汽车工程

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功率分流混合动力系统发动机停机优化控制^*

赵治国, 唐旭辉, 付靖, 范佳琦

2020 (8): 993-999. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.001

摘要 ( 360 )

PDF(3417KB) ( 435 )

针对功率分流混合动力系统,为减小e-CVT混合动力模式与纯电动模式切换过程中发动机起停引起的整车纵向冲击度,提出一种发动机停机优化控制策略。首先,基于Matlab/Simulink平台建立功率分流混合动力传动系模型,确定最有利于发动机再次起动的曲轴转角为其最优停机位置;其次,利用动态规划算法设计发动机停机过程最优拖转转速轨迹,并在发动机转速小于200 r/min时协调控制电机与制动器对曲轴转角进行实时动态调节,使得发动机停止在最优目标位置附近;最后,通过仿真和台架试验对所开发的发动机停机优化控制策略进行验证。结果表明,所提出的控制策略可使发动机停止在最优位置±6°范围内,保证了发动机起、停阶段的整车驾驶平顺性。

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一种改进的动力电池阻抗参数和荷电状态分层在线联合估计方法^*

黄冉军, 周维, 王旭

2020 (8): 1000-1007. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.002

摘要 ( 211 )

PDF(7589KB) ( 119 )

传统的电池模型参数和荷电状态SOC联合估计算法通常采用双层架构:一个递推估计器辨识所有模型参数,另一个递推估计器推测SOC。由于待辨识参数较多,该算法往往存在调参麻烦、鲁棒性不高等问题。为解决该问题,本文中提出一种基于3层架构的阻抗参数和SOC在线联合估计算法,将欧姆内阻和极化参数分开辨识,以降低问题的复杂度。另外,通过分析1阶RC模型建模误差的动态特征,引入一个基于1阶惯性环节的集总误差模型,提高了1阶RC模型的精度。两组实车运行工况数据的验证结果表明:所提出算法的鲁棒性比传统算法明显提高,精度也有所提升;25和-20 ℃工况下的SOC估计误差能分别快速收敛到2%和3%以内。同时,敏感性分析结果表明,该算法对初始误差也具有较好的鲁棒性。

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基于内阻功率消耗的锂电池SOC估计^*

靳博文, 乔慧敏, 潘天红, 陈山

2020 (8): 1008-1015. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.003

摘要 ( 259 )

PDF(3204KB) ( 646 )

针对锂电池不同使用场合下的剩余电量估算精度的问题,提出了基于内阻功率的放电策略与功率积分的电池剩余电量计算方法。选取电池的1阶Thevenin等效电路模型,通过放电实验确定电池内部参数,建立了电池的可变参数模型。依据电池不同使用需求,通过功率控制电池放电电流,稳定电池的容量,提升了安时积分算法在稳定放电工况下的鲁棒性;将电池的温度、高频率波动电流和健康状况引入积分项,以衡量电池容量消耗速率,并采用功率积分算法估算电池剩余容量。将积分算法与EKF结合,减弱了积分误差对估算精度的影响。搭建实验台架,设计锂电池的放电工况,采用与之对应的放电策略和计算方法。结果表明:本文的方法有效地提升了电池剩余电量的估算精度。

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极限工况下无人驾驶车辆稳定跟踪控制^*

陈龙, 解云鹏, 蔡英凤, 孙晓强, 滕成龙, 邹凯

2020 (8): 1016-1026. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.004

摘要 ( 513 )

PDF(2364KB) ( 588 )

针对无人驾驶车辆在极限工况下跟踪控制精度和稳定性均难以保障的问题,提出一种纵横向稳定性综合协调控制方法。首先对无人驾驶车辆在摩擦极限下的速度进行规划,通过纵向加速度前馈和状态反馈控制器实现极限车速下的速度跟随。其次将预瞄前馈与人工势场反馈相结合设计了横向路径跟踪控制器。提出了基于期望与实际横摆角速度偏差的稳定性控制策略,优化纵向控制的驱动力矩。Simulink/Carsim联合仿真结果表明,所提出的纵横向协调稳定控制方法可在极限工况下改善无人驾驶车辆瞬态响应,抑制道路曲率突变处的超调量,减少路径跟随中的稳态误差,提高了无人驾驶车辆的轨迹跟踪精度和弯道运动过程中的横向稳定性。

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基于图卷积网络的多信息融合驾驶员分心行为检测^*

白中浩, 王韫宇, 张林伟

2020 (8): 1027-1033. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.005

摘要 ( 246 )

PDF(3835KB) ( 656 )

为减少由驾驶员分心造成的交通事故,并检测驾驶员在自动驾驶情况下的分心状态以判断驾驶员是否有接管车辆的能力,提出了一种基于图卷积的多信息融合驾驶员分心行为检测方法。通过分析驾驶员分心行为和姿态特征,设计了驾驶员姿态估计图,基于图卷积网络对驾驶员姿态估计图进行特征提取,使用全连接层对所提取特征进行行为分类,同时融合手机等关键物体信息对驾驶员分心行为进行再判断。实验结果表明,本文提出的方法在SrateFarm数据集和自制数据集上分别达到了90%和93%的准确率,检测速度约为20帧/s,准确性和实时性均达到检测要求。

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无人车行驶环境图像的几何测距^*

代金坤, 罗玉涛, 梁伟强

2020 (8): 1034-1039. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.006

摘要 ( 250 )

PDF(3838KB) ( 348 )

本文中提出了一种无人车行驶环境图像的几何测距方法。首先,利用迁移学习的方法改进Tiny-YOLOv2网络模型,对需识别的物体进行训练与检测,标记物体并定位物体在图像中的位置。其次,提出了一种通过物体分类、边缘检测及边缘拟合的方法,进一步提取物体的图像信息。最后,建立了一种基于空间几何理论的测距模型,结合物体先验信息实现了物体的距离测量。该方法在4 m以内88%以上的测量值误差不超过0.2 m,同时测量误差并没有随着距离的增加而有较大变化。

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基于Radau伪谱法的汽车高速紧急换道避障最优控制策略设计^*

张家旭, 施正堂, 赵健, 朱冰

2020 (8): 1040-1049. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.007

摘要 ( 517 )

PDF(3035KB) ( 323 )

针对汽车高速紧急换道避障轨迹规划与跟踪控制问题,提出一种基于Radau伪谱法的汽车高速紧急换道避障最优控制策略。首先,采用汽车运动学与动力学模型相结合的方式将汽车高速紧急换道避障轨迹规划和跟踪控制问题转换成汽车高速紧急换道避障最优控制问题,再通过Radau伪谱法将其转化为非线性规划问题,从而直接得到汽车高速紧急换道避障轨迹规划和跟踪控制问题的最优解,即:目标轮胎纵向滑移率和目标前轮转向角速度。随后,采用离散滑模变结构控制理论设计了对参数摄动和外界干扰具有强鲁棒性的车轮滑移率自适应滑模跟踪控制律,实现目标轮胎纵向滑移率的跟踪控制。最后,基于高精度的车辆动力学软件构建模型在环仿真系统,验证所提控制策略的可行性和有效性。

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正面碰撞中的老年驾驶员胸部响应研究^*

武和全, 彭金平, 邓晓顺, 金鑫, 胡林

2020 (8): 1050-1059. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.008

摘要 ( 341 )

PDF(9606KB) ( 286 )

为研究老年驾驶员在汽车正面碰撞中的胸部响应,本文中首先建立了一个老年女性人体胸部有限元模型CHARM_70,并通过与尸体实验对比,验证了模型的有效性。然后,采用圆盘和横向圆杆两种撞击头,选择3种碰撞高度,并改变碰撞速度和撞击质量对两具老人尸体PMHS1和PMHS2进行5种工况的摆锤碰撞实验。同时,利用CHARM_70模型,参照尸体实验的设置,进行同样5种工况的摆锤碰撞仿真。最后对实验和仿真的结果,即5种工况的碰撞力胸部压缩量关系曲线、最大胸部压缩量C_max和最大胸部黏性响应系数VC_max进行对比分析。结果表明,圆盘碰撞中部位置的胸部响应均比圆杆大,以CHARM_70模型而言,C_max大3个百分点,VC_max则大38%;而碰撞高度对圆杆碰撞的胸部响应有较大影响,圆杆碰撞高位置时的胸部平均响应约比中部位置小20%,而圆杆碰撞低位置时的胸部平均响应约比中部位置大10%。

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紧急制动下的驾驶员运动姿态变化与碰撞损伤研究

崔东, 祁志楠, 张慧

2020 (8): 1060-1065. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.009

摘要 ( 228 )

PDF(5350KB) ( 263 )

为研究AEB的介入对车辆被动安全性的影响,本文中通过志愿者实车测试,借助驾驶机器人和车载高清摄像机,完成了24组不同制动减速度和不同试验速度下驾驶员的运动姿态采集,分析了AEB制动过程中驾驶员的前倾位移量的变化规律。结果表明,在相同制动初始速度下,驾驶员位移量随着制动减速度的增加而加大;当制动减速度较小时,制动初速度对驾驶员位移量的影响不大;当制动减速度较大时,随着制动初速度的增加,驾驶员的位移量波动较大,没有明显的规律。借助THUMS人体模型,通过仿真对比分析正撞工况下有无AEB作用驾驶员的伤害情况,得出了在现有的被动安全开发策略下,AEB的作用会加剧驾驶员的损伤的结论。

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正面25%偏置碰撞中车轮铰链失效的研究^*

张健, 赵清江, 徐作文, 史爱民, 郭怡晖

2020 (8): 1066-1073. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.010

摘要 ( 247 )

PDF(5734KB) ( 415 )

在整车小偏置碰撞安全性能开发过程中,车轮作为主要承载构件,其与底盘连接铰链是否失效将影响车轮受力大小和变形模式,准确预测车轮铰链失效是碰撞安全性能前期开发的重要难点。针对该难点,本文中提出通过拉伸试验获取车轮与底盘连接铰链失效力并应用于仿真中,以准确模拟铰链失效的解决思路。首先,采用公开仿真模型,探究小偏置碰撞过程中车轮从车辆脱落对碰撞结果影响,通过仿真与数值计算相结合方法,分析车轮连接铰链各方向峰值力与碰撞能量相关性,确定铰链失效力测量范围。再针对采用与公开模型同型前悬架系统的某车型,设计出拉伸试验装置,以获取车轮与底盘连接铰链失效力,并应用于该量产车型的正向开发。结果表明:考虑车轮与底盘连接铰链失效力的准确仿真模型,能极大提高小偏置碰撞仿真精度,从而保障整车正向安全性能的开发。

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高速多片湿式离合器低带排转矩参数优化设计^*

张琳, 魏超, 胡纪滨

2020 (8): 1074-1081. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.011

摘要 ( 157 )

PDF(1292KB) ( 477 )

试验发现高速湿式离合器在分离状态下易出现摩擦片与钢片之间的碰撞摩擦,由此引起离合器带排转矩的急剧增大,影响传动装置的工作效率和可靠性。因此,本文中以多片湿式离合器为研究对象,建立了湿式离合器油槽结构与工作参数优化设计模型,以离合器最高工作转速时的带排转矩最小为优化目标,采用基于带排转矩近似模型的优化设计方法,利用最优拉丁超立方试验设计法、椭圆基神经网络模型和多岛遗传算法分别对摩擦片油槽结构参数和离合器工作参数进行了优化设计,并对优化结果进行仿真和试验验证。研究结果表明:摩擦片油槽结构参数中油槽深度和油槽数量对带排转矩的负效应比较明显;离合器工作参数中摩擦副间隙对带排转矩的负效应较明显。

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基于灰色关联度TOPSIS法的前悬架与转向系统优化^*

张志飞, 薛昊祥, 陈钊, 蒲弘杰, 徐中明, 贺岩松

2020 (8): 1082-1089. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.012

摘要 ( 162 )

PDF(1804KB) ( 288 )

以改善轮胎磨损和制动点头性能为目标,本文中引入灰色关联度TOPSIS法对多设计变量进行筛选,利用多体动力学仿真软件建立前悬架和转向系统的仿真模型,分析其K&C特性,并结合试验验证其准确性。本文中基于对前悬架和转向系统的15个硬点坐标为变量的灵敏度分析,使用熵权法和主观赋权法确定各指标的权重,综合灰色关联度和TOPSIS法筛选出综合贡献度系数较大的6个硬点坐标为设计变量,从而构建优化设计模型。使用Isight软件结合NSGA-II算法,获得Pareto最优解集,最终确定悬架和转向系统硬点布置的优化方案。经过优化,性能相对于初始设计有着明显的改善,前束角、外倾角、车轮侧向和纵向位移随轮跳的变化率分别减小了48.9%、21.2%、26.6%和20.5%,阿克曼百分比增加了19.02%,且抗点头率由9.2%增加到30.4%,侧倾中心高度由136降为100.5 mm,在兼顾操稳性的同时,能有效改善轮胎磨损和提高制动点头性能。

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乘用车液力变矩器优化设计研究综述^*

吴光强, 陈洁

2020 (8): 1090-1096. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.013

摘要 ( 178 )

PDF(1983KB) ( 407 )

综述了液力变矩器优化设计过程中各个阶段的研究进展和现状。从液力变矩器设计与参数化方法、设计参数对性能影响、性能预测模型和优化设计方法这4个方面的研究进行论述,并对液力变矩器应用新技术进行了概述。总结每个阶段的研究成果,最后展望了下一步的研究方向。

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路面国际不平度指数的两种描述及其应用^*

张振伟, 陈涛, 王文竹, 赵旗, 李杰

2020 (8): 1097-1102. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.014

摘要 ( 334 )

PDF(1176KB) ( 353 )

为理解和应用路面国际不平度指数,研究了路面国际不平度指数的时间域和时间频率域描述。基于路面国际不平度指数的标准车辆模型,建立了路面国际不平度指数的时间域描述和车辆模型的运动微分方程。在空间频率域,建立了路面不平度功率谱密度表示;在时间频率域,建立了路面激励功率谱密度表示。通过路面国际不平度指数标准车辆模型推导出悬架动挠度速度的频率响应表示,建立了路面国际不平度指数的时间频率域表示,分析证明了路面国际不平度指数和路面激励功率密度等效。利用美国LTPP项目实测路面不平度数据,求取了路面国际不平度指数时间域和时间频率域的结果,通过两者对比说明了国际不平度指数时间频率域描述的正确性和有效性,对实测路面不平度数据引入中值滤波可更好确定时间频率域路面国际不平度指数。

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基于格子波尔兹曼方法的某乘用车空调系统气动噪声的直接模拟与优化

张佳, 吴海波, 陈蒨, 方志云, 王毅刚, 余柳平

2020 (8): 1103-1109. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.015

摘要 ( 230 )

PDF(2736KB) ( 398 )

针对某乘用车空调系统气动噪声偏大的问题,采用格子波尔兹曼方法直接模拟噪声,同时求解流场和声场,并与试验相结合,开展噪声与结构优化。结果表明,该方法能较为准确地计算空调系统的流场和噪声,仿真与试验声压级曲线较为相似,总声压级仅相差0.8 dB(A)。经优化,在耳点位置噪声最大降低了约2 dB(A)。研究同时发现四极子噪声在某些频域内有较大的贡献。利用格子波尔兹曼方法模拟流场和声场是计算空调管道系统气动噪声准确有效的方法。

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电动汽车低速提示音系统的法规适应性研究

曹蕴涛, 汤乐超, 刘英杰

2020 (8): 1110-1116. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.016

摘要 ( 230 )

PDF(3960KB) ( 546 )

本文首先阐述了国家标准规定的电动汽车低速提示音调试方法和过程,并重点论述了低速提示音频谱能量分布对车外噪声最低限值和车内声音品质的影响,提出了一种低速提示音声品质评价方法。测试评价结果表明,通过改进低速提示音在车速变化过程中频谱能量的分布,实现了法规最低限值和车内声品质的兼顾,能更全面地考察低速提示音对整车NVH性能的影响。

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车身性能约束下的车内空间优化设计方法研究^*

武敬伟, 张光亚, 吕俊成, 黎谦

2020 (8): 1117-1123. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.017

摘要 ( 179 )

PDF(2354KB) ( 375 )

传统车身设计往往只考虑车身性能优化,很少兼顾考虑车内空间优化设计。本文中完善了车内空间的评价指标,提出了一种车身性能约束下的车内空间优化设计方法和开发流程,构建了车身性能分析与车内空间的融合模型,以车内空间最大化和车身质量最小化为目标开展了优化设计研究。以某SUV车型为例,在满足车身性能约束的前提下,车内空间总体积和行李箱体积相比原始设计提升比例超过6%,垂直头部空间提升比例超过7%,其余车内空间指标也有一定程度的提升,最后结合实车试验验证了本文方法的有效性。

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CFRP-钢超混杂结构共固化成型分析与优化^*

敬敏, 龚友坤, 王智文, 刘永杰, 栗娜, 宋增瑞, 宁慧铭, 胡宁

2020 (8): 1124-1130. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.018

摘要 ( 172 )

PDF(4321KB) ( 361 )

采用碳纤维增强聚合物(CFRP)-钢超混杂复合结构对某电动汽车B柱进行轻量化设计。由于不同材料性质的差异,导致成型过程中不可避免地会出现残余应力和固化变形,影响零部件的力学性能和尺寸精度。为此,本文中通过有限元法分析了CFRP-钢超混杂复合U型结构热模压共固化成型过程,其中复合材料固化过程采用CHILE预测模型。在保证成型效率的前提下,对固化工艺参数进行了优化。结果表明,通过工艺参数的优化可有效地减小CFRP-钢超混杂共固化成型U型结构的残余应力和固化变形。

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复合材料板簧制造工艺的研究进展^*

柯俊, 吴震宇, 史文库, 胡旭东

2020 (8): 1131-1138. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.019

摘要 ( 262 )

PDF(2588KB) ( 502 )

复合材料板簧的综合性能明显优于钢板弹簧,是汽车轻量化领域的研究热点。但复合材料板簧的制造工艺还不够成熟,导致复合材料板簧的试制成本居高不下、产品性能不够稳定等突出问题,严重制约了复合材料板簧的推广应用。本文中综述了复合材料板簧制造工艺领域的研究进展,包括模压成型工艺、拉挤成型工艺、纤维缠绕成型工艺和RTM成型工艺的研究成果。最后,总结了复合材料板簧制造工艺的发展趋势和瓶颈问题。

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基于VMD多尺度散布熵的柴油机故障诊断方法^*

乔新勇, 顾程, 韩立军

2020 (8): 1139-1144. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.08.020

摘要 ( 176 )

PDF(2658KB) ( 311 )

为从非平稳非线性的缸盖振动信号中提取出柴油机故障特征,本文中提出一种基于变分模态分解(VMD)的多尺度散布熵的柴油机失火故障诊断方法。利用VMD对柴油机缸盖振动信号进行分解,选取散布熵最小的模态分量作为分析信号,计算该信号的多尺度散布熵,并选取前6个尺度散布熵作为故障特征向量,输入粒子群优化的支持向量机(PSO-SVM)中进行失火故障分类判断,并与其他4种常见方法进行对比,结果表明,本文中提出的诊断方法能够有效提取故障特征,准确识别故障类型,优于所对比方法。

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