博文

郭洪艳,曹东璞,陈虹等：车辆行驶状态研究现状及展望

已有 5726 次阅读 2018-5-31 17:04 |系统分类:科研笔记

来自吉林大学、加拿大滑铁卢大学、英国克兰菲尔德大学的郭洪艳、曹东璞、陈虹教授等发表在IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica 2018年第2期的综述“Vehicle Dynamic State Estimation: State of the Art Schemes and Perspectives”中，针对下一代汽车控制及未来自动驾驶汽车需要的车辆行驶状态信息，系统地回顾了研究进展并对未来车辆行驶状态估计亟待解决问题进行展望。首先给出车辆行驶状态的分类并总结了车辆行驶状态估计所采用的结构。其次，系统地介绍了车辆速度、质心侧偏角、横摆角速度及侧倾角估计的传感器配置方案；再次，总结了车辆行驶状态估计中所使用的典型方法及车辆模型；最后，讨论了未来车辆行驶状态估计中亟待解决的问题。

文章导读：

随着自动驾驶、平行无人系统、控制与计算机科学、智能交通系统(ITS)、驾驶辅助系统(ADAS)等的快速发展，消费者对车辆操纵稳定性和主动安全性要求日益提高。各种ADAS和车辆稳定性控制系统也应运而生，如基于车辆纵向控制的防抱死制动系统(ABS)、自适应巡航系统和牵引控制系统；涉及侧向稳定性的电子稳定程序(ESP)和主动前转向(AFS); 强调车辆垂向控制主动悬架控制(ASC)等。在这些系统的帮助下，车辆的操纵稳定性和主动安全性得到了有效的改善，因此，车辆的行驶变得更加安全，致命事故的数量也减少了。

然而，这些汽车稳定控制系统的实现，特别是智能网联车辆和自动驾驶车辆，依赖于精确的车辆动态状态信息。传统上，车辆动态状态信息是由车载传感器直接测量的。然而，由于运行条件极其复杂，这些传感器的精度相对较低，不满足车辆主动安全控制系统的要求。若加装高精度传感器，其成本又过于昂贵，不适于在量产车辆上使用。因此，现有车载传感器的低精度问题和一些传感器的高昂价格已经成为获取精确、完整的车辆动态状态信息的瓶颈，并极大地限制了ADAS和车辆主动安全系统的发展。基于此，车辆行驶状态估计应运而生，并可以为ADAS、主动稳定控制和车辆故障诊断系统获得更准确、更可靠的车辆行驶状态信息。因此，对于车辆动态状态估计的研究很有必要并且国内外相关的文献越来越多。

因此，本文回顾了车辆行驶状态估计的最新研究进展，并给出了车辆行驶状态估计问题的分类。然后，总结了车辆行驶状态估计中所使用的典型方法及车辆模型。最后，讨论了未来研究中车辆动态状态估计亟待解决的问题，以及在智能驾驶以及大数据、云计算的大背景下车辆行驶状态估计的研究展望。

文章信息：

Hongyan Guo, Dongpu Cao, Hong Chen, Chen Lv, Huaji Wang, Siqi Yang. Vehicle Dyanmic State Estimation: State of the Art Schemes and Perspectives. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. Vol. 5, no. 2, pp. 418-431, Feb. 2018.

PDF全文：

Vehicle_Dynamic_State_Estimation__State_of_the_Art_Schemes_and_Perspectives.pdf

作者简介：

郭洪艳，博士，吉林大学通信工程学院，副教授，入选吉林大学优秀青年教师培养计划重点阶段，英国克兰菲尔德大学访问学者。主要从事车辆主动扩稳控制及其关键状态信息估计、智能车辆路径规划与跟踪、人机协同及共驾方面的研究。发表SCI/EI检索论文50余篇，申请发明专利20项，目前获得授权11项，2017年获得吉林省自然科学一等奖一项（5/10）。承担国家自然科学基金青年基金项目1项，负责国家自然科学基金重大研究计划集成项目（91220301）子课题1项、国家自然科学基金重大项目（61790560）子课题1项，国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目（61520106008）子课题1项，完成吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目1项、吉林大学优秀青年基金后备人才培育项目1项。担任IEEE Trans on Vehicular Technology，IEEE/ASME Trans on Mechatronics, IEEE Trans on Industrial Electronics，IEEE/CAA J of Automatica Sinica等国际SCI期刊审稿人。

曹东璞，博士，加拿大滑铁卢大学人工智能与无人车联合研究中心执行主任，副教授，中科院自动化所客座研究员，吉林大学唐敖庆讲座教授。曾为美国卡内基梅隆大学机器人研究所，德国斯图加特大学及英国伦敦大学学院（UCL）访问教授。在汽车动力学与控制，自动驾驶与平行驾驶领域发表论文150余篇、1本英文专著及1项美国专利，获2010 ASME AVTT国际会议最佳论文奖，2012国际汽车工程师学会SAE Arch T. Colwell Merit Award。近5年作为项目总负责人，自动驾驶与平行驾驶项目从自然科学基金、欧盟地平线2020等获超过2000万加元资助，过去十年与美国通用，捷豹路虎，克莱斯勒，伊顿，里卡多，AVL等公司研发合作。担任IEEE Trans on Vehicular Technology，IEEE Trans on Intelligent Transportation Systems等国际SCI期刊副主编及客座主编, 国际汽车工程师学会（SAE）汽车动力学国际标准委员会投票委员，英国自然基金智能网联汽车项目（EPSRC TASCC）专家组委员, IEEE智能交通学会（ITSS）协同驾驶技术委员会共同主席，中国自动化学会混合智能专委会常委，IEEE IV2018程序共同主席等。

陈虹，博士，教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者。分别于1983年和1986年在浙江大学过程控制及自动化仪表专业获工学学士和工学硕士学位，1997年以最高荣誉(Auszeichung)在德国斯图加特大学获工学博士学位，2000年从吉林大学机械工程博士后流动站出站，合作导师为郭孔辉院士。现兼任中国自动化学会车辆控制与智能化专业委员会主任委员、中国自动化学会过程控制专业委员会常务委员、中国自动化学会控制理论专业委员会委员等，IFAC TC Automotive Control，IEEE SMC 委员，《中国科学F信息科学》等学术期刊编委。2010年作为“汽车控制的理论、方法与关键技术”团队负责人入选教育部创新团队发展计划。2014年倡议推动成立基金委汽车产业创新发展联合基金，2016年创建中国自动化学会车辆控制与智能化专委会。近五年来，针对面向主动安全的汽车运动稳定性及协同控制问题，带领团队在主动扩稳控制中关键状态信息估计、安全约束下汽车运动预测优化控制等方面取得了重大突破，提出了数据/机理混合描述的汽车系统控制与分析理论，包括数据/机理混合建模方法、非线性控制算法的三步设计方法、系统状态的降阶非线性估计方法以及基于输入到状态稳定的控制性能分析方法；提出了感知决策延时和图像不清/丢帧的特征建模方法，研制了红旗HQ430智能驾驶模拟系统；部分原创性成果分别应用于一汽技术中心自主研制的GDI发动机控制HIL实验平台和发动机实物台架、东风A60EV/AX7汽车上进行了实车试验、一汽奔腾B50改装样车等；在Springer出版社出版了国际上第一本汽车传动控制专著“Nonlinear Estimation and Control of Automotive Drivetrains”。近五年来，主持973课题1项、国家自然科学基金重点项目2项，获得省部级一等奖2项，发表SCI论文50余篇、EI论文100余篇、专著2部。2017年作为项目负责人获批国家自然科学基金重大项目“极限工况下汽车主动安全协同控制及应用验证”。

吕辰，博士，现任英国克兰菲尔德大学博士后研究员。博士毕业于清华大学汽车工程系，加州大学伯克利分校联合培养博士。研究方向主要包括自动驾驶-人车协同、智能电动汽车协同设计优化。发表论文50余篇，参编英文学术专著1部，获得国家发明专利授权11项、英国专利申请1项。近5年作为技术负责人、科研骨干，参与国家自然科学基金、国家863计划、英国自然基金、美国工业信息物理系统联盟、以及北汽、奇瑞、宇通等企业合作项目十余项。荣获2012英国机械工程学会年度论文奖、2014中国汽车工程学会优秀论文奖、2014中日友好NSK机械工学优秀论文奖、2015北京市科学技术一等奖、中国汽车工业科学技术一等奖、2016清华大学优秀博士论文奖、2017欧盟玛丽居里研究计划Seal of Excellence等荣誉。目前担任Automotive Innovation, IJEHV, IJVSMT, IJSESV等期刊编委, IEEE-ASME TMECH, IEEE TII, IJPT期刊客座主编, 以及二十余个国际期刊与会议的审稿人。

王化吉，英国克兰菲尔德大学博士后研究员，英国剑桥大学博士。2009年本科毕业于吉林大学汽车工程学院，并于同年报送吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室硕博连读，从事汽车动力学建模、汽车主客观评价、重型半挂车/液罐车侧翻稳定性控制等方面的研究，参与863计划项目、国家自然科学基金项目及其他多项横纵向课题。2012年赴英国剑桥大学攻读博士学位，从事驾驶员操纵模型、肌肉神经动力学建模、人机共驾等方面的研究。2016年博士毕业至今，在英国克兰菲尔德大学开展博士后研究，参与并协助负责领导英国工程与自然科学研究理事会(EPSRC)与捷豹路虎公司(JLR)联合资助的三级自主驾驶车辆项目（CogShift），主要研究方向为基于博弈论的人机共驾协同研究。发表论文15余篇，申请国家发明专利1项，担任ITIE、ITVT 、ITHMS等国际学术期刊审稿人。