汽车工程

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基于HS⁃FCM模糊聚类的快速多目标车辆跟踪算法

章军辉,付宗杰,郭晓满,李庆,陈大鹏,赵野

2021 (10): 1419-1426. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.001

摘要 ( 536 )

HTML ( 39 )

PDF(2152KB) ( 521 )

为了提高复杂交通环境下多目标数据关联的实时性与可靠性，本文中基于半抑制式模糊聚类（half suppressed fuzzy c?means clustering， HS?FCM）发展了一种快速多目标车辆跟踪算法。首先对多目标车辆跟踪问题进行了数学描述，并建立了相机像素坐标系与世界坐标系的空间映射关系；其次基于模糊理论将点迹-航迹关联问题转换成量测模糊聚类问题，通过求解各候选量测与聚类中心的模糊隶属度，间接计算出联合概率数据关联（joint probability data association， JPDA）算法中不确定性量测与各目标的关联概率，再利用概率加权融合对多目标状态进行滤波估计；再次在车辆密集工况下通过合理调整卡尔曼增益对量测更新进行抑制，以克服车辆跟踪中目标短暂跟丢问题。实车试验与仿真结果验证了该跟踪算法的可行性与有效性。

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面向视频结构化的细粒度车辆检测分类模型

石健,成前,金立生,胡耀光,蒋晓蓓,郭柏苍,王武宏

2021 (10): 1427-1434. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.002

摘要 ( 330 )

HTML ( 16 )

PDF(2611KB) ( 299 )

针对无人驾驶环境感知技术中存在复杂交通场景理解受限的问题，本文中提出一种面向路侧端的视频结构化框架，通过丰富交通场景中不同目标的细粒度信息，提高复杂交通场景的理解能力。针对所提出的视频结构化框架，提供了一种可工程化的细粒度车辆检测分类模型。通过通道剪枝策略对YOLOv4算法进行优化，使压缩模型YOLOv4?Pruned在mAP几乎不变的情况下，较原模型体积减小约60%。设计了16种类型、12种颜色的车辆分类方法可有效覆盖当前交通场景下的运行车辆，在测试集上的分类准确率可达93%。本文设计的细粒度车辆检测分类模型在1920×1080输入，NVIDIA GeForce RTX 2080Ti 下可稳定在23FPS，在海思Hi3516DV300下，未量化的模型可稳定在13FPS。

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面向车辆目标的路侧多摄像机双向匹配交接方法

陈明,武一民,高博麟,郑凯元

2021 (10): 1435-1441. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.003

摘要 ( 607 )

HTML ( 12 )

PDF(1490KB) ( 322 )

路侧传感器由于视野角度高，探测范围广，有利于观察目标间的时空位置关系和运动趋势，成为支撑车路云一体化融合系统的重要感知手段。然而当前路侧传感器存在着跨感知域的目标难以被连续跟踪的挑战，为了解决车辆目标在摄像机交叉视角间的目标交接问题，针对路侧感知重叠视野提出了双向匹配目标交接方法：建立摄像机间变换关系对重叠域内车辆目标进行投影，设计匹配约束机制解决匹配冲突难题，基于目标双向投影设计双向匹配策略，根据匹配矩阵标识符与颜色相似度输出交接结果。经路侧实验数据验证，提出的方法可有效应用于典型城市道路交通场景，相比于单向匹配方法，路段场景漏匹配降低22.22%，误匹配降低28.57%；路口场景漏匹配降低28.89%，误匹配降低44.00%，具有良好的准确性和可靠性。

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智能车辆多信号灯路口快速节能车速规划

冷江昊,孙超,卢兵

2021 (10): 1442-1447. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.004

摘要 ( 430 )

HTML ( 22 )

PDF(1666KB) ( 397 )

现有面向多信号灯路口复杂场景的智能车辆节能车速规划方法，往往计算量大，难以实时应用。本文中提出了一种结合动态规划算法和内点法进行联合优化的智能车辆节能车速规划算法，能够基于车辆能耗模型和信号灯信息，快速计算道路节能参考车速，实现实时应用。本文中首先建立了车辆能耗模型和信号灯相位时刻数学模型，在每个信号灯路口进行时间采样，构建基于巡航车速单位距离能耗的有向无环图，并使用动态规划算法求解最优绿灯通行周期。将最优绿灯通行周期作为约束条件，建立最优控制问题并转化为非线性优化问题，使用内点法进行优化求解。动态规划求解有向无环图所得解为内点法提供近似最优的初始解，提升收敛速度。最后构建了仿真场景进行分析验证，结果表明：（1）本文提出的方法较改进的智能驾驶员模型能够有效降低能耗30%以上；（2）与基于规则的迭代初始值生成方法相比，动态规划提供的近似最优的初始解提高计算速度40%以上。

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隔热层对锂电池模组热失控蔓延特性影响的实验研究

常润泽,郑斌,冯旭宁,徐成善,王淮斌,陈立铎,王有镗

2021 (10): 1448-1456. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.005

摘要 ( 260 )

HTML ( 13 )

PDF(6637KB) ( 452 )

本文中对不同类型隔热层对电池模组热失控蔓延特性的影响进行了实验研究。结果表明：隔热层具有延长电池模组热蔓延时间、防止电池喷阀后起火和降低模组热蔓延最高温度的作用；其中预氧化丝气凝胶隔热层热蔓延抑制效果最优，其模组完全热蔓延时长是使用陶瓷气凝胶隔热层模组的138%，是使用纳米玻璃纤维隔热层模组的279%。

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基于EGO加点策略的动力电池包多目标优化

王普毅,白影春,林程,武振江,王保华

2021 (10): 1457-1465. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.006

摘要 ( 232 )

HTML ( 8 )

PDF(1791KB) ( 187 )

为了动力电池包的轻量化和提高其模态频率，提出一种基于EGO加点策略的多目标优化方法。首先通过实验设计和帕累托法则分析了设计变量对优化目标的影响，选出对电池包的质量和1阶模态频率影响较大的变量作为优化对象，以降低求解难度。其次采用MOPSO算法，辅以Kriging代理模型求解优化问题，再利用EGO加点策略和物理模型分别获得的新设计点和样本，进而更新代理模型直至优化收敛。最后，利用测试函数验证了所提方法的可行性，并将其用于随机振动下电池包多目标优化问题的求解。结果表明，该方法高效可行，在获得较高1阶模态频率的同时，电池包的质量减小了4.89 kg。

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质子交换膜燃料电池阴阳极压力控制策略研究

常九健,王晓林,方建平,谢地林,王晨

2021 (10): 1466-1471. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.007

摘要 ( 243 )

HTML ( 14 )

PDF(1552KB) ( 258 )

为提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）的使用寿命，在分析PEMFC压力调节原理的基础上，建立了燃料电池及其阴极和阳极供应系统模型，设计了阴阳极压力控制策略，根据阴阳极压力差联合控制空压机、节气门、喷氢阀等流量控制元件。硬件在环仿真结果表明，在阴阳极压力联合控制策略下，阴极氧气供应可稳定响应负载的大幅突变。阳极实现了压力调节和燃料供应的解耦，阳极压力可跟随阴极压力快速变化。在复杂工况下，阴极和阳极压力差也能保持在一极低数值，显著提高了质子交换膜的使用寿命。

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采用粒子群优化和高斯回归实现电池SOH估计

陈琳,刘博豪,丁云辉,吴淑孝,冯喆,潘海鸿

2021 (10): 1472-1478. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.008

摘要 ( 238 )

HTML ( 16 )

PDF(1129KB) ( 325 )

为准确估算锂离子电池非线性退化过程中的健康状态（SOH），提出融合自适应变异粒子群优化器和高斯过程回归的AMPSO?GPR算法。首先提取欧姆内阻增量和电压样本熵作为电池退化表征量，然后引入自适应变异粒子群（AMPSO）优化高斯过程回归（GPR）核函数的超参数，构建基于AMPSO?GPR的SOH估算框架，用提取的退化表征量实现SOH估算；最后，通过对比AMPSO?GPR采用不同核函数时SOH估算结果，得到最优核函数。实验结果表明，AMPSO?GPR算法可以有效地估算电池SOH，且最大估算误差不超过2.08%。

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碳化硅CDPF再生特性的关键性影响因素试验研究

李青,陈贵升,罗赢,贺如,张涵,施伟杰

2021 (10): 1479-1487. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.009

摘要 ( 152 )

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PDF(5872KB) ( 191 )

基于D30 TCI柴油机搭建国6后处理系统的试验台架，进行了不同碳载量下CDPF被动再生平衡点温度试验，研究了入口温度对CDPF被动再生的影响；探究了发动机DTI工况下CDPF主动再生特性并测评了其对载体捕集特性的影响。结果表明：碳载量对CDPF被动再生平衡点温度无明显影响，碳载量的升高可提高载体内部温度的均匀性，加快CDPF被动再生反应速率；入口温度对CDPF被动再生具有显著影响，入口温度由325提高至360 ℃时，再生效率达94%，再生速率为56 g/h，分别约提高1倍和18倍；DTI工况下CDPF主动再生时载体内部温度会出现“尖峰”现象，载体内部温度及温升速率在其后段中心处达到峰值；CDPF经多次DTI主动再生后其PM捕集效率无明显影响，但会导致PN捕集效率下降；4种排气污染物（HC、CO、PM、PN）在WHTC测试循环中均满足国6排放法规限值要求。

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积分迭代模式优化对侧翻一步碰撞算法的改进

陈轶嵩,陈子童,王童,刘永涛,罗耿

2021 (10): 1488-1496. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.010

摘要 ( 125 )

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PDF(2340KB) ( 157 )

针对侧翻一步碰撞初始算法中Mindlin壳单元面内四点全积分计算量大，广义失衡力迭代模式不合理且易剪切锁死，降低了算法计算精度和效率的问题。本文中从两方面入手，对初始算法进行优化。单元积分点模式优化方面，引入面内减缩积分和部分减缩积分方式，并在单元厚向采用五点、七点和九点3种积分方案，对单元面内和厚向积分方式进行匹配；广义失衡力迭代模式优化方面，采用力和力矩分离加权的方式计算失衡力“2”范数，通过计算时间-权重比曲线，确定合理的力和力矩的加权系数。最后选择某客车典型车身段作为实际算例，将改进算法、初始算法、LS-DYNA分析和侧翻试验结果进行对比，验证了本文所提改进方案的有效性。

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基于MPDB试验的车辆碰撞攻击性识别与评价方法研究

朱海涛,孙振东,杨佳璘,黄志刚

2021 (10): 1497-1503. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.011

摘要 ( 190 )

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PDF(4115KB) ( 164 )

针对Euro NCAP于2020年使用MPDB试验代替ODB试验，和所推出的车辆碰撞相容性评价方法，无法监测与识别碰撞传力路径及其高度，不能量化评价车辆前端整体刚度的问题，本文中结合交通事故反映出的碰撞相容性影响因素，提出车辆前端结构攻击性能评价策略。通过MPDB壁障吸能理论分析，重新划分了蜂窝铝评价区域，为每个评价区域提出了对应的评价指标，得到碰撞传力路径监测与识别方法，提出与车辆总体刚度相关联的壁障吸能比评价指标与实现方法。

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基于碰撞波形与约束系统耦合的汽车安全性改进

唐洪斌,刘乐丹,张君媛

2021 (10): 1504-1512. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.012

摘要 ( 128 )

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PDF(2665KB) ( 169 )

在汽车正面碰撞过程中，车体结构和约束系统的耦合作用对乘员伤害有直接影响。利用理论与经验结合的方式，通过碰撞波形和约束系统耦合关系评价方法，对某B级乘用车进行车体结构和约束系统耦合关系分析，并对车体吸能结构和乘员约束系统提出改进。最终结果表明，将该车型的正面碰撞评价星级从三星提高到了五星，有效提高了整车安全性。

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汽车拼焊B柱成型工艺与耐撞性分析

黄彬兵,李少鹏,许述财

2021 (10): 1513-1518. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.013

摘要 ( 233 )

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PDF(2657KB) ( 201 )

为提高某新能源车型B柱耐撞性，采用拼焊成型的B柱结构，从成型工艺、结构耐撞性方面入手，在Dynaform成型仿真和LS-dyna碰撞仿真的基础上，对拼焊B柱结构进行改进设计。在冲压成型数值仿真中，研究了激光拼焊B柱成形极限、厚度变化和应变状态对成型过程中产生起皱、拉裂等缺陷的影响，通过控制工艺参数和修改模具结构，避免此类缺陷的发生。改进结果在满足侧撞法规的前提下，拼焊B柱质量减轻17.5%，最大侵入量减小14.38%，B柱侧撞最大加速度减小19.3%。

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带弯道信息的城市复合行驶工况构建方法研究

孙文,荣浚材,王军年,徐佳,吕斯文,刘俐丽

2021 (10): 1519-1527. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.014

摘要 ( 141 )

HTML ( 12 )

PDF(1938KB) ( 233 )

针对车辆能耗评价用城市行驶循环缺少弯道工况的问题，制定出了基于短行程分析的城市弯道行驶工况构建方法。采取优化后的数据处理方法获得准确的弯道工况数据并进行弯道片段分割；使用主成分分析法对实验数据进行压缩降维；使用K-均值聚类算法将所有的弯道片段分类以获得代表性弯道工况，依据相似度将代表性弯道片段添加进传统典型城市综合工况，从而获得带有弯道信息的城市复合行驶工况。结果表明，具有弯道工况信息的复合行驶工况比传统车辆循环工况更能体现车辆在城市中的实际行驶特征。

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基于LCC/N磁集成补偿网络的强耦合无线充电系统研究

刘志孟,陶成轩,王丽芳,张玉旺,李树凡

2021 (10): 1528-1535. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.015

摘要 ( 129 )

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PDF(3253KB) ( 271 )

针对无线充电系统在接收端电路复杂和发射端补偿电感占据体积较大的问题，本文中提出了在近距离条件下采用LCC/N磁集成补偿网络的强耦合无线充电系统。LCC/N磁集成拓扑兼备了接收端无补偿和发射端补偿电感磁集成的优点，使得无线充电系统更加紧凑，并可以改善系统的偏移性能。首先考虑LCC/N磁集成拓扑与接收线圈交叉耦合的关系对WCS系统进行建模。然后分析了在不同负载和偏移的工况下采用LCC/N磁集成拓扑系统的输出功率、传输效率和软开关等特性。最后，搭建了500 W的实验样机对上述的分析结果进行了验证。结果表明，在线圈沿y方向偏移时，应用LCC/N磁集成拓扑的输出功率高于应用传统非磁集成拓扑的输出功率，改善了偏移性能；另外，采用LCC/N磁集成拓扑还可通过调节原边非谐振补偿电容实现输出功率的调节，在正对齐和偏移的条件下最高效率分别达到了94.5%和95.8%。

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沟槽面积对不同润滑油温下离合器摩擦磨损特性的影响

于亮,马彪,郑长松,刘宇键,魏福华,阳仁奇

2021 (10): 1536-1542. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.016

摘要 ( 133 )

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PDF(2994KB) ( 179 )

摩擦片沟槽面积和润滑油温度的变化都会影响摩擦副的接触状态，从而对离合器的摩擦磨损特性产生显著影响。本文中建立了摩擦副微凸体接触数值模型，研究了润滑油温度对摩擦副局部接触压力和接触面积的影响；应用离合器台架实验，揭示了摩擦片沟槽面积在不同润滑油温度下对湿式离合器摩擦磨损性能的影响。结果表明：润滑油温度的增加促进了局部接触面积和最高接触压力的增加；随着润滑油温度的升高，不同沟槽面积工况下的摩擦转矩和摩擦因数差异越来越显著；沟槽面积越大，摩擦元件磨损越严重，吸附的炭黑越少。

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基于熵的车载CAN总线异常检测研究

张海春,姜荣帅,王颉,鲁赵骏,刘政林

2021 (10): 1543-1548. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.017

摘要 ( 171 )

HTML ( 9 )

PDF(1907KB) ( 203 )

由于缺乏加密、完整性校验和身份认证机制，车载CAN总线容易遭受攻击而造成总线数据帧流量异常。为检测攻击者注入车载CAN总线的异常数据帧流量，本文中在分析了基于信息熵的车载CAN总线异常检测机制的基础上，提出了基于相对熵的车载CAN总线异常检测机制，弥补了前者无法检测出异常细节信息的缺陷。在某型号福特车辆上的实验结果表明，基于相对熵的车载CAN总线异常检测机制不仅可以检测出DoS攻击、重放攻击造成的总线数据帧流量异常，还可以检测出具体的攻击类型和异常数据帧的ID，并且取得了较高的检测效率。

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基于缸压信号的汽车声音合成算法研究

谢丽萍,卢炽华,刘志恩,朱亚伟,刘恺,孙唯,吕之品

2021 (10): 1549-1554. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.018

摘要 ( 146 )

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PDF(1965KB) ( 190 )

为模拟声品质较好的汽车声音，本文中提出了一种基于发动机缸压信号的汽车声音合成新方法-SS?BCPS。首先根据发动机缸压曲线的周期特性，构建声音粒子索引矩阵，并通过设定检索转速的时间步长，匹配索引矩阵中对应的转速区间范围，计算出区间范围内的声音信号时长；接着基于变速不变调算法，根据提升倍数删减区间范围内的声音粒子片段，依次拼接剩余声音粒子，以实现对汽车声音的模拟。最后，利用MATLAB软件编写SS?BCPS算法的可视化GUI程序合成目标声音，并进行主观评价。结果表明：提出的SS?BCPS算法不仅可模拟出与驾驶员行为匹配的汽车声音，且声音连贯自然，可用于实时性工程的开发。

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基于应力张量分析的后副车架疲劳试验

程稳正,余小巧,肖厦,董远明,侯杰

2021 (10): 1555-1564. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.10.019

摘要 ( 170 )

HTML ( 11 )

PDF(3213KB) ( 269 )

针对装有五连杆后悬架的后副车架零部件级台架疲劳试验由于液压作动器相互干涉，难以布置而无法进行的问题，提出一种基于应力张量分析的疲劳试验方法。它根据危险点应力状态，识别出关键载荷通道，对于两个潜在风险点，分别定义了简单可实施的块谱载荷。设计的试验方案，危险点主应力方向基本不变，损伤与原始路谱接近，试验结论与后悬架系统试验一致，降低了试验成本和开发风险。

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