汽车工程

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复合功率分流系统发动机起动H_∞鲁棒优化控制^*

赵治国, 范佳琦, 蒋蓝星, 唐旭辉, 付靖

2020 (4): 417-424. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.001

摘要 ( 331 )

PDF(2619KB) ( 769 )

为改善复合功率分流混合动力系统纯电动至混合动力模式切换过程的车辆驾驶平顺性,同时确保在模型不确定和外部干扰条件下切换控制的鲁棒性,本文中提出了一种发动机起动H_∞鲁棒控制策略。首先,建立复合功率分流混合动力系统动力学模型,并对纯电动至混合动力模式切换过程进行分析。其次,以车辆驾驶平顺性和发动机起动时间为优化指标,通过动态规划求解发动机最优拖转转速曲线。然后,考虑到输入轴阻尼参数摄动、驾驶员输入、道路负载、输出端转速的不确定性变化和发动机转速量测噪声的干扰,设计了发动机起动H_∞鲁棒控制器。最后,通过离线仿真和台架试验对所提出的控制策略进行验证。结果表明,该策略能有效将冲击度降低至11.52 m/s³以内,同时对模型不确定性和外部干扰有较强的抑制能力。

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双电机耦合驱动电动汽车驱动模式划分与优化^*

林歆悠, 伍家鋆, 魏申申

2020 (4): 425-430. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.002

摘要 ( 423 )

PDF(4687KB) ( 877 )

为充分发挥一款双电机耦合驱动系统电动汽车(DMCP-EV)多驱动模式的节能优势,制定了基于系统效率最优的驱动模式控制策略。根据该双电机耦合驱动系统的结构特点,定义了电机4种驱动模式并分别建立其动力学驱动模型和系统效率模型。在满足动力性要求的前提下,分析并划分了各驱动模式的工作范围,以系统效率为优化目标,采用粒子群优化算法进行优化,获得最佳的驱动模式切换控制和转矩分配策略。开展了Matlab/Simulink仿真和硬件在环试验验证。结果表明,经系统效率优化的驱动模式在满足动力性要求的前提下,有效提高了双电机耦合驱动系统的经济性,能耗降低11%。

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基于补偿滑模控制的混合动力汽车协调控制^*

蔡英凤, 窦磊, 陈龙, 施德华, 汪少华, 朱镇

2020 (4): 431-438. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.003

摘要 ( 289 )

PDF(791KB) ( 500 )

由于行星排功率分流式混合动力汽车的结构优势,双行星排功率分流式混合动力汽车已经成为各机构的研究重点。由纯电动模式到混合驱动模式切换的过程中存在发动机起动和发动机转矩引入,而发动机转矩瞬态响应存在迟滞,导致切换过程中动力系统的输出转矩会有较大波动。为减小波动,降低模式切换过程中的动态冲击度,本文中提出补偿滑模控制方法,对双行星排功率分流式混合动力汽车模式切换进行协调控制。首先,建立整车动力学模型,对切换过程每个模式进行分析;之后,针对发动机拖转阶段和混合驱动阶段分别采用补偿控制和基于固定边界层的自适应滑模控制,并对滑模控制进行稳定性分析;最后,结合Matlab/Simulink软件平台进行仿真验证。仿真结果表明,补偿滑模协调控制策略能够有效地减小从纯电动到混合驱动模式切换过程中的转矩波动和冲击度。

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稀薄燃烧发动机改型设计及正时策略优化^*

杨靖, 罗贤芳, 何联格, 陶文祝, 赵超

2020 (4): 439-444. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.004

摘要 ( 215 )

PDF(2136KB) ( 371 )

基于某高速汽油机,对燃烧室结构、燃油喷射特性、凸轮型线改型设计为稀薄燃烧发动机。提出利用响应面模型对正时策略进行分析和优化的研究方法,并建立利用响应面进行多目标优化计算的流程。以提高有效功率和降低有效燃油消耗率为优化目标,以点火正时、空燃比和进排气正时为设计变量,建立了发动机性能与响应面耦合优化模型。分析与试验结果表明:较标准混合比燃烧时,稀薄燃烧发动机的进排气提前角减小,点火正时提前,最低燃油消耗率下降3.9%,最大功率提升9.7%;同时利用响应面优化方法提高了优化效率。

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不同温度与荷电状态下锂离子电池传荷电阻估计^*

李日康, 王学远, 戴海峰, 魏学哲

2020 (4): 445-453. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.005

摘要 ( 272 )

PDF(3916KB) ( 832 )

基于锂离子电池伪二维模型并考虑老化机理建立电化学模型,基于该模型提出了在不同荷电状态和温度下传荷电阻折算方法。在4种不同循环老化工况后,通过获取不同温度和荷电状态下的电化学阻抗谱得到相应的传荷电阻,并采用该折算方法进行不同状态下传荷电阻折算,结果表明折算的平均误差小于9%。该折算方法为利用不同温度和荷电状态下的传荷电阻进行电池寿命状态估计提供了新思路。

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车用锂电池PP隔膜机械失效导致内部微短路的机理研究^*

李志杰, 陈吉清, 兰凤崇, 杨威

2020 (4): 454-461. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.006

摘要 ( 243 )

PDF(4546KB) ( 422 )

车用锂电池在工作过程中会经受机电热的耦合作用,其中机械滥用是引发锂电池内部短路的最主要风险之一,很可能导致严重的起火事故。隔膜的机械完整性是防止锂电池在机械滥用条件下发生内部短路的关键因素。通过综合的力学测试发现,不同尺寸的压头导致PP隔膜两种截然不同的变形和失效模式。最后分析了触发锂电池内部微短路的机理,并通过力学试验和理论分析提出了锂电池内部微短路下的隔膜临界位移准则。

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基于PSO-SVR近似模型的乘员约束系统稳健性优化^*

张海洋, 胡帅帅, 周大永, 高剑武, 谷先广

2020 (4): 462-467. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.007

摘要 ( 219 )

PDF(1827KB) ( 433 )

综合运用近似模型参数优化技术和稳健性优化方法对汽车乘员约束系统进行优化。通过全局灵敏度分析,选出对加权伤害准则(weighted injury criterion, WIC)影响大的参数;采用粒子群优化(PSO)算法对支持向量回归(SVR)模型参数和核函数参数进行优化,建立高精度的PSO-SVR近似模型;在确定性优化的基础上进行基于蒙特卡罗抽样的稳健性优化。结果表明:优化后乘员约束系统性能得到明显提升且兼顾了稳健性。

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车辆碰撞中乘员骨盆力学响应特性的研究^*

武和全, 侯海彬, 胡林

2020 (4): 468-476. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.008

摘要 ( 241 )

PDF(3438KB) ( 546 )

本文旨在研究车辆碰撞中乘员骨盆损伤机理和年龄对碰撞响应的影响。首先开发并验证了老年人骨盆的有限元模型。其次,对比研究了3个具有不同年龄特征的骨盆模型(老年骨盆模型、中年骨盆模型GHBMC和儿童骨盆模型CHARM-10)在材料特性、生理特征、力学响应和损伤方面的差异。结果表明:具有相似生理几何尺寸的老年骨盆模型和中年骨盆模型与儿童骨盆模型相比有较大的差异。侧面碰撞实验的结果表明,3种年龄骨盆模型中,老年骨盆模型的碰撞峰值力和受力最大时位移量都最大,而碰撞中最大位移却最小。对碰撞响应数据进行拟合的结果表明,3种年龄骨盆模型的碰撞峰值力皆随冲击能量呈指数增长,而碰撞中最大位移量则随冲击能量呈线性增长。应力云图分析结果表明,骨盆在侧向冲击下最易受伤或骨折的部位是耻骨支、骶髂关节和髋臼。

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双离合器自动变速器换挡过程的内模控制^*

陈昊闻, 陈俐, 刘峰宇

2020 (4): 477-483. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.009

摘要 ( 263 )

PDF(2200KB) ( 427 )

为提高双离合变速器的换挡过程平顺性,提出内模控制方法,提高离合器转速差的跟踪精度。设计转矩干扰补偿器来减小发动机端与负载端转矩扰动的影响,并基于平滑可微的参考转速差设计超前校正控制器。即使存在模型不确定与干扰,内模控制系统能维持稳定。仿真与台架实验结果表明,在不同参考输入与模型参数情况下,所提出的控制器均能达到较小的跟踪误差和平顺的换挡效果。

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汽车自动变速器阀体阀芯孔内壁面质量检测系统的研发^*

朱烨添, 沈鸿, 张文俊, 林立, 吴少腾, 敖云轲, 万禹, 赵之谦, 裴景玉

2020 (4): 484-490. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.010

摘要 ( 391 )

PDF(3295KB) ( 394 )

针对汽车自动变速器阀体的自动化加工质量检测,本文中提出了一套基于工业内窥镜拍摄的自动化检测系统设计方案。该方案融合机械、电控、视觉、软件等多个模块,以实现自动化视觉检测;并进行系统关键部分的原型研发及拍摄测试。结果表明,系统能够有效完成阀孔内壁面的完整图像拍摄和缺陷特征提取,有助于提高检测精度,且数据整理方便,有助于提升工厂的自动化水平。

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电动汽车转矩定向分配差速器建模与动态仿真^*

王军年, 倪健土, 杨斌, Francis Assadian

2020 (4): 491-497. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.011

摘要 ( 467 )

PDF(2266KB) ( 547 )

本文中提出一种新型具备转矩定向分配功能差速器的集中式电驱动桥系统。该集中驱动系统可以在不改变总驱动转矩的条件下,类似分布式驱动方式实现驱动转矩在左右轮间的任意分配,从而产生改变车辆横摆动力学的直接横摆力偶矩。首先,分析了转矩定向分配差速器结构特点及其工作原理;其次,利用键合图理论建立了其动力学模型,并仿真分析了其动态响应特性;然后,设计了转矩响应控制系统以改善该差速器的动态性能;最后,嵌入整车模型进行了联合仿真。结果表明,装备该差速器的车辆可任意分配左右轮驱动转矩,并有效改善车辆操控特性。

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基于多维平行六面体模型的动力总成悬置系统固有特性分析^*

吕辉, 杨坤, 尹辉, 上官文斌, 于德介

2020 (4): 498-504. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.012

摘要 ( 348 )

PDF(940KB) ( 374 )

工程实际中,汽车动力总成悬置系统不可避免地存在着一定的参数不确定性,且不确定参数间往往同时存在一定的相关性与独立性。本文中引入多维平行六面体模型处理系统参数相关性和独立性并存的情形,结合蒙特卡洛法提出了一种悬置系统固有特性的不确定性分析方法,并给出了方法的分析步骤。对某悬置系统的数值分析结果表明:该方法能有效处理系统不确定参数的相关性和独立性,与未考虑参数相关性的区间方法相比,该方法能获得更为合理的固有频率和解耦率区间范围;对于给定的研究模型,其左右悬置点的刚度相关性对系统固有特性的影响比较明显,在设计和研究过程中应给予重点关注。

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纯电动商用车异质队列的多目标控制^*

王雪彤, 罗禹贡, 江发潮, 于杰

2020 (4): 505-512. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.013

摘要 ( 374 )

PDF(2640KB) ( 487 )

队列行驶的研究能有效解决商用车货运安全、能耗浪费和环境污染等问题,但现有研究多基于单一跟车目标控制的匀质队列,这在货运场景中无法达到很好的控制效果。本文中构造了纯电动异质商用车队列,为其设计了分布式非线性模型预测控制器。根据道路环境信息和车辆跟车、安全、舒适和节能等特性,分别建立了领航车和跟随车的控制器模型,实现异质队列的多目标控制。为验证所提出控制方法的有效性,由5辆动力学特性相异的商用车组成队列,并搭建了控制仿真平台进行Trucksim/Simulink联合仿真。结果表明,本文中提出的控制算法能有效实现异质商用车队列的多目标控制,与PID定速巡航控制相比,能耗可降低5.3%以上。

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基于预期偏移距离的人机权值分配策略研究^*

陈无畏, 王其东, 丁雨康, 赵林峰, 王慧然, 谢有浩

2020 (4): 513-521. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.014

摘要 ( 547 )

PDF(2358KB) ( 486 )

针对智能车辆横向运动控制中驾驶员和辅助系统的控制权限冲突问题,本文中提出一种人机权值分配策略。采用车辆在预瞄点处的预期偏移距离(PDLC)衡量车道偏离危险度,预期偏移距离通过对预瞄偏差修正获取。权值分配函数设计时以PDLC为自变量,以保证驾驶员的权值为优先控制目标,以一定的横向运动控制精度为先决条件。在CarSim/Simulink联合仿真平台和CarSim/Labview RT硬件在环实验台上对提出的控制策略进行了实验验证和数据分析。结果表明,采用权值分配策略协调驾驶员和辅助系统的控制,可在有效跟踪理想道路中心线的前提下保证驾驶员的控制权值,降低其工作负荷以及纠正驾驶员的误操作行为。

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基于A柱后视镜车内气动噪声数值模拟与预测^*

唐荣江, 胡宾飞, 张淼, 陆增俊, 肖飞, 赖凡

2020 (4): 522-530. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.015

摘要 ( 793 )

PDF(3787KB) ( 4008 )

针对后视镜引起的前侧窗与车内气动噪声问题,采用计算流体力学(CFD)方法对某商用车进行车外后视镜区域数值模拟和车内噪声预测的研究。稳态分析采用RANS模型中SST(Menter)k-ω模型,瞬态分析采用基于SST(Menter)k-ω的分离涡模拟(DES);通过分析后视镜侧窗区域的稳态静压力与瞬态动压力、速度和涡量云图,揭示了因A柱后视镜而产生车窗表面的湍流压力脉动的机理;同时求解瞬态流场获得两侧车窗表面湍流压力脉动载荷。采用声学FEM方法将车窗表面湍流压力脉动作为边界条件来计算气动噪声的传播,基于车内声学空间不同频率的声压级云图分布规律,说明了车内气动噪声主要集中在中低频段和声压级最大的分布区域;驾驶员左耳旁声压级曲线展示了20-2 500 Hz频段内声压级变化规律。最后进行实车道路滑行测试,证实了气动噪声在车速80-110 km/h时较为明显的结论;采用CFD结合声学有限元的方法可较为准确地预测车内100-2 500 Hz气动噪声的声压级,为优化后视镜、降低驾驶室内气动噪声提供仿真和试验的技术方案。

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车内低频振动噪声的虚拟传递路径分析^*

唐中华, 张志飞, 陈钊, 蒲弘杰, 李云, 徐中明

2020 (4): 531-536. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.016

摘要 ( 553 )

PDF(1887KB) ( 565 )

传递路径分析法是诊断汽车振动噪声问题准确有效的方法。试验传递路径分析耗时耗力且需要实制样车,为在整车开发初期诊断汽车振动噪声问题,对整车虚拟传递路径分析法进行了研究。首先建立了包含底盘的整车声固耦合有限元模型,采用频率响应法预测车内声学振动响应,发现驾驶员右耳声压在38 Hz处以及驾驶员座椅导轨振动在59 Hz处存在较大峰值。在有限元模型基础上建立了整车虚拟传递路径分析模型,该模型合成的声学振动结果与频率响应法结果吻合较好,验证了模型的正确性。利用虚拟传递路径法对两处峰值作诊断分析,根据分析结果对贡献量大的路径进行优化。优化结果表明,38 Hz处驾驶员右耳声压降低2 dB,59 Hz处座椅振动改善效果明显。

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车身壁板自由阻尼层稳健性优化设计^*

苏仕见, 徐元利, 弓剑, 夏洪兵, 胡海欧, 霍俊焱

2020 (4): 537-544. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.017

摘要 ( 227 )

PDF(2412KB) ( 486 )

在车身壁板自由阻尼层的优化设计中,提出了考虑阻尼材料参数不确定性波动的稳健性优化设计方法。首先,在车身防火墙、地板和顶棚等区域全敷阻尼材料;其次,以等效辐射声功率(ERP)为优化目标对阻尼层布局进行拓扑优化并验证优化效果;最后,以阻尼层厚度为随机设计变量,损耗因子和弹性模量为随机变量,质量最小为优化目标,并结合径向基函数(RBF)近似模型、蒙特卡洛模拟(MCS)和序列二次规划算法(SQP)对阻尼层进行6σ稳健性优化设计。结果表明,优化后车身自由阻尼层的总质量减少了50.45%,并且车身结构噪声性能达到了6σ质量水平,实现了保证车身轻量化要求下的阻尼层稳健性优化的目标。

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镁铝合金车轮胶栓复合连接稳健性优化设计^*

王登峰, 许文超

2020 (4): 545-551. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.018

摘要 ( 194 )

PDF(2556KB) ( 391 )

提出了车轮胶栓复合连接的多目标确定性与稳健性优化设计方法。首先,建立镁铝合金组装式车轮螺栓连接有限元模型,对其进行弯曲疲劳寿命仿真,对比疲劳试验结果,验证了车轮仿真模型的准确性。随后,建立结构胶弹塑性本构模型,通过试验得到其应力应变曲线和剪切强度。最后,选取胶层厚度与种类、螺栓预紧力和螺栓孔直径为设计变量,建立车轮栓胶复合连接参数化仿真模型,以车轮连接螺栓疲劳寿命、结构胶最大拉伸和最大剪切应力为优化目标,借助ISIGHT优化平台,分别采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)和微存档遗传算法(AMGA)对车轮胶栓连接结构进行了多目标确定性和6σ稳健性优化设计。稳健性优化后车轮连接的可靠性得到进一步提升。

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汽车滑移门典型关门驱动力构建的研究^*

高云凯, 袁泽, 段月星

2020 (4): 552-559. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.019

摘要 ( 216 )

PDF(1285KB) ( 346 )

为给滑移门导向系统动力学特性研究提供可靠的输入数据,基于某车型滑移门关门力试验数据,进行汽车滑移门典型关门驱动力的构建。首先从3种关门工况下的大量实测关门力曲线中提取出10个特征参数,运用PauTa法则剔除异常数据。在此基础上,利用马尔可夫链方法构建典型的关门驱动力,并将其曲线拟合成STEP函数以便于在工程上实现驱动力的加载。最后,将特征参数的拟合前后数据与其试验数据平均值进行比较,以验证所用方法的有效性,结果表明两者的相对误差均在10%以内,说明此构建方法有效可行。

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基于改进图分解法的多材料车身结构优化设计方法^*

赵永宏, 李永成, 陈东, 侯文彬

2020 (4): 560-566. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.04.020

摘要 ( 382 )

PDF(1543KB) ( 540 )

针对概念设计阶段的车身结构轻量化设计,提出了一种可实现车身多材料结构设计的分层迭代优化方法。该优化方法的设计变量中,除常见的板厚、材料外,还包括装配设计中的拓扑连接,以实现“将合适的材料用在合适的部位”的要求。分层迭代优化的第1层以拓扑连接为设计变量,采用图分解和NSGA-II对车身装配拓扑结构进行多目标优化,最大化车身弯扭刚度和1阶固有频率;第2层对板厚和材料进行多目标优化,最小化车身质量和材料成本。最终采用基于模糊集合的评分公式选定综合最优解,实现了考虑成本的车身结构轻量化设计。

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