新能源汽车与智能网联汽车专题Ⅰ
编者按
当前，中国汽车工业发展面临由大国到强国转型的挑战。《中国制造 2025》 将新能源汽车与智能网联汽车列入十大重点发展领域。近年来，国家对新能源汽车与智能网联汽车从科技研发、产业发展、应用示范和市场推动等方面进行了全维度的支持，中国成为新能源汽车领域发展最活跃的国家之一。虽然该产业在中 国呈现出全面发展的良好局面，但回溯到核心技术层面，该领域需要突破若干核 心关键技术，包括动力系统技术、关键零部件、感知决策、车联网及系统集成。 在此背景下，进行新能源汽车与智能网联汽车科技创新至关重要。 本期新能源汽车与智能网联汽车专题，展示了新能源汽车电池电机电控等关键零部件与智能网联汽车领域感知决策技术、车联网数据采集与应用等若干重要方向的最新研究成果。欢迎各位品读。
本期客座编辑
李慧云 研究员
中国科学院深圳先进技术研究院集成技术研究所副所长、汽车电子中心主任
主要研究方向为密码安全芯片设计、车联网等。
文章列表
2018, 7(6):1-1.
DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201806000
摘要:
当前，中国汽车工业发展面临由大国到强国转型的挑战。《中国制造 2025》 将新能源汽车与智能网联汽车列入十大重点发展领域。近年来，国家对新能源汽 车与智能网联汽车从科技研发、产业发展、应用示范和市场推动等方面进行了全 维度的支持，中国成为新能源汽车领域发展最活跃的国家之一。虽然该产业在中 国呈现出全面发展的良好局面，但回溯到核心技术层面，该领域需要突破若干核 心关键技术，包括动力系统技术、关键零部件、感知决策、车联网及系统集成。 在此背景下，进行新能源汽车与智能网联汽车科技创新至关重要。
当前，中国汽车工业发展面临由大国到强国转型的挑战。《中国制造 2025》 将新能源汽车与智能网联汽车列入十大重点发展领域。近年来，国家对新能源汽 车与智能网联汽车从科技研发、产业发展、应用示范和市场推动等方面进行了全 维度的支持，中国成为新能源汽车领域发展最活跃的国家之一。虽然该产业在中 国呈现出全面发展的良好局面，但回溯到核心技术层面，该领域需要突破若干核 心关键技术，包括动力系统技术、关键零部件、感知决策、车联网及系统集成。 在此背景下，进行新能源汽车与智能网联汽车科技创新至关重要。
2018, 7(6):2-8.
DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20180717003
摘要:
为了控制薄膜固体氧化物燃料电池阳极的小孔尺寸，该研究提出了一种工艺简便的聚合物注入方法。首先，将液体聚苯乙烯以一定的压力注入到多孔氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆(NiO-YSZ)基片；然后，经过机械切割，利用溅射法在阳极基片上沉积 300 nm 厚的电极薄膜；最后，利用热解法将 基片孔隙的聚苯乙烯移除，完成多孔阳极基片上的电极薄膜制备。利用该法获取的 NiO-YSZ 基片具有更好的小孔尺寸可控性，同时可以实现无支撑薄膜的制备，从而显著提高大面积薄膜固体氧化物燃料电池的生产效率。
为了控制薄膜固体氧化物燃料电池阳极的小孔尺寸，该研究提出了一种工艺简便的聚合物注入方法。首先，将液体聚苯乙烯以一定的压力注入到多孔氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆(NiO-YSZ)基片；然后，经过机械切割，利用溅射法在阳极基片上沉积 300 nm 厚的电极薄膜；最后，利用热解法将 基片孔隙的聚苯乙烯移除，完成多孔阳极基片上的电极薄膜制备。利用该法获取的 NiO-YSZ 基片具有更好的小孔尺寸可控性，同时可以实现无支撑薄膜的制备，从而显著提高大面积薄膜固体氧化物燃料电池的生产效率。
2018, 7(6):9-18.
DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20180710001
摘要:
停车诱导技术在一定程度上缓解了高峰时段无序停车问题，并减少了司机寻找车位的时间，但停车诱导系统对实时数据和历史数据有较高的依赖。如果缺少相应数据，那么诱导系统的准确性将大打折扣。针对这一问题，该文通过挖掘停车场周围的空间数据，提出了一种停车场空间相似度度量，并计算出停车场空间相似情况下其数据的相似条件概率。当条件概率足够大时，以已知数据为学习样本，使用循环生成式对抗网络获得修复数据。实验结果表明，当停车场空间具有较高空间相似度时，其数据同样有大概率的相似性，使用循环生成式对抗网络生成的数据与真实数据具有相同的分 布。该文提出的方法可在短时间内生成大量的合理数据，现停车场数据的修复，提高诱导系统的可靠性。
停车诱导技术在一定程度上缓解了高峰时段无序停车问题，并减少了司机寻找车位的时间，但停车诱导系统对实时数据和历史数据有较高的依赖。如果缺少相应数据，那么诱导系统的准确性将大打折扣。针对这一问题，该文通过挖掘停车场周围的空间数据，提出了一种停车场空间相似度度量，并计算出停车场空间相似情况下其数据的相似条件概率。当条件概率足够大时，以已知数据为学习样本，使用循环生成式对抗网络获得修复数据。实验结果表明，当停车场空间具有较高空间相似度时，其数据同样有大概率的相似性，使用循环生成式对抗网络生成的数据与真实数据具有相同的分 布。该文提出的方法可在短时间内生成大量的合理数据，现停车场数据的修复，提高诱导系统的可靠性。
2018, 7(6):19-30.
DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20180717002
摘要:
现有神经网络处理器已广泛应用于计算机视觉、自然语言处理等领域。然而，现有片上加速方案对控制领域的强化学习算法支持较少，而基于神经网络的强化学习是智能系统决策技术的核心。该文采用可重构阵列体系结构，通过片上配置、动作与奖励存储的系统设计方案，可实现多种神经网 络算法的灵活部署，并支持强化学习使用模式。基于 65 nm CMOS 工艺的逻辑综合结果显示，处理器主频为 200 MHz 时，计算模块面积仅需 0.32 mm2，计算功率约 15.46 mW。
现有神经网络处理器已广泛应用于计算机视觉、自然语言处理等领域。然而，现有片上加速方案对控制领域的强化学习算法支持较少，而基于神经网络的强化学习是智能系统决策技术的核心。该文采用可重构阵列体系结构，通过片上配置、动作与奖励存储的系统设计方案，可实现多种神经网 络算法的灵活部署，并支持强化学习使用模式。基于 65 nm CMOS 工艺的逻辑综合结果显示，处理器主频为 200 MHz 时，计算模块面积仅需 0.32 mm2，计算功率约 15.46 mW。
2018, 7(6):31-38.
DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20180806001
摘要:
动力锂电池荷电状态的准确估计是电池管理系统的关键功能之一。该文结合二阶电阻-电容等效电路模型，通过建立状态空间表达式，利用最小二乘法对等效电路模型各参数进行辨识，并通过多项式拟合方法获得了开路电压与剩余电荷的关系曲线，进而基于容积卡尔曼滤波方法对锂电池荷电状态进行建模，建立了基于数字信号处理器的充放电实验平台，实现了锂电池放电时荷电状态的实时估算。实验结果表明，该方法能够实现实时在线估算，且最大误差小于 2%，具有良好的估算精度。
动力锂电池荷电状态的准确估计是电池管理系统的关键功能之一。该文结合二阶电阻-电容等效电路模型，通过建立状态空间表达式，利用最小二乘法对等效电路模型各参数进行辨识，并通过多项式拟合方法获得了开路电压与剩余电荷的关系曲线，进而基于容积卡尔曼滤波方法对锂电池荷电状态进行建模，建立了基于数字信号处理器的充放电实验平台，实现了锂电池放电时荷电状态的实时估算。实验结果表明，该方法能够实现实时在线估算，且最大误差小于 2%，具有良好的估算精度。
2018, 7(6):39-48.
DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20180710002
摘要:
可用停车位预测是智能停车诱导系统的关键问题之一。当前基于神经网络的预测技术在较短预测周期内，预测准确度的平均绝对误差在 10 左右，但随着预测步长或周期的增加，预测精度急剧下降。针对这一问题，该文提出了一种在中长预测时间周期内可保持数据变化特征的泊位预测方法。该方法使用模糊信息粒化获取特征数据集，通过训练长短期记忆神经网络预测未来的特征数据集，基于数据插值方法重建出整个区间可用停车位的连续变化曲线。仿真结果表明，该方法在相同预测步长的可用车位预测上，比传统预测方法具有更高的预测精度；在保持相近预测精度的条件下，比传统预测方法具有更高的计算效率。
可用停车位预测是智能停车诱导系统的关键问题之一。当前基于神经网络的预测技术在较短预测周期内，预测准确度的平均绝对误差在 10 左右，但随着预测步长或周期的增加，预测精度急剧下降。针对这一问题，该文提出了一种在中长预测时间周期内可保持数据变化特征的泊位预测方法。该方法使用模糊信息粒化获取特征数据集，通过训练长短期记忆神经网络预测未来的特征数据集，基于数据插值方法重建出整个区间可用停车位的连续变化曲线。仿真结果表明，该方法在相同预测步长的可用车位预测上，比传统预测方法具有更高的预测精度；在保持相近预测精度的条件下，比传统预测方法具有更高的计算效率。
2018, 7(6):49-59.
DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20180629001
摘要:
随着集成电路工艺水平提升，半导体器件尺寸越来越小，存储器更易受到周围环境的影响而导致数据存储故障。针对这一问题，该文提出了一种基于分块主成分分析的存储器容错方法。该方法应用分块主成分分析算法提取数据的主要特征，并对求取的特征数据作均值化处理，得到原始数据的最佳近似估计。该最佳近似估计可对数据中的任意故障做容错替换，使容错替换后的数据和原始数据的误差最小。实验结果表明，该方法可以使图片数据在 0.003 5 错误率的情况下仍保持峰值信噪比大于 30 dB；与传统纠错码相比，执行时间缩短了约 40%，内存消耗减少了约 12%，获得了较好的容错效果。
随着集成电路工艺水平提升，半导体器件尺寸越来越小，存储器更易受到周围环境的影响而导致数据存储故障。针对这一问题，该文提出了一种基于分块主成分分析的存储器容错方法。该方法应用分块主成分分析算法提取数据的主要特征，并对求取的特征数据作均值化处理，得到原始数据的最佳近似估计。该最佳近似估计可对数据中的任意故障做容错替换，使容错替换后的数据和原始数据的误差最小。实验结果表明，该方法可以使图片数据在 0.003 5 错误率的情况下仍保持峰值信噪比大于 30 dB；与传统纠错码相比，执行时间缩短了约 40%，内存消耗减少了约 12%，获得了较好的容错效果。
2018, 7(6):60-68.
DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20180723001
摘要:
内嵌式永磁同步电机具有高功率密度、高可靠性和弱磁性等诸多优点，但由于电动机参数具有非线性化特征，导致电磁转矩难以精确估算。该文提出了一种基于卷积神经网络的电磁转矩估算方 法，即转矩观测器。首先，基于所搭建的高保真非线性内嵌式永磁同步电机模型，获得用于神经网络训练的转矩观测器数据；然后，基于所提出的卷积神经网络转矩观测器实现内嵌式永磁同步电机的精确控制；最后，为获取最优的转矩估算误差，在仿真实验阶段对不同参数和结构的卷积神经网络进行了对比和分析。结果表明，该神经网络可以实现电磁转矩的准确估算，所建立的转矩观测器具有良好的性能参数和泛化能力。
内嵌式永磁同步电机具有高功率密度、高可靠性和弱磁性等诸多优点，但由于电动机参数具有非线性化特征，导致电磁转矩难以精确估算。该文提出了一种基于卷积神经网络的电磁转矩估算方 法，即转矩观测器。首先，基于所搭建的高保真非线性内嵌式永磁同步电机模型，获得用于神经网络训练的转矩观测器数据；然后，基于所提出的卷积神经网络转矩观测器实现内嵌式永磁同步电机的精确控制；最后，为获取最优的转矩估算误差，在仿真实验阶段对不同参数和结构的卷积神经网络进行了对比和分析。结果表明，该神经网络可以实现电磁转矩的准确估算，所建立的转矩观测器具有良好的性能参数和泛化能力。
2018, 7(6):69-80.
DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20180710003
摘要:
现有的差分全球定位系统通常需要高精度地图数据的支持，然而高精地图制作成本高昂，且 庞大的地图数据对车载电脑性能及网络通讯带宽有较高要求。该文提出一种基于低数据量矢量地图的智能车导航方法，通过引入道路标签机制，从高层次抽象组织道路点，以便快速建立矢量导航地图，并大幅度降低道路点的重复存储。基于该地图的导航方法自动规划最优全局路径，通过基于预瞄点与历史点的几何学算法进行路径跟踪与避障，从而将上位机计算出的方向盘转角、油门和制动踏板深度信息传递到车辆底层控制器，以控制车辆按规划路径行驶。该方法的有效性和准确性在自主开发的无人驾驶平台上得到了验证。
现有的差分全球定位系统通常需要高精度地图数据的支持，然而高精地图制作成本高昂，且 庞大的地图数据对车载电脑性能及网络通讯带宽有较高要求。该文提出一种基于低数据量矢量地图的智能车导航方法，通过引入道路标签机制，从高层次抽象组织道路点，以便快速建立矢量导航地图，并大幅度降低道路点的重复存储。基于该地图的导航方法自动规划最优全局路径，通过基于预瞄点与历史点的几何学算法进行路径跟踪与避障，从而将上位机计算出的方向盘转角、油门和制动踏板深度信息传递到车辆底层控制器，以控制车辆按规划路径行驶。该方法的有效性和准确性在自主开发的无人驾驶平台上得到了验证。
2018, 7(6):81-87.
DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.20180724001
摘要:
在薄膜固体氧化物燃料电池中，为增加发生电化学反应的三相界面面积，燃料极和空气极通常制备成离子-电子混合传导性质的多孔形态。该研究将燃料极电化学反应(氢氧化反应)的催化剂——镍(Ni)和氧离子传导性好的氧化钪稳定的氧化锆(ScSZ)混合制备成离子-电子混合传导燃料极。实验结果显示，与纯 Ni 燃料极相比，所制备的 Ni/ScSZ 燃料极因其三相界面面积的增加，可显著降低极化电阻，但同时欧姆电阻也显著增加，从而最终导致燃料电池单池性能总体下降。
在薄膜固体氧化物燃料电池中，为增加发生电化学反应的三相界面面积，燃料极和空气极通常制备成离子-电子混合传导性质的多孔形态。该研究将燃料极电化学反应(氢氧化反应)的催化剂——镍(Ni)和氧离子传导性好的氧化钪稳定的氧化锆(ScSZ)混合制备成离子-电子混合传导燃料极。实验结果显示，与纯 Ni 燃料极相比，所制备的 Ni/ScSZ 燃料极因其三相界面面积的增加，可显著降低极化电阻，但同时欧姆电阻也显著增加，从而最终导致燃料电池单池性能总体下降。
2020, 9(5):1-2.
DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.202005000
摘要:
智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与车、路、人、云等信息共享，实现“安全、高效、舒适、节能”行驶。虽然该产业呈现出全面发展的良好局面，但回溯到核心技术层面，该领域仍面临若干技术调整，包括单车感知决策、车路协同、人机共驾、以及各类信息安全威胁。在此背景下，进行智能网联汽车科技创新至关重要。
智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与车、路、人、云等信息共享，实现“安全、高效、舒适、节能”行驶。虽然该产业呈现出全面发展的良好局面，但回溯到核心技术层面，该领域仍面临若干技术调整，包括单车感知决策、车路协同、人机共驾、以及各类信息安全威胁。在此背景下，进行智能网联汽车科技创新至关重要。
