建模过程通常进行简化及假设,无法准确计算实际车辆在不同道路条件下的动力学变化,进而导致智能汽车轨迹跟踪控制精度低、不稳定等问题。鉴于此,本文中提出了一种基于混合建模技术的非线性建模与控制方法,构建机理分析-数据驱动的车辆动力学串联混合模型,车辆状态与控制数据经机理模型实现计算处理,级联合并后作为数据驱动模块的输入,长短时记忆网络作为主干网络实现时序数据的非线性关联特征提取和最终的模型输出计算。测试结果表明,该模型可以补充计算机理模型中的部分未建模动态并提高模型计算精度,且具有隐式理解不同路面附着条件的能力。其次,使用Euler积分完成对预测模型的离散化并设计模型预测控制轨迹跟踪算法,设计前馈反馈控制算法在实现车辆的纵向控制的同时提供横向控制中预测模型所需的外部输入,最终实现更符合实际行驶环境且更精准的轨迹跟踪控制效果。CarSim/Simulink联合仿真结果表明,该方法实现了不同道路附着系数下控制量精确输出,同步提升了智能汽车轨迹跟踪控制精度和稳定性,具有良好的横纵向协调控制效果。     

基于交互多模型的车辆质量与道路坡度估计（双语出版）

车辆结构参数和道路环境信息的实时准确获取是提高智能汽车运动控制性能的重要因素之一，而车辆质量与道路坡度信息是多种汽车控制系统的必要信息，因此质量与坡度在线估计的研究一直受到关注。针对车辆质量与道路坡度的联合估计问题，提出了一种基于交互多模型的质量与坡度融合估计方法。首先，设定了适宜进行质量精确估计的工况条件，据此提出了基于模糊规则的质量估计置信度因子计算算法，进而设计了基于置信度因子的递推最小二乘车辆质量估计算法，以实现质量的在线估计。然后，以车辆纵向动力学模型为基础，建立了运动学和动力学2种坡度估计模型，并设计了基于运动学模型的线性卡尔曼滤波坡度观测器，基于电子稳定性程序ESP的纵向加速度信息实现坡度估计，设计了基于动力学模型的无迹卡尔曼滤波坡度观测器，基于ESP和发动机管理系统EMS的力信息实现坡度估计。运动学模型未考虑车辆姿态信息，坡度估算结果与实际值有偏差；动力学模型对模型精度要求高，算法稳定性差，为充分发挥2种方法优势实现坡度的精确估计，采用交互多模型算法实现了2种坡度估计方法的加权融合。最后，对所设计的算法进行了实车试验验证。结果表明：所设计的质量与坡度估算算法具有较好的实时性和准确性，适合智能汽车运动控制的应用需求。     

基于交互多模型的车辆质量与道路坡度估计

车辆结构参数和道路环境信息的实时准确获取是提高智能汽车运动控制性能的重要因素之一,而车辆质量与道路坡度信息是多种汽车控制系统的必要信息,因此质量与坡度在线估计的研究一直受到关注。针对车辆质量与道路坡度的联合估计问题,提出了一种基于交互多模型的质量与坡度融合估计方法。首先,设定了适宜进行质量精确估计的工况条件,据此提出了基于模糊规则的质量估计置信度因子计算算法,进而设计了基于置信度因子的递推最小二乘车辆质量估计算法,以实现质量的在线估计。然后,以车辆纵向动力学模型为基础,建立了运动学和动力学2种坡度估计模型,并设计了基于运动学模型的线性卡尔曼滤波坡度观测器,基于电子稳定性程序ESP的纵向加速度信息实现坡度估计,设计了基于动力学模型的无迹卡尔曼滤波坡度观测器,基于ESP和发动机管理系统EMS的力信息实现坡度估计。运动学模型未考虑车辆姿态信息,坡度估算结果与实际值有偏差;动力学模型对模型精度要求高,算法稳定性差,为充分发挥2种方法优势实现坡度的精确估计,采用交互多模型算法实现了2种坡度估计方法的加权融合。最后,对所设计的算法进行了实车试验验证。结果表明:所设计的质量与坡度估算算法具有较好的实时性和准确性,适合智能汽车运动控制的应用需求。     

基于混合神经网络的汽车运动状态估计

针对现有车辆运动状态估计算法严重依赖动力学模型精度且在大的质心侧偏角工况下准确性难以保障的问题,本文提出了一种基于混合神经网络的车辆运动状态估计算法。通过分析车辆本身的动力学基本特性,设计了适合于车辆运动状态估计的HNN混合神经网络架构,实现了车辆运动状态的深度学习估计。基于多个标准工况组成的数据集与典型实车测试工况进行了网络训练与测试验证。结果表明,相比于传统算法,本算法基于神经网络实现了精准的无动力学模型的汽车运动状态估计,提高了估计精度,且对路面附着系数变化具有鲁棒性。     

四轮独立转向电动汽车转向控制方法

本文中对四轮独立转向电动汽车的转向控制方法进行研究。首先,基于前轮转向车辆的理想横摆角速度模型,建立四轮独立转向2自由度动力学模型。接着,以四轮侧偏角之和绝对值最小化作为优化目标函数,以质心侧偏角为零和理想横摆角速度作为约束条件,采用线型优化算法求解系统前馈控制器。再以轮胎侧偏角和横摆转矩为输入建立线性控制模型,运用最优区域极点配置方法设计反馈控制器。最后,建立人-车-路闭环仿真系统,分别进行双移线道路仿真实验和对开路面上的行驶仿真实验。结果表明,控制器能根据路面附着情况分配各轮转角,保证车辆跟踪理想状态。实车双移线实验进一步验证了控制器对车辆理想状态良好的跟踪精度。     

基于人车路协同的车辆弯道安全车速预测

为保证车辆弯道行驶的安全,综合考虑影响车辆行驶安全的人、车、路和环境等因素,运用层次分析法和加权最小平方法建立多层次车辆弯道行驶安全度静态因素综合评价体系。基于车辆动力学理论分析车辆弯道行驶临界车速,通过引入安全系数k,将车辆弯道行驶安全度评价模型与临界车速结合,提出基于人车路协同的车辆弯道安全车速预测模型。仿真结果分析表明,该模型可预测车辆弯道行驶安全车速,为车辆弯道车速预警提供一种方法。     

基于车联网BSM数据与路侧视频融合的港口集装箱卡车碰撞危险辨识方法

大型港口集装箱码头运输车辆调度频繁,堆场过道和交换区等区域视距狭窄,容易导致港口集装箱卡车与设施、作业人员和车辆发生擦碰事故。为提高智能集装箱卡车在港口密集区域的轨迹跟踪精度和行车安全感知能力,提出了一种车联网条件下融合车载终端基本安全消息（Basic Safety Messages,BSM）数据和路侧视频数据的集装箱卡车碰撞风险辨识方法。采用YOLOv5s算法提取视频监控范围内的目标车辆和作业人员,根据目标集卡大尺寸特点设计非极大值抑制锚框来提高目标识别准确度。运用透视变换原理将目标像素坐标转换成地理坐标,并应用Deep-SORT算法匹配每帧图像的车辆轨迹信息。应用交互式多模型方法（interactive multi-model,IMM）融合视频轨迹信息和车载单元（on-board units,OBU）定位数据,减小了目标机动过程中的观测误差。基于集卡融合轨迹结果,提出了1种新型的轨迹冲突风险评估模型,能够根据目标集卡与周围目标轨迹的相对运动状态实时感知车辆碰撞危险,该碰撞危险检测结果在实际场景中可通过路侧设备对车载终端和作业人员终端实时播发预警信息。针对集卡跟踪误差的实验结果表明：...