基于高精地图的车辆节能巡航控制方法研究

传统的定速巡航模式可在一定程度上缓解驾驶疲劳,并在平坦道路上使车辆行驶保持较好的燃油经济性,但在具有坡度的道路上,定速巡航往往会导致燃油消耗增多,不利于节能减排。随着车用导航高精地图的不断发展与普及,智能网联车辆可依靠实时地图信息提前获取前方道路坡度及交通流信息,这使得车辆节能巡航成为可能。基于车用导航高精地图,以旅途耗时和总燃油消耗作为代价函数,利用正向动态规划求解节能巡航车速;采用Matlab 软件的 Simulink 工具,构建车辆行驶计算模型,并输入溧宁高速约 10 km 的道路信息进行仿真验证。结果表明：相较于普通定速巡航,基于车用导航高精地图的车辆节能巡航可在通行时间延误不超过 1.24% 的前提下降低 5.95% 的燃油消耗。     

重型商用车预见性自适应巡航控制策略研究

为提高商用车巡航系统的经济性与安全性，设计了考虑节油安全驾驶的商用车预见性自适应巡航控制系统（predictive adaptive cruise control system,PACC），基于前方道路坡度规划了预见性巡航经济车速，针对巡航过程中受前车影响产生制动干扰的问题，提出了一种利用前车信息进行优化的预见性自适应巡航控制策略。基于前方道路坡度设计了自适应车间距，规划主车行驶车速，实现了预见性自适应巡航行驶。基于一汽解放JH6重型商用车进行了实车试验，研究结果表明：该算法可以有效降低燃油消耗量并缓解驾驶员驾驶疲劳，为商用车辅助驾驶系统的开发提供了极为重要的理论及实际价值。     

城市郊区道路跟车条件下智能网联汽车速度规划

随着智能网联汽车技术的快速发展，跟车行驶控制能够有效实现车辆智能跟随及快速高效队列行驶。针对城市郊区道路条件下的智能网联汽车速度规划问题，以提高车辆的燃油经济性、舒适性及安全性为目的，基于跟车速度限幅和车辆动力系统信息，设计了基于初值优化的序列二次规划算法(Sequential Quadratic Programming, SQP),实时求解获取车辆跟车过程中的最优速度轨迹。首先，在车联网环境下，基于车车(Vehicle to Vehicle, V2V)通信及车辆与交通设施(Vehicle to Infrastructure, V2I)通信技术实时获取前方车辆的速度、加速度及位置等行驶信息并实时采集道路交通信息；然后，为减少车辆动态能耗损失和减小所需牵引力，并在规定的时间段内完成相应的行驶路程，利用采集到的前车行驶信息，采用基于初值优化的SQP算法对最优目标车速进行求解；此外，基于周边动态的道路交通场景，考虑边界约束条件，采用滚动时域的方法实现目标车辆速度在每个采样时刻的在线滚动优化，保证目标车辆节能安全地跟车行驶；最后，通过仿真验证了该算法的有效性和实时性。研究结果表明：基于初值优化...     

智能车辆换道行驶的经济车速研究

本文旨在实现智能车辆在换道过程中经济车速规划。基于瞬态燃油消耗模型、车辆动力学模型和换道过程中道路曲率信息,利用动态规划算法求得车辆在换道过程中的经济车速轨迹。Matlab/Simulink与Car Sim联合仿真结果表明,与定速巡航算法相比,动态规划算法可节油8%左右。采用所提出的方法可在保证智能车辆安全行驶的基础上,提升其燃油经济性能,为智能车辆换道的速度控制提供决策依据。     

智能网联环境下无信号交叉口交通自组织方法

针对道路交叉口通行延误问题，基于智能网联环境下的行车定位和轨迹共享技术提出无信号交叉口交通自组织方法，旨在根据车辆的实时位置、行车轨迹以及车速等信息实时计算进入交叉口车辆间的冲突时间差，使得各个方向车流互相预知对方驾驶行为，以实现车辆自组织穿插通过交叉口，以提高交叉口通行效率。实验选择重庆市南岸区白鹤路与桃源路双向四车道典型交叉口为研究案例，根据调查数据和Vissim仿真分析结果显示，所提出的交叉口交通自组织方法比现有信号控制交通组织方式通行时间平均减少了6.39 s,平均通行效率提高了43.6%。     

智能车辆的研究及发展

智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。它的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。     

复杂动态环境下智能汽车局部路径规划与跟踪算法研究

路径规划及路径跟踪控制是智能汽车研究的关键技术，而复杂、时变的交通环境给智能汽车的路径规划与跟踪提出严苛要求。针对现有局部路径规划方法只适用于较为简单的工况，无法应对多车道、多静/动态障碍等复杂工况的问题，提出一种基于离散优化思想的动态路径规划算法。该算法利用样条曲线曲率变化均匀的特性，在s-ρ曲线坐标系中生成了一组参数化候选路径簇；考虑动态碰撞安全影响，在碰撞带约束下结合道路法规限制及车辆动态安全要求，规划车辆速度；此外，综合考虑静态安全性、舒适性、目标车道、道路占用率等影响因素，以选择最优路径。在路径跟踪层面，基于预瞄理论设计鲁棒性好、跟踪精度高的分数阶PID路径跟踪控制器，以跟踪误差最小为目标，采用粒子群优化算法对分数阶PID控制器参数进行整定。最后，基于Simulink/CarSim建立联合仿真平台，设计多车道，多静/动态障碍的复杂工况以验证该算法的有效性。研究结果表明：由于在评价函数中引入动态安全评价指标、目标车道评价指标以及道路占用率指标，极大地提升了规划器性能，使车辆在行驶过程中根据驾驶环境自主调整速度，降低换道次数，从而保证智能汽车的主动安全性能，提升了通行效率，使该算法能够较好地处理复杂动态环境下的避障问题。     

AMT车辆自动巡航控制系统

车辆自动巡航即指当车辆在高速公路上行驶时，驾驶员即使不踏加速踏板，车辆仍可按驾驶员所希望的车速自动保持行驶的功能。运用该系统可以减轻驾驶员因长时间控制油门而产生的疲劳，从而减少或避免了交通事故的发生；同时又避免了不必要的油门变动，从而改善了车辆的燃料经济性和排放。本文开发了基于机械式自动变速器的车辆巡航电控系统，并且在装有机械式自动变速器的桑塔纳２０００试验样车上进行了道路巡航试验，取得满意结果。     

基于改进人工势场的自动驾驶汽车弯道超车动态路径规划

动态路径规划是自动驾驶汽车避障控制的关键技术。针对自动驾驶汽车弯道超车工况，建立基于改进人工势场(Artificial Potential Field, APF)的动态路径规划方法。为使基于APF的动态路径规划方法能运用于包含弯曲道路的复杂交通环境，将已在直道环境验证过的道路APF函数通过极坐标系与笛卡尔坐标系的相互转换，建立考虑道路曲率的弯曲道路APF函数。针对根据车辆质心位置判断车辆碰撞风险方法存在的缺陷，提出考虑车辆体积的碰撞风险预判方法，建立综合考虑车辆位置、速度和体积的障碍车辆APF函数。基于弯曲道路APF和改进障碍车辆APF，建立道路环境综合APF，引导车辆实现弯道超车。为避免目标函数中子目标相互干涉，提高弯道超车安全性，提出根据本车与障碍车辆相对位置关系自适应调整权重矩阵的方法。基于Carsim/Simulink联合仿真平台，分别在静态障碍车辆和动态障碍车辆2种工况下，验证自动驾驶汽车弯道超车动态路径规划的有效性。研究结果表明：所建立的弯曲道路APF能引导车辆转弯行驶，避免冲出车道；目标函数权重自适应调整方法能根据超车过程动态调整子目标的权重，规划出符合道路交通安全法规的路径，避免车辆超车时提前折返原车道，提高了超车安全性；考虑车辆体积的障碍车辆APF提高了车辆碰撞风险的预判精度，有效避免碰撞事故发生。     

拥堵条件下驾驶人群体重复换道博弈的仿真研究

为完善拥堵交通流仿真中拥堵产生与消散的自发性,研究不同驾驶人群体的换道策略对拥堵产生与消散的影响,通过参考智能驾驶人模型(IDM)建立智能体,构建了基于多智能体系统的3车道交通环境,对交通流仿真方法进行改进,使其可以更加真实地表现出现实环境中拥堵的产生和消散.通过仿真实验,产生不断演化的交通流,得到一系列的仿真数据.利用仿真数据,采用重复博弈的理论分析驾驶员群体的策略对道路通行能力的影响.仿真及推理结果表明,在不发生事故的前提下,驾驶人群体采取占优的换道策略最多可以提高所有车辆7%的平均车速;理性的驾驶员换道策略的调整的最终结果会使道路通行能力降低.      

基于道路坡度实时信息的经济车速优化方法

作为生态驾驶辅助系统的组成部分,提出了基于道路坡度实时信息的车辆经济车速优化方法。搭建了车辆油耗模型和车辆动力学模型,对于车辆行驶在没有坡度的和前方出现坡道的两种情况,进行最省油车速优化。根据坡度信息,利用动态规划算法,计算出通过坡道的经济车速。对于一款D级轿车,运用Matlab/Simulink和Carsim联合仿真,与真实道路信息上实车模拟结果进行对比分析。结果表明:与传统定速巡航控制算法相比,该算法节油达到5%。这说明,该算法能降低车辆油耗。结合全球定位系统(GPS)信息以及地理信息系统(GIS),该技术可用于基于车联网的生态驾驶辅助系统。     

智能网联环境下城市路网通行能力分析

为了探究城市路网中混有智能网联车辆(CAV)的交通流特性,研究CAV不同渗透率分布下对路网通行能力的影响。应用智能驾驶模型(IDM)和协同自适应巡航控制模型(CACC)分别作为人工驾驶车辆(HDV)和智能网联车辆的纵向速度更新规则,并建立考虑车辆到信号交叉口距离影响的横向换道规则。推导基于各渗透率等级路段占路网长度比例下的混合交通宏观基本图模型(MFD),通过SUMO仿真验证模型有效性。最后针对模型中的比例参数进行敏感性分析。结果表明：混合交通MFD可以用于异质交通流组成的城市路网宏观交通状态的有效估计与通行能力分析。当CAV渗透率均匀时,在路段渗透率高于30%时,路网通行能力提升显著;当CAV渗透率非均匀时,异质路网的通行能力随着渗透率等级较高路段比例的增加而逐渐提高,100%CAV路段比例的影响尤为显著。混合交通MFD为混有CAV的城市交通调控和CAV在路网中的路径规划提供理论参考。     

双向四车道高速公路超车道封闭施工作业区交通运行特性研究

为了给高速公路施工作业区的交通组织与管控提供一定的理论依据，针对四车道高速公路超车道封闭施工作业区的车头时距分布特性、车辆换道特性、车速分布特性、道路通行能力等交通运行特性开展研究工作。标定了描述车头时距分布的Erlan模型，拟合出了警告区、上游过渡区车辆换道比例曲线，得到了施工作业区各区段的速度分布曲线，确定出了上游过渡区、警告区、施工作业区段等主要区段的道路通行能力。研究结果表明：车辆换道位置集中分布在警告区末端，且仍有少部分车辆在上游过渡区内不安全换道；各区段的车速变化与作业区的交通控制条件大体相当，但减速过程没有及时均匀地出现在合理减速区域上；从上游正常路段至警告区再至施工作业区段道路通行能力逐渐降低，交通瓶颈的施工作业区段(只有一条可通车的车道)道路通行能力只有1 526 pcu/(h·ln)。     

面向变曲率道路的自动驾驶汽车换道博弈运动规划与协同控制研究

当多辆自动驾驶车辆在结构化道路上执行换道合流任务时，需要综合考虑转向和合流动作以避免事故的发生，同时曲率和周车车速的变化也增大了协同控制的难度。本文聚焦上述问题，提出了面向变曲率道路的多车换道博弈运动规划与协同控制方法。首先，建立曲率坐标系下的多车模型来解析车间安全距离及动力学状态。其次，通过系统地考虑道路曲率变化及周围车辆信息，提出基于博弈的多车换道运动规划算法，采用分布式框架快速求解兼顾个性化驾驶的最优速度轨迹及换道时机。最后，基于B样条曲线高效识别道路曲率及规划轨迹，构建了自适应时变预测控制算法实现轨迹跟踪，其特点在于单步参数矩阵实时更新，消除车速和曲率频繁变化带来的控制偏差累积。实验结果表明，相比斯坦利（Stanley）方法，能降低58%的跟踪误差；相较协同自适应巡航方法，能减少74%的合流时间；另外计算求解效率也仅为集中式模型预测控制方法的10%。     

智能车经济性起步车速规划研究

智能车的车速决策影响燃油经济性。以起步阶段加速工况的燃油经济性为优化目标,建立了瞬态燃油消耗模型,并提出了基于该模型的经济性换挡规律制定方法;根据车辆纵向动力学方程,建立了基于前向欧拉离散方法的车速状态转移方程,以及确定相应的初末约束条件、边界条件;基于动态规划最优性原理,提出了智能车起步过程的经济性车速规划方法,建立了基于速度状态搜索策略;根据Matlab/Simulink和CarSim联合仿真,对比了典型驾驶员速度跟随模式的燃油消耗水平,结果表明,基于动态规划优化后的经济性车速及相应的挡位序列具有良好的节油特性,可为智能车经济驾驶的车速规划及挡位规划提供指导。     

城市群连接道路横断面设计研究

为研究城市群连接道路规划与设计方法,从城市群连接道路的功能出发,对城市群道路进行功能分级,确定了设计控制指标,提出了适合城市群交通特征的规划方法。基于城市群道路功能分级和区域交通时空特性,借助VISSIM仿真模型,分析了城市群连接道路横断面设计参数及设置形式。研究结果表明:按照道路功能分级,城市群连接道路可划分为城市群高速公路、Ⅰ级连接道路、Ⅱ级连接道路、Ⅲ级连接道路、地方道路;在满足车辆行驶的横向宽度条件下,交通组成对路段平均车速和通行能力的影响较大。     

基于视频识别技术的无信号交叉口安全预警系统原型开发

基于视频识别技术开发无信号交叉口安全预警系统原型,在Visual Studio 2010开发环境下,借助halcon8.0图像处理算子,应用背景差法识别与跟踪运动车辆,实时采集车速、加速度、距离等微观交通信息,建立无信号交叉口安全通行模型实现动态安全预警功能,利用模型车辆测试系统的预警可靠性,在参数设置合理的条件下取得了87%的预警成功率。     

大货车交通影响机理及对策研究

由于车辆性能、超载等原因,慢车（大货车）行驶车速较低,与快车（客车、小货车）之间相互干扰严重,影响了道路通行效率。从大货车交通影响的机理入手,通过Vissim仿真,对大货车不同通行方案下道路通行能力和车辆延误进行了对比分析,得到最优大货车运行方案,并提出了基于对策分析的快车专用道设计方法。     

基于交通信息的复合电源系统控制策略优化

为考虑未来行驶车速和道路坡度对整车需求功率的影响,本文中基于交通信息融合对现有复合电源能量管理策略进行优化.首先采用MATLAB/Simulink搭建复合电源仿真模型,而基于交通拥堵情况和行驶车速类型提出了未来短时间车速变化趋势判定方法;接着结合道路坡度和车速变化趋势,设计了可基于交通信息自动修正超级电容输出功率的模糊...     

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。