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2022年, 第44卷, 第5期 刊出日期:2022-05-25 上一期   
重型商用车预见性自适应巡航控制策略研究
李兴坤,郑旭光,王国晖,王玉海
2022 (5):  649-655.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.001
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(1994KB) ( 0 )  

为提高商用车巡航系统的经济性与安全性,设计了考虑节油安全驾驶的商用车预见性自适应巡航控制系统(predictive adaptive cruise control system,PACC),基于前方道路坡度规划了预见性巡航经济车速,针对巡航过程中受前车影响产生制动干扰的问题,提出了一种利用前车信息进行优化的预见性自适应巡航控制策略。基于前方道路坡度设计了自适应车间距,规划主车行驶车速,实现了预见性自适应巡航行驶。基于一汽解放JH6重型商用车进行了实车试验,研究结果表明:该算法可以有效降低燃油消耗量并缓解驾驶员驾驶疲劳,为商用车辅助驾驶系统的开发提供了极为重要的理论及实际价值。

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考虑路径平滑性和避撞稳定性的智能汽车弯道轨迹规划研究
余嘉星,Aliasghar Arab,裴晓飞,过学迅
2022 (5):  656-663.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.002
摘要 ( 4 )   HTML ( 0 )   PDF(4263KB) ( 2 )  

针对智能汽车弯道避障问题,提出了一种兼顾规划曲线平滑度和车辆稳定性的轨迹规划方法。将轨迹规划分为解耦的路径规划和速度规划处理,利用改进的快速随机搜索树(RRT)构建曲率连续且曲率变化量最小的无碰撞的螺旋线路径。改进后的RRT基于深度神经网络的度量函数,选取并连接代价函数最小的树节点,并通过搜索附近节点寻找是否存在代价函数更小的节点。而在速度规划中首先根据道路限速规则,采用梯形规划输出连续的目标加速度曲线。然后基于螺旋线路径曲率和自车状态,采用预瞄加速度矢量控制(PGVC)动态调整目标加速度,最后通过加速度控制逻辑获得最终的期望加速度。仿真结果表明,所提出的轨迹规划方法不仅能使智能汽车满足弯道避撞和路径跟踪的目标要求,且提高了车辆高速过弯的稳定性能,同时本文还验证RRT的快速收敛性质、路径平滑性和基于并行计算的实时性。

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复杂路况下无人驾驶路径跟踪模型预测控制研究
李骏,万文星,郝三强,秦武,刘霏霏
2022 (5):  664-674.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.003
摘要 ( 6 )   HTML ( 2 )   PDF(4957KB) ( 9 )  

为了提高无人驾驶车辆在直角转弯、连续弯道和弧形弯的复杂路况下路径跟踪精度、行驶稳定性与安全性,提出了一种改进的模型预测控制算法。该改进算法是根据行驶路径弯曲度确定车辆在平坦路面上不发生滑移的最大纵向速度,即车辆纵向速度不是假定恒定值。基于模型预测控制,建立车辆运动学模型,设置以速度和前轮转角为约束条件,设计以位置偏差和控制增量为目标函数,获得最优前轮转角和行驶速度。最后,借助某新能源汽车有限公司提供的无人驾驶车辆平台与测试场地,试验对比分析了在复杂路况下改进的模型预测控制算法与纵向速度恒定的模型预测控制算法时车辆路径跟踪效果,试验验证了改进模型预测控制算法的有效性与优越性,保证了车辆的路径跟踪精度、行驶平稳性与安全性。

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基于车辆视角数据的行人轨迹预测与风险等级评定
张哲雨,吕超,李景行,熊光明,吴绍斌,龚建伟
2022 (5):  675-683.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.004
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(2970KB) ( 0 )  

常用的基于路基视角数据的行人轨迹和风险预测模型往往无法避免复杂的建模运算和人工判断。为简洁而有效地预测行人轨迹和评定风险等级,本文中采用车辆视角数据建立行人轨迹和风险等级的预测模型,并先后进行车辆视角行人数据的采集、基于长短期记忆神经网络的行人轨迹预测和基于聚类分析-支持向量机方法的风险等级评定。实验结果表明,基于车辆视角数据所建立的数据驱动的模型能捕捉行人与车辆的运动趋势和交互特征,具有预测行人轨迹和评定风险等级的能力。

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面向自动驾驶数据生成的风格迁移网络研究
王大方,杜京东,曹江,张梅,赵刚
2022 (5):  684-690.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.005
摘要 ( 3 )   HTML ( 0 )   PDF(2897KB) ( 0 )  

自动驾驶数据集的丰富性是保证基于深度学习的自动驾驶算法鲁棒性和可靠性的关键。当前的自动驾驶数据集在夜晚场景和各类气候、天气条件下的数据量仍十分有限,为满足无人驾驶领域的应用需求,本文中构建了风格迁移网络,可将当前自动驾驶数据集转换为夜晚、雪天等多种形式。该网络采用单编码器-双解码器结构,综合语义分割网络、跳跃连接和多尺度鉴别器等多种手段用于提高图像的生成质量,生成的图像具有良好的视觉效果。用真实数据训练deeplabv3+语义分割网络来评价生成图像的结果表明,本文采用的网络生成图像的平均交并比比基于双编码-双解码结构的两种网络(AugGAN和UNIT)分别提升了2.50%和4.41%。

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DHSSA优化的K均值互补迭代车型信息数据聚类
黄鹤,李文龙,杨澜,王会峰,王飚,茹锋
2022 (5):  691-700.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.006
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(2493KB) ( 0 )  

针对传统方法在车型信息数据聚类过程中受初始化中心点的影响较大导致聚类精度低、鲁棒性差以及在迭代过程中求取均值选择聚类中心受离群点影响大的问题,提出了一种DHSSA优化的K均值互补迭代车型信息数据聚类方法。首先,针对SSA算法中发现者位置更新不足和种群多样性不足的问题,设计了一种扰动因子-领头雀优化策略,通过自适应领头雀策略加强了最优个体的影响力,利用扰动因子扩大搜索空间,提升了寻找聚类中心的准确率;其次,设计了基于筛选最大最小距离积方法SMMP优化聚类中心的初始化,在MMP基础上增加了筛选机制,使初始化的中心尽可能更均匀地分布在每个簇中;最后,融合DHSSA和SMMP来优化K均值互补迭代,在减小迭代次数的同时增加搜索效率,得到较好的聚类结果。利用多种数据集进行测试,通过试验结果中的收敛曲线和性能指标可以看出,提出的DHSSA-KMC方法相对于SSA-KMC、IMFO-KMC、KMC和KMC++具有更高的搜索精度、收敛速度和更低的聚类代价,并且耗时相对于SSA-KMC和IMFO-KMC有所减少,证明了算法的有效性和优越性。在车型信息数据处理过程中,DHSSA-KMC可以高效聚类生成竞品车型供消费者选择,应用价值明显。

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EVCT对直喷汽油机燃烧和微粒排放的影响
解方喜,孟祥龙,刘宇,李晓娜,张玉林,冯海洲
2022 (5):  701-708.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.007
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(2890KB) ( 0 )  

本文研究了排气门关闭正时(EVCT)耦合点火正时(IT)对火花点火汽油直喷(GDI)发动机在5种不同工况下燃烧、性能和微粒排放的影响。研究结果表明,EVCT的延迟导致燃烧持续期(CA5-CA90)延长和燃烧中心(CA50)延迟。而IT的提前可以提前CA50,缩短燃烧持续期。EVCT结合IT可有效改善发动机油耗和微粒排放,有效燃油消耗率(BSFC)可降低4.66%,微粒总数最多可减少95%。随着负荷或转速的增加,EVCT对微粒排放和燃料消耗的影响减弱。

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基于迭代动态规划的动力电池组热管理优化策略
马彦,李佳怡,马乾,陈明超
2022 (5):  709-721.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.008
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(4669KB) ( 0 )  

动力电池在电动汽车行驶过程中不断产热,持续高温会降低电池的使用寿命,危害汽车的运行安全。因此,采取高效、节能的冷却优化策略,提高动力电池工作效率十分必要。本文基于电池的生热特性和牛顿冷却定律建立电池组集中质量热模型,并与AMESim中建立的电池液冷系统模型进行对比,验证其准确性。针对电池热管理系统的高度非线性与时变性,提出一种在多维搜索空间迭代逼近最优值的迭代动态规划(IDP)策略。通过MatLab-AMESim联合仿真对比,证明了此方法以最小的能耗对电池组温度进行快速冷却,且冷却液流速稳定,验证了IDP优化策略的高效性与节能性。

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基于梁单元简化模型的锂电池组碰撞安全临界条件的判定
陈光,魏晨阳,李晓宇,景国玺
2022 (5):  722-729.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.009
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(4120KB) ( 0 )  

针对现有电池单体有限元模型单元数量多、计算速度慢、在整车碰撞分析难以应用的问题,提出一种采用梁单元,反映电池单体壳体的压溃和弯曲特性的有限元模型。通过对比电池单体的轴向压溃、径向挤压和压痕试验结果,验证了建立的电池单体简化模型的有效性。应用该简化模型进行了6×4电池组撞击刚性墙和刚性墙撞击电池组两种工况的仿真,并根据电池单体短路失效临界应变,确定电池发生短路失效的临界撞击速度和撞击质量。结果表明,在电池组撞击刚性墙工况中,撞击速度为245 km/h时,靠近刚性墙第2和第3层电池单体最先失效;而在刚性墙撞击电池组工况中,撞击质量为16.06 kg时,最先失效的电池单体位于靠近刚性墙的第2层。因此,应依据不同的工况来确定电池组内首先失效单体的位置。

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铝基复合材料制氢性能与安全性研究
赵阳,叶康,孙汉乔,胡尊严,徐梁飞,李建秋,欧阳明高
2022 (5):  730-735.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.010
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(3167KB) ( 0 )  

铝水解制氢技术具有储氢密度高、安全、产物环境友好等优势,成为最具竞争力的制氢技术之一,能满足特种场景下燃料电池的供氢需求。本文中通过高能球磨工艺制备了铝基复合材料85%Al-9%LiAlH4-3%Bi-3%NaCl,研究其在不同场景下的制氢性能和特种环境下的安全性,并通过设计、制造铝水反应制氢装置实现了氢气流量的稳定供应。结果表明,在50 ℃温度下,铝基复合材料最大产氢量可达1 435 mL/g,火烧实验中能保持良好的阻燃效果,所设计的铝水反应制氢装置可实现氢气0.8 L/min流量的稳定供应,可满足低功率燃料电池的使用要求。

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EMB夹紧力控制与传感器故障诊断研究进展
张奇祥,靳立强,靳博豪,张伊晗,陈鹏飞,刘永腾,李建华
2022 (5):  736-746.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.011
摘要 ( 50 )   HTML ( 3 )   PDF(2824KB) ( 2 )  

电子机械制动系统(electro-mechanical brake system, EMB)采用电控纯机械制动技术,可实现多种主动安全控制功能,具有结构精简、响应迅速,能够对车轮制动力矩进行独立精确控制等优势。为全面梳理EMB系统的发展现状,明确其未来技术走向,本文首先介绍了EMB的组成架构,分析了EMB典型结构型式的优缺点并确定了相关内容的主要研究方向。然后从夹紧力控制和传感器故障诊断两个层面分别对国内外的研究进展展开综述;分析了夹紧力控制算法的发展历程及未来研究重点,对比了3种典型夹紧力控制算法的试验效果;接着介绍了传感器故障诊断的具体类型及作用,通过定量化的指标分析不同故障诊断算法的实际控制效果。最后对EMB系统所面临的问题及未来发展趋势进行了分析和展望,指明了进一步的研究可以集中在夹紧力控制和传感器故障诊断等算法准确性和鲁棒性的提高、EMB与线控底盘集成控制技术的协调控制以及EMB对整车稳定性和舒适性的影响等方面。

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电液线控制动系统压力反步控制算法研究
石琴,刘鑫,应贺烈,王铭伟,贺泽佳,贺林
2022 (5):  747-755.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.012
摘要 ( 3 )   HTML ( 0 )   PDF(2688KB) ( 0 )  

为实现线控制动系统液压精确控制,本文中设计了一种新型线控制动系统,通过对该系统进行动力学分析,建立了面向控制的系统动力学模型,基于该系统模型设计出反步控制算法。利用径向基网络逼近连续函数特性,对与系统状态量相关的非线性摩擦力进行估计,作为反步控制器的补偿,并证明该算法李雅普诺夫稳定。基于电液线控制动系统台架开展了多组制动工况测试,结果表明,所设计的控制策略能实现对线控制动系统液压力的精确控制且反应迅速。

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针对ASR系统防误触的复杂路面识别算法
李希宸,张虹,解晓天,汪博文,王新宇
2022 (5):  756-763.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.013
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(1382KB) ( 0 )  

因不平路面动载荷而产生明显波动的轮速会导致车轮滑移率的跳变,进而会频繁触发以滑移率为控制目标的驱动防滑控制系统(ASR),因此,须对不平路面进行识别并优化控制。针对沟坎路面,本文提出以滑移率和整车侧倾角变化为观测量,采用门限逻辑法实现路面识别。对于连续不平路面,结合穿越计次法与能量法进行路面不平状况判别,以滑移率与路面附着系数所包围的封闭面积作为特征值进行路面条件判定,根据识别结果,采用ASR阈值调整控制,减小车轮悬空导致的打滑现象及主动制动不均产生的非理想横摆。结果表明,所提算法能够快速准确识别不平路面特性,ASR主动制动时长缩短18.8%,减少了在不平路面行驶的动力损失。

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电动两轮车骑车人紧急避让姿态对损伤风险的影响研究
韩勇,林丽雅,何勇,潘迪,蔡鸿瑜,彭倩,冯浩
2022 (5):  764-770.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.014
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(2920KB) ( 0 )  

为研究不同紧急避让姿态下骑车人运动学响应及损伤差异,采用THUMS人体有限元模型开发1类正常驾驶姿态和3种典型紧急避让姿态:被撞侧脚着地(SFL)、非被撞侧脚着地(NSFL)和双脚着地(LBF)。建立了汽车碰撞电动两轮车和骑车人的仿真模型,进行了8组仿真(20和40 km/h两种碰撞速度和4种驾驶姿态的组合),以对比分析头部损伤参数(峰值角加速度、峰值线性加速度、HIC15、颅内正压力、CSDM0.15 和最大主应变)和下肢的Von-mises应力分布,评估两轮车骑车人撞地损伤风险。结果表明:当车速为20 km/h时,正常姿态骑车人头部撞地损伤超过AIS 4+,各姿态下肢损伤均未超过骨折阈值;当车速为40 km/h时,各姿态骑车人头部撞地损伤均超过AIS 4+,紧急避让姿态LBF时头部损伤风险最高。正常姿态骑车人的下肢损伤风险最低,紧急避让姿态SFL骑车人下肢有骨折风险。该研究结果厘清了紧急避让姿态对骑车人撞地损伤的影响,为汽车安全技术研究提供重要参考依据。

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考虑噪声标签影响的驾驶员精神负荷状态评价
黄晶,彭扬,黄烨,彭晓燕
2022 (5):  771-777.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.015
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(833KB) ( 0 )  

现有驾驶员精神负荷评价研究多以驾驶场景中有无次任务来给定驾驶员的精神负荷分类标签,但驾驶员在正常驾驶情景下也可能由于陷入自我思维而导致精神负荷的增加;此外,由于个体差异,同一驾驶次任务对不同驾驶员精神负荷的影响也不尽相同。因此,由传统方法所制作的数据集可能存在噪声标签,从而影响精神负荷评价模型的训练效果。针对此类问题,本文中采用置信学习的方法对驾驶员的精神负荷分类标签进行检测和滤除,使用处理过的标签,以脑电、心电和皮电信号特征作为模型输入,基于支持向量机、随机森林、K近邻、决策树、逻辑回归和多层感知机等多种算法构建驾驶员精神负荷模型,对比分析噪声标签处理对提高各类模型性能的效果。结果表明:使用置信学习进行噪声标签处理后,所构建的多种驾驶员精神负荷模型的性能均得到了明显的改善,其中,支持向量机模型的性能提升的效果最佳。

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基于结构轻量化的城市客车车身生命周期评价
王童,杜轶群,陈轶嵩,韩日美
2022 (5):  778-788.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.016
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(2686KB) ( 0 )  

为某12 m全承载混合动力城市客车建立车身有限元模型,通过强度、刚度、模态分析、结构轻量化和生命周期评价,分析车身结构优化对整车节能减排效果的影响。结果表明,与原车身骨架相比,结构优化后车身骨架质量减轻了52.5 kg,弯曲与极限扭转两种工况下均满足强度、刚度要求,且具有良好的固有振动特性。就全生命周期而言,轻量化后矿产资源消耗减少了0.4E04 kg Sb-eq.,化石能源消耗减少0.7E04 MJ,综合环境影响值减少0.42E11,减低率分别为3.81%、4.46%和4.56%。

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注塑短纤维增强复合材料汽车尾门内板轻量化设计
李泽阳,刘钊,朱平
2022 (5):  789-798.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.017
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(6709KB) ( 0 )  

本文中针对短纤维增强复合材料汽车尾门内板,提出一种包含材料-结构并行优化的轻量化设计流程。考虑纤维分层分布特点建立材料分层模型,在此基础上提出材料参数化本构模型,在改变材料参数时可快速预测其力学性能;根据纤维取向的分布特征,提出材料参数提取和映射方法,有效提升结构分析精度;考虑材料和结构设计变量,结合Kriging代理模型和基于边界搜索的改进粒子群优化算法,提出复合材料汽车尾门内板轻量化设计流程。最终结果,在保证多工况设计要求的同时,实现了材料和结构参数的并行优化,取得减质量10. 5%的轻量化效果。

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