特约专题:自动驾驶系统优化方法

• 考虑路面摩擦性能的自动驾驶汽车安全制动策略

  李峰;邓宇彤;刘亦心;周思齐;

  针对现有自动驾驶研究大多忽略路面摩擦性能的问题，制备了5种不同级配的沥青混合料车辙板试件，基于Persson表面分形摩擦理论和轮胎-路面三维有限元模型，求解沥青路面的动摩擦系数和附着系数，表征其摩擦性能，并使用Matlab/Simulink软件建立自动驾驶汽车的动力学控制模块，根据车辆期望制动减速度和道路摩擦性能逆向反推求解轮缸的制动压力值，实现自动驾驶汽车的制动过程。使用CarSim软件和Matlab/Simulink进行联合仿真，设定了下坡制动和曲线制动工况，分析了纵向坡度、弯道半径和道路超高等影响因素对自动驾驶车辆制动效能的影响。

  2024年04期 v.52 489-500页 [查看摘要][在线阅读][下载 2463K]
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• 基于代理遗传优化的智能驾驶系统加速测试方法

  朱冰;汤瑞;赵健;张培兴;李文旭;

  提出了一种基于代理遗传优化的智能驾驶系统加速测试方法。首先，通过场景要素层次分析权值与优解区域特征改进参数采样模块中的拉丁超立方采样区间，实现了采样效率与优化效果的协同提升；其次，利用参数采样结果和重复度筛选机制增加遗传寻优模块的种群多样性，克服了传统遗传算法的局部收敛难题；然后，利用基于循环更新机制的代理筛选模块对场景测试结果进行预测，平衡了加速算法与代理模型应用之间的效率与精度矛盾；最后，搭建仿真平台在高维时序分解的前车变速场景下对待测智能驾驶系统进行加速测试与验证。结果表明，本文提出的方法可有效搜寻大量关键场景并提升测试效率。

  2024年04期 v.52 501-511页 [查看摘要][在线阅读][下载 1947K]
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• 基于安全风险预测的自动驾驶自适应巡航控制优化

  汪敏;涂辉招;薛东飞;李浩;李千山;

  从周边车辆运动学状态参数和道路设施条件参数中提取场景特征指标和安全风险度量指标，采用极端梯度提升模型（XGboost）和长短时记忆模型（LSTM）进行安全风险预测，由此提出基于安全风险预测的自动驾驶自适应巡航控制（ACC）优化方法，并选取碰撞发生概率、速度平均值、速度标准差3种指标评价ACC表现。通过Prescan和Simulink联合仿真推演，验证了ACC优化方法的合理性和有效性。结果表明，基于安全风险预测的ACC优化方法的控制表现优于一般ACC；利用LSTM预测安全风险，相比XGboost具有更好的ACC优化表现；预测安全风险时增加道路设施条件参数，显著提升了ACC表现，降低了自动驾驶碰撞发生概率。

  2024年04期 v.52 512-519页 [查看摘要][在线阅读][下载 1679K]
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• 强化学习在自动驾驶技术中的应用与挑战

  何逸煦;林泓熠;刘洋;杨澜;曲小波;

  围绕强化学习在自动驾驶领域的应用进行了多方面的概括和总结。对强化学习原理及发展历程进行了介绍；系统介绍了自动驾驶技术体系以及强化学习在自动驾驶领域的应用所需的基础；按不同的应用方向分别介绍了强化学习在自动驾驶领域中的应用案例；深入分析了现阶段强化学习在自动驾驶领域存在的挑战，并提出若干展望。

  2024年04期 v.52 520-531页 [查看摘要][在线阅读][下载 1350K]
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• 基于自适应融合的实时车辆检测

  陈婷;朱熟康;高涛;李浩;涂辉招;李子琦;

  针对传统的车辆检测技术检测速度慢和精度低的问题，提出了一种融合注意力的自适应金字塔网络的交通目标检测算法（fusion attentiont adaptive pyramid network,FAAPNet），可以显著降低交通事故的发生率。为了降低计算复杂度，设计了一种轻量级的互补池化结构（CPS），该结构在宽度和高度上采用了两组不同的池化组合，在保持高精度的同时，显著降低了网络的浮点运算数（GFLOPs）和参数量。为了解决智能交通系统特征图生成过程中的信息损失问题，通过将自适应注意力模块（AAM）和特征增强模块（FEM）引入自适应融合特征金字塔网络（AF-FPN），以融入车辆检测的形状特征。针对车辆细节特征表征弱的问题，引入了一种按通道维度分组的注意力（SA）机制，以增强主干网络对不同车辆检测细节特征的关注，有效提取车辆细节的显著特征。在BDD100K数据集上的实验结果表明，FAAP-Net算法相比于传统算法，平均精度从30.3%提升到43.7%。

  2024年04期 v.52 532-540页 [查看摘要][在线阅读][下载 1642K]
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• 基于路侧摄像头的多目标跟踪算法优化设计

  王平;姚宇阳;王新红;

  针对当前多目标追踪算法应对路侧交通场景的缺陷，提出一种基于路侧摄像头的多目标追踪算法。选择one-shot追踪算法路线，基于FairMOT设计神经网络，使单个网络同时生成目标检测结果与外观特征结果，增强实时性效果；采用新的数据关联方式，减少遮挡对追踪器的影响；引入新的运动相似度度量方式——缓冲交并比，弥补线性运动预测模型产生的误差；提出基于速度判别的丢失轨迹移除算法和基于历史位置匹配算法，实现长时间遮挡轨迹的身份恢复。在UA-DETRAC公开多目标追踪数据集上进行实验，验证该算法有效性。为证明该算法在真实路侧环境的适用性，在国家智能网联汽车（上海）试点示范区开放道路采集真实路侧场景数据。最后，将该算法和SORT、DeepSORT、ByteTrack、FairMOT算法在真实路侧场景数据上进行对比实验。实验结果表明，本算法在identificationF-Score、IDswitch、fragmentation、mostlytracked、mostlylost、multipleobject tracking accuracy等评估指标上优于其他算法。

  2024年04期 v.52 541-550页 [查看摘要][在线阅读][下载 1874K]
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土木工程与建筑学

• 不同建筑环境下平均风速剖面的数值模拟

  全涌;曾一凡;全茜;

  基于计算流体力学（CFD）方法对具有不同建筑环境参数的城市上空的风场进行系统性的数值模拟，并对平均风速剖面指数的变化规律进行讨论。研究结果表明，建筑平均高度对平均风速剖面指数的影响较大，建筑密度对平均风速剖面指数的影响较小。文中还给出了以建筑平均高度和建筑密度为自变量的平均风速剖面指数经验公式。

  2024年04期 v.52 551-556页 [查看摘要][在线阅读][下载 1387K]
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• K6型单层球面网壳整体交互耦合屈曲行为

  毋凯冬;张业成;伞冰冰;罗永峰;

  采用有限元数值模拟，基于K6型单层球面网壳的屈曲与后屈曲性态，提出整体屈曲的判别准则，并首次从变形特征角度分析两种整体屈曲模态交互耦合的发生机理及对屈曲承载力的削弱效应。研究结果表明，K6型单层球面网壳的稳定性易受整体交互耦合屈曲影响，且可导致屈曲极限承载力的显著削弱及不稳定后屈曲；其变形模式从屈曲阶段的最低阶整体屈曲模态主导，演化为初始后屈曲阶段的整体交互耦合屈曲模态主导，及最终的次低阶整体屈曲模态主导，是交互耦合屈曲产生的原因；缺陷幅值也会影响整体交互耦合屈曲对K6型单层球面网壳屈曲极限性能的主导作用。

  2024年04期 v.52 557-566页 [查看摘要][在线阅读][下载 3127K]
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• 碳化对混凝土微孔特征和吸水性能的影响

  宋辰;姜超;顾祥林;

  为研究碳化对混凝土毛细吸水性能的影响，对比开展了不同水灰比非碳化与碳化混凝土的毛细吸水试验，并通过压汞试验，定量获取了碳化前后混凝土的孔隙结构参数，通过电镜背散射图像扫描和热重分析定性观察分析了孔隙结构变化特征。结果表明，碳化后混凝土的毛细吸水能力下降20.0%～26.5%，毛细吸水系数下降30.8%～37.8%。相较未碳化混凝土，碳化混凝土的最可几孔径减小13.9～15.1nm，最高减小幅度达41.8%，且水灰比越高降低越显著。测试观察到碳化导致氢氧化钙转化为碳酸钙，孔径减小。计算表明，碳化混凝土毛细吸水性能使用Lucas-Washburn等人提出的模型依然有效，且选取最可几孔径作为等效孔径时模型效果最佳。

  2024年04期 v.52 567-573页 [查看摘要][在线阅读][下载 1875K]
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• 水泥基材料热湿耦合传输性能

  闵红光;张伟平;顾祥林;

  通过大气环境下水泥基材料热湿耦合传输试验，考察了温湿度梯度对湿传输、温湿度分布的影响。试验结果表明，湿传输随着温湿度梯度的增大而加快，且温度梯度比湿度梯度对湿传输的影响大；温度梯度比湿度梯度对温度分布的影响大；温湿度梯度对相对湿度分布的影响都比较大。因此，在水泥基材料热湿耦合传输过程中，水泥浆的湿传输比砂浆快，且应考虑热传输对湿传输的影响，但湿传输对热传输的影响可以忽略。计算结果表明，热湿耦合传输模型对水泥基材料具有较好的适用性。

  2024年04期 v.52 574-581页 [查看摘要][在线阅读][下载 1997K]
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交通运输工程

• 冻融条件下路基温度场和湿度场分布式感知试验

  凌建明;张玉;钱劲松;吴振吉;郑纯宇;

  搭建土体冻融多物理场感知室内试验装置，布设传统点式传感器和分布式光纤，对土体冻融过程中路基温度场、湿度场和变形情况开展试验监测，探究单端冻结、双端融化条件下土体温度场和湿度场的分布式感知特征，验证主动加热分布式光纤技术的监测效果。试验结果表明，-15℃单端冻结条件下，土体冻结过程按降温速率分为快速冷却、逐步降温、稳定平衡三阶段，冻结锋面逐渐下移，最大冻深约占土柱高度的35%。孔隙水受冻胀迁移力影响向冻结锋面移动，引起冻融前后土体湿度场重分布，并导致土体冻胀变形，变形量为土体最大冻深的7.8%～10.9%。分布式光纤可准确得到冻融过程中土体温度场、湿度场变化特征，识别土体内冻结区域范围，温度、湿度监测拟合优度R2分别达0.98和0.94。

  2024年04期 v.52 582-591页 [查看摘要][在线阅读][下载 2101K]
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• 基于技术接受模型的生态驾驶诱导辅助系统认知接受度

  涂然;薛杉;蒋思雨;陈秋梓;

  融合技术接受模型和信息系统成功模型框架，设计了李克特7级量表问卷，探究了不同驾驶场景下驾驶员对生态驾驶诱导辅助系统的使用意愿和对诱导信息的认知偏好。研究表明，驾驶员倾向于接受以语音形式警示非生态驾驶行为的诱导信息类型。在城市道路上，提高诱导辅助系统的感知有用性和感知易用性有助于提高驾驶员对系统的接受度。在城市快速路上，诱导辅助系统的感知有用性和感知易用性仅对高峰场景下的驾驶员使用意愿有显著正向影响，平峰场景下影响驾驶员使用意愿的具体因素仍需在未来诱导实验中深入探究。

  2024年04期 v.52 592-603页 [查看摘要][在线阅读][下载 1889K]
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材料科学与工程

• 温度和应变幅对亚稳奥氏体不锈钢S321低周疲劳行为的影响

  何国球;黎若芸;周志强;廖逸平;刘胤孚;

  在室温和650℃的环境下对S321、S321H不锈钢进行了0.5%、0.7%、0.9%应变幅下的低周疲劳试验，并在室温下对S321和S321H开展了多个寿命点的疲劳加载历史试验，结合X射线衍射定量分析测算形变诱发马氏体的含量。结果表明：形变诱发马氏体的生成会导致奥氏体钢持续循环硬化，室温下合金在初次硬化后继续二次硬化，而在650℃下没有形变诱发马氏体生成，合金在初次硬化后进入循环稳定阶段。循环过程中，碳含量越低，形变诱发马氏体含量越多，合金的循环硬化程度更高。两种温度下，两种材料的疲劳寿命在低应变幅下都相差不大，应变幅越大，两种材料的疲劳寿命相差越大，因此，可以考虑服役条件为低应变幅时使用S321不锈钢代替S321H不锈钢。

  2024年04期 v.52 604-610页 [查看摘要][在线阅读][下载 2310K]
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• HR3C奥氏体耐热钢晶界蠕变损伤的电子背散射衍射分析

  胡正飞;张家乐;张洁;

  对不同条件下的HR3C奥氏体耐热钢蠕变试样进行性能测试和微观结构观察，研究奥氏体耐热不锈钢蠕变沿晶破坏行为和损伤特征。电子背散射衍射（EBSD）分析结果表明，不同蠕变速度下材料的晶粒尺寸基本不变，未产生择优取向，但高蠕变速度条件下部分孪晶界演变成一般晶界，而低蠕变速度下原始孪晶结构基本保持不变。EBSD分析结果清楚地反映了微观蠕变应变的不均匀性。沿晶微裂纹和蠕变空洞的产生和扩展是最显著的损伤特征，这些损伤现象与不同蠕变速度下的蠕变机制及晶界性质密切相关。

  2024年04期 v.52 611-618页 [查看摘要][在线阅读][下载 1937K]
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机械、车辆与能源工程

• 基于阴极再循环的燃料电池系统建模与动态性能分析

  刘泽;许思传;

  阴极再循环通过调节电堆进气中的氧分压和水蒸气分压特别适合解决车用燃料电池系统在低怠速工况下的缺水和高电势问题。建立了一个带阴极再循环功能的燃料电池非线性系统控制模型，使用阴极再循环泵将阴极出口的气体引回到空压机出口实现了进气加湿和氧分压调节。该模型可捕捉由阴极再循环带来的一系列动态响应。结果表明，阴极再循环可以极大地改善小电流密度下的进气湿度，随着阴极再循环比的增加，加湿动态响应加快；氧分压调节的动态响应较慢，但通过合理的阴极再循环策略仍能将小电流密度下的高电势限制在0.8 V以下。通过抑制小电流密度下的电压，实现了50%的怠速功率降幅。

  2024年04期 v.52 619-627页 [查看摘要][在线阅读][下载 1514K]
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• 国Ⅵ直喷汽油机颗粒数量及微观形貌排气输运演变特性

  胡志远;高鑫舜;陆张颖;谭丕强;楼狄明;

  开展了某一国Ⅵ直喷汽油机三元催化转化器（TWC）前、TWC后、汽油机颗粒捕集器（GPF）后3个位置的颗粒物采样及微观形貌研究，分析了发动机工况、TWC、GPF对国Ⅵ直喷汽油机尾气颗粒数量、粒径分布、微观形貌的影响。结果表明，该直喷汽油机尾气颗粒数量排放整体上呈单峰分布，低转速小负荷工况下，粒径<23 nm的颗粒数量较高。随着发动机转速和负荷的增大，峰值粒径向大粒径方向移动。直喷汽油机尾气颗粒物由“核-壳”结构基本碳粒子堆积形成，呈链状、枝状、簇状等结构；负荷增大，颗粒物尺寸略有增大，基本碳粒子重叠度增强，分形维数增大；转速增大，颗粒物尺寸减小，基本碳粒子重叠度减弱，分形维数减小。随着排气输运的进行，颗粒数量逐渐降低；TWC不影响颗粒的粒径分布形态，颗粒数量净化效率41.6%～94.2%，对<23 nm的小粒径颗粒净化效果较好，低转速小负荷工况的颗粒数量净化效率较高；GPF的颗粒数量净化效率约80%,23～100nm颗粒数量净化效率较高，对粒径<10 nm的颗粒净化作用不大。TWC和GPF不影响颗粒物结构形式，TWC和GPF后颗粒物基本碳粒子重叠度减弱，分形维数减小。

  2024年04期 v.52 628-636页 [查看摘要][在线阅读][下载 1933K]
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经济与管理科学

• 跨境资本与人民币汇率的非对称波动耦合效应

  金政;李湛;胡文伟;

  构建向量误差修正-广义自回归条件异方差-非对称BEKK(VECM-GARCH-ABEKK)模型，从产业资本和金融资本两个维度，研究跨境资本与人民币汇率波动的非对称耦合效应。研究发现，产业资本和金融资本与人民币汇率具有显著的持续性、集聚性波动特征，且两类跨境资本与人民币汇率之间的波动溢出存在差异化的非对称耦合效应。研究提出优先针对产业资本外流风险出台相关政策，构建“宏观审慎+微观监管”监管框架，降低外汇市场超调风险，利用人民币离岸交易构筑资本跨境流动缓冲区等对策建议。

  2024年04期 v.52 637-646页 [查看摘要][在线阅读][下载 1918K]
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• 高校资助育人关键风险分析的模型改进

  尤筱玥;陈慧怡;

  以高校资助的“育人”环节为研究对象，对传统失效模式与后果分析（FMEA）模型加以改进，通过结合三角模糊数、风险指标赋权、专家客观赋权、德尔菲法和调研访谈等方式，提出模糊FMEA模型用以分析“育人”环节的失效模式和关键风险。研究发现，改进模型能够更客观反映风险指标重要性和专家话语权的差异，具有较高的精确性和可靠性，同时针对高风险失效模式提出了相应建议。

  2024年04期 v.52 647-654页 [查看摘要][在线阅读][下载 1105K]
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• 自动驾驶系统优化方法专题介绍

  <正>自动驾驶是人工智能、5G等新兴先进技术与传统汽车深度融合发展的产物，已成为全球汽车产业技术变革和智慧交通体系升级的重要突破口和战略制高点。我国和世界主要发达国家纷纷开展大规模的自动驾驶道路测试和示范应用，旨在促进自动驾驶系统的迭代成熟和规模化应用，但自动驾驶脱离率却居高不下。因此，从路端-车流-模型-算法等多维度优化提升自动驾驶系统，

  2024年04期 v.52 486页 [查看摘要][在线阅读][下载 485K]
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• 《同济大学学报（自然科学版）》征稿启事

  <正>《同济大学学报（自然科学版）》是由同济大学主办的自然科学综合性学术期刊，主要刊登国内外土木建筑工程、交通运输工程、环境科学、材料科学、新能源技术等学科的高水平首发研究成果。本刊为中国自然科学核心期刊和中国科技论文统计用刊源之一，被EI等40多个国内外权威检索系统收录。本刊目前采用网络投稿与审稿，不接收纸质稿件和E-mail投稿。网络投稿请直接登录《同济大学学报（自然科学版）》编辑部网站注册投稿（http://tjxb.cnjournals.cn），或登录同济大学官网→科学研究→学术期刊→同济大学学报（自然科学版）界面注册投稿，有关投稿要求及注意事项如下：

  2024年04期 v.52 655页 [查看摘要][在线阅读][下载 286K]
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