汽车工程

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基于多目标遗传算法的SCR系统氨覆盖率优化^*

王国仰, 祁金柱, 刘世宇, 帅石金, 王志明

2020 (3): 279-285. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.001

摘要 ( 535 )

PDF(2360KB) ( 572 )

基于单状态选择催化还原(SCR)模型,应用多目标遗传算法对SCR系统进行优化。获得了最优氨覆盖率目标值,优化了SCR系统NO_x排放和NH₃泄漏之间的此消彼长(tread-off)的关系,分析了催化器温度、空速和SCR催化器入口NO_x浓度对最优目标氨存储的影响。研究结果表明,催化器温度是最优氨覆盖率目标值的主要影响因素,最优氨覆盖率目标值随着温度的增大呈线性降低趋势。世界统一稳态测试循环(WHSC)和瞬态测试循环(WHTC)仿真结果表明,采用优化后的氨覆盖率图谱作为氨存储目标值,可在取得较低NO_x排放的同时限制NH₃泄漏。

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基于CCP协议的纯电动车整车控制器标定研究^*

汪春华, 刘洪飞, 白稳峰, 段婷婷

2020 (3): 286-291. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.002

摘要 ( 516 )

PDF(2610KB) ( 553 )

针对纯电动车整车控制器(VCU)的数据测量和标定问题,设计了基于控制器局域网标定协议(CCP)的标定系统,分析了VCU的控制策略,阐述了CCP驱动等软件的实现过程。采用上位机软件CANape,通过CAN总线传输控制命令来擦写VCU控制参数,实现对控制策略的监测、分析和优化,达到调节整车性能的目的。最后,对驱动转矩进行了实车标定,结果表明,应用所设计的标定系统提高了VCU开发效率,改善了汽车各项性能。

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基于等效因子优化的插电式混合动力客车自适应能量管理策略

杨业, 张幽彤, 张彪, 胡韶奕

2020 (3): 292-298. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.003

摘要 ( 502 )

PDF(2820KB) ( 538 )

针对插电式混合动力客车,提出基于等效因子优化的实时能量管理策略。首先,设计了一种等效因子快速计算方法,先根据车辆的动力参数确定等效因子的取值范围,再应用射击算法快速计算等效因子。随后,提出了一种基于电池荷电状态(SOC)线性下降的自适应等效燃油消耗控制策略,利用车辆全球定位系统提供的车辆位置信息,通过在线更新等效因子,实现对参考SOC的实时跟踪。最后,与基于规则的控制策略和标准的ECMS控制策略进行仿真对比,结果表明:无论是在燃油经济性上还是在SOC控制的鲁棒性上,基于等效因子优化的策略都具有最好的控制效果。

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智能网联环境下的多车协同换道策略研究^*

刘志强, 韩静文, 倪捷

2020 (3): 299-306. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.004

摘要 ( 916 )

PDF(2881KB) ( 1284 )

为提高换道安全性、稳定性和换道效率,本文中提出一种智能网联条件下多车协同安全换道策略。通过建立基于激励模型的换道收益函数进行协同换道可行性判断。基于模型预测控制建立协同换道多目标优化控制函数,实现换道过程的分布式控制。提出一个两阶段协同换道框架,将换道过程分为稀疏纵向距离阶段和换道阶段,以解决由于避撞约束的高维度和车辆运动学的非线性造成的最优控制函数难以求解的问题。采用滚动时域优化算法对优化控制问题逐步动态求解。最后基于美国NGSIM开源交通流数据进行Matlab/Simulink联合仿真,验证了该策略的可行性与准确性。

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凸轮驱动式液压可变气门机构设计及运动特性^*

解方喜, 钟兵, 杨国志, 赵平, 洪伟, 苏岩

2020 (3): 307-314. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.005

摘要 ( 319 )

PDF(4959KB) ( 370 )

降低汽油机部分负荷泵气损失需要灵活的可变气门机构,凸轮驱动式液压可变气门具有较好的应用前景,但依然面临压力波动和气门落座速度难以控制等问题。本文中通过调节节流阀开度使0~4 800 r·min^-1的气门升程在0~8.2 mm范围内连续可变,仿真探究了活塞直径对压力波动和节流孔径对气门落座速度的影响,并据此确定了活塞直径和节流孔径,试验研究了液压油温度对气门运动特性和气门落座速度的影响规律。研究发现:适当增大活塞直径能降低系统工作压力并减小压缩波峰值,有利于降低压力波动,最终选取挺柱和气门活塞直径分别为17和14.5 mm,小于1.6 mm的节流孔径可使4 000 r·min^-1时的气门落座速度小于0.5 m·s^-1。转速不变,气门最大升程随节流阀开度的增大而逐渐降低;相同节流阀开度,转速越高气门最大升程越大,节流阀开度越大,不同转速时的最大升程差异也更大。节流阀全关,液压油温度对升程的影响很小;相同节流阀开度,随液压油温度升高,气门腔压力和气门最大升程逐渐降低。气门落座速度对液压油温度不敏感,不同温度的气门落座速度方差仅为4.9%。

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基于灵敏度分析中心组合设计的乘用车发动机舱温度场优化

王其东, 张杰, 张民

2020 (3): 315-322. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.006

摘要 ( 306 )

PDF(5060KB) ( 461 )

针对某乘用车传动轴护套表面温度超标问题,基于灵敏度分析和中心组合设计方法对其发动机舱的温度场进行优化。首先,对发动机舱进行CFD仿真分析找出问题原因;然后,通过灵敏度分析找出主要影响因素;接着,采用中心组合设计和二次多项式回归方程建立传动轴护套表面温度预测模型,并找出主要影响因素的最优组合;最后,进行仿真和实车试验验证。结果表明:护套表面温度降低到限值以下,有效解决了其温度超标问题。

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基于活塞传热与强度分析的内冷油腔的优化^*

雷基林, 杨永忠, 邓晰文, 代国雄, 杨振东, 吴涛

2020 (3): 323-329. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.007

摘要 ( 285 )

PDF(1364KB) ( 355 )

采用内冷油腔冷却可显著加强活塞的传热,但也会影响活塞头部的强度。为系统研究活塞结构与位置参数对活塞传热与结构强度的影响,优化内冷油腔的型式与其在活塞中的位置,以一款高压共轨柴油机活塞为研究对象,结合活塞的温度场测试,建立了活塞流固耦合传热有限元模型,对活塞的传热与结构强度进行了分析。在此基础上,采用正交试验设计法,分析内冷油腔的型式、距顶面距离和表面积3个因素对活塞传热与强度的影响。结果表明:3个因素对最高温度的影响基本相当,但其中表面积的影响最大,距顶面距离稍小,型式的影响最小。适当减小油腔的表面积可改善活塞顶面受热和油腔、回油孔和销座位置的应力集中,并减小变形量。

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安装ECAS和液压互联悬架的客车动态性能研究^*

綦衡敏, 张农, 王东, 张邦基, 郑敏毅

2020 (3): 330-338. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.008

摘要 ( 294 )

PDF(2397KB) ( 590 )

客车因载质量大和质心高的特点难以兼顾操纵稳定性和平顺性,为此本文提出了一种侧倾构型的液压互联悬架(RHIS)与电控空气悬架(ECAS)相结合的新型悬架系统。首先,基于热力学理论建立了空气弹簧非线性模型并试验验证;基于质心定理、动量矩定理推导了整车9自由度动力学模型,建立了整车和RHIS的机械液压耦合模型,并通过实车测试验证了模型;然后,设计了气囊模糊控制器以实现车身高度调节;最后,在常用的操纵稳定性和平顺性测试工况下仿真对比了新型和传统悬架系统的性能。结果表明,所提出的新型悬架系统可实现3挡车身高度调节,且在保持原车平顺性的同时明显改善了整车的操纵稳定性。

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含时滞悬架系统H_∞控制的理论与实验研究^*

纪仁杰, 方明霞, 李佩琳, 闫盖

2020 (3): 339-344. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.009

摘要 ( 289 )

PDF(2265KB) ( 370 )

本文中以考虑时滞的汽车主动悬架系统为研究对象,利用理论与实验相结合的方法,研究时滞对悬架系统振动特性的影响。首先,建立考虑时滞的主动悬架系统动力学模型,基于H_∞控制理论,通过Lyapunov-Krasovskii泛函和自由权矩阵法,推导了闭环时滞系统渐近稳定的矩阵不等式,设计了已知最大稳定时滞量的H_∞控制律;然后,利用数值仿真和实验方法对该控制律进行验证,结果表明H_∞控制律能有效抑制簧载质量加速度;最后,分析了不同增益下时滞与簧载加速度均方根值的变化关系,研究发现时滞量距离控制增益所对应的τ_max越近,控制效果越好。

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矩阵风扇冷却系统模糊控制的研究^*

王宏朝, 单希壮, 杨志刚

2020 (3): 345-352. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.010

摘要 ( 300 )

PDF(4005KB) ( 644 )

为提升车辆冷却系统效能,首先在传统乘用车冷却系统的基础上引入矩阵风扇型式,并在此基础上设计出模糊控制器。然后通过联合仿真研究了在模糊控制器作用下,矩阵风扇对车辆冷却系统性能的影响。结果表明:在瞬态工况下,采用模糊控制器的矩阵风扇系统能将发动机出水口温度波动幅值减小约76%,将风扇系统能耗降低31.2%。矩阵风扇多模式运行时,模糊控制器除能根据反馈信号调整风扇转速外,还能以最低能耗为目标实时调整运转风扇的数目,因此多运行模式下的模糊控制器对目标温度的跟踪能力更优,能耗更低,整个仿真过程的温度稳态误差比单运行模式平均小30.5%,风扇消耗功率比单运行模式平均降低18.8%。

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轻型客车用户目标载荷建立方法的研究

马健君, 于佳伟, 陈诚, 景晶

2020 (3): 353-358. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.011

摘要 ( 298 )

PDF(2123KB) ( 378 )

本文中以某轻型客车为目标车型,采集并分析国内各地区典型的载荷数据。通过对载荷数据的统计分析,采用雨流外推与里程外推相结合的方案,建立了各地区目标载荷。然后分别通过层次分析法、灰色关联度法和结构熵权法对各地区目标载荷进行赋权,并运用3种方法的权重结果分别建立了用户目标载荷。将3种方法建立的目标载荷进行对比分析,结果表明,结构熵权法建立的目标载荷最为合理。

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一种基于Sepic-Zeta混合斩波电路的动力电池组双向高速均衡器研究^*

刘红锐, 李博, 郭奕旋, 杜春峰, 陈仕龙, 钱晶

2020 (3): 359-366. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.012

摘要 ( 434 )

PDF(2895KB) ( 316 )

本文提出一种基于Sepic-Zeta混合斩波电路的动力电池组双向高速均衡器,该均衡器在电池组3种不同的工作状态下采用不同均衡拓扑电路和均衡控制策略。电池组充电状态下,均衡电路等效为Sepic斩波电路,选择电池组中能量最高的单体电池作为Sepic斩波电路的输入端进行均衡放电,均衡放电电流连续;电池组放电状态下,均衡电路等效为Zeta斩波电路,选择电池组中能量最低的单体电池作为Zeta斩波电路的输出端进行均衡充电,均衡充电电流连续;电池组静置状态下,选择电池组中能量差异性最大的单体电池进行均衡放电或均衡充电,其对应的等效电路为Sepic或Zeta斩波电路。该均衡器拓扑电路原理简单,均衡电路容易实现,均衡能量易控制,均衡电流连续、可控,因此均衡速度快、均衡效率高。最后,搭建锂离子电池实验平台进行电池组3种工作状态下的均衡实验,验证了该方案的可行性。

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基于稀疏采样数据的电动公交车电池SOC预测方法研究^*

鲍伟, 葛建军

2020 (3): 367-374. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.013

摘要 ( 438 )

PDF(1406KB) ( 371 )

为提高电动公交车电池SOC预测的精度,基于某电池监控云平台电池数据库中存储的以30 s为采样周期的稀疏采样的电池运行数据,对电动公交车电池SOC预测方法进行了研究。首先,介绍了稀疏采样数据源,分析了电动公交车动力电池的运行过程及其SOC变化的影响因素。选取了当前电池组的总电压、电流、电池模组温度均值及前一时刻SOC值作为预测变量,而选择当前电池组SOC作为输出变量,构建了训练数据集与测试数据集。然后,采用支持向量机(SVM)算法进行训练,并使用贝叶斯优化算法寻找SVM的最优超参数组合,提出了基于稀疏采样数据的电动公交车电池SOC单步预测方法。接着通过对训练数据集的再划分,进一步提出了基于稀疏采样数据的电动公交车SOC自主预测方法,摆脱了在SOC长期预测过程中对于BMS估计的真实SOC值的依赖。试验结果表明,SOC单步预测方法的最大绝对误差仅为1.82%,SOC自主预测方法的最大绝对误差也只有5.89%,都具有较高的预测精度。根据在不同运行路线和不同环境温度下的试验结果,SOC预测模型具有较高的鲁棒性。

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新能源汽车的多热源分段协同制热系统^*

丁鹏, 王忠, 葛如海, 张美娟, 李开云

2020 (3): 375-382. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.014

摘要 ( 506 )

PDF(2355KB) ( 964 )

为减少纯电动车采暖耗能,设计了一种多热源分阶段协同控制暖风的方法。对电动车制热系统的热量进行了数值分析,在此基础上,提出了一种基于电池冷却余热、电机冷却余热和热泵空调制热的多热源制热方式。优化了多种热源的分布区域,建立了多热源制热量之间的关系,提出了分段协同制热的控制方法。该方法可综合汽车室外温度差异、制热部件放热顺序和乘员舒适性需求,合理选择暖风的工作模式。探究了分布式多热源制热时汽车各区域温度的分布规律。开展了暖风空调的低温试验,以揭示该方法与新能源汽车常规供暖之间的差异。试验结果表明,在环境温度-22 ℃条件下,该暖风系统工作2 h节能60%,在-5 ℃条件下则无需动力电池能量,验证了所提方法的优越性。

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真空高压铸造铝合金车身后纵梁轻量化设计

林佳武, 李玄霜, 陈宗明, 陈东, 李永祥, 耿富荣

2020 (3): 383-389. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.015

摘要 ( 615 )

PDF(4060KB) ( 684 )

为提高汽车发生后撞时车身的耐撞性和轻量化效果,采用真空高压铸造铝合金后纵梁替代某电动车型传统钢制钣金焊接总成。从后撞耐撞性出发,通过拓扑优化,考虑压铸成形和连接工艺等要求,设计了压铸铝合金后纵梁,实现了后纵梁结构的模块化和轻量化。结果表明,铝液填充平稳,没有明显的冷隔、缩孔等缺陷,产品性能满足后撞和各安装点刚度要求。

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碳纤维复合材料防撞梁轻量化设计^*

陈静, 唐傲天, 田凯, 刘震

2020 (3): 390-395. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.016

摘要 ( 443 )

PDF(2395KB) ( 840 )

为某车型设计了碳纤维复合材料防撞梁,建立了其有限元分析模型,并用传统钢制防撞梁碰撞试验与仿真结果对比验证了模型准确性。然后采用全因子实验设计确定其横截面形状与铺层顺序的最优组合,最后应用NSGA-Ⅱ遗传算法对防撞梁结构铺层厚度进行了多目标优化。结果表明,在其碰撞性能提高的基础上,轻量效果达到将近65%,且优化后的防撞梁结构与吸能盒和前纵梁结构连接后,在高速碰撞过程中变形模式更合理。

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发动机半阶次振动引起的车内声品质问题分析和改进

金岩, 赵涛

2020 (3): 396-400. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.017

摘要 ( 741 )

PDF(2725KB) ( 805 )

本文中对加速车内噪声的粗糙感进行了分析和改进。首先通过对加速车内噪声频谱特性的分析,确定了半阶次噪声是引起车内噪声粗糙感的主要原因。接着对可能的传递路径进行了排查,结果表明车内的半阶次噪声主要来自于动力总成的振动,并通过变速器悬置侧支架传递到车内。最后采用了降低动力总成悬置刚度和提高悬置支架动刚度的方案,有效减小了车内噪声的粗糙感,提高了整车加速噪声品质。

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白车身激光扫描焊熔池边界提取与缺陷识别的研究

宋宏伟, 王龙, 张秋花, 赵青

2020 (3): 401-405. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.018

摘要 ( 275 )

PDF(1968KB) ( 350 )

研究激光扫描焊接的在线质量检测中,熔池信号的提取过程以及去除干扰信号提高检测稳定性的方法。通过构建以Nd: YAG激光为热源的同轴视觉检测系统,获得清晰的熔池区图像。针对生产过程中多因素对质量监控的干扰,利用数字图像相关技术提出滤除杂波、提取关键质量信息的方法。通过最大类间方差法合理设置阈值,将灰度图转换为二值图,采用增强算子和最大连通域法有效去除焊接飞溅带来的同灰度噪点,获得准确的熔池边界。分析焊接夹具及飞溅形态对边界识别的影响,设置合理的工况标准,从而提高质量监控的稳定性,降低误报率。

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考虑低载荷强化效应的汽车转向节疲劳分析^*

董国疆, 杜飞, 王威, 郎玉玲

2020 (3): 406-415. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.03.019

摘要 ( 310 )

PDF(3893KB) ( 553 )

本文中基于试验场强化道路实车测试,结合零部件有限元动力学仿真和疲劳耐久性能仿真,探求考虑小载荷强化效应与Miner准则两种疲劳分析方法对汽车零部件疲劳寿命预测的差异性。通过室内实车振动测试与有限元仿真联合分析,确定前转向节疲劳损伤危险点(即路试应变监测点);提取试验场强化道路实测应变监测点应变时间历程,经过预处理、时域加速、雨流矩阵外推和载荷谱分级得到10级等效应力谱。结合低载荷强化理论和线性累积损伤理论对10级等效应力谱的疲劳效应和损伤效应进行分析,相对于传统Miner准则而言,考虑了小载荷强化效应使构件在加载过程中疲劳极限呈现上升规律,进而需要修正构件S-N曲线(简化),较初始S-N曲线向上偏移,基于修正后构件S-N曲线并应用线性疲劳损伤累积理论预估的转向节疲劳寿命较Miner准则提高了40.6%。此种方法考虑了材料强化行为的影响,一定程度上弥补了Miner理论未考虑各级载荷间相互影响和材料硬化瞬态行为影响的缺陷,对实际零部件疲劳寿命估计与轻量化设计提供新的参考。

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