无人车硬件在环虚拟测试系统设计与验证

为了解决在验证无人车的智能行为时,实地道路测试中面临的诸多问题,如费时、经济性差、道路环境要求高,以及易受天气环境的影响等。通过设计无人车硬件在环虚拟测试系统以及虚拟现实的方式对无人车的智能行为进行测试,该系统包括虚拟交通环境、道路模拟、车辆动力学以及模拟车载传感器的感知4个部分,可满足在无人车测试时对不同的交通状况、不同车型、不同传感器的测试需求。在虚拟交通环境部分提出了动态场景的自动触发机制,可适用于虚拟场景内所有动态运动目标的触发;在车辆动力学部分,设计了2个车辆模型通过在实时系统中的接口映射方案,解决了场景软件中车辆模型自由度少、车辆模型精度差等问题;在模拟传感器感知部分,提出了2种激励信号方案,一方面解决了因传感器目标模拟系统的物理因素导致的不足,另一方面也更好地适应复杂场景下车辆算法测试。通过该系统设计的一个虚拟测试场景,在场景中验证动态场景的自动触发机制,通过配置某待测实车的车辆动力学模型,在该虚拟测试场景中测试待测实车整车控制器的自适应巡航功能。研究结果表明:自动触发机制可准点触发虚拟目标车辆运动,待测实车整车控制器的自适应巡航能力良好,在低速场景中跟车距离稳定在40 m左右;此外系统存在一定程度的机械延迟,对系统不同激励信号方式的应用研究表明,在坡度与弯道场景中黑盒模拟法存在一定的不足。该系统可完成无人车硬件在环的虚拟测试。     

PG-15型节制杆式台车试验系统的稳定性和重复性

介绍了节制杆式台车试验系统的基本原理，从对节制杆式台车试验系统建立的动力学方程的稳定性入手，运用动力自治系统的稳定性性质，分析了影响控制方程稳定性的因素，如初速和节制杆式台车试验系统的结构参数，给出了重复性的基本定义和计算公式，计算了不同初速下台车的加速度曲线并进行了对比，结果表明两曲线相似且差别很小，具有良好的稳定性，通过台车碰撞模拟试验，得到了模拟加速度曲线，与实车碰撞加速度曲线接近，说明台车碰撞模拟试验真实，能稳定地再现汽车碰撞的动力学过程，理论和试验结果表明，在许可范围内该系统具有良好的稳定性和重复性。     

车辆实车碰撞试验的模拟再现

简述了根据碰撞现场检测数据即可对车对车碰撞事故计算碰撞车速及再现碰撞车辆举动的计算机模拟系统。用此系统对11例实车碰撞试验进行计算与模拟再现,计算模拟结果与试验记录结果一致。     

基于前方车辆行为识别的碰撞预警系统

提出了一种基于车辆行为识别的汽车前方碰撞预警方法.利用单目视觉,首先采用基于梯度方向直方图特征和支持向量机的方法识别前方车辆,并结合卡尔曼滤波进行车辆跟踪;然后使用隐马尔科夫模型对车辆行为进行建模,识别前方车辆行为,并根据行为识别结果计算对应的风险评估因子;最后将风险评估因子引入碰撞风险评估系统,使碰撞预警时间比未加入风险评估因子平均提前2.04s.实车实验验证了本方法的有效性.     

面向高级车辆事故自动呼救系统的伤情预测

为提高高级车辆事故自动呼救(advanced automatic crash notification, AACN)系统的救援效率,提出了一种驾驶员伤情预测算法,基于算法进行了AACN系统终端的总体设计。首先,选取驾驶员年龄、性别、是否佩戴安全带、速度变化量、事故碰撞方向以及驾驶员侧安全气囊是否打开作为驾驶员伤情的影响因素;其次,对交通事故数据进行分析并构建Logistic回归模型,使用Hosmer-Lemeshow测试表对模型进行验证,通过敏感性分析获得最佳触发阈值;再次,对AACN系统终端进行设计;最后,通过实际案例检验伤情预测算法的准确性和AACN系统终端的有效性。结果表明,所提出的驾驶员伤情预测算法和AACN系统的准确性较高,能够有效预测驾驶员伤情,有助于救援中心制定积极有效的救援方案。研究结果可用于解决现有的集中式AACN系统呼叫效率不高且准确性受人为因素影响较大的问题,为分散式AACN系统中驾驶员伤情预测算法的设计提供参考。     

面向事故分析的车身关键参数数值模拟计算

汽车碰撞事故再现方法中常用的动量/能量和变形/能量分析方法需要对所涉及车辆的部分参数(如恢复系数和刚度系数)进行确定,传统的参数确定方法需要通过多次实车碰撞试验进行统计分析计算,具有周期长、成本高等缺陷,不适应目前多品种小批量的生产方式.据此,提出利用被试验验证的整车有限元模型对上述参数进行多种速度下的数值模拟计算,并将模拟试验得到的恢复系数应用于一起真实碰撞事故的分析,结果验证了该参数的可靠性及该方法的可行性.     

汽车安全气囊控制器验证方法及实现

针对在安全气囊控制器开发过程中需要进行大量实车或台车碰撞试验,获得点火阈值验证曲线试验工作量大、成本高昂的问题,进行了可提高开发效率降低开发成本试验方法的替代方案研究。基于安全气囊控制器工作原理,提出了一种利用摆锤冲击滑车模拟汽车碰撞前期30ms加速度波形的试验方法,替代安全气囊控制器前期开发的台车试验验证,开发出了相应的试验装置,建立并验证了该系统的有限元模型。基于实际碰撞中加速度的差异性,引入双梯形理论对实车碰撞曲线进行了简化,并应用该方法模拟简化后的加速度曲线,并对某新开发的气囊控制器进行试验验证。研究结果表明:该验证方法得到的安全气囊点火判断曲线与实车碰撞试验获得的曲线最大误差在10%以下,采用摆锤冲击滑车的模拟碰撞波形的试验方法可以用于安全气囊控制器的开发设计。     

基于三维雷达的非结构化路面识别

为解决非结构化路面条件下路面识别问题和提高障碍识别的准确性,采用IBEO LD-ML四线雷达设计出一套越野环境障碍识别系统,并根据系统提出一种障碍分块算法.应用角度和长度双阈值对已得数据进行归类并进行分块,提取出阻碍车辆正常行进的区块.通过实车试验验证整个系统的可靠性、算法的准确性和实用性,试验结果表明,该系统可以实时地提取障碍目标,为智能车辆在越野环境下行驶提供实时路面评价方法.     

安全驾驶的横向安全预警报警阈值的确定

为减少车道偏离事故的发生,基于车辆将要横越车道边界的时间标准（TLC）,提出一种新的横向安全报警算法。该算法根据车辆运行状态判断驾驶人意图,基于实车试验数据,分析车辆的车轮轨迹曲线与TLC曲线,设定不同路况、不同类型驾驶人的报警阈值;利用驾驶人分类结果中最激进和最保守驾驶人的实车数据,分别验证不同路况下的报警阈值。结果表明：在不同路况下,报警算法给性格保守的驾驶人留出了1s左右的反应时间,给性格激进的驾驶人留出了0.5s左右的反应时间。     

自动泊车系统模型研究与实车验证

在自动泊车系统开发过程中,各功能模块相对独立且搭建复杂?为了更好地解决自动泊车系统各功能模块算法的开发及验证,研究建立了自动泊车系统模型与仿真环境?分析了自动泊车系统原理架构,确定了自动泊车系统模型组成?结合自动泊车系统泊车过程中的车辆参数和环境参数,对系统模型进行了动态仿真,根据仿真数据在实车上进行测试验证,在相同的泊车环境下对仿真系统与实车系统泊车过程中关键点进行测量?对比数据结果表明,车辆方向盘转向角度相对误差在1.1%以内,轨迹控制横向距离相对误差在3.3%以内,纵向距离相对误差在2.1%以内?该设计的自动泊车系统不仅能良好地完成自动泊车,而且可以用于系统各功能模块算法的开发与验证,进一步提高了自动泊车系统的性能?     

基于物理引擎的汽车碰撞事故仿真系统

道路交通事故发生的时间短暂、原因复杂,使得人们难以掌握交通事故发生过程的破坏形式以及减少事故损失的方法。为了形象地模拟道路交通碰撞事故过程,清晰地展现破坏形式和碰撞能量,基于Quest3D虚拟现实平台,运用PhysX物理高阶引擎技术,针对交通事故中常见的两车碰撞开发了汽车碰撞仿真系统。结果表明,通过碰撞方式控制、相关参数控制、制动控制等多功能仿真控制,实现了白天、晚上、雨天、雪天等全天候下弹塑性三维碰撞模拟;渲染汽车碰撞过程中车身的凹陷、撕裂等破坏效果的同时,实现了实时输出碰撞速度、速度、动能、坐标向量、制动距离、角速度、角动量等定量化数据,为汽车碰撞事故的分析与重现提供了有利的仿真工具。     

基于事故序列的自动驾驶汽车事故场景提取与分析

测试场景构建对于评估自动驾驶汽车(autonomous vehicles, AVs)上路运行风险至关重要。 通过收集 2019—2021 年 加州自动驾驶汽车事故报告,首先,将事故序列描述为初始阶段、触发事件、应对动作和碰撞阶段的组合,并从事故报告中提 取序列构成基础测试场景。 其次,通过序列比对算法衡量序列之间的不相似度。 最后,使用聚类分析方法得到 9 类场景组及 其典型场景。 频率分析表明最具有代表性的事故模式为 AV 停止后被后方直行的车辆接触。 交叉表分析表明场景组与衡量 事故结果和描述道路环境的变量显著相关。 研究方法为 AV 事故场景提取和分类提供新思路,研究结果对了解 AV 事故模式 具有参考价值。     

汽车碰撞的基本规律

应用非线性有限元结构分析簌件对多种汽车进行碰撞过程的计算机模拟计算．在数百例碰撞算例的计算结果中，对速度、加速度、撞压变形、能量、碰撞力作了统计分析，给出了统计规律和相应的解析方程．     

纯电动汽车车身多目标拓扑优化设计

为解决纯电动汽车车身设计中仍沿用传统车身,未同时考虑碰撞相容性和正面碰撞安全性的问题,基于混合元胞自动机拓扑优化方法,以在约束条件下吸收碰撞能量最大化为优化目标,对车身结构进行多工况概念设计,从而确定出合理的电动汽车车身布局,设计出了一种满足正面碰撞安全性与碰撞相容性的车身头部结构.结合拓扑优化结果进行有限元模型验证与厚度分析,结果表明:2~3mm的汽车头部厚度可在满足正面碰撞安全性条件下平衡碰撞过程中车体结构的纵向错位,保证碰撞力的均匀分布,实现车身轻量化.     

汽车碰撞时间特性的仿真

随着汽车向高速化方向发展,对汽车的安全性要求越来越高,汽车在高速下的碰撞特性研究也就显得非常重要。文中讨论了汽车碰撞时车体的加速度、速度和位移的变化情况,给出了用于仿真研究的碰撞参数模型,并对汽车正面碰撞时车体的时间特性（加速度、速度）进行了仿真分析。     

收费站车辆安全防护体系设计与实验研究

针对收费站频发车辆撞击收费亭伤人和撞击水泥岛头侧翻造成严重交通事故的现实,提出了缓冲护栏和单波梁防撞垫等新型安全设施的设计理念,并将单波梁防撞垫、水泥岛头、缓冲护栏和防撞柱合理布局组成了收费站交通安全防护体系.经过实车碰撞实验,验证了产品的可靠性和设计的可行性.     

基于驾驶倾向性辨识的避撞-报警算法

为了研究适应驾驶员个性需求的避撞-报警算法,将驾驶倾向性作为驾驶员的个性评价指标引入。以实车实验所得驾驶行为数据为基础,提出了一种驾驶倾向性的实时辨识方法。通过驾驶模拟实验,获取了不同驾驶倾向性驾驶员的反应时间和制动减速度数据;并据此提出了一种基于驾驶行为的避撞-报警算法;最后将该算法与典型安全距离算法进行仿真对比。结果表明:本文提出的避撞-报警算法具有较高的可信度,而且体现了各类型驾驶员报警触发时机差异。     

汽车侧面碰撞有限元仿真建模

整车碰撞仿真是汽车被动安全性研究的关键技术和有效方法．应用美国ETA／VPG及LS—DYNA软件,按照欧洲侧面碰撞法规ECER95,对国产某轿车汽车侧面碰撞车身抗撞性能进行了计算机仿真分析．文中介绍了整车有限元建模及侧面碰撞仿真的方法及经验,分析了材料与焊点的模拟方式、时间步长、刚体、自接触的定义等对计算结果有影响的建模因素,并将模拟计算结果与实际碰撞结果进行对比．通过仿真和试验结果的比较,车身变形、加速度波形以及车体的运动基本一致,从而验证了文中汽车侧面碰撞仿真的建模方法,为进一步研究侧面碰撞人体伤害以及车身侧面抗撞性能的改进奠定了基础．     

高强钢薄壁管梁结构轴向冲击性能的数值分析

以点焊连接闭口帽形结构为例,选择3种典型高强钢材料,比较了不同板厚结构的轴向冲击特性.分析了冲压成形过程造成的帽形结构局部几何和材料属性变化,对该过程进行了数值仿真,将成形结果映射至碰撞仿真模型中,比较了成形因素对不同模型的影响,并与理论解析解进行了比较.研究结果表明:冲压成形过程导致结构局部减薄和材料加工硬化,对双相钢的影响最为明显;引入成形因素改变了轴向冲击变形的屈曲方式和后继变形模式,在先进高强钢材料的碰撞仿真中不可忽视;平均冲击力数值仿真结果与理论解析解存在一定偏差,但均表明双相钢具有更优良的变形吸能特性.     

行人防碰撞系统制动控制建模与联合仿真

为了体现现有汽车主动防撞系统对车外行人等交通弱势群体的主动安全保护,对行人防碰撞预警系统中自动制动控制进行了研究。在车辆获取到前方行人基本信息的基础上,设计了考虑行人安全的安全状态判断模型,建立了基于Carsim和Simulink的车辆纵向动力学模型,采用加速度滑模控制方法设计了获取本车期望加速度的上位控制器,单神经元PID控制设计了跟踪这一期望加速度的下位控制器,最后对典型的行人危险场景进行联合仿真。试验表明所设计的控制算法对避撞行人有较好的响应,并且能在保证一定的安全距离的前提下实现自动制动,保证了行车的安全性。