汽车工程

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基于数据驱动的电动汽车动力电池SOC预测

胡杰,高志文

2021 (1): 1-9. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.001

摘要 ( 564 )

HTML ( 36 )

PDF(1954KB) ( 638 )

为准确预测电动汽车动力电池的能耗，缓解驾驶者的里程焦虑，本文中提出一种基于数据驱动的电动汽车动力电池SOC预测模型。首先分析电动汽车能耗构成并提取能耗影响因素，接着基于某款电动出租车CAN总线采集的汽车运行数据，采用机器学习算法，提出基于温度分层的能耗模型，通过宏观数据与微观数据的融合减小误差，最后使用该模型对车载BMS提供的SOC数据进行对比验证。结果表明，该模型预测效果较好，为帮助优化电动汽车能量控制策略、缓解里程焦虑提供科学的决策支持。

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用新陈代谢极限学习机实现电池健康状态估算

陈琳,王惠民,李熠婧,张沫,黄江,潘海鸿

2021 (1): 10-18. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.002

摘要 ( 258 )

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PDF(1599KB) ( 435 )

针对因电池内部电化学反应的复杂性、算法泛化性差或可用已知数据量少导致的锂离子电池SOH估算精度下降的问题，提出使用极限学习机（ELM）构建强泛化性电池退化状态模型来描述不同电池的共性退化规律；引入新陈代谢机制来更新退化状态模型的输入数据进而实现对SOH的新陈代谢估算，在保证估算精度的同时降低对输入数据量的需求。利用两种不同材料电池在不同工况下所测数据对所提出方法进行验证，结果表明该方法能在仅用4个数据样本的情况下准确估算电池SOH，估算误差不超过2.18%。

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基于SOC⁃OCV优化曲线与EKF的锂离子电池荷电状态全局估计

来鑫,李云飞,郑岳久,王晶晶,孙涛,周龙

2021 (1): 19-26. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.003

摘要 ( 295 )

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PDF(2464KB) ( 534 )

SOC?OCV曲线是锂离子电池状态估计的基础。针对传统HPPC测试法在非测试点不能描述电池非线性特性和小电流恒流放电法得到的OCV曲线精度不足等问题，提出一种基于粒子群优化算法的OCV曲线优化方法。该方法将小电流恒流放电得到的OCV曲线进行平移，以平移曲线在测试点与HPPC测试得到的OCV值之间的误差和最小为优化目标，对OCV曲线进行优化。然后，以优化OCV曲线为基础对2阶RC模型的模型参数进行辨识和模型端电压估计。结果表明：与HPPC法相比，基于优化OCV曲线的模型精度具有更高的全局精度，在低SOC区域的模型精度提高了一倍。最后，基于优化的OCV曲线和辨识的模型参数，设计扩展卡尔曼滤波算法对SOC进行全SOC区域估计。试验结果表明，基于优化OCV曲线和扩展卡尔曼滤波算法的SOC估计误差在全SOC区域上都能保持在2%以内。

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螺旋气门的结构优化及对无节气门汽油机燃烧性能的影响

韩康,常英杰,谢宗法,房佩鸽,张晋群,张坤

2021 (1): 27-33. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.004

摘要 ( 195 )

HTML ( 2 )

PDF(1740KB) ( 287 )

由于进气方式的改变，气道喷射式无节气门汽油机中小负荷时泵气损失显著降低，但燃烧性能却明显恶化。为改善其燃烧性能，本文中设计了一种在进气过程中能产生较强进气涡流的螺旋气门，并使用仿真软件STAR-CCM+对螺旋气门的主要结构参数进行了优化。在稳流气道试验台上测量其进气涡流比和流量系数，证明该螺旋气门在开启升程较小时能产生强烈的进气涡流，对改善无节气门汽油机在中小负荷时的缸内进气流动状态和油气混合十分有利。将该螺旋气门安装在一台装载有全可变液压气门机构的无节气门汽油机上，试验结果表明：螺旋气门产生的进气涡流显著提高了无节气门汽油机中小负荷工况下燃烧速率、降低了循环波动，使燃油经济性能得到明显改善。

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冷却液流动均匀性对缸套热变形的影响研究

毕玉华,陈思吉,姚国仲,陈美园,申立中,夏开略

2021 (1): 34-43. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.005

摘要 ( 211 )

HTML ( 6 )

PDF(3172KB) ( 330 )

对某一高压共轨柴油机的冷却液流动特性和缸盖、缸套关键点温度进行了台架测试，为热分析提供边界条件；建立了缸盖-缸套-冷却水-机体流固耦合模型，应用流-固耦合传热方法，研究了冷却液流动均匀性对缸套热变形的影响，并优化了机体分水孔和缸盖上水孔的流动特性。结果表明：优化后的水套，各缸冷却不均匀性系数平均减小了9.78%；缸盖水套最高温度下降了8.64%，缸套最高温度下降了2.03%，缸套热变形最大值减小了1.10%。

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面向控制的DPF再生效率建模和试验研究

黄铁雄,胡广地,孟忠伟,曾东建

2021 (1): 44-49. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.006

摘要 ( 200 )

HTML ( 5 )

PDF(1512KB) ( 340 )

对柴油机颗粒物捕集器（DPF）的再生效率进行实时和准确的在线预估，可为DPF热再生结束的控制提供判断依据，是实现DPF系统化和高效应用的重要功能。本文基于热再生过程中DPF内碳烟颗粒的氧化反应机理探讨并建立了DPF再生效率计算模型，通过发动机台架试验对模型的化学反应动力学参数进行了校核和辨识，从而得到DPF内碳烟颗粒热再生氧化反应的反应级数为α=1与活化能参数为E_a =107.5 kJ/mol。台架稳态工况和车辆在实际道路行驶工况的试验结果表明，再生效率模型最大计算误差为5.6%，较好满足实际应用需求，为DPF热再生中准确判断再生结束的时机提供了参考。

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基于类人视觉的多任务交通目标实时检测模型

刘军,陈岚磊,李汉冰

2021 (1): 50-58. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.007

摘要 ( 229 )

HTML ( 7 )

PDF(3751KB) ( 274 )

针对复杂交通场景下单个模型无法同时对可行驶区域和交通目标进行统一检测和检测实时性较差的问题，本文中提出了一种基于类人视觉的多任务交通目标单阶段检测模型，实现了可行驶区域和车辆、行人的实时统一检测。首先建立类人视觉注意力机制进行监督，采用轻量化模型MobileNetV3作为骨架，接着利用特征金字塔的思想对可行驶区域进行检测，最后采用动态注意力算法和anchor?free思想对交通目标进行检测。实验结果表明，引入驾驶员人眼注意力机制明显提升了模型的精度和鲁棒性，模型在实车上平均运算速度达到了12帧/s。

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基于模仿学习和强化学习的智能车辆换道行为决策

宋晓琳,盛鑫,曹昊天,李明俊,易滨林,黄智

2021 (1): 59-67. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.008

摘要 ( 718 )

HTML ( 27 )

PDF(3042KB) ( 1137 )

本文中提出了一种基于模仿学习和强化学习的智能车辆换道行为决策方法。其中宏观决策模块通过模仿学习构建极端梯度提升模型，根据输入信息在车道保持、左换道和右换道中选择宏观决策指令，以此确定所需求解的换道行为决策子问题；各细化决策子模块通过深度确定性策略梯度强化学习方法得到优化策略，求解相应换道行为决策子问题，以确定车辆运动目标位置并下发执行。仿真结果表明：本文中提出方法的策略学习速度比单纯强化学习方法快，且其综合性能优于有限状态机、行为克隆模仿学习和单纯强化学习等方法。

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基于视觉识别的线控制动压力滑模控制

邱明明,曹龙凯,黄康,张义雷,刘浩

2021 (1): 68-76. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.009

摘要 ( 409 )

HTML ( 7 )

PDF(2407KB) ( 275 )

制动安全是车辆主动安全的关键技术之一。制动决策和执行器控制是影响线控制动系统性能的两个主要因素。路面自适应性和控制器鲁棒性分别对制动决策和执行器控制有着重要影响，制约着线控制动系统的发展。本文中以一种液压调控的线控制动系统为基础，针对路面自适应性和控制器鲁棒性问题，提出一种双层结构的制动系统控制器，上层采用计算机视觉的方法对路面类型进行识别，根据识别结果制定当前路面的最佳滑移率；下层针对制动系统参数不确定性问题，引入滑模控制理论对制动过程中的最佳滑移率进行跟踪控制。通过仿真与实验验证，结果表明，双层结构的制动系统控制器相比传统控制器，路面的自适应性好，制动距离更短，控制器鲁棒性好。

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基于差异性区域预测的行人与骑车人联合检测

肖艳秋,周坤,崔光珍,房占鹏,孙启迪,刘燕旗

2021 (1): 77-85. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.010

摘要 ( 334 )

HTML ( 3 )

PDF(2229KB) ( 350 )

本文中针对自动驾驶车辆在环境感知过程中易将行人与骑车人混淆的问题，提出一种有效区分行人与骑车人的联合检测方法，并基于快速区域卷积神经网络Faster R?CNN进行改进。首先，通过增加一个子网络提取图像形状特征通道，将其与主干网络生成的特征图进行聚合，额外的形状语义通道用以辅助检测器区分行人与骑车人的特征；接着，通过构建差异性区域预测单元，以区分行人与骑车人差异部位，将建议区域划分为多个部件并计算其置信度，根据该置信度对部件特征进行加权；最后，将主体特征与加权后的部件特征聚合后送至分类器进行分类。在本文中构建的行人-骑车人数据集和公开的Caltech数据集中进行测试的结果表明，改进后的检测方法能有效减少将骑车人误检为行人的情况，具有较高的检测精度。

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基于直接CAA与SEA的汽车风噪预测与控制

王亓良,陈鑫,张英朝,关青青,张延杰,张岩金,林清龙

2021 (1): 86-93. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.011

摘要 ( 408 )

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PDF(3325KB) ( 277 )

本文中对某一SUV风噪的预测与控制进行研究。首先基于风洞测试进行风噪声源特性与传递路径的分析，发现泄漏噪声主要发生在500 Hz以上中高频段，车底风噪主要集中于800 Hz以下中低频段，而在外形噪声中，由车顶和四门传递的风噪的贡献大于翼子板。然后基于气动噪声直接计算法和统计能量分析对外形噪声进行仿真，并结合风洞测试分析了湍流模型、网格尺寸和波数分析方式对风噪仿真精度的影响。结果表明，大涡模拟的高频风噪衰减低于分离涡模拟，且大涡模拟对高频风噪的仿真精度和计算效率都比分离涡模拟高；在计算资源允许范围内对比不同网格尺寸，最小网格为2 mm时侧窗声压级的截止频率最高可达2 000 Hz；单区域波数分析低估了中低频风噪声的能量，精度较低。多区域波数分析中，声能量较低的区域对仿真精度影响较小。最后基于贡献度分析提出后视镜支臂减薄和安装在车门上两种改进方案进行仿真，结果表明，改进后车内总声压级分别降低1.38和1.93 dB，语音清晰度提升0.4%和1.1%。

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一种针对C⁃NCAP中MPDB工况碰撞兼容性的优化方法

宋和平,徐伟涛,刘广喜,何戈博,袁立德

2021 (1): 94-98. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.012

摘要 ( 407 )

HTML ( 7 )

PDF(3542KB) ( 353 )

本文中对中国新车评价程序（C?NCAP）2021年版中首次引入的移动渐进变形壁障（MPDB）碰撞试验工况进行了介绍，对碰撞兼容性的评价指标进行了说明，并提出了一种针对于MPDB工况碰撞兼容性的优化方案。仿真分析与验证的结果表明，此优化方案可明显改善碰撞兼容性得分，可应用性强。

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加载位置对Hybrid Ⅲ假人胸部响应影响

马伟杰,刘志新,程翔宇,蒋彬辉

2021 (1): 99-104. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.013

摘要 ( 307 )

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PDF(1280KB) ( 267 )

在世界各国汽车安全碰撞法规和NCAP试验中，大多都会采用Hybrid Ⅲ假人的胸部最大压缩量来评估车辆对乘员胸部的防护效果。但因Hybrid Ⅲ假人的胸部最大压缩量采用定点测量办法，使测量结果易受加载位置的影响。针对该问题，本文通过假人胸部低速冲击标定试验，研究了加载位置对Hybrid Ⅲ假人胸部压缩量的影响。结果表明，Hybrid Ⅲ 50^th男性假人的最大胸部压缩变形与摆锤撞击中心在Z方向的偏移量呈线性（R²=0.9554）负相关性。Hybrid Ⅲ 5^th女性假人由于乳房的影响，虽然加载位置对胸部最大压缩变形仍然有较大的影响，但胸部最大压缩变形与冲击加载位置的相关性不如男性假人那么明显。最后利用标定试验中获得的Hybrid Ⅲ 50^th男性假人的最大胸部压缩变形与摆锤撞击中心位置的相关性方程对同一车型的两个不同安全带佩戴位置的假人胸部最大压缩变形进行了修正。

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一种降低人-地撞击损伤的车辆制动控制方法

邹铁方,刘朱紫,肖璟,刘期

2021 (1): 105-112. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.014

摘要 ( 334 )

HTML ( 4 )

PDF(1742KB) ( 360 )

为降低车人碰撞事故中人与地面撞击所致损伤，提出一种车辆制动控制策略。该策略在检测到人体头部与车辆首次接触后松开车辆制动，之后依据若干准则再次完全制动车辆直到车辆停止。选择10种车型、两种制动方法（完全制动和控制制动）和一个虚拟仿真系统（包含3种车速×4种行人尺寸×2种行人步态）设计了共480次MADYMO仿真试验。结果发现控制制动能降低人-地撞击所致损伤但不会加重车辆的损伤，且能将83.75%案例中车辆与人体主要部位首次触地点位置之间的距离缩短至1 m内。进一步讨论了车型和车速对制动控制策略防护效果的影响、人车首次接触与再次完全制动车辆的时间间隔取值规律和控制制动中损伤加重案例的原因等问题，为今后开发更实用且高效的制动控制策略提供技术支持。

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汽车声学包轻量化设计

唐中华,贺岩松,马涛,张志飞,蒲弘杰,李云,陈钊

2021 (1): 113-120. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.015

摘要 ( 271 )

HTML ( 2 )

PDF(1314KB) ( 382 )

本文旨在研究汽车声学包的轻量化设计，要求在保证声学性能的前提下，尽可能实现轻量化的目标。首先运用统计能量法建立了包含车身结构和各声腔的整车模型，提取80 km/h匀速工况下发动机舱的声辐射激励、动力总成激励和车身表面脉动压力激励，并将其施加在该模型上，获得驾驶员头部声腔声压，结果与试验数据吻合良好，验证了模型的有效性。接着根据各子系统对驾驶员头部声腔声压的贡献量分析结果，对内前围和前地板声学包提出了改进方案。最后以改进方案中各层材料厚度为设计变量，以驾驶员头部声腔总声压级和声学包总质量为目标构建Kriging近似模型，采用多目标遗传算法对声学包材料厚度进行优化，优化后的声学包声学性能与原来相当，而总质量减轻了20.76%。

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基于试验设计与PSI决策相结合的白车身前端结构轻量化设计

王登峰,李慎华

2021 (1): 121-128. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.016

摘要 ( 274 )

HTML ( 4 )

PDF(1742KB) ( 356 )

为提高白车身轻量化设计效率，提出了一种试验设计与PSI决策相结合的轻量化设计策略。首先对白车身基本静-动态性能和正撞安全性能进行有限元分析，并通过车辆正撞试验验证有限元模型的准确性。然后采用贡献度分析对白车身前端结构进行设计变量筛选。接着通过试验设计获得白车身前端结构轻量化备选解。最后采用PSI法对众多备选解进行多目标决策，获得最佳轻量化方案。结果表明，轻量化设计后，白车身前端结构质量减轻4.43 kg，轻量化率达7.23%，同时白车身性能均满足设计基线要求。

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搭载行星减速器的纯电动客车振动试验研究

张邦基,林祥,谭博欢,王少华,曾梦媛,金秋谈

2021 (1): 129-135. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.017

摘要 ( 183 )

HTML ( 3 )

PDF(1698KB) ( 221 )

行星减速器为车辆传动系统提供期望传动比的同时，对车辆振动舒适性也会产生特定的影响。本文针对某搭载行星减速器的纯电动客车进行实车振动试验，综合应用计权均方根加速度评价、频谱分析、常相干分析和阶次分析的方法，探讨整车振动特性；与中央直驱式纯电动客车进行对比分析，评价行星减速器对纯电动客车振动舒适性的影响。结果表明，纯电动客车搭载行星减速器改善了驱动电机工作状态，从而显著提高了车内后部振动舒适性；行星减速器太阳轮偏心导致车内中部振动信号中出现以行星架转频为调制频率的调制边带，一定程度上影响了车内中部振动舒适性。

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计及导向摆臂约束的重型货车驾驶室俯仰平面动力学模型

赵雷雷,于曰伟,周长城,黄德惠,袁建

2021 (1): 136-144. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.018

摘要 ( 229 )

HTML ( 3 )

PDF(2486KB) ( 250 )

传统的重型货车驾驶室俯仰平面动力学模型没有考虑悬置导向机构的影响，仅能粗略计算驾驶室垂向和俯仰响应，无法计算驾驶室质心的纵向振动特性，因而其仿真精度较低，且在实际工程应用中受到了限制。为提高模型精度并拓宽其工程应用范围，创建了考虑导向摆臂约束作用的驾驶室俯仰平面动力学模型，分析了摆臂导向机构的约束特性。在此基础上，通过道路试验，对所建模型进行了验证。结果表明，所建模型的仿真精度更高，工程应用范围更广，它能有效复现驾驶室系统的真实动力学响应。而且，该模型不仅可用于驾驶室垂向、俯仰和纵向振动响应特性的分析，还可用于考虑驾驶室纵向振动舒适性的悬置控制策略的开发，以及导向摆臂摆角、减振器摆角和驾驶室悬置系统其它动力学参数的估计等。

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基于整车路噪性能提升的轮胎优化设计

高丰岭,吴渊,卜晓兵,战楠,陈潇凯

2021 (1): 145-151. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.01.019

摘要 ( 281 )

HTML ( 6 )

PDF(2748KB) ( 406 )

为提升整车路噪性能，本文中基于虚拟试车场技术和代理模型优化方法对轮胎参数进行了优化。通过集成试验场扫描所得路谱、CDTire轮胎模型和整车声固耦合模型，建立了整车路噪仿真环境。采用最优拉丁超立方采样、Kriging模型和多岛遗传算法构造了优化模型。以轮胎关键物理参数为设计变量，驾驶员外耳声压级均方根为优化目标，测点三向合成加速度均方根为约束，对轮胎进行优化。优化后在测点振动满足要求前提下，整车全频段噪声得到有效改善。

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