汽车工程

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基于滑模自抗扰的电制动系统动态负载模拟^*

马瑞海, 王丽芳, 张俊智, 何承坤

2020 (2): 141-148. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.001

摘要 ( 406 )

PDF(1160KB) ( 465 )

为精准模拟传动系弹性及齿隙作用下电制动系统非线性机械负载,提出了自适应模糊滑模自抗扰的测功机控制算法。首先,针对一款前驱电动汽车,建立融合感应电机模型的车辆及台架机电一体化模型,引入典型正常制动和防抱死制动控制作为测试对象。其次,构建扩张状态观测器估计台架系统未建模动态,以自适应模糊滑模控制测功机实时模拟高度非线性机械负载。最后,开展了制动控制策略台架测试的仿真研究。结果表明:提出的方法可精确模拟电制动系统动态负载,有效提高制动控制算法台架测试精度。

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柴油机两级涡轮阀可调增压系统变海拔控制策略研究^*

张众杰, 刘瑞林, 杨春浩, 张君仪, 焦宇飞

2020 (2): 149-156. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.002

摘要 ( 248 )

PDF(2394KB) ( 411 )

为解决某型两级可调增压柴油机变海拔、变工况增压压力控制复杂问题。采用GT-POWER软件建立两级可调增压柴油机高海拔工作过程模型,利用试验数据进行了模型校核。设计了两级可调增压柴油机涡轮旁通阀变海拔控制策略,优化标定得到了高/低压级涡轮旁通阀最佳开度和最佳增压压力。采用仿真与试验相结合手段,比较了基于增压压力PID闭环控制和基于涡轮旁通阀开度的开环控制对柴油机高海拔瞬态性能的影响。结果表明:采用PID闭环控制,相比平原,3 000、5 000 m海拔增压压力首次达到目标值90%的时间分别增加了0.11、0.19 s。涡轮旁通阀开环控制与闭环控制相比,0、3 000和5 000 m首次达到目标增压压力的时间分别缩短了0.09、0.197和0.14 s,但实际增压压力与目标增压存在偏差。基于此,采用增压压力PID闭环反馈控制与涡轮旁通阀开环控制相结合的控制算法能够同时兼顾两级增压系统瞬态过程的鲁棒性和准确性,是未来高海拔两级增压系统瞬态过程的理想控制算法。

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柴油机典型工况的电控喷油器多次喷射分配^*

王军, 金毅, 张幽彤, 丁小亮, 韩树

2020 (2): 157-163. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.003

摘要 ( 237 )

PDF(754KB) ( 807 )

为提高柴油机节能减排的效果,简要分析了多次喷射形式及其作用,依据车辆在不同路况运行,确定了车辆对应的6种柴油机典型工况。提出了基于工况排放值约束的多次喷射分配方法,采用工况排放分摊率确定典型工况的排放限值,进行喷射次数和变化喷射组合寻优,最后结合4JB1高压共轨柴油机台架试验,以氮氧化物和烟度为衡量参数,兼顾燃油消耗率的变化,分析不同喷射组合对柴油机排放的影响。结果表明:怠速工况和中速大负荷工况宜用2次喷射,低速小负荷工况和中速中负荷工况宜用3次喷射,中速小负荷工况宜用4次喷射,高速大负荷工况宜用1次喷射,说明基于工况排放值约束的多次喷射分配方法是有效的。

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喷嘴内燃油空化及影响因素的实验研究^*

高永强, 钟兵, 陶莉莉, 刘永辉, 王希波, 张克松

2020 (2): 164-171. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.004

摘要 ( 213 )

PDF(5357KB) ( 385 )

柴油机燃油喷射雾化过程除受湍流和环境气体的空气动力学效应影响外,还与喷孔内空化有关,因此对喷孔内燃油空化和影响因素的研究有重要的意义。本文中设计了透明喷孔代替原柴油机喷油器的喷孔,采用高速数码相机和高放大倍数、高分辩率的长距离显微成像技术和纳秒级闪光灯作为相机曝光光源,获得了较高分辩率和清晰度的实验图像。对柴油机喷孔内燃油空化产生、发展和分布状态进行显微观测,直观展现喷孔内燃油空化及影响规律,获得了燃油空化过程的直观认识。结果表明,柴油机喷孔内空化流动情况比较复杂,影响因素较多,其中喷孔几何结构对喷嘴内空化过程影响最显著,喷孔内空化首先出现在压力室针阀附近,随后空化区域向喷孔出口处扩散、延伸,对于渐缩喷孔,空化形成受到抑制,而渐扩喷孔则有利于空化形成;减小喷孔直径,不利于空化形成。环境压力对空化起到抑制的作用,环境压力增大,也不利于空化形成。此外还对喷孔内空化强度进行量化描述,通过空化强度对实验获得的图像进行量化分析。

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车用质子交换膜燃料电池空气供应系统自适应解耦控制方法研究

周苏, 胡哲, 谢非

2020 (2): 172-177. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.005

摘要 ( 383 )

PDF(1224KB) ( 573 )

当空压机性能发生衰减或静态特性发生变化时,采用前馈补偿解耦闭环控制算法对车用质子交换膜燃料电池空气供应系统基于该算法进行控制的品质会变差。为此本文在前馈补偿解耦闭环控制的基础上增加了自适应查表算法,以期提高空压机转速调节能力。硬件在环仿真结果表明,改进后的自适应解耦控制算法可在线和自适应地更新空压机转速标定表,从而有效消除PI调节器积分饱和现象,使空压机响应速度更快,入堆空气流量的控制效果更好。

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基于有限元法及遗传算法的推力杆球铰多目标优化方法^*

柯俊, 祖洪飞, 史文库

2020 (2): 178-183. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.006

摘要 ( 275 )

PDF(1807KB) ( 413 )

为优化推力杆的球铰结构并提高其疲劳寿命,提出一种基于有限元法和遗传算法的推力杆球铰多目标优化方法。该优化方法通过有限元法计算不同橡胶衬套预压缩量和球铰结构的推力杆球铰橡胶衬套的应变分布特征和刚度参数,进而得到推力杆刚度参数、橡胶衬套预压缩量与球铰关键结构参数之间的关系,并在此基础上采用遗传算法建立推力杆球铰的多目标优化模型。利用建立的多目标优化模型计算得到推力杆球铰的优化方案。样件台架试验结果表明,此优化方案使推力杆球铰的疲劳寿命提高了7倍。提出的多目标优化方法充实了变截面橡胶金属复合结构的设计理论,并为推力杆的优化设计提供了理论依据。

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基于非线性模型预测控制的车辆纵向队列协调控制^*

杨秀建, 李金雨

2020 (2): 184-190. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.007

摘要 ( 339 )

PDF(1042KB) ( 564 )

本文中针对基于分层控制结构的车辆队列上、下层控制缺少联系的问题,提出了车辆队列跟驰与个体车辆动力学稳定性协调控制的思路,其基本思想是在保证队列中个体车辆安全稳定行驶的同时,尽可能实现队列跟驰控制的目标。基于非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control, NMPC)方法设计了车辆队列协调控制方案,设计了包括跟驰间距误差、跟驰速度误差以及车速与车轮圆周速度差3个子目标的优化目标函数,将队列跟驰与车辆动力学稳定性的协调控制转化为约束优化控制问题;基于序列二次规划(sequential quadratic programming, SQP)方法进行求解,得到车辆前、后轴的制动/驱动力矩来实现上层决策输出的期望跟驰加速度。基于由3车辆组成的非线性队列模型对控制方案进行了仿真分析,结果表明,所提出的基于NMPC的车辆队列协调控制策略可以在大范围操纵工况下,在保证车辆安全稳定行驶的基础上实现队列的跟驰控制。

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极限工况下主动前轮转向汽车稳定性控制^*

李绍松, 郭孔辉, 仇韬, 陈虹, 王国栋, 崔高健

2020 (2): 191-198. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.008

摘要 ( 447 )

PDF(1187KB) ( 759 )

轮胎对汽车稳定性有重要影响,研究和利用轮胎的非线性特性有助于扩展汽车的稳定域。本文基于非线性轮胎模型,提出一种改进型线性时变模型预测控制(LTV-MPC)方法。该方法能扩展主动前轮转向汽车的稳定范围,提高极限工况下主动前轮转向汽车的稳定性。仿真结果表明,该方法比传统的LTV-MPC方法具有更好的稳定性控制效果。

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电动轮汽车车速与道路坡度估计^*

陈浩, 袁良信, 孙涛, 郑四发, 连小珉

2020 (2): 199-205. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.009

摘要 ( 375 )

PDF(1317KB) ( 623 )

针对电动轮汽车车速与道路坡度估计问题,本文中基于纵向非线性动力学方程设计1阶扩张状态观测器对车速与坡度进行联合估计,分析了估计稳态误差;同时,采用带遗忘因子的递归最小二乘估计算法分离加速度传感器信号中的坡度信息,并设置了比例系数来融合两类坡度信息,最终得到道路坡度估计值。搭建MATLAB/Simulink-Carsim联合仿真平台进行变坡度路面仿真,并在实际坡道路面完成实车测试。仿真与试验结果表明,所提出的方法简单、可行。

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考虑预碰撞时间的自动紧急制动系统分层控制策略研究^*

兰凤崇, 余蒙, 李诗成, 陈吉清

2020 (2): 206-214. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.010

摘要 ( 366 )

PDF(1028KB) ( 800 )

为提升汽车的主动安全,对车辆自动紧急制动系统控制策略进行研究。利用分层控制的思想对控制策略进行建模,上层控制器为对车辆制动减速度进行决策的预碰撞时间模型,根据汽车追尾事故深度调查的驾驶员紧急制动数据分析制动系统的制动减速度,在考虑舒适性的条件下确定预碰撞时间阈值。下层控制器按照上层控制器输出的制动减速度,分析车辆轮胎模型和制动系统的关系,通过PID控制调节制动压力对车辆进行控制。在安全评价规程标准工况下验证控制策略的可靠性,通过追尾事故场景的重建来验证控制策略的有效性。仿真结果表明:设计的控制策略在相对车速65 km/h以内时能有效避撞,而高于65 km/h时能最大程度地降低碰撞车速,减小伤害。

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商用车气压ABS性能综合测试系统设计与试验^*

夏晓经, 张小龙, 冯启飞, 吴延鹏, 井梅, 丁文俊

2020 (2): 215-221. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.011

摘要 ( 228 )

PDF(1475KB) ( 403 )

为解决商用车气压ABS性能试验过程中难以精确调控管路压力导致试验效率低、试验结果不准确等问题,基于虚拟仪器构建商用车气压ABS性能综合测试系统。根据实际制动管路结构设计了管路压力调节装置,采用基于NI LabVIEW平台开发的软件对管路压力进行精确调控。最后进行了压力调节装置验证试验和气压ABS性能场地实车试验,验证了本系统对商用车制动管路压力精确调控效果和工作可靠性。

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考虑稳健性的汽车结构耐撞性优化设计^*

张海洋, 吕晓江, 周大永, 夏梁, 谷先广

2020 (2): 222-227. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.012

摘要 ( 386 )

PDF(2216KB) ( 511 )

本文中基于C-NCAP中40%重叠度的偏置碰撞工况对某轿车进行结构耐撞性优化。为提高输出响应的预测精度,使用基于粒子群算法优化的支持向量回归模型来拟合设计变量与输出响应之间的关系,并利用非支配排序多目标遗传算法Ⅱ获得该优化问题的Pareto前沿。在确定性优化的基础上,并考虑产品性能在不确定因素影响下的波动,对其进行稳健性优化设计。最后,对优化结果进行有限元仿真验证。结果表明:优化后,结构质量减轻,耐撞性能明显提升,同时保障了稳定的产品性能。

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儿童安全座椅中填充吸能泡沫对头部的保护效果分析^*

李海岩, 李健, 崔世海, 贺丽娟, 阮世捷, 吕文乐

2020 (2): 228-233. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.013

摘要 ( 258 )

PDF(2490KB) ( 547 )

采用Pam-Crash仿真软件,在已验证的6岁儿童乘员有限元模型上,施加ECE R129法规中规定的减速度曲线,以模拟汽车在侧面碰撞事故中后排儿童乘员的头部损伤情况。通过头部质心合加速度、头部性能指标(HPC)、脑组织Von Mises应力、颅内压、剪切应力和泡沫与头部之间的接触力等评价指标,研究侧面碰撞时安全座椅侧翼结构中头枕部位填充吸能泡沫对儿童乘员头部的保护效果。结果表明:安全座椅中填充泡沫可有效降低侧面碰撞对头部的损伤,且填充PU泡沫的保护效果要优于EPS泡沫。

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基于流场和温度场的轿车乘员舱热舒适性分析^*

吕鸿斌, 陈博, 高天元, 李圆圆, 施骏业, 陈江平

2020 (2): 234-239. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.014

摘要 ( 295 )

PDF(1578KB) ( 609 )

本文中基于流场和温度场分析不同送风温度对轿车乘员舱热舒适性的影响。仿真与实验结果基本一致,表明:在极端炎热条件下,将送风量增加至临界风量附近,有利于快速降温,并可避免过强的吹风感。入口温度较高时会使乘员舱降温效果明显变差,但舱内空气新鲜度变化不大。建议在设计空调系统时要考虑舱内空气,包括乘客脚部附近空气的流动与散热,调整风道格栅角度,以避免出现速度死区而造成散热不佳。

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汽车驱动桥NVH性能分析与优化

焦东风, 刘志峰

2020 (2): 240-249. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.015

摘要 ( 401 )

PDF(1557KB) ( 774 )

为实现汽车驱动桥NVH性能的分析与优化,本文中建立了驱动桥NVH性能分析与优化流程及方法,对分析过程中所应用的有限元、振动响应、声学仿真和拓扑优化等方法进行了综合研究,恰当地选取了分析方法、计算方法、分析软件;然后,以某客车在60~65 km/h加速行驶工况出现噪声大的问题为例进行分析与优化;最后,对优化后驱动桥进行整车NVH测试,验证了所建立的分析流程及方法的有效性。

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网联车辆并线预测与巡航控制的研究^*

张涛, 邹渊, 张旭东, 王文伟

2020 (2): 250-256. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.016

摘要 ( 497 )

PDF(1265KB) ( 512 )

为检测旁车道车辆驾驶员的并线意图,提升网联车辆巡航跟车的主动安全性,提出了一种基于NAR神经网络学习的迭代循环预测算法。NAR神经网络的训练样本由实际交通环境中的车辆并线数据获得,通过训练的网络预测未来一段时间内旁车的横向行驶轨迹,并根据划定的监控区域计算旁车的切入概率。同时,提出了一种考虑并线概率的跟车距离策略,并应用到网联车辆CACC系统中。结果表明,所提出的并线预测算法能精确计算出旁车的横向换道轨迹,所提出的跟车策略可提升车辆的跟车安全性。

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碳纤维增强复合材料电池箱轻量化设计^*

陈静, 彭博, 王登峰, 唐傲天, 陈书明

2020 (2): 257-263. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.017

摘要 ( 335 )

PDF(1771KB) ( 511 )

对某电动汽车的电池箱进行轻量化设计。因上箱体主要作为密封件,故采用结构优化的轻量化方案,而下箱体主要作为承载件,因而采用碳纤维替换原始材料的轻量化方案。在碳纤维结构下箱体的轻量化设计中引入了多目标优化算法。仿真结果表明,所采用的轻量化方案在减轻质量的同时,还有效提高了电池箱的刚度和模态频率。

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扭转梁悬架碳纤维复合材料横梁结构优化^*

蒋荣超, 刘越, 刘大维, 王登峰, 孙海霞

2020 (2): 264-269. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.018

摘要 ( 265 )

PDF(1457KB) ( 468 )

鉴于碳纤维增强复合材料(CFRP)轻质高强的特点,本文中将某乘用车扭转梁悬架原钢质横梁用碳纤维复合材料替代,并进行结构优化设计。首先,通过碳纤维增强复合材料层合板力学性能试验获得材料力学参数,建立悬架扭转梁有限元模型,并对扭转梁中的碳纤维复合材料横梁截面进行改进设计。在此基础上,综合考虑横梁质量、刚度和工艺约束,对CFRP横梁进行铺层厚度、角度和铺层顺序的多层次优化。优化后,在满足各项性能指标的情况下,碳纤维增强复合材料横梁比原钢质横梁轻量79.34%,取得显著的轻量化效果。

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智能车经济性起步车速规划研究^*

金辉, 张俊

2020 (2): 270-277. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.02.019

摘要 ( 331 )

PDF(1237KB) ( 434 )

智能车的车速决策影响燃油经济性。以起步阶段加速工况的燃油经济性为优化目标,建立了瞬态燃油消耗模型,并提出了基于该模型的经济性换挡规律制定方法;根据车辆纵向动力学方程,建立了基于前向欧拉离散方法的车速状态转移方程,以及确定相应的初末约束条件、边界条件;基于动态规划最优性原理,提出了智能车起步过程的经济性车速规划方法,建立了基于速度状态搜索策略;根据Matlab/Simulink和CarSim联合仿真,对比了典型驾驶员速度跟随模式的燃油消耗水平,结果表明,基于动态规划优化后的经济性车速及相应的挡位序列具有良好的节油特性,可为智能车经济驾驶的车速规划及挡位规划提供指导。

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