汽车工程

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智能网联混合动力汽车队列模型预测分层控制^*

郭景华, 王班, 王靖瑶, 罗禹贡, 李克强

2020 (10): 1293-1301. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.001

摘要 ( 568 )

PDF(1452KB) ( 745 )

提出了一种智能网联混合动力汽车队列的模型预测分层控制方法,有效提高了队列的安全性、燃油经济性和乘坐舒适性。首先,建立了可准确表征智能网联混合动力汽车队列行驶中多过程耦合特性的动力学模型。然后,针对智能网联混合动力汽车队列系统的非线性和混杂特征,构建了智能网联混合动力汽车队列的模型预测分层控制构架。上层控制器利用所建立的基于反馈校正的鲁棒预测模型,消除由于参数误差或车辆动态特性变化引起的模型失配现象,增强预测模型的准确性和鲁棒性,进而实现安全性、经济性和舒适性多目标协调控制和智能网联混合动力汽车队列期望加速度的在线优化;下层控制器利用队列中智能网联混合动力汽车多系统动态协调控制器,实现发动机和电机两个动力源的准确与协调控制。最后,试验结果表明:所提出的模型预测分层控制系统在提高队列中车辆的跟踪能力的同时,明显改善了车辆的燃油经济性和乘坐舒适性。

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基于个性化间距策略的自适应巡航系统模式切换策略研究^*

黄晶, 韦伟, 邹德飚

2020 (10): 1302-1311. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.002

摘要 ( 322 )

PDF(1140KB) ( 626 )

本文中设计了一种基于个性化间距策略的自适应巡航系统多模式切换策略,以更好地适应实际驾驶工况并提高不同类型驾驶人的驾驶体验。首先,将ACC行驶模式划分为巡航、跟车、接管和换道4种工况,针对不同纵向工况,采用不同的间距策略,实现了稳定、可靠、适应驾驶人风格的工况间平滑切换。然后,通过两层分层控制策略实现自适应巡航系统多模式切换控制。最后,借助Matlab/Simulink与CarSim联合仿真开展巡航、跟车、接管、换道工况及混合切换工况试验。结果表明,设计的多模式切换控制策略效果良好,满足快速性、跟随性和舒适性的要求。

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严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制^*

杨泽宇, 黄晋, 胡展溢, 谢国涛, 钟志华

2020 (10): 1312-1319. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.003

摘要 ( 297 )

PDF(1103KB) ( 478 )

针对智能网联车辆队列控制问题,提出一种严格避撞的分布式鲁棒控制器设计方法。建立了包含复杂不确定性与外部干扰的非线性误差动力学模型。通过限定车间距误差的波动区间来保证队列避撞性与紧凑性,并据此引入车间距势函数。结合车间距势函数、自车与邻近车辆状态和动力学不确定边界设计了分布式鲁棒控制律。从理论上证明了该控制器能保证队列的避撞性与紧凑性和车速误差的队列稳定性,并分析了通信拓扑和控制参数对控制性能的影响。通过修正期望车间距模型,控制器的应用范围可扩展到大初始误差工况。最后,通过数值仿真验证了主要理论分析结果。

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考虑车流影响的网联车辆节能驾驶研究^*

邹渊, 张涛, 张旭东, 郭宁远

2020 (10): 1320-1326. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.004

摘要 ( 298 )

PDF(1339KB) ( 474 )

网联车辆在城市道路信号交叉口处的生态进入和离开是未来节能驾驶研究的热点问题。针对车流排队导致车辆在路口停车的问题,本文中首先提出一种考虑车流排队效应的路口有效通行时间的信号灯模型;然后,利用递归搜索算法筛选特定的连续路口通行组合方案,以降低优化问题的复杂性;最后,利用伪谱法分析电动网联车辆在单交叉口和连续交叉口处的节能速度优化问题。结果表明,基于伪谱法的控制策略计算效率优于动态规划算法,与智能驾驶员模型基准相比,该控制策略可产生更好的节能速度。

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基于熵值和G1法的自动驾驶车辆综合智能定量评价^*

李茹, 马育林, 田欢, 孙川

2020 (10): 1327-1334. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.005

摘要 ( 328 )

PDF(866KB) ( 487 )

本文中基于熵值法(Entropy) 和序关系分析法(G1)对自动驾驶车辆进行综合智能定量评价。首先利用熵值法和序关系分析法相结合的方法来确定指标权重系数;接着采用模糊综合评价法对自动驾驶车辆进行综合智能定量评价。在此过程中,利用李雅普诺夫指数对指标进行量化,以有效克服专家经验判断的主观性,并采用组合权重的方式充分利用已掌握的客观信息,使自动驾驶车辆各级指标权重的确定更加准确、客观,从而得到科学合理的评价结果。最后通过实际比赛中参赛车队的表现对评价模型进行验证。

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基于ADAS地图的载货车预见巡航实时优化算法^*

王玉海, 李兴坤, 张鹏雷, 郑旭光

2020 (10): 1335-1339. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.006

摘要 ( 303 )

PDF(1708KB) ( 399 )

基于ADAS地图,结合预见性节油驾驶先验知识,采用车辆纵向动力学重构车辆行驶前方路网,提出了一种商用车预见性巡航控制动态规划优化算法,解决了动态规划算法在长距离多约束下的算法臃肿、无法满足车载嵌入式系统实时计算等实用化问题。实车试验验证结果表明,在同路线、同工况和同驾驶员的驾驶条件下,预见性巡航控制比一般驾驶员驾驶节油3%~6%。

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基于离子电流与缸压信息融合的HCCI发动机不完全燃烧提前诊断^*

王硕, 朱登豪, 邓俊, 李理光

2020 (10): 1340-1345. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.007

摘要 ( 218 )

PDF(1085KB) ( 296 )

由于随机出现的非正常燃烧现象,均质压燃(HCCI)发动机的应用受到阻碍。本文中以一台压缩比及配气系统经过改造的2.0 L四缸发动机为平台,以负阀重叠期的缸压和离子电流为信号,研究了HCCI发动机的不完全燃烧提前诊断方法。结果表明:负阀重叠期缸压峰值相位与离子电流峰值可作为不完全燃烧的诊断依据;单独使用缸压峰值相位或离子电流峰值进行诊断时,大部分不完全燃烧循环可被提前判断,诊断灵敏度分别可达93.8%和95.6%,但部分正常循环会被误判为不完全燃烧循环。使用缸压和离子电流信号相结合进行诊断时,可大幅提高诊断准确率至90.0%,同时诊断灵敏度保持为91.4%。

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灰分及载体结构对DPF内部流场及压降特性的影响^*

陈贵升, 李青, 吕誉, 潘明章, 贺如, 黄震

2020 (10): 1346-1353. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.008

摘要 ( 246 )

PDF(1925KB) ( 314 )

为加装DOC+DPF的D30TCI柴油机搭建试验台架,进行了两种不同结构载体的压降特性试验。建立柴油机颗粒物捕集器(DPF)计算模型,研究了灰分分布系数对DPF压降和捕集特性的影响,并优化了非对称孔载体进/出口孔径比例。运用离散相模型模拟了灰分沉积和载体结构对DPF孔道内部气流运动和微粒沉积特性的影响。结果表明:DPF压降和捕集效率随灰分分布系数增大而升高,非对称孔结构载体进/出口孔径比例存在一个最佳范围(1.25~1.35)使DPF压降和捕集特性达到最优;沿DPF轴向方向,进口孔道内气流速度先升后降,出口孔道内气流速度则逐渐升高,非对称孔结构DPF的进/出口速度均高于对称孔结构;灰分累积会加剧DPF 孔道内速度的变化,孔道中心处速度最高,越靠近壁面速度越低;微粒在 DPF 孔道内呈现后端多而前端少的不均匀分布;与非对称孔结构相比,对称孔结构DPF捕集到的颗粒数更少,而颗粒浓度分布更不均匀,但灰分累积可提高微粒分布的均匀性。

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基于动力学因子对RDE试验结果进行驾驶行为修正^*

张远军, 董红磊, 李岳兵, 任毅, 史育海

2020 (10): 1354-1363. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.009

摘要 ( 233 )

PDF(2822KB) ( 371 )

由于国6排放法规目前无法有效排除RDE试验过程中驾驶行为对试验结果的影响,因而造成不同驾驶行为下RDE试验结果差异较大。为提高试验结果的客观性和可重复性,提出通过对窗口v·a_pos[95]进行归一化而引入窗口动力学因子这一概念,并据此对RDE试验结果进行驾驶行为的修正。对2辆满足国6排放标准的轻型汽油车进行RDE驾驶行为对比试验,结果表明:修正后不同驾驶行为下RDE测试结果的差异显著减小。正常驾驶和激烈驾驶行为下CO排放相对差异从64.01%～220.97%降至17.26%～19.90%;PN排放相对差异从69.46%～262.32%降至1.88%～10.43%;NO_x排放相对差异从18.46%～46.21%降至10.82%～19.68%。

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重型柴油车不同载荷下实际道路行驶排放特性

宋东, 郑永明, 刘爽, 梁大平

2020 (10): 1364-1368. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.010

摘要 ( 210 )

PDF(1157KB) ( 521 )

研究国六标准实际道路行驶排放测试中载荷对重型柴油车排放特性的影响具有重要意义。本研究利用便携式排放测试设备对10%、50%、100%载荷的N2类柴油车分别进行完整的实际道路行驶排放测试,采集到车辆在不同工况阶段CO、PN、NO_x、CO₂的实时排放浓度和整个测试过程的比排放结果。通过对数据的整理分析得出: PN实时排放浓度的最高排放量来自高速阶段,随着车速的增加而增加;NO_x实时排放浓度排放量最高的阶段为市区阶段,随着车速的增加而减小;各污染物的比排放结果并不会随着车辆载荷增加而升高,不同污染物的比排放结果峰值出现在不同工况阶段。该研究对整车企业进行标定开发以及认证机构对重型柴油车实际道路排放进行测试认证具有实际参考价值。

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基于加速度校正的坡度估计算法与实现^*

曾小华, 钱琦峰, 宋大凤, 谷京哲, 苑卫松

2020 (10): 1369-1377. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.011

摘要 ( 282 )

PDF(1259KB) ( 770 )

针对当前坡度估计方法普遍涉及的参数较多、准确性差的缺陷,提出了一种基于加速度校正的坡度估计算法。它仅采用三向加速度和角速度信号,利用角速度短时积分校正原始加速度信号,提取出加速度信号中重力加速度在坡道方向上的分量。然后根据工况特征,离线计算出不同条件下的稳态卡尔曼增益,并建立模糊系统来动态给定信号融合系数,解决了直接使用卡尔曼滤波算法须对误差协方差进行实时估计的难点。最后完成软硬件集成并进行实车测试,验证了该坡道估计方法具有良好的实时性与准确性。

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多功能动力传动装置设计方案研究^*

朱镇, 蔡英凤, 陈龙, 夏长高, 田翔, 施德华

2020 (10): 1378-1385. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.012

摘要 ( 216 )

PDF(1074KB) ( 377 )

本文设计一款集液压、机液和机械3种传动方式为一体的多功能动力传动装置。液压传动多用于起步作业,以满足平稳起步的要求;机液复合传动多用于作业工况,以满足无级调速的要求;机械传动多用于运输作业,以满足高效传动的要求;在满足传动要求的同时,动力输出轴可输出动力以驱动其它机构。从调速特性、换挡策略和效率特性3方面研究该多模式切换动力传动装置的传动性能优化问题。根据设计要求,对车辆系统进行动力学和运动学分析,得到动力传动装置的装配方案和相关参数,分析其调速特性。根据换挡品质评价指标,在整个调速过程中,对离合器和制动器共同参与的动力传动装置换挡策略进行研究,找出各元件的最佳切换时刻。根据经验公式得到液压系统效率,采用效率定义法计算多功能动力传动装置的效率;根据试验数据确定液压系统效率的拟合曲线,进而通过转化机构法确定机液复合传动系统的效率。结果表明:合理选择换挡元件的切换时序,可大大提升动力传动装置的换挡品质。液压系统在大排量、中高转速和中压区范围内有较好的效率特性,且可实现柔顺起步;机械传动效率较高,但对路况要求较高;机液复合传动一般在整个排量比和中高转速范围内,都具有较好的效率特性。

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基于用户大数据的电驱动系统可靠性工况特征研究^*

赵礼辉, 王震, 冯金芝, 郑松林

2020 (10): 1386-1396. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.013

摘要 ( 261 )

PDF(4851KB) ( 439 )

对基于用户运行数据的电驱动系统可靠性工况特征的研究,是电驱动系统可靠性载荷谱的编制与评价验证的前提和基础。本文以不同地域与车型的实际用户运行数据为基础,对用户数据预处理并关联电驱动系统典型部件失效主导载荷构造工况特征参数;采用主成分分析法对多维度特征参数降维,运用聚类算法将电驱动系统运行片段整体划分为5种典型工况;对各工况运行时间、行驶里程和损伤贡献与损伤强度分布进行分析,并进一步将5大类典型工况细化为13种工况。研究成果为用户使用条件下电驱动系统可靠性试验工况的选取、全寿命周期可靠性目标的确定和载荷谱的编制提供了参考和依据。

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基于自适应鲁棒控制的测功机动态滑移率模拟^*

马瑞海, 王丽芳, 张俊智, 何承坤

2020 (10): 1397-1403. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.014

摘要 ( 167 )

PDF(1150KB) ( 356 )

结构和非结构不确定性是制约测功机高精度加载的关键因素,它们会导致防抱死制动期间动态滑移率模拟性能的恶化。针对典型电动汽车电制动系统试验台,建立旋转动力学模型;为提升滑移率模拟精度,提出了自适应积分鲁棒控制的测功机加载算法,以不连续映射构建参数自适应律,来处理系统的结构不确定性,而采用误差符号积分鲁棒反馈控制律来抑制系统的非结构不确定性;所设计的控制器无需有关扰动上界的先验知识,鲁棒控制增益可在线整定,理论上可连续控制输入实现系统全局渐近跟踪。仿真结果表明:提出的方法可实现精准的动态滑移率模拟,具有较强的鲁棒性。

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汽车高速行驶时自动紧急转向避撞的前馈与反馈跟踪控制的研究^*

来飞, 叶心

2020 (10): 1404-1411. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.015

摘要 ( 268 )

PDF(1242KB) ( 398 )

通过建立汽车避撞质点模型,对3种不同避撞方式的有效性进行了对比分析。计算结果表明,车辆在高速紧急避撞时,转向避撞所需的纵向距离比制动避撞小,且与制动加转向联合避撞的结果较为接近。据此,设计了前馈与反馈相结合的自动转向避撞控制器。选取过渡较为平缓的七次多项式参考路径,结合线性2自由度转向动力学模型,从而得出前馈车轮转角。同时,以车辆实际路径相对参考路径的侧向位移偏差作为反馈,进行PID反馈控制器的设计。最后对所开发的控制器进行了仿真验证,结果表明,所设计的前馈与反馈跟踪控制器具有较好的实际跟踪效果、高鲁棒性和较强的抵御侧向风等外界干扰的能力,从而能实现有效避撞。

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基于多通道C-FxLMS的乘用车内发动机声音分区控制^*

贺岩松, 张士强, 张志飞, 周桃

2020 (10): 1412-1419. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.016

摘要 ( 209 )

PDF(2076KB) ( 390 )

在汽车行驶时,驾驶员与乘客对发动机声音的要求不同,驾驶员需要一定的车辆行驶状况反馈而乘客需要相对安静的休息环境。本文中基于多通道Command-FxLMS算法,通过在驾驶员头枕和其它乘客头枕位置设定不同的阶次目标声音以实现对发动机声音的分区主动控制,利用DSP硬件平台,针对乘用车内2阶、3阶发动机噪声进行实车试验,在驾驶员和乘客位置实现了对声音的分别控制:驾驶员位置消除2阶噪声的同时将3阶噪声提升到目标声压级,其它位置降低2阶噪声的同时维持原有较低水平的3阶噪声。试验结果表明发动机声音分区主动控制系统工作良好。

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汽车驾驶模拟器主客观评价方法的应用研究^*

徐亮, 石娟, 郑英东, 郭魁元, 秦孔建

2020 (10): 1420-1427. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.017

摘要 ( 222 )

PDF(6448KB) ( 483 )

本文重点研究并提出了一套汽车驾驶模拟器主客观评价方法,并将主客观评价评分结果进行加权综合得到总体评分。所提出的评价方法可应用在驾驶模拟器选型中,为企业进行驾驶模拟器采购和后续的设备检定提供参考依据。

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正撞工况下动态锁舌性能研究和优化方案

施志平, 陈虹吉, 周澄靖, 潘志红, 邓强, 邵为楠

2020 (10): 1428-1433. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.018

摘要 ( 251 )

PDF(2222KB) ( 394 )

本文中对正撞工况下动态锁舌对假人伤害值的影响和单品性能的优化方案进行研究。首先从动态锁舌结构和假人胸部受力模型进行其工作原理的理论研究;接着结合台车试验,进一步明确动态锁舌对安全带力和假人胸压量的影响,发现动态锁舌可通过降低B4处肩带力来有效地减小假人的胸压量,改善胸部伤害值。最后通过LS-DYNA仿真,定性分析了两个动态锁舌单品的优化方案。结果表明:缩短响应时间、提高锁止保持力,能有效提升动态锁舌的约束性能,获得更小的胸压量。

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发动机气门间隙和气门升程在线测量方法研究

胡治, 朱晓阳, 方茂文, 杨正凯, 周毅, 赵德勇

2020 (10): 1434-1439. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.019

摘要 ( 317 )

PDF(1689KB) ( 699 )

气门间隙和气门升程是发动机配气机构中重要的两个检测项,其在线测量方法的科学性能综合反映发动机配气机构在加工和装配过程中的加工精度、装配精度等关键指标的精准度,通过对这两个关键参数测量方法的分析,研究了测量方案的设计特点和对产品质量控制的意义,同时为类似零部件的测量选型方案提供参考。

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汽车侧门正向设计中关门能量的计算

胡建锋, 王鑫, 杜保华, 金云光, 田亮, 欧阳明, 高凯, 武韩

2020 (10): 1440-1447. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.10.020

摘要 ( 275 )

PDF(1780KB) ( 628 )

基于CATIA软件的二次开发和VBA语言编程,实现侧门系统3D数据中关键参数的自动采集,完成初步设计的参数预置。根据侧门系统的结构与运动特点,建立侧门关门能量的空间几何模型和流体力学、动力学等数学计算模型。通过Excel平台的二次开发和VBA语言编程,将上述几何模型和计算模型汇总到Excel文件中,并设计人机交互操作界面,通过一键计算的方式,完成不同车型设计预置参数的输入和对应的侧门系统最小关门能量的计算。计算数据与测量数据的对比表明,两者的符合率均超过80%,验证了本侧门正向设计中关门能量计算程序的准确性。

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