基于安全和情感化的汽车辅助驾驶系统多模态交互设计研究综述

汽车作为目前人类最常使用的交通工具之一,其智能驾驶技术大部分处在L2～L3“人机共驾”技术的发展阶段,在L5级自动驾驶技术出现之前,“人机共驾”仍然是目前主流的驾驶方式,其各种车载系统和交互方式正在不断完善。多模态交互作为未来设计的发展趋势,必然将与汽车融合产生新的“火花”。对车载系统中多模态交互设计研究包括疲劳状态预警、碰撞预警、车道偏离预警、智能接管提醒、智能泊车等方向进行梳理总结,对车载AI多模态交互设计包括多屏交互、触控交互、手势交互、语音交互、表情交互、眼动交互等自然交互方式进行分析。采用文献研究及案例分析的方式探究如何在基于安全和情感化的背景下使驾驶员的体验更加舒适,展望了汽车多模态交互设计在车载系统中的应用及未来趋势。恰当而良好的交互方式融合将会提高各种车载系统及应用的安全性和驾驶的舒适度。多模态交互的引入必将是汽车发展的趋势。     

柴油机典型工况的电控喷油器多次喷射分配

为提高柴油机节能减排的效果,简要分析了多次喷射形式及其作用,依据车辆在不同路况运行,确定了车辆对应的6种柴油机典型工况。提出了基于工况排放值约束的多次喷射分配方法,采用工况排放分摊率确定典型工况的排放限值,进行喷射次数和变化喷射组合寻优,最后结合4JB1高压共轨柴油机台架试验,以氮氧化物和烟度为衡量参数,兼顾燃油消耗率的变化,分析不同喷射组合对柴油机排放的影响。结果表明:怠速工况和中速大负荷工况宜用2次喷射,低速小负荷工况和中速中负荷工况宜用3次喷射,中速小负荷工况宜用4次喷射,高速大负荷工况宜用1次喷射,说明基于工况排放值约束的多次喷射分配方法是有效的。     

考虑弹性支撑边界条件的电动汽车-路面系统机电耦合振动特性分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量大导致轮胎动载荷增加,并且电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励,进一步加剧车轮振动引起垂向振动负效应的问题。鉴于此,考虑电机的电磁激励,建立了电动汽车-路面系统的机电耦合动力学模型,推导了弹性支撑边界条件下路面结构的模态频率和振型表达式,以及路面振动引起的二次激励。计算了简支与弹性支撑边界条件下的路面模态频率,根据频率分布进行了截断阶数选取,并分析了边界条件、电机激励和车速对路面响应的影响。在此基础上,研究了不同行驶速度、路基反应模量及路面不平顺幅值下,激励形式对汽车车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的影响。结果表明：路面不平顺幅值越小,弹性支撑对路面响应的影响越大,弹性支撑边界条件下的路面响应较小,电机激励会引起路面响应的增加;弹性支撑边界条件下,路面不平顺幅值和路基反应模量越小,考虑路面不平顺、路面二次激励和电机激励的三重综合激励对电动汽车响应的影响越大,激励形式对轮胎动载荷的影响最大,对车身加速度的影响次之,对悬架动挠度的影响最小;电机激励导致轮胎动载荷增加,对路面破坏和寿命产生的负效应不容忽视。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车垂向动力学分析提供参考与理论支持。     

功率分流混合动力全速域工作模式切换规则优化

针对某功率分流混合动力汽车,探讨了既定模式转矩分配策略未知情况下全速域工作模式切换规则的优化问题。先在既定模式转矩分配策略未知的前提下,将等效燃油消耗与样本数字特征相结合,计算了不同荷电状态（SOC）值下各工作模式在所有可行工作点的基准综合燃油消耗率。以整车燃油经济性为优化目标,确定不同SOC值下所有可行工作点的最佳工作模式,进而得出基于车速、车轮端需求转矩、SOC值的优化后全速域工作模式切换规则,以满足不同工况下的工作模式选择需求。之后,不考虑模式切换过程对整车驾驶平顺性的影响,搭建了模式切换实施模型。再以4个新欧洲驾驶循环（NEDC）工况所构成的组合工况为目标行驶工况,将优化后全速域工作模式切换规则和传统基于逻辑门限的全速域工作模式切换规则分别应用于基于规则的能量管理策略,进行了整车燃油经济性仿真与台架试验验证。仿真结果表明：在不改变既定模式转矩分配策略的条件下,与基于逻辑门限的全速域工作模式切换规则情况相比,所提出的既定模式转矩分配策略未知情况下全速域工作模式切换规则优化方法至少可使整车燃油经济性提高7.33%。台架试验结果进一步表明,该优化方法至少可使整车燃油经济性提高6.17%。由此可见,所提出的既定模式转矩分配策略未知情况下全速域工作模式切换规则优化方法对整车燃油经济性具有较好的改善效果。     

分布式驱动电动汽车回馈制动失效的液压补偿控制

分布式驱动电动汽车各驱动轮转速和转矩可以单独精确控制,便于实现整车动力学控制和制动能量回馈,从而提升车辆的主动安全性和行驶经济性。但车辆在回馈制动过程中,一旦1台电机突发故障,其他电机产生的制动力矩将对整车形成附加横摆力矩,从而造成车辆失稳,此时虽可通过截断异侧对应电机制动力矩输出来保证行驶方向,但会使车辆制动力大幅衰减或丧失,同样不利于行车安全。为了解决此问题,提出并验证一种基于电动助力液压制动系统的制动压力补偿控制方法,力图有效保证整车制动安全性。以轮毂电机驱动汽车为例,首先建立了整车动力学模型以及轮毂电机模型,通过仿真验证了回馈制动失效的整车失稳特性以及电机转矩截断控制的不足;然后,建立了电动助力液压制动系统模型,并通过原理样机的台架试验验证了模型的准确性;接着,基于滑模控制算法设计了制动压力补偿控制器,并在单侧电机再生制动失效后的转矩截断控制基础上完成了液压制动补偿控制效果仿真验证;最后,通过实车试验证明了所提控制方法的有效性和实用性。研究结果表明：在分布式驱动电动汽车单侧电机再生制动失效工况下,通过异侧电机转矩截断控制和制动系统的液压主动补偿,能够使车辆快速恢复稳定行驶并满足制动强度需求。     

考虑驾驶人风格的跟车预警规则研究

为研究驾驶人的跟车特性及探究可适用于不同风格驾驶人的跟车预警规则,为自动驾驶车辆开发可满足不同用户驾驶需求和驾乘体验的主动安全预警系统,选取50名被试驾驶人开展实车试验,采集驾驶人跟车行为表征参数并基于雷达数据确定跟车事件提取规则。选取平均跟车时距和平均制动时距为二维向量,使用基于K-means聚类结果的高斯混合模型将驾驶人聚类为3种风格类型(冒进型、平稳型、保守型)。通过分析3组驾驶人的跟车及制动数据,将不同类型驾驶人的制动时距分位数作为跟车预警阈值,结合实际预警数据及不同制动时距分位数对应的预警正确率,对现有跟车预警规则进行调整,以适应不同类型驾驶人的驾驶需求。研究结果表明:3组驾驶人的平均跟车时距和平均制动时距差异显著,冒进型驾驶人倾向于选择较小的跟车时距和制动时距,保守型驾驶人的跟车时距和制动时距则普遍较大;3组驾驶人的实际跟车预警次数为215次,驾驶人采取制动操作而系统未予以预警的次数为329次,系统整体预警正确率为21.9%,漏警率为87.5%,通过分析信息熵等判定当前预警规则并不合理;将每类驾驶人制动时距的10%分位数作为阈值时的预警效果较好,调整后的跟车预警规则能在一定程度上适应不同的驾驶人类型。     

柴油机车辆冒黑烟故障的原因分析

通过控制环境温度和中冷后进气温度,对某柴油发动机进行单变量因素台架试验,并对其结果影响进行分析;同时结合整车匹配设计与ECU数据标定,分析车辆运行过程中冒黑烟的原因及提出相应解决措施。     

汽车驾驶人姿态监测系统研究综述（双语出版）

随着自动驾驶技术的发展,驾驶人将会参与更多的与驾驶无关的活动,从而呈现出新的姿态,这些新姿态是优化传统被动安全系统的重要切入点。而且在未来相当长的时间内,自动驾驶车辆的行驶依然依赖于人和系统的密切配合。对驾驶人姿态的观察,则可以为判断驾驶人是否有能力及时接管车辆提供帮助,从而确保安全、合理的人机交互过程。通过对大量相关文献的系统性梳理,综述了汽车驾驶人姿态监测技术的智能化发展趋势,从传感器种类以及相应的姿态监测算法出发,分析了目前不同监测系统的优缺点。研究发现,尽管传感器技术和姿态识别算法取得了明显进步,然而廉价稳定且能够在实际驾驶条件下对驾驶人姿态准确感知的监测系统依然缺乏。总体而言,目前的监测系统大多只是集中于对驾驶人局部身体部位的感知,缺乏实际驾驶条件下的性能分析,并且对驾驶人状态的实时感知和预测能力仍有待完善。最后,针对目前监测系统所面临的问题,对未来可能的研究方向进行展望,并提出主动式立体视觉系统和压力传感器阵列相融合的驾驶人姿态监测方式。研究成果将为驾驶人姿态监测系统的研究提供参考和借鉴,从而有助于道路交通安全水平的进一步提升,同时也可为人机交互界面的设计带来启发。     

PHEV发动机驱动工况效率耦合分析与优化控制

单轴并联式混合动力系统（Parallel Hybrid Electric Vehicle,PHEV）包括电池、驱动电机、发动机、自动变速器等多个关键部件。各部件效率特性存在相互耦合的关系,要实现系统整体效率最优,需要辨明影响系统效率的控制参数,并对系统整体效率最优的控制参数进行优化。以装备无级变速器（Continuously Variable Transmission,CVT）的PHEV为研究对象,首先对系统各关键部件的效率特性进行分析,建立各关键部件效率模型,明确各部件效率与控制参数、状态参数之间的关系。在此基础上,对发动机单独驱动模式下动力传递路径中不同部件的效率耦合关系进行分析,推导出系统燃油消耗量与动力系统各状态参数、控制参数之间的函数关系。根据分析结果,选取车辆需求功率及车速为状态参数,变速器速比及发动机转矩为控制参数,以系统燃油消耗量最小为目标建立优化目标函数和约束条件,对系统优化问题进行定义。根据优化问题的特点,设计基于模拟退火的优化算法对优化问题进行求解,获取系统燃油消耗率最小时变速器目标速比和发动机目标转矩随状态参数的变化关系。建立系统仿真模型对所述优化算法进行仿真分析,并搭建混合动力试验台对优化结果进行试验验证。结果表明：无级变速器效率对系统整体效率影响较大,采用优化控制规律使发动机效率有所降低,但无级变速器效率升高更大,系统整体效率升高;在功率需求一定的循环工况下,优化控制算法比传统上仅以发动机效率最高为目标的控制算法节油1%~2%。     

基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略研究

为实现车辆自主避撞,改善道路交通安全状况,提出一种基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略。为实时确定制动和换道时机,获取跟车状态下自车和前车车速、加速度、相对距离以及驾驶人制动反应时间计算制动安全距离和换道安全距离,并在此基础上分别引入制动危险系数B和换道危险系数S评估制动与换道风险,使得车辆发生追尾碰撞的危险程度和主动干预阈值更直观。根据车辆期望横向加速度和期望横向位移的变化特性,采用5次多项式法规划符合驾驶人换道避撞特性的避撞路径。为保证换道避撞过程中驾驶人的安全舒适,采用最大横向加速度约束换道避撞轨迹。为实现对换道避撞路径的线性跟踪控制,保证车辆的操纵稳定性和横摆稳定性,基于车辆稳态动力学模型建立前馈控制,结合线性反馈控制消除换道路径的位置和横摆角偏差,修正参考路径实现直车道场景追尾避撞控制。仿真和实车交叉验证试验表明：根据车辆期望横向加速度和期望横向位移建立的符合驾驶人换道避撞特性的五次多项式换道路径与驾驶人实际换道避撞路径基本吻合,结合碰撞时间和车间时距的制动避撞控制策略能够在保证车辆行驶安全舒适性的同时有效避免车辆追尾碰撞,减少交通事故的发生。