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期刊信息/Journal information
机械工程学报
机械工程学报

宋天虎

半月刊

0577-6686

jme@cmes.org cjme@263.net

010-88379907

100037

北京百万庄大街22号

机械工程学报/Journal JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊进登机械工程方面的基础理论、科研设计和制造工艺等方面的学术论文，报道自然科学基金项目论文和国外学者的论文反映本学科的最新发展和最新科研成果。在国内外机械科技领域享有很高声誉，并有较大影响。曾荣获“中国期刊奖”，在中国科协、北京市和全国科技期刊评比中均获得奖励。在国内已成为机械类和力学类核心期刊。已被美国工程索引（EI）等国内外20余种文摘刊物和数据库收录。
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    考虑复杂地形的越野环境无人车辆路径规划研究

    聂士达刘辉廖志昊谢雨佳...
    261-272页
    查看更多>>摘要：无人驾驶车辆在越野环境中行驶时,往往面临着复杂的地形和多变的路面.为进行可靠且高效的路径规划,保证车辆安全机动行驶,提出一种考虑复杂地形的越野环境无人车辆路径规划方法.该方法包括全局路径规划与轨迹规划,针对全局路径规划,提出一种基于崎岖地形人工势场的改进Theta*算法,该算法综合考虑坡度、地面类型、地面高程等因素,使车辆尽量远离崎岖地形,通过减少途经路径的坡度和起伏地形,来提高车辆在越野环境中的通行效率、稳定性及安全性.针对局部轨迹规划,提出面向多变行驶场景的自适应概率路线图算法(Adaptive probabilistic roadmap method,APRM),通过设计不同的采样策略来适应车辆在越野环境中行驶场景以及障碍物的变化,从而提高复杂越野环境局部轨迹规划算法构建路径网络图的效率.通过试验验证,改进Theta*算法输出的全局路径平均坡度减少35.63％,地表起伏程度降低33.56％,APRM算法在非结构化道路与开阔场景下进行局部轨迹规划所用时间分别减少79.68％和54.74％.

    轮式车辆越野环境自动驾驶全局路径规划局部轨迹规划

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    基于半空间约束理论的自动泊车高性能轨迹优化方法

    陈晓明李柏范丽丽王涯舟...
    273-288页
    查看更多>>摘要：轨迹规划是车载自动泊车系统中的重要功能,而现有的泊车轨迹规划算法无法兼顾算法泛化性、计算精度、求解时效性以及结果最优性.现采用基于数值优化的轨迹规划技术路线,首先将泊车轨迹规划任务表述为一则通用的最优控制问题;随后提出半空间约束理论,结合概略轨迹先验信息将原本具有高维度、强非凸非线性特点的名义避障约束简化为线性不等式约束,继而利用信任域约束进一步降低线性不等式约束的规模;最后调用非线性规划求解器对简化后的最优控制问题进行数值求解,可在极短时间内生成高精度数值最优泊车轨迹:将上述泊车轨迹规划方法命名为预设空间快速优化法.大量仿真试验表明,在同样使用混合A*搜索算法提供先验的概略轨迹的前提下,预设空间快速优化法的求解成功率、计算耗时以及结果最优性均优于 OBCA(Optimization-based collision avoidance)、LIOM(Lightweight iteratwe optimization method)等主流泊车轨迹优化算法.

    自动泊车轨迹规划计算最优控制非线性规划智能车

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    基于前车轨迹预测的智能车辆高速主动避撞方法

    赵林峰丰肖方婷王宁...
    289-301页
    查看更多>>摘要：对于智能车辆高速主动避撞,目前的研究大多没有着重考虑车辆动力学模型,这直接限制了避撞算法在实际应用的安全性.为此基于前方相邻车辆的预测轨迹和自车动力学稳定性,提出一种基于前车轨迹预测的智能车辆高速主动避撞改进方法.基于下一代交通仿真(Next generation simulation,NGSIM)数据集进行数据处理与特征提取;搭建长短期记忆循环神经网络(Long short-term memory-recurrent neural network,LSTM-RNN)预测模型并进行训练、预测和验证,得到前车多时域预测轨迹;根据前车预测轨迹和自车动力学稳定性,设计合理的主动换道避撞策略.基于优劣解距离(Technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)算法规划出具备安全性的主动避撞路径;搭建Prescan-Simulink-Carsim硬件在环试验平台,对提出的主动避撞方法进行试验验证,结果表明该方法可有效解决高速场景下的避撞安全性问题.

    智能车辆高速主动避撞轨迹预测动力学稳定性硬件在环

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    汽车功能安全:面向敏感指令攻击场景的自主驾驶车辆路径规划风险缓解控制

    林晨魏洪乾荆威张幽彤...
    302-316页
    查看更多>>摘要：为解决敏感动作指令攻击诱导的路径规划失效与跟踪控制失稳问题,提出一种基于状态解耦与实时模型预测控制相结合的自主驾驶车辆路径规划风险缓释控制方法.首先,从汽车的横向、纵向及航向等三个自由度进行风险解耦判断,并引入了网络风险因子和阻断风险因子对汽车可能遭受的敏感指令攻击风险进行量化评估;然后,将风险因子引入模型预测控制中的局部路径规划模块,对其惩罚函数进行实时修正,规划出考虑动态网络攻击风险的局部最优参考路径:此外,还在轨迹跟踪层加入基于阈值驱动的主备冗余总线切换机制,缓解敏感动作指令攻击对汽车操控能力的恶性破坏;最后,引入三种常见的敏感动作集攻击场景进行有效性验证.测试结果表明,在加速动作指令攻击场景和制动动作指令攻击场景下,与没有缓解控制的方案相比,所提方案能够缓解约31％的速度急剧变化,有效地规避汽车的纵向驾驶风险和横向失稳问题;此外,面向转向动作指令攻击时,所提方案可以制止错误的转向过程,阻止汽车发生碰撞事故.

    智能网联汽车自主驾驶路径规划网络攻击主动安全

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    基于轨迹预测安全边界的智能汽车换道避撞系统

    谈东奎胡港君朱波胡旭东...
    317-328页
    查看更多>>摘要：轨迹预测的不确定性会引发汽车换道避撞系统的预期功能安全(Safety of the intended functionality,SOTIF)风险,为此提出一种基于轨迹预测安全边界的智能汽车换道避撞控制方法.针对前方车辆紧急切入工况,首先利用切比雪夫区间分析方法量化前车切入轨迹的不确定性,推导轨迹预测安全边界的计算公式.然后据此进行自车换道碰撞危险分析,决策出换道避撞过程中自车的换道安全边界.接着以换道安全边界为约束,应用基于Tube的鲁棒模型预测控制(Tube-based robust model predictive control,Tube-RMPC)方法设计换道控制器,实现自车主动换道避撞控制.最后在Carsim与Simulink联合平台上开展仿真试验,比较此系统与没有考虑预测不确定性的换道避撞系统的安全性,并在硬件在环仿真台架上进行验证.结果表明,求解出的轨迹预测安全边界能有效包络前车切入轨迹的不确定性,基于轨迹预测安全边界的控制方法显著提升换道避撞系统的预期功能安全性能.

    轨迹预测不确定性预期功能安全换道避撞系统安全边界区间分析

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    基于时序差分学习模型预测控制的一体化自动驾驶换道策略

    杨硕李时珍赵中原黄小鹏...
    329-338页
    查看更多>>摘要：具有自进化能力的自动驾驶换道策略有望在复杂开放的交通环境中提升性能,以应对更多的未知场景.时序差分学习模型预测控制(Temporal difference learning for model predictive control,TD-MPC)结合有模型和无模型强化学习方法的优势,具有学习效率高、性能优异的特点.基于此,为了提高自动驾驶换道策略的整体性能,提出基于TD-MPC的自动驾驶一体化换道策略.具体来说,针对自动换道问题,提出基于驾驶倾向网络的一体化自动驾驶换道策略架构,构建强化学习问题并设计完备的奖励函数,对决策规划优化问题进行统一求解.应用TD-MPC算法设计内部模型来预测未来状态和奖励,实现短时域内的局部轨迹优化,同时使用时序差分学习实现对长期汇报的估计,以得到驾驶倾向网络参数.所提出方法在高保真仿真环境中被验证,结果表明,所提出方法相比规则方案保证行驶效率,并且提高安全性和舒适性.同时与软演员-评论家算法(Soft actor critic,SAC)相比,实现了 7～9倍的学习效率提升.

    自动驾驶强化学习一体化决策规划

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    智能电动汽车线控制动关键技术与研究进展

    张奇祥王金湘张伊晗张荣林...
    339-365页
    查看更多>>摘要：智能电动汽车要求制动系统能够实现主动制动和制动能量回收等功能,传统制动系统不能满足上述需求.线控制动系统具有结构紧凑、响应迅速、控制精确、兼容性强等优势,是实现自动驾驶的理想执行机构,己成为当前的研究热点.为系统、及时地掌握该领域的发展态势,综述智能电动汽车线控制动系统的关键技术与研究进展.介绍线控制动系统的类型及其特点,明确线控制动系统结构方案的发展趋势和研究重点,归纳线控制动系统的典型产品及其特性,提出智能电动汽车线控制动系统的总体控制架构.在此基础上,对线控制动系统的测试与建模、动力缸压力控制、轮缸压力控制、轮缸压力估算、电磁阀控制、夹紧力控制、踏板感模拟控制、传感器故障诊断和个性化控制等关键技术进行梳理.概述基于线控制动系统的制动防抱死、自适应巡航及自动紧急制动等车辆纵向运动控制方法.最后,对智能电动汽车线控制动系统研究所面临的问题及未来的发展趋势进行分析和展望.

    智能电动汽车线控制动系统典型产品压力控制方法个性化制动纵向运动控制

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    智能网联汽车人机交互信任研究现状与展望

    谭征宇张瑞佛刘芝孜金奕...
    366-383页
    查看更多>>摘要：信任是智能网联汽车(Intelligent connected vehicle,ICV)人机交互的关键问题之一,是影响ICV社会接受度、安全使用和良好用户体验的重要因素.首先从信任研究发展和ICV人机交互内容阐述ICV人机交互信任内涵和相关概念,构建ICV人机交互信任研究内容框架.基于研究内容框架分析国内外相关文献,从ICV自动驾驶交互信任、ICV网联应用交互信任两个方面总结当前研究、应用现状.人机交互信任研究最终旨在实现信任校准,因此探讨ICV人机交互信任校准方法:构建不同角色的交互信任影响机制、面向信息输入的动态信任测量、面向信息输出的ICV-HMI信任校准设计.根据信任校准方法,总结实现信任校准所需的关键技术:信任影响因素的提取和表征技术、信任动态测量技术、信任校准设计技术、信任校准评价技术.最后针对ICV人机交互信任校准,提出ICV人机交互信任未来研究趋势并进行展望.

    智能网联汽车汽车人机交互信任信任校准HMI设计

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    面向预期功能安全的汽车队列主动容错控制

    王博罗禹贡赵超王永胜...
    384-398页
    查看更多>>摘要：针对智能网联汽车队列预期功能安全挑战,以同时存在感知、控制执行与通信系统性能局限的智能网联汽车为研究对象,提出面向预期功能安全的汽车队列主动容错控制.首先,提出适应不同间歇车间通信拓扑构型的队列容错控制方法,分别设计分布式增广综合干扰估计器、容错跟踪控制器和安全控制器,用于提供估计信息、应对理想或部分连接的和应对完全中断车间通信拓扑构型;此外,提出了时变车间通信条件下的控制器平稳切换充分条件及其在线参数自适应更新方法,应对时变的间歇通信与控制器切换.基于Matlab/Simulink建立7车队列模型和控制策略,基于dSpace和真实通信硬件搭建队列容错控制硬件在环试验平台,对比验证了所提控制策略的有效性和优越性.仿真和试验结果表明,所提方法在多种工况下均可保障队列在同时存在感知、控制执行和通信性能局限条件下的安全稳定运行,且良好的鲁棒性和切换平顺性.

    智能网联汽车队列预期功能安全状态估计容错控制

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    基于学习型滑模预测控制的无人驾驶车辆非结构化环境轨迹跟踪及稳定性控制

    刘聪刘辉韩立金聂士达...
    399-412页
    查看更多>>摘要：针对高速无人驾驶车辆在复杂非结构化环境下轨迹跟踪精度和横摆稳定性之间难以协调平衡的难题,提出一种基于学习型滑模预测控制的轨迹跟踪及稳定性协调控制方法.首先,基于高斯过程回归方法构建数据学习型预测模型,以解决复杂非结构化环境下无人驾驶车辆的剩余模型不确定性和环境噪声干扰问题.其次,提出一种基于高斯-滑模预测控制的轨迹跟踪及稳定性协调控制方法,将基础模型与高斯不确定性预测相结合作为控制模型,设计基于滚动预测优化的滑模控制方法,满足多约束下控制器的实时性和鲁棒性要求.此外,构建车辆未来时刻行驶风险预测模型,利用基于预测时域内相对残差的递归贝叶斯定理提前决策多目标融合型函数的权重系数,满足全局性能最优.仿真结果表明,所提方法有效提高了存在路面噪声干扰的非结构道路下高速无人驾驶车辆轨迹跟踪精度和动力学稳定性.

    无人驾驶汽车轨迹跟踪及稳定性高斯过程滑模预测控制行驶风险预测

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