汽车工程

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无人驾驶汽车局部路径规划算法研究^*

彭晓燕, 谢浩, 黄晶

2020 (1): 1-10. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.001

摘要 ( 1736 )

PDF(2245KB) ( 1856 )

无人驾驶汽车局部路径规划算法应确保避障的安全性、实时性和路径的平滑性等。本文提出了一种基于离散优化的局部路径规划算法,即采用代价函数分别评估离散生成的候选路径的安全性、平滑性等,再根据各代价函数加权计算获得局部最佳路径。针对障碍物移动随机性,设计了一种基于运动估计结合高斯卷积的移动障碍安全性代价函数;考虑候选路径曲率的变化及其连续性,设计了路径平滑性代价函数。使用了一种新的坐标转换计算方法将路径从s-ρ坐标系转换到大地笛卡尔坐标系,提高了实时性。最后,利用PreScan和Matlab软件进行联合仿真,并在“远飞”无人车实验平台上进行了真实道路场景的实车实验。实验结果表明:提出的路径规划算法不仅能使无人车安全、合理地规避静止和移动障碍,且完全满足局部路径规划算法对实时性的要求。

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机器人驾驶车辆的横向自适应反演切换控制^*

苏树华, 陈刚

2020 (1): 11-19. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.002

摘要 ( 421 )

PDF(1403KB) ( 387 )

为实现不同速度工况下的车辆稳定转向和路径跟踪,提出了一种机器人驾驶车辆横向自适应反演切换控制方法。构建了7自由度车辆横纵向动力学模型,并基于等效转动惯量的概念,建立了驾驶机器人转向机械手动力学模型。定义了转向机械手每个子系统的虚拟控制量、模糊隶属度函数和Lyapunov函数,设计了模糊自适应反演控制器和状态切换器。本文提出方法与其他控制方法的仿真和人类驾驶车辆的试验验证了所提出方法的有效性。

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无人驾驶汽车编队雾天主动拯救系统^*

边辰通, 殷国栋, 徐利伟, 张宁, 朱侗

2020 (1): 20-26. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.003

摘要 ( 366 )

PDF(1113KB) ( 495 )

为减少雾天公路上由于有人驾驶汽车车速过高引发的交通事故,为无人驾驶汽车编队设计了一种主动拯救系统。当系统检测到编队附近有人驾驶汽车车速过高且前方有障碍物时,它能控制编队通过变道和队形变换形成编队屏障,迫使有人驾驶汽车在碰撞前降低车速而避免碰撞事故。为验证所提出的主动拯救系统的有效性,设计了两组仿真进行了对比。仿真结果表明,所设计的系统能有效降低有人驾驶车辆在雾天的碰撞事故。

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V2X通信中基于椭圆曲线加密算法的身份认证研究^*

章嘉彦, 李飞, 李如翔, 李亚林, 宋佳琦, 周启扬

2020 (1): 27-32. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.004

摘要 ( 342 )

PDF(905KB) ( 520 )

随着汽车信息技术的发展,汽车之间和汽车与云互联通信的车联网成为现实,然而车联网在给人们带来方便之余,也给了黑客可乘之机,他们通过伪造虚假身份对发送中的数据包进行劫持和篡改,从而给用户带来安全威胁,因此汽车通信双方的身份认证,对于汽车的安全性起着至关重要的作用。本文中在对比常用公钥加密算法的基础上,提出利用椭圆曲线加密术和其他安全策略,对接入车联网用户的真实性进行验证。实验结果表明,采用该方法对车辆之间的通信进行加密认证,保证汽车之间的网络通信安全,且在时间上比传统公钥加密算法平均缩短了约83%。

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智能网联汽车计算平台虚拟化技术研究^*

严刚, 肖堃, 褚文博

2020 (1): 33-37. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.005

摘要 ( 505 )

PDF(863KB) ( 591 )

计算平台作为智能网联汽车的大脑,多采用多元异构的硬件架构,并通过多种操作系统运行具有不同功能安全和信息安全等级的环境感知、路径规划和车辆控制算法;本文中提出一种能适应多种硬件平台和多种应用场景的虚拟化软件层架构。该架构能够实现虚拟机之间的资源共享与分区隔离,并且提供多种容错和保护机制,能同时满足功能安全与信息安全的需求;此外,本文中还提出了虚拟机间的高效通信机制和虚拟化性能优化机制,经测试验证,可满足智能网联汽车计算平台的要求。

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基于三维激光点云的目标识别与跟踪研究^*

徐国艳, 牛欢, 郭宸阳, 苏鸿杰

2020 (1): 38-46. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.006

摘要 ( 629 )

PDF(2123KB) ( 1107 )

针对无人车环境感知中的障碍物检测问题,设计了一套基于车载激光雷达的目标识别与跟踪方法。为降低计算量,提高处理速度,引入了点云过滤与分割算法对原始激光点云数据进行缩减,有效提高了检测的实时性。使用多特征复合判据,基于SVM分类器改进了Adaboost算法,对三维激光点云进行直接处理,最大限度保留了感知信息,提高了识别准确度。提出基于最大熵模糊聚类的数据关联方法和相应的粒子滤波器,有效提高了复杂交通流中目标跟踪的稳定性和准确性。经百度Apollo平台数据集仿真、自主研发的无人驾驶平台实验验证和针对小目标交叠和遮挡情况的实车验证表明,该套方法具有良好的实时性和鲁棒性。

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基于背景光照去除和连通区域的车位检测^*

黄晨, 刘泽, 罗禹贡, 王永胜

2020 (1): 47-51. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.007

摘要 ( 279 )

PDF(2146KB) ( 470 )

基于视觉的自动泊车系统受光照不均匀的影响较大,且当图像信息较为复杂时,很难对车位做出准确判断,本文中提出了一种基于背景光照去除和连通区域的车位检测方法。使用鱼眼摄像头对车辆周围环境进行拍摄,对拍摄的图像进行处理得到全景鸟瞰图,并将其输入车位识别系统。通过从原始图像中去除背景光照,有效地解决了光照不均匀和背景复杂的问题,并设计了一种基于连通区域的车位提取方法,该方法简化了车位的提取,减少了车位识别的计算量。实验结果表明,所提出的方法可实现对车位的有效识别和精确定位。

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驾驶员避撞转向行为的改进K-means聚类与识别^*

赵治国, 冯建翔, 周良杰, 王凯, 胡昊锐, 张海山, 宁忠麟

2020 (1): 52-58. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.008

摘要 ( 527 )

PDF(1639KB) ( 521 )

本文中根据不同工况驾驶员转向行为数据,提出了基于驾驶员避撞转向行为特征的聚类算法。首先搭建驾驶模拟器,采集了定半径转向、常规换道和紧急避撞转向工况下的驾驶行为数据,通过对比正常行驶和紧急避障工况下驾驶员转向行为数据,定性分析了紧急避撞转向特点。之后,利用皮尔逊相关系数法分析了描述驾驶员转向行为的观测变量与紧急避撞转向行为的相关性,得出转向盘转速与转向工况的相关性最高。接着,以转向盘转速作为聚类特征参数,利用改进K均值(K-means++)聚类方法对转向行为数据进行了聚类,将转向行为划分为正常转向和紧急避撞转向,实现了紧急避撞转向工况的识别。最后,通过实车试验验证了所提出的紧急避撞转向行为K-means++聚类方法可有效识别驾驶员紧急避撞转向行为,聚类精度达96.7%。

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校准量热法测量锂电池比热容和生热率^*

吴青余, 张恒运, 李俊伟

2020 (1): 59-65. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.009

摘要 ( 866 )

PDF(1447KB) ( 930 )

本文中对利用校准量热法测量18650圆柱电池的比热和生热率进行了研究,它根据电池的温度变化和热损标定,确定锂离子电池的比热容,并测定大倍率放电时的生热率。实验结果表明:电池的比热容随环境温度的升高而增大,两者呈线性正相关。电池在放电过程中的生热具有时变瞬态的特点,电池平均生热率与放电倍率的平方正相关。此外,通过恒定功率生热实验证明了采用校准量热法测量电池比热容和生热率的准确性,方法简单,且实验过程不损坏电池。

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不同滥用条件下车用锂电池安全性实验研究^*

陈吉清, 刘蒙蒙, 周云郊, 兰凤崇, 骆济焕

2020 (1): 66-73. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.010

摘要 ( 546 )

PDF(2320KB) ( 639 )

为提升电动汽车的使用安全性,揭示极端情况下三元锂电池热失控的发生机理与行为特点,对某一12 A·h车用三元锂电池进行过温、过充和内短路等3种不同滥用条件下的热失控实验,探索热失控过程中电池电压、温度等关键参数的变化,对比分析3种热失控行为的特点。结果表明,三元锂电池热失控有明显的触发演变过程;电压突然急剧升高又迅速急剧下降的异常变化可作为判断过充热失控是否发生的条件;过充热失控发生到电池剧烈燃烧之前存在一定的反应时间;相同条件下,过充热失控的剧烈程度和破坏程度要大于内短路和过温热失控。最后基于实验结果,提出改善车用三元锂电池在热、电、机械等滥用条件下安全的建议。

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基于遗传算法的机液传动系统参数匹配研究^*

朱镇, 蔡英凤, 陈龙, 夏长高, 施德华

2020 (1): 74-80. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.011

摘要 ( 397 )

PDF(1067KB) ( 384 )

本文中对一款机液复合传动变速器进行运动学、动力学和能量管理分析,确定装配方案和基本参数。采用基于Pareto最优原理的多目标遗传算法研究传动系统的参数匹配问题,包括选择优化目标、确定设计变量和约束条件等。建立基于modeFRONTIER的传动系统多目标优化模型,分别以爬坡度和燃油消耗率为动力性和经济性的目标函数,采用多目标遗传算法,结合实验设计,对模型进行全局搜索寻优。结果表明:爬坡度平均值为27.26°,95%置信区间为[26.36°,28.16°],Pareto最优解为27.93°;燃油消耗率平均值为208.88 g/(kW·h),95%置信区间为[208.62,209.13]g/(kW·h),Pareto最优解为206.76 g/(kW·h)。随着优化迭代步数的增加,爬坡度和燃油消耗率两个目标值都将在一个小范围内收敛,且设计变量的Pareto最优解很好地满足传动系统的匹配要求。

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基于磁场重构法的轴向磁通轮毂电机建模研究

李涛, 张幽彤, 梁玉秀, 杨业, 艾强

2020 (1): 81-87. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.012

摘要 ( 365 )

PDF(3164KB) ( 536 )

轴向磁通轮毂电机具有功率密度大、效率高、轴向长度短等优点,但其特殊的三维结构使采用解析法或有限元法进行电磁设计时很难兼顾快速性与准确性。为减少计算量的同时提高计算结果的准确性,本文中以一台带非晶合金定子齿的无磁轭轴向磁通轮毂电机的详细设计为例,综合三维磁场重构法和麦克斯韦应力张量法,给出了轴向磁通轮毂电机气隙磁密的计算模型,推导了单侧转子轴向电磁力和电磁转矩的计算式,分析了定子磁链以及反电动势波形。通过三维瞬态有限元分析对三维磁场重构法的计算值进行了验证,结果表明,三维磁场重构法在减少计算时间的同时,具有较好的精度。

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自供能磁流变阻尼器电参数影响特性及隔振性能^*

高翔, 牛军川, 刘知辉, 田莉莉

2020 (1): 88-93. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.013

摘要 ( 357 )

PDF(1116KB) ( 355 )

为探究电学参数对自供能磁流变阻尼器的影响,首先建立了含整流电路的自供能磁流变阻尼器电路模型,推导电路的频响函数,减小发电模块的电阻与电感能够显著提高阻尼器的电能利用率。随即引入基于Bingham模型的含自供能磁流变阻尼器的1/4车辆悬架系统,推导机电耦合方程,分别在时域和频域研究悬架系统的隔振性能,探究电学参数改变时传递率的变化规律。研究表明,与被动悬架相比,含自供能磁流变阻尼器悬架系统的簧载质量速度与加速度分别降低了51%和78%,传递率幅值降低约5 dB。增大电阻将降低隔振能力,增大电感与电容值,隔振效果变差,在高于第2阶固频区域内更为显著。

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燃油近嘴区初始射流破碎及影响因素试验研究^*

高永强, 钟兵, 陶莉莉, 刘永辉, 王希波, 常静

2020 (1): 94-99. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.014

摘要 ( 357 )

PDF(3542KB) ( 292 )

搭建了燃油喷射雾化的可视化试验台架,采用数码相机和高放大倍数、高分辨率的长距离显微成像技术,以及纳秒级闪光灯作为相机曝光光源,对燃油近嘴区射流表面初始扰动微观结构进行可视化捕捉,结合图像后处理技术对射流表面结构参数和喷射参数进行定量测量和分析。研究发现,近嘴区初始射流表面波、液丝和液滴等产生、变形和破碎与喷油压力、空化以及环境背压密切相关。喷油压力增加,初始射流受到扰动增大,射流表面出现“坑洼”和“凸起”结构越靠近孔口;空化促进射流初始扰动、液丝和液滴的形成,致使喷雾锥角显著增加;环境背压增加,射流与环境介质之间剪切作用增大,可有效促进射流初始破碎,射流周围液丝进一步破碎形成液滴,有效地改善了雾化质量。

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基于4种典型神经网络识别路面不平度的研究^*

李杰, 郭文翠, 赵旗, 谷盛丰

2020 (1): 100-107. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.015

摘要 ( 355 )

PDF(1444KB) ( 611 )

为识别路面不平度,对4种典型神经网络及其应用选择、输入方案优化和评价指标进行研究,提出4种典型神经网络输入选择和输入组合优化的解决方案。建立了汽车系统振动的4自由度平面模型,通过仿真获得神经网络的输入和输出。采用正交试验设计确定了每种神经网络的32个输入方案,在常用的B级路面和车速60 km/h下得到每种神经网络输入方案的评价指标,通过方差分析选出每种神经网络的最优输入方案和4种典型神经网络中的最优神经网络。研究结果表明,4种典型神经网络中,NARX神经网络是识别路面不平度的最优神经网络,其最优输入方案的相关系数和均方根误差分别为96.75%和0.003 3。

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基于特征评价的发动机寿命预测方法研究

谷广宇, 刘建敏, 乔新勇, 姜红元, 杨浩

2020 (1): 108-113. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.016

摘要 ( 447 )

PDF(827KB) ( 624 )

针对发动机性能评估及预测过程中需要的特征参数多,且对特征参数的评价及优选标准不统一的问题,提出了基于多指标综合评价的发动机状态特征参数优选方法。以某型装备发动机为研究对象,提取了原始的12个状态特征参数,建立了相关性、单调性、离散性等一系列评价指标,实现对状态特征的客观评价,并提出利用熵权法,从信息量角度对多指标客观定权,通过理想点及相似度,实现对状态特征参数的优选排序。最后通过相似度指标对优选后的特征参数进行了加权融合,建立了过程模糊规则(PFR)模型,实现了该型发动机使用寿命的预测。

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某型SUV空空中冷器内部流动换热研究^*

邱飒蔚, 王震虎, 廖斌, 夏二立, 李落星

2020 (1): 114-120. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.017

摘要 ( 454 )

PDF(2703KB) ( 645 )

采用三维双流模型对某SUV的空空中冷器进行了内部流动换热研究,分析不同行驶工况下中冷器冷流与热流内部的速度场、温度场和压力场,有效预测了内部流场涡流的存在和局部高低温度区与压力区的分布。通过对比一维、三维、一维/三维仿真温度结果和试验验证表明:在3种仿真分析方法中,一维/三维联合仿真精度最高,三维与一维/三维温度分布结果较为接近,且三维仿真结果与试验相对误差在5％以内,验证了中冷器双流模型仿真的可行性,为发动机进气效率提高与中冷器内部换热研究提供参考。

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汽车后视镜气动噪声优化研究^*

姜豪, 赖万虎, 张思文, 董国旭, 贾文宇, 庞剑

2020 (1): 121-126. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.018

摘要 ( 428 )

PDF(2223KB) ( 658 )

针对某车型外后视镜气动噪声问题,提出了一种基于车外流场计算的气动噪声快速优化方法,并进行了相应的试验验证。在非定常数值模拟中,采用分离涡模拟与计算气动声学相结合的方法,对后视镜侧窗表面气动噪声进行了分析。结果表明,优化后侧窗表面气动噪声源强度在各频段明显减弱,各监测点声压级降低。道路试验验证结果表明,优化后各频段车内噪声也明显改善,后视镜气动噪声问题消失。实车道路测试结果表明,基于外流场数值模拟的气动噪声优化方法可行、合理,外流场数值模拟可为造型初期车内气动噪声优化提供有效指导,降低车型开发成本与周期。

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关联用户的汽车试验场耐久性评价路况循环确定方法研究^*

赵礼辉, 李佳欣, 井清, 刘斌, 郑松林

2020 (1): 127-133. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.019

摘要 ( 485 )

PDF(1600KB) ( 485 )

针对当前关联用户的试验场整车耐久性试验路况循环次数难以确定的问题,提出了基于遗传算法的多目标优化方法。以采集的用户道路载荷数据为基础,外推得到整车全寿命周期不同部位损伤目标,结合试验场各个特征路况的基础损伤矩阵,建立了“试验场用户”损伤等效关联模型,利用传统最小二乘法和遗传算法对损伤等效模型求解,并针对遗传算法的多组非劣解提出优选准则。通过试验场损伤与用户目标损伤比,分析了两者对模拟实际用户使用情况的有效性。结果表明基于遗传算法可以更为合理地确定各路况的循环次数,更好地复现不同部位的损伤水平,而最小二乘法得到的试验场路况循环损伤总体偏小,仅能在少数部位复现用户损伤。研究成果为更合理地制定试验场耐久性评价规范、有效评价整车可靠性与耐久性提供参考和依据。

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基于FAHP-FQFD方法的汽车产品性能量化评价的研究^*

俞宁, 蒋靖, 陈佳佳

2020 (1): 134-139. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.01.020

摘要 ( 257 )

PDF(1189KB) ( 394 )

为更好地对汽车产品性能进行量化评价,提出将模糊层次分析法(FAHP)引入模糊质量功能展开方法(FQFD)中,构建了一种新的汽车产品性能评价量化方法。首先,基于专家评价,运用模糊层次分析法求出不同汽车产品性能需求权重;然后,应用权重概率方法综合考虑顾客评价对权重进行修正;最后,在建立多阶段的模糊质量功能屋模型的基础上求出汽车产品的性能指标。以汽车发动机罩为例验证了这种方法的实施过程。结果表明,所构建的FAHP-FQFD评价方法可有效地对汽车产品性能进行量化评价,评价结论能较好地反映实际情况,为汽车设计方案选择提供了直观的科学依据。

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