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面向自动驾驶场景的多目标点云检测算法

汽车工程 2024年第7期46卷 1208-1218,1238页

作者：陶乐王海蔡英凤陈龙江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013 江苏大学汽车工程研究院镇江212013

基于点云的三维目标检测算法是自动驾驶系统中关键技术之一。目前基于体素的无锚框检测算法是学术界的研究热点,但是大多数研究都侧重于设计复杂的二阶段修正模块,在牺牲巨大的算法延迟的情况下带来有限的算法性能提升。而单阶段无锚框... 详细信息

基于点云的三维目标检测算法是自动驾驶系统中关键技术之一。目前基于体素的无锚框检测算法是学术界的研究热点,但是大多数研究都侧重于设计复杂的二阶段修正模块,在牺牲巨大的算法延迟的情况下带来有限的算法性能提升。而单阶段无锚框点云检测算法虽然具有更加精简的检测流程,但其检测性能难以满足自动驾驶场景的需求。对此,本文基于无锚框检测算法CenterPoint,提出了一种面向自动驾驶场景的单阶段无锚框点云目标检测算法。具体来说,本文通过引入编码解码稀疏模块,极大地促进了三维特征提取器对于空间非连通区域的信息交互,保证了三维特征提取器能够提取到满足各类目标检测的特征。此外,考虑到现有的二维特征融合主干与基于中心点的无锚框检测头的适配存在挑战性,本文通过引入自校正卷积和大核注意力模块,能够有效提取到目标区域的点云特征,并将目标区域的点云特征聚集到中心点区域,从而提升算法对于目标的召回率和检测精度。本文所提出的算法在大规模公开数据集nuScenes上进行模型训练和实验验证,与基准算法相比,mAP和NDS分别提升了5.97%和3.62%。同时,本文将所提出的算法在基于自主搭建的实车平台上进行实际道路实验,进一步证明了所提出算法的有效性。

关键词：自动驾驶深度学习点云检测无锚框

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不确定性环境下的自动驾驶汽车行为决策方法

汽车工程 2024年第2期46卷 211-221,259页

作者：付新科蔡英凤陈龙王海刘擎超江苏大学汽车工程研究院镇江212013 江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013

在真实驾驶环境中,由于感知数据的噪声和其他交通参与者难以预测的行为意图,自动驾驶汽车如何在高度交互的复杂驾驶环境中考虑不确定性因素的影响,做出合理的决策,是当前决策规划系统须解决的主要问题之一。本文提出了一种不确定性环境... 详细信息

在真实驾驶环境中,由于感知数据的噪声和其他交通参与者难以预测的行为意图,自动驾驶汽车如何在高度交互的复杂驾驶环境中考虑不确定性因素的影响,做出合理的决策,是当前决策规划系统须解决的主要问题之一。本文提出了一种不确定性环境下的自动驾驶汽车行为决策方法,为消除不确定性的影响,将行为决策过程转化为部分可观察马尔可夫决策过程(POMDP)。同时为解决POMDP模型计算复杂度过高的问题,首次将复杂网络理论应用于自动驾驶汽车周围微观的驾驶环境,对自动驾驶汽车驾驶环境进行动态建模,实现了车辆节点间交互关系的有效刻画,并对重要车辆节点进行科学筛选,用于指导自车的行为决策,实现对关键车辆节点的精准识别和决策空间的剪枝。在仿真环境中验证了所提方法的有效性,实验结果表明,与现有最先进的行为决策方法相比,所提出的方法拥有更高的计算效率,且拥有更好的性能和灵活性。

关键词：自动驾驶汽车行为决策部分可观察马尔可夫决策过程复杂网络

基于四阶贝塞尔曲线的应急救援车辆轨迹规划方法

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机械工程学报 2024年

作者：陈特蔡英凤陈龙徐兴江苏大学汽车工程研究院

为确保应急救援车辆的行驶安全性、舒适性、稳定性以及高机动性，同时针对应急救援车辆所具有的车宽大、重心高、转弯半径大等实际特征，提出一种基于三维-分段式四阶贝塞尔曲线的应急救援车辆轨迹规划方法。将车速信息视为对应轨迹坐... 详细信息

为确保应急救援车辆的行驶安全性、舒适性、稳定性以及高机动性，同时针对应急救援车辆所具有的车宽大、重心高、转弯半径大等实际特征，提出一种基于三维-分段式四阶贝塞尔曲线的应急救援车辆轨迹规划方法。将车速信息视为对应轨迹坐标的垂向坐标，采用三维贝塞尔曲线进行车辆轨迹规划，从而同时实现轨迹规划和车速规划且将车速信息与车辆轨迹坐标一一对应。同时，为实现轨迹规划中多个优化目标与车辆智能驾驶实际需求的有效贴合，采用分段式贝塞尔曲线设计车辆轨迹，将车辆轨迹分为避撞过程和回正过程，从而实现车辆轨迹设计目标的动态优化。结果表明，所提出的基于三维-分段式四阶贝塞尔曲线的轨迹规划方法可在确保车辆安全、舒适、稳定性设计目标的同时，有效提高轨迹规划机动性，提升换道效率，降低换道时间。

关键词：智能车辆轨迹规划贝塞尔曲线目标优化

基于人体特征点提取和多维时间序列分类的驾驶行为识别方法

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机械工程学报 2024年

作者：李朝赵霞赵继康付锐王畅长安大学汽车学院江苏大学汽车工程研究院

驾驶人行为识别对提高驾驶安全性和发展智能交通至关重要。由于不同驾驶环境和驾驶人特征存在较大差异，基于端到端深度学习的驾驶行为识别模型很难在不同数据集下保持较高的泛化性能。针对上述问题，提出基于人体特征点提取和多维时间... 详细信息

驾驶人行为识别对提高驾驶安全性和发展智能交通至关重要。由于不同驾驶环境和驾驶人特征存在较大差异，基于端到端深度学习的驾驶行为识别模型很难在不同数据集下保持较高的泛化性能。针对上述问题，提出基于人体特征点提取和多维时间序列分类的驾驶人行为识别方法。使用YOLOv8和人体姿态估计器蒸馏(Distillation for whole-body pose estimators,DWPose)跟踪驾驶人区域并提取驾驶人人体特征点矩阵。对特征点矩阵进行归一化、平滑和维度转换。分别建立了基于Transformer、Informer、时间卷积神经网络(Temporal convolutional network,TCN)和注意力机制-长短期记忆网络(Attention based long short-term memory,LSTM-Attention)的多维时间序列分类模型。结果表明，Informer模型的识别准确性最高，TCN模型的运行效率最高。当使用Driver-100-Day进行训练时，Informer在Driver-100-Day、Driver-100-Night和State Farm Driver 2数据集上的测试准确度分别为90.82%、88.77%和80.67%，相比于CNN-Transformer提高了24.56%、72.02%和67.57%。所提方法相比于基于单帧图像输入的模型在泛化性能方面有较大的改善，且能够达到较高的识别效率和准确度。

关键词：智能驾驶驾驶行为识别人体特征点多维时间序列分类泛化性能

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汽车在环境风洞内流场的数值模拟与实验研究

汽车工程 2024年第3期46卷 536-545页

作者：许翔王远于镒隆王丹王伟徐俊芳张立军中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司风洞中心天津300300 同济大学汽车学院上海201804

为研究汽车在环境风洞内的流场特性,建立了环境风洞和整车数值模型,考虑了风洞喷口和收缩段的阻塞效应、边界层抽吸以及实验设施等对汽车流场的干扰效应,对环境风洞内汽车前方、车身和车轮周围、冷却模块以及机舱内的流场进行了数值模... 详细信息

为研究汽车在环境风洞内的流场特性,建立了环境风洞和整车数值模型,考虑了风洞喷口和收缩段的阻塞效应、边界层抽吸以及实验设施等对汽车流场的干扰效应,对环境风洞内汽车前方、车身和车轮周围、冷却模块以及机舱内的流场进行了数值模拟。对车身表面的静压以及车身周围和车底部的风速等进行测试,通过数值模拟结果与实验结果的对比,表明数值风洞能准确预测汽车在环境风洞内的流场特性。研究结果显示:汽车前端气流的速度分布沿着气流方向发生显著变化,越接近前端冷却模块时风速的均匀性变得越差;汽车底部气流受地面、车底和轮胎旋转等的共同影响呈现规律性的变化,车底风速沿车身纵向先增大后减小。本方法对研究汽车在环境风洞内的热气动性能以及开发数值风洞提供了新的思路和参考。

关键词：环境风洞流场特性冷却模块数值模拟风洞实验

水分子在ZrCo(110)表面聚集与解离的理论研究

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高等学校化学学报 2024年第8期45卷 108-118页

作者：汤茹但琪叶荣兴兰越景王劲川谌晓洪宋江锋周琳森西华大学理学院成都610039 中国工程物理研究院材料研究所绵阳621907

储氚材料锆钴合金(ZrCo)与气体中的水分子发生氧化反应,会导致材料表面的毒化失活,对聚变堆的安全运行产生极大影响.本文利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了不同水分子团簇在ZrCo(110)表面的吸附-解离行为.研究发现,... 详细信息

储氚材料锆钴合金(ZrCo)与气体中的水分子发生氧化反应,会导致材料表面的毒化失活,对聚变堆的安全运行产生极大影响.本文利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了不同水分子团簇在ZrCo(110)表面的吸附-解离行为.研究发现,6个水分子形成的水团簇在表面通过氢键作用形成环状的吸附构型,随着团簇尺寸的增大,由于表面空间效应,新增分子的吸附能逐渐减小,水团簇逐渐演变成复杂的双层水分子吸附构型;由于水团簇存在氢键作用,质子能够在不同水分子之间发生快速的转移.并且水分子容易在ZrCo(110)表面活性位点发生化学键断裂,其产物OH主要与表面Zr原子存在相互作用,而产物H吸附在Zr2Co空位.因此,氢键作用在水分子氧化腐蚀ZrCo(110)表面过程中扮演着非常重要的角色.

关键词：水团簇锆钴合金吸附-解离第一性原理计算

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空气弹簧内部压缩气体热迟滞等效力学模型

汽车工程 2024年第7期46卷 1294-1301页

作者：陈俊杰徐进嫄沈钰杰吕辉江西理工大学机电工程学院赣州341000 江苏大学汽车工程研究院镇江212013 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641

空气弹簧内部压缩空气的热交换效应导致其力学特性具有较强的热迟滞性和频率相关性。本文建立了一种热迟滞等效力学模型来描述空气弹簧内部压缩气体的能量交换过程。结合橡胶气囊模型,构建了涵盖橡胶气囊迟滞和压缩空气热迟滞的空气弹... 详细信息

空气弹簧内部压缩空气的热交换效应导致其力学特性具有较强的热迟滞性和频率相关性。本文建立了一种热迟滞等效力学模型来描述空气弹簧内部压缩气体的能量交换过程。结合橡胶气囊模型,构建了涵盖橡胶气囊迟滞和压缩空气热迟滞的空气弹簧迟滞力学特性模型,并给出了模型关键参数的辨识方法。实验表明空气弹簧力学迟滞环和动刚度最大误差分别小于3.3%和6.7%,验证了迟滞力学特性模型的准确性。最后,揭示了压缩空气热迟滞随频率变化的内在规律。研究结果为查明空气弹簧的迟滞非线性机理及其有效利用提供了理论支撑。

关键词：压缩空气热交换效应迟滞特性频率相关性空气弹簧

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农用单缸柴油机油箱动态特性识别研究

中国农机化学报 2024年第5期45卷 128-133页

作者：孟浩东张忠徐年尧王勇邹灵浩常州工学院汽车工程学院江苏常州213032 中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司天津市300300 江苏大学汽车工程研究院江苏镇江212013

针对某型农用单缸柴油机油箱在标定工况下受多源激励作用产生的振动问题,融合傅里叶分解方法(FDM)、同步压缩小波变换法(SWT)以及模态分析技术的优势识别油箱动态特性。采用FDM-SWT方法进行标定工况下油箱半载状态振动响应信号的自适应... 详细信息

针对某型农用单缸柴油机油箱在标定工况下受多源激励作用产生的振动问题,融合傅里叶分解方法(FDM)、同步压缩小波变换法(SWT)以及模态分析技术的优势识别油箱动态特性。采用FDM-SWT方法进行标定工况下油箱半载状态振动响应信号的自适应分解与时频特征提取,消除模式混叠对分解结果的影响,提高时频分辨率,获取油箱表面振动信号的主傅里叶固有频带函数分量及其时频特性。采用模态分析技术识别油箱空载状态与油液作用下油箱半载状态的固有振动特性,在研究油箱振动响应特性与其结构固有特性两者相关性基础上,找到导致油箱结构动态特性变差的薄弱环节。通过下箱体底部采用增加压凹加强筋结构设计措施提高油箱结构刚度,避开结构共振频率,优化油箱的动态特性。

关键词：单缸柴油机油箱模态分析动态特性时频特征

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基于切换策略的车辆质心侧偏角高性能获取

汽车工程 2024年第2期46卷 346-355页

作者：陈建锋吴强葛新元赵景波常州工学院电气信息工程学院常州213032 江苏大学汽车工程研究院镇江212013

现有的基于融合策略的车辆质心侧偏角(vehicle sideslip angle,VSA)获取方法需要针对不同的场景、结构或信号进行优化和改进,计算复杂度和系统成本也随之增加。本文提出一种基于切换策略的VSA软测量方法。在传感器量测信号预处理部分,... 详细信息

现有的基于融合策略的车辆质心侧偏角(vehicle sideslip angle,VSA)获取方法需要针对不同的场景、结构或信号进行优化和改进,计算复杂度和系统成本也随之增加。本文提出一种基于切换策略的VSA软测量方法。在传感器量测信号预处理部分,利用贝塞尔滤波器对侧向加速度信号进行时延处理和噪声滤除,设计可靠性检验模块对横摆角速度等信号中的突变实现有效清除。在此基础上,根据现有运动学和动力学方案的优势确定切换策略,尽量缩短运动学方案的连续工作区间以抑制其误差累积,同时将动力学方案限制在线性区工作以避免其性能下降,并在多个工况下进行仿真和硬件在环试验,以验证所提出的VSA获取方法的效果。试验结果表明,相较于采用典型的融合策略的对比方法,本文提出的方法在精度和运行时间方面都具有明显的优势,且二者对路况的变化均具有较强的鲁棒性。

关键词：车辆质心侧偏角切换策略运动学方案动力学方案高性能获取