汽车工程

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基于DBSCAN与二分法的混合A*路径规划方法

胡满江,牟斌杰,杨泽宇,边有钢,秦晓辉,徐彪

2023 (3): 341-349. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.001

摘要 ( 276 )

HTML ( 40 )

PDF(3582KB) ( 356 )

在多障碍物非结构化场景中，传统混合A*算法存在计算效率低、路径平滑性差的问题。针对该问题，本文提出了一种基于密度聚类算法（density-based clustering，简称DBSCAN）与二分法的混合A*路径规划方法。首先，设计基于DBSCAN算法的障碍物聚类方法，简化多障碍物非结构化场景，避免混合A*算法在类U形障碍物群附近的无效节点拓展，有效提高算法效率。然后，提出基于二分法的状态节点拓展策略，能够在不显著增加混合A*算法计算复杂度的前提下，搜索出一条更平滑的路径。最后，基于MATLAB进行仿真。结果表明，在多障碍物非结构化场景中，本文提出的改进混合A*算法可以显著提升计算效率并改善路径平滑性。

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引入必经点约束的智能汽车全局路径规划

胡杰,朱琪,陈锐鹏,张敏超,张志豪,刘昊岩

2023 (3): 350-360. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.002

摘要 ( 255 )

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PDF(3369KB) ( 326 )

目前对于智能车全局路径规划的研究多数只针对从起点到终点的情况。针对该问题，本文中融合改进A*和模拟退火算法，设计了一种引入必经点约束的全局路径规划算法。首先，基于A*算法计算关键节点间的最短路径并保存。然后，基于启发式算法中的模拟退火算法对过必经节点的全局路径进行迭代随机优化。接着，基于真实高精度地图对算法的有效性以及时间复杂度进行实验分析。结果表明，设计的算法在求解质量和求解速度方面都有较好的表现。最后，通过实车实验，进一步验证了算法的有效性和适应性。

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考虑前车运动不确定性的多目标自适应巡航控制

张紫微,郑玲,李以农,乔旭强,郑浩,王戡

2023 (3): 361-371. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.003

摘要 ( 238 )

HTML ( 24 )

PDF(3395KB) ( 311 )

考虑前车运动状态不可控所带来的性能下降，提出一种基于高斯过程的随机模型预测多目标自适应巡航控制方法。基于车间运动关系对跟驰系统进行集成建模，综合考虑车辆安全、经济、舒适等多维诉求，确定跟驰系统目标函数与性能约束；引入径向基核描述样本间的关系，通过极大似然法获取预测模型超参数，根据历史交通数据，对前车运动轨迹进行短期预测；考虑预测结果存在的偏差，引入概率约束，建立不确定环境下的随机预测模型以保障系统在随机扰动下的整体性能最优；通过切入、加速跟驰、减速避撞等典型场景对算法的有效性与优越性进行验证。研究结果表明：所提出的方法具有良好的工况适应性，可快速消除跟踪误差与前车运动保持一致，使车辆对交通环境的反应更加敏捷。

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智能网联汽车通用跨平台实时仿真系统架构及应用

胡耘浩,李克强,向云丰,石佳,罗禹贡

2023 (3): 372-381. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.004

摘要 ( 249 )

HTML ( 23 )

PDF(3336KB) ( 276 )

为解决跨平台实时仿真测试过程中数据通信方式不通用、系统架构多样且难拓展、缺乏跨平台多软件数据同步方式的问题，本文中提出了一种面向智能网联汽车的跨平台实时仿真系统架构。首先借鉴车载以太网传输层通信协议设计多仿真平台间数据通信，构建通用数据通信交互方式；其次，根据智能网联汽车系统测试需求，确定所需的实时测试平台、车辆动力学仿真平台、传感器测试平台及以太网测试平台，参考汽车总线的分布式架构，设计通用且可拓展的跨平台实时仿真系统架构；最后，建立数据中转平台作为系统数据通信中枢，实现多软件、多平台运行同步。以前方侧翻智能避障算法为例进行应用验证，结果表明，基于跨平台实时仿真系统架构所设计的仿真测试系统，可通过数据中转模块调节被测算法及多平台、多软件的仿真速度，低时延的通信方式及实时硬件仿真平台，保证多平台、多软件实时同步运行，数据交互通信方式统一，系统架构具备通用性、拓展性。

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自动驾驶等级提高条件下驾驶人驾驶姿势变化规律分析

黄青阳,金晓萍,张怡康

2023 (3): 382-392. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.005

摘要 ( 147 )

HTML ( 17 )

PDF(3601KB) ( 190 )

为研究驾驶人在自动驾驶等级提高条件下的坐姿变化规律，基于直接测量的人体标志点位计算人体内部目标标志点并构建人体模型，确定驾驶人在驾驶过程中7个部位的关节角度，定量描述L0和L3级自动驾驶坐姿特征差异。结果表明，自动驾驶等级由L0提高到L3后，驾驶人的肘部屈曲、胸腹部屈曲、膝盖弯曲度不同程度的增大导致活动空间得到扩展，坐姿舒适度有所提高，而腰背部后倾的趋势加深，上躯干倾向处于扭曲或压缩状态，腰背部由于得不到充分支撑而疲劳，降低了乘坐舒适性。自动驾驶等级的提高改变了驾驶任务，因此驾驶人坐姿特征发生显著变化。本文可为高度自动驾驶汽车的驾驶室布局与自动驾驶功能研究提供重要参考依据。

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燃料电池模型多尺度参数双代价函数的全局灵敏度分析

王俊峰,陈吉清,兰凤崇,刘青山,曾常菁

2023 (3): 393-401. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.006

摘要 ( 93 )

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PDF(3390KB) ( 120 )

质子交换膜燃料电池半经验模型存在较多未知经验参数，且其尺度和取值范围均相差较大，在全局灵敏度分析中局部高灵敏度信息易丢失，从而导致结果存在偏差。为此，构造了互为倒数的双代价函数。在原代价函数基础上计算全域内经验参数与响应误差的相关性，利用Sobol方法均匀采样进行首次全局灵敏度分析，筛选整个取值范围内高灵敏度（即影响收敛速度）参数；进而利用倒数代价函数放大局部区域的误差相关性，对于剩余全域不敏感参数，进行倒数代价函数的再次全局灵敏度分析，筛选出局部取值范围内高灵敏度（即影响收敛精度）参数。从而提高了多尺度多局域高灵敏参数识别能力。分析结果证明了所得高灵敏度参数辨识后模型的响应误差与全参数辨识的结果一致，可节省约60%的计算成本。该方法的适用性和准确性在电堆实验中均得到了有效验证。

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振动对燃料电池扩散层液态水传输行为探究

焦道宽,郝冬,王晓兵,马明辉,张妍懿

2023 (3): 402-408. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.007

摘要 ( 117 )

HTML ( 7 )

PDF(1992KB) ( 154 )

研究基于OpenFOAM开源平台，自主开发了三维气体扩散层的重构方法，并基于动网格技术建立了探究振动对气体扩散层内部液态水传输行为影响的数值模型。对不同振动方向、幅度及频率对液态水传输的过程进行了分析。研究发现相比于水平方向，垂直方向上的振动对于液态水的传输影响更明显。液态水的饱和度在高频振动时呈现出较为规则的正弦振动特点，但在低频振动时液态水饱和度的周期性特点不规则或不显著，整体上接近于正弦变化。研究结论对于燃料电池堆的布置方案及减振思路设计具备一定的指导意义。

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8轮分布式电驱动车辆AFS和DYC协同控制

李子先,潘世举,徐友春

2023 (3): 409-420. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.008

摘要 ( 159 )

HTML ( 13 )

PDF(3208KB) ( 199 )

为提高8轮分布式电驱动车辆动力学综合控制性能，提出一种主动前轮转向系统（AFS）和直接横摆力矩系统（DYC）协同控制方法。首先，基于车辆模型求得考虑垂直载荷转移和侧倾稳定性的期望横摆角速度和质心侧偏角。其次，提出一种联合双线法和横摆角速度法的 $β - β ˙$ 相平面区域划分方法，将车辆状态划分为稳定域、临界稳定域和非稳定域。然后，设计包含决策层、协调控层和转矩分配层的控制器。在决策层，采用改进滑模函数设计附加横摆力矩滑模控制器和附加转角滑模控制器。在协调控制层，根据车辆状态所处的相平面区域设计3种控制策略。在转矩分配层，根据各轴的垂直载荷比例分配各轮转矩。最后，基于MATLAB/Simulink和Trucksim联合仿真平台，进行双移线跟踪试验验证。结果表明，所提控制方法具有较好的轨迹保持精度和车身姿态修正能力，能有效提高车辆的行驶稳定性。

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多行星排转矩定向分配电驱动桥振动特性优化

王军年,高守林,杨钫,管畅洋,杨志华

2023 (3): 421-429. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.009

摘要 ( 83 )

HTML ( 7 )

PDF(3300KB) ( 149 )

以提出的一种左右驱动轮转矩可进行受控任意分配的电动汽车新型转矩定向分配（TV）驱动桥为研究对象，对其特有的多组行星齿轮复杂耦合机构在高速工况下会因齿轮系统传递误差激励，导致TV驱动桥系统出现振动噪声影响动态品质问题开展研究。首先在Romax软件中对驱动桥的静力学性能、固有振动频率和系统振动的来源及特性进行分析；其次，建立多工况下综合考虑齿向修形量和齿廓修形量的多目标齿轮微观修形优化函数；最后，分别对比了遗传算法和全因子法的齿形优化效果。研究结果表明：与驱动桥初始设计阶段相比，经过全因子法齿轮微观修形优化后TV驱动桥的承载能力和振动特性得到明显改善。

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高热效率稀燃发动机的产品开发

崔亚彬,赖海鹏,贾楠,柳茂斌,袁中营

2023 (3): 430-437. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.010

摘要 ( 93 )

HTML ( 8 )

PDF(3158KB) ( 171 )

混合动力汽车是降低整车CO₂排放和污染物排放的有效解决方案。提升混动发动机最高热效率，并扩大常用工况高热效率区可以有效降低整车燃油消耗。根据混动技术平台需求，开发了一款2.0T高效稀燃混动发动机。该发动机采用高压缩比，大程径比和深度米勒循环，使用高滚流气道设计实现了过量空气系数1.8的超稀薄燃烧。凭借先进的燃烧系统和降摩擦设计，该发动机实现了44%的有效热效率。同时，41%以上热效率区域覆盖了转速从1 000到4 000 r/min发动机混动常用工况点，确保了出色的整车燃油经济性。此外，高效稀燃发动机还实现了115 kW的最大功率和240 N·m的转矩平台，保证了混动系统的动力性需求。

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DPF内灰塞分布对颗粒捕集特性的影响

张韦,蒋龙,孟丽苹,李泽宏,陈朝辉,李志军

2023 (3): 438-450. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.011

摘要 ( 66 )

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PDF(12929KB) ( 75 )

为研究柴油机颗粒捕集器（DPF）内由积灰形成的灰塞对颗粒（PM）捕集特性的影响，构建DPF孔道及灰塞的CFD模型，采用连续相耦合离散相方法，研究灰塞的堵塞比、长度、位置、数量对DPF孔道内的流场及PM捕集特性的影响。结果表明：对于DPF孔道内的气流运动而言，灰塞的位置和堵塞比对压降的贡献大于数量和长度，尤其是第1个灰塞的分布位置对压降具有决定性作用。灰塞会改变DPF内PM的沉积模式，受“突扩效应”影响在灰塞出口端的回流区会加剧PM分布的不均匀性。孔道内灰塞分布前移，会使PM的沉积不均匀，随灰塞分布后移，PM沉积逐渐前移且分布更均匀。

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不同环境温度下E10轻型车CO₂排放研究

谭丹,王亚超,谭建伟,李家琛,王昌钰,葛蕴珊

2023 (3): 451-458. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.012

摘要 ( 88 )

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PDF(1312KB) ( 124 )

全球变暖使得机动车排放的温室气体受到重视。为量化温度对车辆CO₂排放的影响，本研究在-10、0、23和40 ℃的环境温度下对一辆轻型E10汽油车进行了WLTC测试循环，发现热起动时-10和0 ℃的CO₂排放因子相较23 ℃分别高了10.4%和20.8%，冷起动时车辆实现完全热机的时间长于国六标准要求的300 s。相对偏差因子RF在车辆完全热机时接近于1，而23和40 ℃分别在 $R F 4$ 和 $R F 3$ 接近1，说明环境温度越高，实现完全热机所需的时间就越短。-10 ℃时绝对偏差因子 $A F 1$ 和 $A F 2$ 分别是23 ℃的1.98倍和3.63倍，量化了冬季与夏季车辆冷起动CO₂ 排放的差距。累积CO₂排放与怠速CO₂排放因子存在很强的相关性，可用于建立或修正微观CO₂排放模型，并建议在评估车辆CO₂排放时考虑环境温度的变化。

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CTB结构中电池与车身密封设计研究

廉玉波,田洪生,黄海,温锦志,保玉环

2023 (3): 459-467. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.ep.001

摘要 ( 225 )

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PDF(4254KB) ( 267 )

CTB（cell to body）电池车身一体化技术在提升续航里程、整车刚度和耐撞性等方面具有很大优势，已成为新能源汽车行业发展新方向，但要将电池上盖与车身地板二合为一，密封是限制CTB技术发展的最大难题之一，目前行业在CTB密封领域的研究还是空白。本文从CTB密封策略、密封结构设计、密封组件选型、失效后果分析和用户工况设计验证展开研究，首次提出攻克行业内CTB密封设计难题的解决方案，加速CTB技术普及应用，推动全球新能源汽车产业电动化转型。

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考虑疲劳性能的驾驶室拓扑优化设计

高云凯,张锁,袁泽

2023 (3): 468-476. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.014

摘要 ( 131 )

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PDF(5432KB) ( 173 )

针对某重型货车驾驶室台架疲劳试验出现破坏问题，提出了以疲劳寿命最大化为目标的双向渐进结构优化方法（FA-BESO）。首先，进行驾驶室的台架试验，找到驾驶室疲劳薄弱位置。进一步推导单元低周疲劳分析的灵敏度，以此值作为单元删减依据，通过对有限元软件进行二次开发来实现连续体结构的FA-BESO。接着，通过标准算例验证了此方法的有效性。最后，为提高优化效率，建立驾驶室的梁骨架简化模型，并验证了简化模型对于疲劳破坏位置具有良好预测性，将该算法运用到A柱加强板的考虑疲劳性能的拓扑优化中，优化结果表明，驾驶室的疲劳寿命可比优化前提高2倍，验证了FA-BESO提高驾驶室疲劳寿命的可行性。

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胀压成形重型货车桥壳设计及扭转工况性能分析

王连东,宋希亮,李莹莹,崔亚平,武婷

2023 (3): 477-488. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.015

摘要 ( 65 )

HTML ( 10 )

PDF(2278KB) ( 85 )

重型货车桥壳尺寸大、承载重，桥包部分受力复杂，在开发试验及工程应用中存在开裂现象。本文中提出了无缝钢管胀压成形的重型货车桥壳设计方法，给出了胀压成形工艺流程；设计并试制出1∶1的轴荷11.5 t重型货车桥壳样件，通过胀压成形过程的有限元模拟，揭示了桥壳的壁厚变化以及后盖过渡圆弧面的应力分布规律，揭示出桥包的变形强化系数达到1.37~1.61。通过在桥壳样件上推力座施加65 kN纵向力的扭转工况静强度模拟及试验，揭示出桥包部分的切向应变和法向应变最大为317με、每米轮距的最大纵向变形小于0.91 mm，并给出了桥包前平面高出两侧宽度、无缝钢管壁厚的设计依据。基于实车采集载荷谱下进行扭转工况的疲劳试验，胀压成形桥壳样件经过5个阶段共计141.9万次的循环，仍保持完好未失效。研究结果表明，无缝钢管胀压成形的重型货车桥壳质量轻、强度刚度高，为彻底解决桥包的失效问题提供了重要参考。

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基于主动倾斜式尾翼的车辆气动特性研究

查云飞,石小山,吴昊,李敏旭,陈慧勤

2023 (3): 489-500. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.016

摘要 ( 80 )

HTML ( 8 )

PDF(8255KB) ( 98 )

为提高车辆在弯道行驶的操纵稳定性，本文中设计了一款主动倾斜式尾翼的空气动力学套件，在现有车辆的基础上加装主动倾斜式尾翼和前唇，通过空气动力学仿真找出车辆气动特性与尾翼倾角和攻角的关系。基于模糊控制算法设计可调倾角和攻角的控制策略，并通过车辆操纵稳定性仿真对控制策略进行了优化。在实车上加装主动倾斜式尾翼空气动力学套件并根据优化后的控制策略编写代码，基于国家标准进行操纵稳定性实车试验。试验结果表明，加装主动倾斜式尾翼空气动力学套件的车辆相对于加装仅攻角可调的空气动力学套件车辆、未加装空气动力学套件的车辆在稳定性上都有一定的提升。

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汽车与电动两轮车碰撞典型场景下的AEB纵横向触发策略研究

韩勇,袁小宾,卢明,谈笑天

2023 (3): 501-509. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.017

摘要 ( 142 )

HTML ( 10 )

PDF(1275KB) ( 146 )

在汽车与电动两轮车碰撞事故中，自动紧急制动（autonomous emergency breaking，AEB）系统的横向触发固定宽度是避撞失效的重要因素之一。为了提高汽车AEB系统的避撞可靠性，本文在分析了汽车与电动两轮车碰撞临界工况的纵横向TTC（time to collision）差值范围的基础上，建立了AEB纵横向触发TTC差值模型。基于PreScan、Matlab/Simulink和CarSim仿真平台建立2种典型的汽车碰撞电动两轮车事故场景，并与横向触发宽度固定为1.75和3.75 m的AEB策略对比。结果表明：提出的AEB纵横向触发TTC差值模型在避撞率中表现更优，在汽车速度低于54 km/h时均能实现避撞。在典型场景1中避撞率为88.9%（45例），未避撞事故碰撞平均速度从70.6下降到29.7 km/h；在典型场景2中避撞率为80%（30例），未避撞事故汽车平均碰撞速度从66降低为18.2 km/h。AEB纵横向触发TTC差值模型具有良好的可靠性和鲁棒性，提高了汽车与电动两轮车道路安全性，为汽车主动安全系统开发提供重要理论参考。

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二排鞭打测试数据统计与相关性分析

张爱法,娄磊,陈洋

2023 (3): 510-516. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.018

摘要 ( 63 )

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PDF(3207KB) ( 121 )

CNCAP二排座椅动态鞭打试验是国际NCAP评价体系中最先提出的鞭打测试项目，导致汽车企业对其了解不足，关注度非常高。为深入认识二排鞭打试验，本文中收集了226组样本数据，通过分类汇总获得了鞭打静态测量参数头后间隙、头枕高度、座椅躯干角度以及二排鞭打动态成绩的离散分布规律，并建立了静态参量与鞭打动态得分之间的关联性。结果表明：二排座椅鞭打的得分率低且离散度较高，在追尾事故中保护人体头颈部软组织的性能整体较差；而优化座椅静态参数可以在一定程度上改善鞭打伤害指标，提高二排座椅的动态成绩；本研究对汽车企业掌握二排座椅鞭打现状提供了数据支撑，对优化二排座椅鞭打保护性能具有指导意义。

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车用纤维金属层板构件冲压变形行为研究

陈一哲,范宏德,王祎纯,王辉,李俊,华林

2023 (3): 517-526. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.03.019

摘要 ( 93 )

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纤维金属层板（fiber metal laminate， FML）是一种新型轻量化混杂材料，逐渐被应用于汽车等运载装备领域，但其成形过程受多种参数影响，成形过程中的应力应变分布规律尚不清楚。选用T300碳纤维铝合金复合层板为研究对象，利用ABAQUS有限元软件对其冲压成形过程进行模拟，并进行了精度验证。主要研究了FML在预浸料种类、层板厚度和层板数等因素的影响下，应力分布及壁厚变化规律。结果表明，建立的FML冲压模型计算精度准确，预浸料种类主要影响纤维层的应力分布和壁厚变化，层板厚度和层板数对各层的壁厚变化产生影响，通过减薄层板厚度或增加层板数可以缓解过度减薄问题，层板厚度和层数也会影响铝合金层的应力分布，随着厚度和层数的增加，铝合金层的应力分布趋于均匀。

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