基于深度强化学习的车辆跟驰控制

针对自适应巡航控制系统在控制主车跟驰行驶中受前车运动状态的不确定性影响问题,在分析车辆运动特点的基础上,提出一种能够考虑前车运动随机性的跟驰控制策略。搭建驾驶人实车驾驶数据采集平台,招募驾驶人进行实车跟驰道路试验,建立驾驶人真实驾驶数据库。假设车辆未来时刻的加速度决策主要受前方目标车辆运动影响,建立基于双前车跟驰结构的主车纵向控制架构。将驾驶数据库中的驾驶数据分别视作前车和前前车运动变化历程,利用高斯过程算法建立了前车纵向加速度变化随机过程模型,实现对前方目标车运动状态分布的概率性建模。将车辆跟驰问题构建为一定奖励函数下的马尔可夫决策过程,引入深度强化学习研究主车跟驰控制问题。利用近端策略优化算法建立车辆跟驰控制策略,通过与前车运动随机过程模型进行交互式迭代学习,得到具有运动不确定性跟驰环境下的主车纵向控制策略,实现对车辆纵向控制的最优决策。最后基于真实驾驶数据,对控制策略进行测试。研究结果表明：该策略建立了车辆纵向控制与主车和双前车状态之间的映射关系,在迭代学习过程中对前车运动的随机性进行考虑,跟驰控制中不需要对前车运动进行额外的概率预测,能够以较低的计算量实现主车稳定跟随前车行驶。     

螺旋匝道和螺旋桥的小客车行驶速度特征

为明确螺旋匝道和螺旋桥处的驾驶行为模式和汽车运行特征,在涪陵长江一桥、乌江二桥、重庆融侨大道和涪陵金凯环形高架4处地点开展螺旋匝道实车试验,用车载仪器采集自然驾驶状态下的汽车连续行驶轨迹、速度以及周围行驶环境等信息。基于自然驾驶数据,研究螺旋匝道范围内的速度变化模式、幅值特性以及影响因素。研究结果表明：单车道螺旋匝道的速度变化模式多样化,双车道螺旋匝道的行驶速度在整体上维持稳定,匝道范围内的连续升坡和降坡并未导致速度出现趋势性衰减和趋势性升高;螺旋匝道并入主线时,驾驶人在合流鼻之前有明显的、共性的减速行为,这与现行设计标准中的设计假定相反;除涪陵长江一桥之外,其余3处都是下行速度低于上行速度;螺旋匝道设计速度越低,实测速度与设计速度之间的偏离越严重,并且速度幅值离散化,因此不建议使用20 km·h^-1的匝道设计速度;螺旋匝道运行速度与匝道半径成正相关。     

面向车联网多点协作联合传输的安全认证与密钥更新方法

未来基于车联网的车路协同和自动驾驶场景要求车-车/车-路等网络通信在保证数据安全的前提下,具备低时延、高可靠的特性,从而保证车辆的行驶安全以及车/人的信息安全。LTE-V2X作为车联网通信方案之一,LTE的多点协作联合传输（Coordinated Multiple Points-Joint Transmission,CoMP-JT）技术不仅可以减少车辆在高速行驶过程中进行基站（Evolved Node B,eNB）切换时的通信中断,还能通过多个基站的协同传输来辅助提高网络的数据传输性能。然而当前LTE标准中的安全密钥管理方案无法满足多点协作联合传输过程中的密钥管理场景。针对该问题,提出一种可用于LTE-V2X车联网通信中多点协作传输切换的安全密钥生成与更新算法。该算法由车辆生成基站切换请求并使用随机数、共享密钥、目标基站公钥对切换请求进行加密、广播;基于密码学特性,目标基站不仅可基于私钥从密文请求中计算出共享密钥,还可以计算得到后续的会话密钥;车辆则可以基于目标基站位置信息、生成请求时的随机数计算出会话密钥,从而实现在只需要1次密钥传输的前提下,达成车辆与基站之间的密钥共享和密钥更新,并从密码学角度针对该密钥生成与更新算法进行验证分析。研究结果表明：在LTE-V2X多点协作传输时的基站切换过程中,该算法能够确保车辆与基站进行后向/前向密钥分离的安全认证以及会话密钥建立;与传统方案相比,所提方法可减少26.4%的基站切换过程中引入的通信时延,基站信道负载均仅为传统方案的1/2,并且随基站小区范围内车辆数目增加,基站的信道负载也仅线性增加,提升了该算法在LTE-V2X车联网场景中的适用性。     

自动驾驶汽车中乘员在不同座椅朝向下的损伤风险及规避策略

在高度自动化车辆（Highly Automated Vehicle,HAV）中,由于不再需要驾驶人,乘客之间可以实现面对面的交流,这给车辆座椅的布置提供了更大的灵活性。为提高HAV的碰撞安全性,提出使用旋转座椅来改变人体朝向与碰撞方向相对位置的规避策略,其基本思路是在碰撞发生前通过主动改变座椅朝向来降低乘员损伤。首先,利用尸体试验数据对所建立的碰撞模型进行验证;然后,基于4种不同的座椅朝向,利用THUMS^TM人体模型进行初始速度为56 km·h^-1的正面碰撞模拟试验,以确定相对安全的座椅朝向位置;最后,预测座椅旋转过程本身以及旋转至某位置后发生碰撞的乘员损伤风险。在静态正面碰撞中,选择0°、90°、135°和180°四种不同的座椅朝向进行乘员损伤预测和比较,结果表明180°朝向时的乘员损伤风险最小。在此基础上,模拟了200 ms内将座椅旋转±45°和±90°,以及分别在0 ms和100 ms时间延迟后引入碰撞的试验过程。研究结果表明：200 ms能够将乘员旋转±45°和±90°而不引起额外的人体损伤,并且在无时间延迟时,旋转至背对碰撞方向的乘员损伤,比正面碰撞中0°、90°和135°座椅朝向的乘员损伤更低,证明了该损伤风险规避策略的有效性。     

基于小波提升格式理论的隧道衬砌缺陷定量识别分析

为提高探地雷达信号分析中小波基函数选取或构造的针对性和适应性,降低构造计算复杂性,并使所构造的小波基能更准确提取隧道衬砌结构背后空洞检测信号特征点信息,提出一种根据提升格式小波理论和目标信号波形特征来构造匹配小波的方法,并将所构造的小波基应用于空洞检测信号特征点的识别中。该方法以完全重构滤波器条件和提升格式小波为理论基础,首先选择一个简单而一般的初始双正交滤波器组,通过对初始双正交滤波器进行提升和对偶提升,获得不同的提升算子和对偶提升算子,从而得到更新后含自由变量的高阶滤波器组函数表达;其次,依据探地雷达信号的固有特点,对新滤波器组中重构端小波函数中的自由参数进行优化,并对新小波基与实际探地雷达信号的相似度进行计算和检验,最终构造出既满足线性相位、紧支撑性,又具有与探地雷达信号匹配度高等优势的新双正交小波基。将新小波基应用于室内空腔检测试验及实际工程中空洞缺陷的定量分析中,结果表明,同其他类型小波相比,用提升方法构造的小波能更准确地识别空洞缺陷信号突变点发生的时刻和位置,能更准确地实现隧道工程中空洞缺陷的位置和垂直尺寸的定量分析,从而大大提高探地雷达对缺陷探测的可靠度和准确度。     

基于双目视觉计算的车辆跟驰状态实时感知系统

双目视觉技术能够实现目标的识别与距离计算,在自动驾驶领域有很大的应用空间。然而,现阶段双目视觉存在光照干扰、遮挡、弱纹理区域歧义匹配等问题,影响其测量的准确性和可靠性。提出基于双目视觉的跟驰状态实时感知系统,该系统采用基于车辆跟驰模型的扩展卡尔曼滤波方法对车辆跟驰状态进行实时估计,包括跟驰距离、前后车速度差等。通过实际道路试验,证明了该系统能够识别并修正测量数据中的异常值,解决弱纹理区域误匹配问题。试验结果表明：25 mm焦距与12 mm焦距的双目系统跟驰间距测量值的平均误差分别为2.66%与9.14%;在相对速度测量方面,2种焦距系统的测量精度基本相同,平均误差均为1 m·s^-1左右。所提出的方法在自动驾驶车辆环境感知领域有较好的应用前景。     

基于可拓切换控制方法的智能车辆车道保持系统研究（双语出版）

针对道路曲率变化范围较大时,智能车辆在大曲率道路工况车道保持控制精度低的问题,提出一种基于可拓切换控制理论的智能车辆车道保持控制系统,该车道保持系统由上层可拓控制器和下层控制器两部分组成。在上层可拓控制器中,通过车道线检测得到车辆相对于道路的位置信息和道路曲率信息。根据可拓集合理论,选取预瞄点处横向位置偏差和前方道路曲率值作为可拓集合的特征值并划分可拓集合,求解关联函数,并根据关联函数值将车辆-道路系统状态分为经典域、可拓域和非域。在下层控制器中,在经典域采用基于横向位置偏差和航向偏差的PID反馈控制器,在可拓域中采用基于前方道路曲率的PID前馈-反馈控制器,非域中车辆-道路系统处于完全失控状态,采取紧急制动。2种仿真工况结果表明：相比于单一PID反馈控制,提出的车道保持控制系统,有效抑制了在大曲率道路下的跟踪误差值,提高了智能驾驶汽车在时变曲率的道路工况下车道保持控制精度和工况适应性。     

基于改进IDM-GARCH模型的速度波动不确定性研究（双语出版）

为定量分析跟驰行为中由驾驶人感知不确定性产生的速度波动不确定性,基于改进IDM-GARCH模型研究了后车速度波动存在的异方差性。首先,提出在经典智能驾驶模型中加入速度差刺激项和非对称系数,以增强速度波动方程残差项的实际意义。在此基础上,为度量速度波动的不确定性引入异方差的思想,并验证速度波动方程残差项的异方差性,最后运用广义自回归条件异方差模型对其异方差性建模。实证分析中,采用了美国联邦公路管理局主导下的下一代仿真项目中真实有效的跟驰数据。研究结果表明：改进的IDM模型能有效地拟合实际跟驰行为中后车的速度变化,且较经典IDM模型在精度上有了很大提高;同时,GARCH类模型估计的条件方差也能准确反映后车速度波动的趋势和幅度,以及不同驾驶人驾驶行为的差异。     

振动法水泥稳定破碎砾石基层及工程应用研究

采用振动试验方法（VTM）设计水泥稳定破碎砾石（CSG）并进行工程应用。结果表明:破碎砾石的压碎值为10.7%,满足路面基层的使用要求;当水泥剂量为3.5%时,振动法CSG的无侧限抗压强度代表值达到6.9 MPa;比起传统的设计方法,VTM可降低水泥剂量并提高力学强度;工程实践表明,振动法CSG基层的使用效果良好。     

不同处理方式软基的沉降特性现场试验研究

结合水泥土搅拌桩、超载预压以及袋装砂井联合堆载预压三种方式处治的滨海相软基,开展了系统的沉降变形原位试验研究。结果表明:施工期的软基沉降量与填高呈良好的线性关系,预压期的沉降量与时间符合双曲线关系。不同方式处理软基的沉降率与沉降速率显著不同。深层沉降量与埋深呈单指数衰减相关性;路堤临界高度应考虑下卧硬土层的影响。