虚拟自主车智能驾驶行为的研究与实现

为了提高驾驶模拟系统的逼真度和可信度,以自主车驾驶行为作为研究对象,在结合宏观与微观信息进行虚拟道路环境建模的基础上,提出一种基于局部信息感知和知识随机决策的概率模拟方法,目的是提升虚拟车的自主智能性和实现驾驶行为的真实随机性。实验与应用结果表明,提出的方法能够较真实地再现车辆的自主驾驶行为,模拟现实中交通车辆环境,并提高了模拟系统的真实性、形象性和实时性。     

面向智能驾驶测试的仿真场景构建技术综述

随着汽车智能化程度的不断提高,智能汽车通过环境传感器与周边行驶环境的信息交互与互联更为密切,需应对的行驶环境状况也越来越复杂,包括行驶道路、周边交通和气象条件等诸多因素,具有较强的不确定性、难以重复、不可预测和不可穷尽。限于研发周期和成本、工况复杂多样性,特别是安全因素的考虑,传统的开放道路测试试验或基于封闭试验场的测试难以满足智能驾驶系统可靠性与鲁棒性的测试要求。因此,借助数字虚拟技术的仿真测试成为智能驾驶测试验证一种新的手段,仿真场景的构建作为模拟仿真的重要组成部分,是实现智能驾驶测试中大样本、极限边界小概率样本测试验证的关键技术,这对提升智能驾驶系统的压力和加速测评水平显得尤为重要。面向智能驾驶测试的仿真场景构建技术已成为当前汽车智能化新的研究课题和世界性的研究热点,作为一种新兴技术仍面临许多挑战。本文提出了面向智能驾驶测试的仿真场景构建方法,系统阐述了国内外研究工作的进展与现状,包括场景自动构建方法和交通仿真建模方法,重点分析一些值得深入研究的问题并围绕场景构建技术的发展趋势进行了讨论分析,最后介绍了团队相关研究在2020中国智能驾驶挑战赛仿真赛和世界智能驾驶挑战赛的仿真场景应用情况。     

一种超车判别条件

车辆行驶的超车跟车过程仿真是交通流建模中的基本问题。传统的超车过程模拟方法尚存在不足之处。其中之一是未对超车过程发生的条件作深入的剖析。元胞自动机模型在一定程度上反映了车辆行驶的特征，但它在时间和空间上都是离散的，当道路宽度发生变化时，元胞自动机模型的实施尤其不便。而司机的超车过程是一个光滑连续的使车辆位置向着一个与前车相对位置的指定目标逼近的过程。为此。将道路宽度在一定范围内的总体情况、几何约束条件、速度约束条件、加速度约束条件以及车辆的宽度作为基本因素，提出了一种超车判别条件。     

基于UE4的在线驾驶仿真系统设计与实现

驾驶仿真系统在交通安全研究中发挥着重要作用,但目前仍存在三维道路建模受限、仿真场景还原度不高等问题;研究采用虚幻引擎开发仿真功能模块,根据道路几何线形与交通流原始资料,能高效搭建出驾驶仿真场景;采用像素流送技术将视频帧发送到前端,设置硬件设备的轴属性映射,支持模拟驾驶外部信号输入,并实时将驾驶行为数据存入数据库,设计了一种轻量化、自动化、智能化的在线驾驶仿真信息管理与可视化系统;系统主要实现了道路自动化建模、人-车-路-环境信息管理、车道级真实交通流场景还原、在线模拟驾驶与数据可视化等功能;经测试,系统部署后能在Web端稳定运行,弥补了现有驾驶仿真系统的不足,为实验人员提供轻量高效的驾驶仿真服务。     

智能车逆向超车控制算法

针对双向车道因受限于道路条件及交通特性仅能借用对向车道完成超车（逆向超车）的问题,通过采用车联网以及车载传感器获取环境车辆的速度、加速度等全局信息,将多车场景中各个实体所造成的影响纳入超车决策中,从而提出一种基于图搜索和模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）的逆向超车控制方法。首先,根据车车通信获取的全局信息,结合非合作博弈,对各车在整个时段内的行为进行预测,并根据预测情况对道路的各个区域进行安全评估,评估依据为该区域在下一时刻出现车辆的概率。对道路完成评估后,得到碰撞概率热区图,之后采用A*算法搜索安全路径,根据安全路径完成目标车辆的轨迹规划,并设计模型预测控制器来对主车进行实时控制,使车辆按照既定轨迹行驶。最后,借助Carsim与MATLAB/Simulink搭建联合仿真平台,对提出的算法进行验证。仿真实验结果表明,该模型的控制误差最大不超过0.15 m,平均误差率约为1.7%,能实现对车辆的精准控制,保证被控车辆安全完成逆向超车。     

面向智能交通系统的仿真路网快速建模方法

提出了一种面向智能交通系统的仿真路网模型,与传统路网模型相比,增强了几 何表达和拓扑表达能力,同时其上可附着丰富的交通属性数据,能够满足精细化智能交通仿真 的需求。在此基础上,研究了一种路网数据迁移方法,从现有电子地图快速提取并构建面向智 能交通系统的道路路网。通过对几何精确性、拓扑完备性和建模高效性的测试表明,该路网模 型及其建模方法,提高了交通仿真基础路网建模的效率,降低了建模成本,为智能交通仿真的 广泛应用提供了高效、可靠的道路数据来源。     

车路协同环境下智能交叉口车速控制

传统信号控制交叉口通过相位禁行方式来解决交通冲突,导致交叉口时空资源利用率低,延误增加.为提高车路协同环境下的交叉口通行效率,本文提出了一种基于时空间隙动态分配的智能交叉口车速控制方法,对交叉口车辆通行时间进行归一处理,建立了车辆跟驰控制模型和冲突避碰模型,使车辆能够根据交叉口控制区域内的实时路况信息预先进行速度调整,达到不停车通过交叉口的最优安全速度.运用VISSIM和MATLAB联合搭建仿真运行环境,分别在600 pcu·h^-1, 1200 pcu·h^-1和1800 pcu·h^-1交通流量条件下,对智能控制和传统控制交叉口的控制效益进行评价对比,结果表明:该智能控制方法均能够有效缩短交叉口车辆延误,减少车辆油耗和各类污染物的排放,且交通流量越高,改善效果越明显.     

动态虚拟智能交通场景的研究与实现

在微观交通仿真系统中,三维虚拟交通场景主要研究静态物体的构建,对交通环境中各种动态因素研究较少。该文探讨虚拟交通场景中虚拟汽车的视觉感知行为和决策行为,给出视觉感知图和模糊神经网络决策图,在此基础上利用EONSDK技术构建动态虚拟智能交通场景平台,提高了虚拟交通环境的真实性,而且可以定制不同交通环境和模拟不同交通事故场景。     

车路协同路侧感知融合方法的研究

随着智能网联汽车技术和产业的不断发展,智能网联汽车逐渐成为人们交通出行的选择之一。但受智能网联汽车自身环境感知系统对特定道路交通场景信息处理的局限,无法实现在所有行驶工况下安全高效的运行,其需车路协同路侧感知技术的辅助方能更安全高效的运行。海量的车路协同感知数据是城市道路和高速公路车路协同、运行分析和科学管理的宝藏,理解和分析这些数据是车路协同路侧感知融合的关键。面对车路协同路侧多传感器的不同数据,如何高效准确地挖掘和提取雷达、视频在不同时间、不同空间维度的数据,实现对重点交通场景(如视野盲区、急转弯道、隧道、桥梁)和交通事件、环境、设施安全等的雷达、视频数据进行快速融合检测、识别与检索,通过蜂窝车联网C-V2X网络在一定时延范围内有效地将路侧感知融合结果数据发送给智能网联汽车,确保其安全高效的行驶,是面向智能网联汽车辅助驾驶的车路协同路侧感知融合的关键问题。基于智能网联汽车其自身环境感知能力,对道路智能基础设施感知网络中的多传感器融合方法进行研究分析,提出了基于误差方差的多传感器融合算法,与非智能道路相比,其效率更高,更加智能化,可有效解决道路交通运行环境中存在的常见问题,为人们提供更加安全、高效、优质的交通出行服务。     

道路网元胞自动机交通流仿真研究

对于交通流移动对象的模拟,论述了现有模型的不足,并提出基于道路网的元胞自动机模型（RN-CA）。该模型不仅模拟移动对象在交通流中的行为,还引入不同类型道路和车辆情况下的发车、跟车、超车和矫正模型,使模拟更精确、可靠。采用Dijkastra算法,综合考虑道路长度、车道数、流量、平均速度等因素动态计算最优行驶路径。对于行车时间预估,采用模拟加预估的方式,综合考虑当前和历史路况。为了改进系统的性能,系统采用可调节线程数目的模拟方式。     

自动驾驶在拥堵路段的道路几何信息估计

道路几何信息是自动驾驶系统中重要的信息来源,也是后续路径规划的关键参考信息之一。 该研究针对城市内车道线遮挡及多路径效应导致的全球定位系统失效等问题,提出了一种基于前车信 息的道路几何估计方法。通过对当前车辆、前车以及道路之间关系的建模,获得了系统的运动模型和 观测模型。采用无损卡尔曼滤波框架对观测到的前车相对位置、相对速度、相对角度和本车角速度进 行滤波处理,估计出当前车道的曲率参数。在仿真软件 Car learning to Act(Carla)上的实验结果表明, 相比地图匹配方法,在无法获取车道线目标及精确定位信息的情况下,该方法道路几何精度得到了显 著提升。     

Fuzzy model of vehicle delay to determine the level of service of two-lane roads

The level of service (LOS) on two-lane highways and, therefore, the quality of traffic flow, is currently estimated based on the delay of the vehicles and, in certain types of roads, the average travel speed. Speed is relatively easy to measure. However, it is important, and not so simple, to determine whether a vehicle is delayed. Traditional methods, generally based on quantitative measurements of average time between vehicles and thresholds, fail to take into account the inherent vagueness of the driving process. In this paper, we have developed a fuzzy model that gives a new and reliable method for determining such vehicle state on two-way two-lane roads, based on drivers’ perceptions. The proposed system is composed of seven fuzzy subsystems that take into account imprecise knowledge, human factors, and subjective perceptions regarding the road, the car, the driver, environmental conditions, etc. Simulation results of the system have been successfully compared with the behavior of two-lane road drivers who were interviewed. The level of service of these facilities is obtained using the estimated vehicle delay state and the overtaking maneuver. Therefore, this proposal makes it possible to introduce these existing driving experiences into LOS assessment and accordingly, it is potentially a step forward since LOS must be related, by definition, to user experience. These results could be used in future frameworks. In addition, an extension of the possible states of a vehicle is defined. This approach takes into account the drivers point of view regarding overtaking desire and in this sense, it is closer to reality.     

基于VR的驾驶仿真及安全教育系统开发

针对全国道路交通事故高发现状及传统驾驶安全教育方式单一、培训效果差的缺点,基于虚拟现实技术（VR）,在引发交通事故人为因素理论基础上,开发驾驶仿真及安全教育系统。系统基于Unity3D引擎,构建了基于道路实景数据的虚拟场景,并联合SUMO实现了道路交通流仿真,通过VR技术仿真驾驶环境及驾驶行为;基于碰撞检测原理,建立了关卡违规触发机制,编码自定义屏幕空间渲染方式模拟驾驶员视觉效果,并构建了基于图像的交通事故现场三维全景,从认知、感知层面培训驾驶员安全驾驶。实用性测试结果表明,系统实现了不同道路场景、气象条件与交通状况下的驾驶模拟及安全培训,增强了使用者的学习兴趣,提高了使用者驾驶安全素养,具有较强的实用性。     

非结构道路环境下的智能汽车质心侧偏角估计

车辆质心侧偏角是描述车辆侧向运动状态的重要参量之一,其估计的精度直接影响车辆的安全控制,传统的质心侧偏角估计方法不能满足非结构道路环境下的智能汽车质心侧偏角估计的要求。通过建立3自由度智能汽车动力学模型,采用CarSim和MATLAB构建智能汽车整车参数化模型;基于扩展kalman滤波(EKF)算法,设计非结构道路环境下的状态观测器对智能汽车质心侧偏角进行估计。在高、低附着系数路面双移线工况和蛇形工况下,对状态观测器的估计效果进行联合仿真验证。仿真结果表明:该方法能较精确地估计出非结构道路环境下智能汽车的质心侧偏角。     

基于超高频RFID的GPS信息采集系统

为了有效缓解城市交通拥堵,实现智能交通诱导,需要实时采集车辆动态GPS信息．传统的基于无线传感网络的车辆GPS信息采集系统在城市复杂电磁环境的干扰下,系统性能不稳定,难于保证实时性和可靠性要求．本文提出了一种基于超高频RFID技术的城市道路环境下车辆GPS信息采集系统设计方案．该系统利用超高频RFID技术替代传统的无线传感网技术,针对移动车辆实现了非接触式快速GPS信息采集和处理．首先介绍了基于超高频RFID的GPS信息采集系统的硬件及软件设计方案,并构建了针对该系统的仿真实验环境．仿真结果表明,该系统性能良好,能够满足实际要求．     

结合状态机和动态目标路径的无人驾驶决策仿真

目的 决策系统是无人驾驶技术的核心研究之一。已有决策系统存在逻辑不合理、计算效率低、应用场景局限等问题,因此提出一种动态环境下无人驾驶路径决策仿真。方法 首先,基于规则模型构建适于无人驾驶决策系统的交通有限状态机;其次,针对交通动态特征,提出基于统计模型的动态目标路径算法计算状态迁移风险;最后,将交通状态机和动态目标路径算法有机结合,设计出一种基于有限状态机的无人驾驶动态目标路径模型,适用于交叉口冲突避免和三车道换道行为。将全速度差连续跟驰模型运用到换道规则中,并基于冲突时间提出动态临界跟车距离。结果 为验证模型的有效性和高效性,对交通环境进行虚拟现实建模,模拟交叉口通行和三车道换道行为,分析文中模型对车流量和换道率的影响。实验结果显示,在交叉口通行时,自主车辆不仅可以检测冲突还可以根据风险评估结果执行安全合理的决策。三车道换道时,自主车辆既可以实现紧急让道,也可以通过执行换道达成自身驾驶期望。通过将实测数据和其他两种方法对比,当车流密度在0.20.5时,本文模型的平均速度最高分别提高32 km/h和22 km/h。当车流密度不超过0.65时,本文模型的换道成功率最高分别提升37%和25%。结论 实验结果说明本文方法不仅可以在动态城区环境下提高决策安全性和正确性,还可以提高车流量饱和度,缓解交通堵塞。     

一种基于蚁群算法的车辆导航系统模拟模型

本文提出一种基于蚁群算法的车辆导航系统模拟模型。通过对自然界生物行为的模拟,该系统能够在全局范围内动态确定车辆最优行驶路线,并迅速及时地向车辆提供动态的最优行车线路指引,提高交通系统的质量和效率。     

智能车辆自动超车系统的数据驱动路径跟踪约束控制

针对智能车辆自动超车系统,提出了一种新的数据驱动超车路径跟踪约束控制方案,系统控制方案的设计仅利用自动超车系统的输入/输出数据,并不包括车辆的模型信息,所以针对不同的车型均能够实现自动超车的数据驱动路径跟踪约束控制.在控制器的设计过程中,针对控制输入受变化范围和变化速率的限制,提出了一种新的动态抗饱和补偿器来解决饱和问题.最后给出了数据驱动约束控制与原型无模型自适应控制(model free adaptive control,MFAC)以及PID控制的仿真结果对比,结果表明,本文所提控制方案能够很好的完成自动超车过程的路径跟踪,且相比原型MFAC以及PID控制方案,本文方案具有更小的跟踪误差和更快的响应速度.     

A piecewise switched linear approach for traffic flow modeling

Traffic modeling is a key step in several intelligent transportation systems (ITS) applications. This paper regards the traffic modeling through the enhancement of the cell transmission model. It considers the traffic flow as a hybrid dynamic system and proposes a piecewise switched linear traffic model. The latter allows an accurate modeling of the traffic flow in a given section by considering its geometry. On the other hand, the piecewise switched linear traffic model handles more than one congestion wave and has the advantage to be modular. The measurements at upstream and downstream boundaries are also used in this model in order to decouple the traffic flow dynamics of successive road portions. Finally, real magnetic sensor data, provided by the performance measurement system on a portion of the Californian SR60-E highway are used to validate the proposed model.     

蒙特卡罗法在局域网交通信息估计中的应用

为解决理论计算需要事先已知车辆行驶路径的问题,提出采用蒙特卡罗法设计局域路网交通信息估计集成仿真模型,可利用有限交通采集设备,实现全面掌握城市路网交通运行状况、快速有效制定管理措施的目的。在实际路网上的研究结果表明,其具有良好的可靠性,可为先进交通管理系统（ATMS）相关交通模型的建立和交通采集设备的布设提供依据。