汽车工程

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大功率燃料电池汽车氢循环系统性能分析

韩济泉,孔祥程,冯健美,彭学院

2022 (1): 1-7. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.001

摘要 ( 350 )

HTML ( 205 )

PDF(2787KB) ( 363 )

大功率氢燃料电池商用车是推动氢能应用的聚焦点，而设计高效可靠的氢循环系统对其性能至关重要。本文中以200 kW大功率燃料电池系统为例，研究分析了4种氢循环系统方案，基于理论分析和CFD模拟结果，建立了氢循环装置性能评价指标，从不同方面分析总结了各氢循环方案的特点。结果表明，引射器和氢泵联合使用可以显著减小氢泵的功率消耗，相比于仅氢泵模式，在并联模式下氢泵最大功率下降81.4%，串联模式下最大功率下降85.3%。通过循环氢贡献率和功耗的分析表明，引射器和氢泵的串联模式更能充分利用引射器的性能。

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基于自适应动态滑模控制的智能汽车纵向巡航控制

赵健,杜金朋,朱冰,王志伟,陈志成,陶晓文

2022 (1): 8-16. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.002

摘要 ( 378 )

HTML ( 187 )

PDF(2704KB) ( 615 )

为消除参数不确定性和外部干扰等因素对智能汽车纵向巡航控制的影响，提出一种基于自适应动态滑模的纵向巡航控制方法。建立以广义纵向力导数项为控制输入的车辆纵向动力学模型，基于反步法构建保证车速与纵向加速度同时收敛于期望值的新型滑模函数；在此基础上，设计了期望广义纵向力的动态滑模控制律，并利用RBF神经网络对控制律中的未知干扰量进行自适应补偿；设计执行器选择模块将期望广义纵向力转换为执行层期望控制输入；进行仿真对比与实车测试，结果表明，所提出的智能汽车纵向巡航控制方法能有效地消除参数不确定性和外部干扰的影响，改善了传统滑模控制的抖振现象，实现对期望巡航车速的稳定准确跟踪。

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基于模糊LQR的智能汽车路径跟踪控制

胡杰,钟鑫凯,陈瑞楠,朱令磊,徐文才,张敏超

2022 (1): 17-25. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.003

摘要 ( 467 )

HTML ( 194 )

PDF(3090KB) ( 450 )

为保证智能汽车在不同车速下路径跟踪的精确性与稳定性，本文中设计了一种带有预瞄PID转角补偿的模糊线性二次型调节器（LQR）以进行路径跟踪控制。首先，基于路径跟踪误差模型设计了LQR控制器，并采用预瞄PID方法进行转角补偿，消除稳态误差，提高跟踪精度。接着，针对固定权重系数的控制器对于不同车速适应性较差的问题，提出了一种基于车速的权重系数模糊调节策略。最后，通过实车试验，验证了控制器在实车环境中的控制性能。结果表明，设计的控制器具有较高的跟踪精度，且在不同车速下均能保持良好的精确性与稳定性。

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基于稀疏卷积神经网络的车载激光雷达点云语义分割方法

夏祥腾,王大方,曹江,赵刚,张京明

2022 (1): 26-35. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.004

摘要 ( 190 )

HTML ( 18 )

PDF(3725KB) ( 300 )

对车载激光雷达扫描得到的点云进行语义分割是保证行车安全、加强驾驶员对周边环境理解的重要手段之一。因为内存限制和大规模点云场景更加稀疏的特点，将传统神经网络的方法直接沿用到车载激光雷达扫描得到的点云场景中的效果不佳。本文中针对大规模点云的稀疏性，利用稀疏卷积神经网络对体素化点云进行特征提取。考虑到逐点处理分支抑制点云数据的密度不一致性导致的信息损失，另外设计了3D-CA和3D-SA模块，使稀疏卷积神经网络更好地提取特征。实验结果表明，与传统卷积神经网络的方法和将点云投影到平面的方法相比，使用稀疏卷积神经网络对大规模点云进行语义分割，可将平均交并比提升4.1%和3.4%，证明了该方法的有效性。

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基于驾驶员的智能座舱人机工效测评研究

郁淑聪,孟健,郝斌

2022 (1): 36-43. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.005

摘要 ( 347 )

HTML ( 31 )

PDF(1862KB) ( 428 )

本文旨在针对汽车驾驶智能座舱交互体验，研究并提出了一种智能座舱测试评价方法。基于用车情景细分座舱功能点，根据功能点将主观指标、车辆指标、眼动指标等多维度指标体系相结合，搭建了基于主客观测评方式相结合的座舱交互体验综合评价模型，并通过层次分析法对逐级指标权重进行确定，最终确立基于驾驶员的智能座舱人机工效测评模型。通过座舱交互案例进行验证，表明本模型能对各用车情景下的驾驶座舱功能点进行综合得分量化评价，可为针对驾驶的智能座舱交互体验的优化与研发提供理论依据。

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典型原料生物柴油燃烧颗粒物微观结构及氧化特性

贾长凯,张登攀,赵根锐,苏力,梅德清,袁银男

2022 (1): 44-51. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.006

摘要 ( 238 )

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PDF(3112KB) ( 167 )

应用EEPS粒径谱仪、高分辨率透射电子显微镜、同步热分析仪等仪器分析了3种不同碘值生物柴油（大豆生物柴油、棕榈生物柴油和餐废油脂生物柴油）在高压共轨柴油机燃烧产生颗粒物的微观结构和氧化特性。结果表明：相较于柴油燃烧颗粒物，生物柴油燃烧颗粒物粒径偏小、聚集程度更高、基本碳粒子微晶碳层越发无序，起燃温度T_i、燃尽温度T_e和氧化速率峰值温度T_p更低。大豆生物柴油、棕榈生物柴油和餐废油脂生物柴油燃烧颗粒物的盒维数比柴油颗粒分别变大0.8%、0.9%、1.1%；平均粒径分别降低5.1%、6.7%、13.9%；表观活化能分别降低12.4%、13.4%和16.9%，氧化反应所需能量降低。随着生物柴油碘值的降低，生物柴油燃烧颗粒物的数量浓度减小，盒维数增大，颗粒物内部碳层更短小、更弯曲，氧化活性升高。

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CNG发动机缸内气流条件与双点点火对火焰传播特性及热效率的影响

杨淼,林学东,李德刚,刘迎澍

2022 (1): 52-57. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.007

摘要 ( 209 )

HTML ( 4 )

PDF(2633KB) ( 139 )

提高CNG-DI发动机的指示热效率是适应低碳化要求的重要途径。采用CFD软件AVL FIRE，对2.0 L柴油机改装的CNG-DI发动机燃烧过程和缸内流场特性进行了仿真分析。首先用CNG-DI光学发动机实验结果验证了计算模型的正确性。基于仿真模型分析了CNG燃料缸内直喷时不同燃烧室结构的湍流强度对火焰传播过程的影响，以及双点点火模式对平顶燃烧室火焰传播速度的影响。结果表明，燃烧室形状对湍流特性和浓度场分布特性有较大影响。湍流强度的增加加速了火焰的传播过程，但湍流强度过大会导致火焰表面断裂，局部燃烧不充分，使得燃烧效率下降，从而导致指示热效率下降。双点点火不仅能增大火焰前锋面积，而且能在两火焰团之间形成相互驱动效应，燃烧更加充分，从而提高指示热效率。

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基于发动机在环的重型柴油车实际道路细小颗粒物排放特性研究

汪晓伟,景晓军,高涛,谷雪景,张佑源,吴琳琳

2022 (1): 58-63. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.008

摘要 ( 420 )

HTML ( 9 )

PDF(2014KB) ( 442 )

本文中选取了一台7.8 L的重型柴油机，在发动机台架上运行WHSC（世界统一稳态循环）、冷热态WHTC（世界统一瞬态循环），并通过发动机在环的方法在发动机台架上运行重型柴油车实际道路（PEMS）循环，采用能够同时测量PN10（10 nm以上颗粒物数量）和PN23（23 nm以上颗粒物数量）的颗粒计数器等设备测量了细小颗粒物排放。结果表明：PN10和PN23的PEMS工况瞬态排放的变化规律基本一致。PN10的比排放比PN23的比排放高。重型车PEMS中高速高负荷区间PN排放增加很快，且此时排放的颗粒物粒径较大，PN10和PN23的差异不明显。在中速区间，PN10的排放显著高于PN23。WHTC和基于EIL的PEMS两种测试工况的发动机运行工况点差异很大。基于EIL的开发方式能够在发动机台架上进行整车PEMS颗粒物排放的评估。

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基于EMB的纯电动汽车制动能量回收优化控制策略研究

常九健,张煜帆

2022 (1): 64-72. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.009

摘要 ( 336 )

HTML ( 22 )

PDF(2913KB) ( 335 )

为提高电动汽车制动时回收的能量，减少能源浪费，本文中提出了一种基于电子机械制动（EMB）系统的再生制动力分配策略。首先，根据制动踏板信号得到当前制动强度，结合前后轴制动力分配策略分别得到前轴、后轴制动力。然后以车速、电池SOC值和制动踏板行程为输入，再生制动占比为输出，创建模糊控制器，且以制动时回收能量最大化为优化目标，运用PSO算法优化模糊控制器。最后进行Simulink和AVL Cruise的联合仿真。结果表明，在NEDC工况下能量回收提升2.5%，在CLTC-P工况下能量回收提升1.56%。

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基于边界分析的重载轮胎滚动过程接地角和印记非对称性分析与验证

刘志浩,刘钇汛,高钦和,刘秀钰

2022 (1): 73-81. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.010

摘要 ( 90 )

HTML ( 3 )

PDF(3429KB) ( 207 )

基于解析弹性基础的柔性胎体模型，并考虑胎体圆环的径向变形与切向变形之间的耦合关系，为重载大扁平比轮胎建立了柔性环二维轮胎低频动力学模型。采用接地边界求解方法探究了轮胎的接地滚动过程中的接地角和接地印记的非对称特性，并进行了轮胎接地刚度和接地印记非线性实验验证。结果表明：采用接地边界求解可准确计算接地角和接地印记；基于胎内应变传感器的接地印记估计方法可间接测量轮胎滚动过程中的接地印记。

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基于电子助力器的冗余防抱死制动算法研究

刘晓辉,于良耀,郑晟,卢正弘,宋健

2022 (1): 82-93. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.011

摘要 ( 183 )

HTML ( 4 )

PDF(5476KB) ( 335 )

自主研发一种带踏板推杆的半解耦电子助力器（eBooster），基于变增益PID控制算法，对eBooster液压力进行精准控制；当车辆ABS系统失效时，通过对车辆各状态变量的估算和监测，基于eBooster对制动主缸液压力的主动调整；以冗余制动防抱死（ABS）功能实现为要求、制动强度和舒适性提升为目标，提出一种基于滑模控制的冗余ABS控制算法；构建整车、轮胎、eBooster、制动轮缸和冗余ABS等数学模型，进行仿真，并在试验车（哈弗H6）上完成基于eBooster的冗余ABS控制算法验证。结果表明，在常规ABS失效时，基于eBooster的冗余ABS控制算法，能在保证制动强度和舒适性的前提下，很好地实现冗余ABS功能，提高车辆安全性。

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面向“离位”儿童乘员的常开式安全气囊优化设计

刘刚,洪亮,葛如海

2022 (1): 94-104. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.012

摘要 ( 147 )

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PDF(4217KB) ( 180 )

儿童乘坐校车时常呈现多种“离位”坐姿，有必要开展多种儿童坐姿下，常开式安全气囊的优化设计研究，明确12岁儿童的损伤阈值。为此构建并验证校车的仿真模型，搭建校车和常开式安全气囊的耦合模型。选取躺卧坐姿、右倾坐姿作为12岁儿童乘员的典型“离位”坐姿，并针对正常坐姿、躺卧坐姿和右倾坐姿，以加权伤害指标为优化目标，基于响应面代理模型和改进型NSGA-Ⅱ算法，权衡确定常开式安全气囊的主要设计参数的最优配置为：泄气阀开度199.73%、泄气阀开启压力1.1628×10⁵ Pa、安装点高度0.362 8 m和中部拉带长度0.315 2 m。结果表明：3种儿童坐姿下，具备最优配置的常开式安全气囊能够最大限度地提升12岁儿童乘员的安全性。

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越野车复合型悬架平顺性的研究

孙文,李晨阳,王军年,钱灏喆,张文通

2022 (1): 105-114. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.013

摘要 ( 232 )

HTML ( 23 )

PDF(3008KB) ( 284 )

为解决越野车在复杂路面行驶过程中平顺性较差的问题，本文中在某型越野车原悬架系统上加装空气弹簧，形成新型复合型悬架结构。首先为探究越野车悬架系统的振动机理，通过对越野车空气弹簧和原悬架系统进行理想化结构分析，构建出了空气弹簧与螺旋弹簧相并联的复合型悬架系统模型；然后针对越野车行驶要求，提出了一种新型工作模式切换控制策略，并验证其有效性，完善了复合型悬架的控制系统；最后，将复杂路面作为复合悬架工作工况，以车身垂向加速度、悬架动行程和轮胎动变形作为评价指标，分析了复杂路面对复合悬架越野车平顺性和道路友好性的影响。结果表明：在复杂路面下，装复合型悬架系统的越野车比传统越野车有更好的平顺性，并有效解决了正常行驶下空气弹簧的损耗问题。

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基于RISF融合的车辆横摆角速度估计

廖尉华,何智成,蒋祖坚,余天龙,何逸波

2022 (1): 115-122. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.014

摘要 ( 224 )

HTML ( 13 )

PDF(2532KB) ( 220 )

使用车载角速度传感器测量获得的横摆角速度，存在噪声干扰大、量测值滞后等问题。为了提高车辆横摆角速度估计的精确性，本文中设计了一种基于可靠指标传感器融合（reliability indexed sensor fusion，RISF）多源传感信息融合的估计算法。首先，使用自适应容积卡尔曼滤波算法对横摆角速度传感器量测值进行滤波；然后，建立考虑道路侧倾角的自行车模型，使用车载轮速、前轮转角和横向加速度传感器信号，建立动力学递推公式，并使用阿克曼定理的计算结果作为状态更新值，估计出横摆角速度；最后，设计基于RISF的自适应卡尔曼滤波框架融合传感器滤波值和模型估计值。实车道路测试结果表明：该方法可估计出道路侧倾角，RISF融合值比单一传感器滤波的估计效果更好。

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基于滑模理论的高速车辆侧风稳定性控制研究

梁宝钰,汪怡平,刘珣,张倩文,熊建波,胡兴军,王靖宇

2022 (1): 123-130. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.015

摘要 ( 161 )

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PDF(2366KB) ( 267 )

针对高速车辆侧风稳定性问题，搭建了汽车多体动力学（multi-body dynamics，MBD）和计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）双向耦合平台，并基于该平台设计了一种侧风稳定性控制系统。该系统的上层控制器基于滑模理论计算出侧风干扰下的高速车辆为维持稳定所需的附加横摆力矩，下层控制器将上层控制器输出的横摆力矩分配到各个车轮，从而完成车辆的抗侧风干扰控制。分析了未受控制车辆与直接横摆力矩控制（direct yaw-moment control，DYC）车辆在阶跃侧风下的运动特性和气动特性。研究结果表明，在阶跃侧风中，未受控制车辆的最大横摆角为5.7°，最大侧向位移为4.0 m，而施加DYC后，车辆横摆角基本为0，最大侧向位移为0.41 m，较好地维持了直线行驶状态。表明在此侧风稳定性控制系统下，高速车辆的抗侧风干扰能力得到有效提升。

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驾乘舱非均匀热环境中人体热生理响应与主观热感觉相关性分析

李伟健,陈吉清,兰凤崇,谢海亮

2022 (1): 131-141. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.016

摘要 ( 120 )

HTML ( 14 )

PDF(3805KB) ( 321 )

明确乘员生理热响应与热感觉相关性是实现舱内热环境智能化控制的迫切需求。为探究人体热感觉与其生理热调节的关系，搭建了非均匀热流耦合的乘员舱气候试验平台，进行主观热感觉评分，通过热感觉和热舒适试验建立双标尺的人体热感觉评价体系，接着，通过受试者穿戴传感器，测得脉率、血氧饱和度、血压和皮肤温度等生理热响应。对试验数据进行处理和分析，T检验数值表明，脉率及其变化率与热感觉呈显著正相关（Pearson相关系数分别为0.943和0.955），而血压的平均压变化率和舒张压变化率与主观热感觉呈显著负相关（Pearson相关系数分别为-0.955和-0.948）。

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基于卷积神经网络的逆变器故障诊断方法

于海,邓钧君,王震坡,孙逢春

2022 (1): 142-152. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.017

摘要 ( 185 )

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PDF(3425KB) ( 236 )

针对车用永磁同步电机驱动系统在长期运行过程中存在的逆变器故障风险，本文中提出了一种基于卷积神经网络的逆变器故障诊断方法。首先，对三相定子电流数据进行标幺化和单位电周期电流数据筛选处理，降低电机驱动系统变转矩、变转速工况对故障诊断效果的影响；然后，结合卷积神经网络，发挥其提取故障特征和抗噪优势，实现逆变器故障诊断。在MATLAB/Simulink环境中搭建了车用永磁同步电机驱动系统模型，通过故障注入仿真数据和实验数据构建用于卷积神经网络训练的数据集，验证了所提出故障诊断方法的有效性。同时，探究了训练样本数据集稀疏化和电机型号差异化情况的适用性。仿真结果表明：在噪声数据和稀疏数据条件下，本文中提出的故障诊断方法具有很好的鲁棒性和普适性。

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