汽车工程

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分布式电动车辆驱动系统MFAC主动容错控制^*

胡云, 江发潮, 陈锐, 罗禹贡

2019 (9): 983-989. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.001

摘要 ( 584 )

PDF(1432KB) ( 647 )

为解决分布式电驱动车辆驱动系统主动容错控制大多需要依赖于复杂、非线性车辆模型以及精确故障信息这一问题,提出了基于多输入多输出无模型自适应主动容错控制方法。该方法在控制系统设计时仅利用车辆系统的多个输入输出信息,在各个失效工况下,通过驱动系统和转向系统的协同容错控制,保证车辆既能维持期望车速也不偏离既定轨迹行驶,并通过理论推导证明了控制器单调收敛性和有界输入输出。基于MATLAB/Simulink和CarSim的联合仿真对控制算法有效性进行了验证,典型工况下,整车纵向速度误差维持在3%以内,横向不失稳以及不跑偏,确保了行驶安全;在此基础上通过驾驶模拟器实验验证了控制算法的实时性。

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基于实车道路数据的插电式混合动力能耗敏感性分析^*

夏洪朴, 王斌, 吴光耀, 李铁, 童荣辉

2019 (9): 990-997. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.002

摘要 ( 440 )

PDF(1152KB) ( 420 )

为评价插电式混合动力(PHEV)在实际行驶过程中的能耗水平,分析影响PHEV能耗水平的关键因素,本文中基于180人次的实车行驶记录数据,构建车辆行驶状态和驾驶员驾驶行为与PHEV整车综合能耗之间的相关关系。首先,利用主成分分析法,对行驶工况参数矩阵进行特征解耦,提取对整体信息累计贡献度达84%的5项主成分,并根据影响系数矩阵的数值分布对主成分进行指标定义。然后,基于运动学片段,利用K均值聚类算法对各主成分进行依次约束,从而形成目标实车道路工况,并将其代入整车能量流仿真模型中计算综合能耗水平。最后,计算各主成分与综合能耗水平之间的皮尔逊相关系数和协方差值,并对其进行聚类和敏感性定义。结果表明,本文中提取出的人车路3项代表性指标与能耗呈现出较强的敏感性关系。本文中的结论对于插电式混合动力汽车整车参数和控制参数的选取有重要的指导意义。

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本征正交分解在发动机缸内流场拟序结构研究中的应用^*

秦文瑾, 齐观超, 汪涛, 周磊, 贾明, 解茂昭

2019 (9): 998-1005. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.003

摘要 ( 298 )

PDF(1791KB) ( 597 )

本文中应用大涡模拟方法对一台四气门单缸光学发动机进行了100个连续周期冷态流场计算,计算结果通过了PIV实验验证,为缸内湍流场拟序结构的研究构建了可靠的数据库。然后应用本征正交分解方法对缸内湍流场数据库进行了深度加工,根据湍流场涡团结构含能量进行分解,有效实现了大尺度拟序结构和小尺度随机脉动涡团的分离,为研究拟序结构和其他不同尺度涡团特性提供了便利。另外,计算结果还表明,进气冲程阶段的进气射流主导着缸内早期整体流动形态,产生的大尺度拟序结构涡团在随后的过程中不断破碎成小尺度涡团,并伴随着能量级联现象的发生,之后缸内流场会逐渐趋于各向同性。

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旋转车轮气动效应的CFD仿真和风洞实验及减阻优化研究

方健, 王夫亮

2019 (9): 1006-1012. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.004

摘要 ( 370 )

PDF(3758KB) ( 473 )

本文中以上汽通用公司两款车型为研究对象,运用运动参考坐标系(MRF)方法中的多重参考坐标系(MRF)方案,模拟了车轮转动,对车轮静止和转动条件下汽车的气动特性进行了CFD仿真和风洞实验。通过仿真与风洞实验结果的对比,验证了MRF方法模拟车轮转动气动效应的准确性。基于流场仿真结果分析了转动车轮气动阻力的产生机理和转动车轮对尾流结构和尾端压力的影响,探讨了车轮转动引起整车C_d变化的流场作用机理。根据流场分布特点提出车轮减阻优化方案,仿真结果表明,最优方案能显著降低C_d。本研究提供了准确模拟车轮转动气动效应的流场CFD仿真方案,分析了车轮转动相关的复杂流场相互作用机理,为车轮和尾端区域气动优化开发提供了有益参考。

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高速公路弯道路段车辆紧急避撞安全换道模型^*

彭涛, 苏丽俐, 关志伟, 张荣辉, 宗长富, 李俊凯

2019 (9): 1013-1020. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.005

摘要 ( 367 )

PDF(898KB) ( 538 )

针对高速公路弯道路段安全换道问题,本文中基于侧向速度正态分布拟合方法,建立了考虑人车路相互作用的高速公路弯道路段车辆紧急避撞安全换道模型,并依据车辆安全避撞位置关系,提出了车辆弯道换道的安全性约束条件,获得了车辆制动换道方式下的车辆最小避撞安全距离。通过与传统模型和2自由度车辆动力学模型仿真对比,结果表明,该模型能较准确地描述车辆弯道路段换道运动轨迹和计算车辆避撞最小安全距离。车辆弯道避撞安全换道模型充分考虑了人、车、路之间的协同关系,为智能车辆与辅助驾驶的研究提供了参考。

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基于跟踪误差模型的智能车辆轨迹跟踪方法^*

潘世举, 李华, 苏致远, 徐友春

2019 (9): 1021-1027. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.006

摘要 ( 582 )

PDF(1400KB) ( 1907 )

为提高智能车辆轨迹跟踪精度,以车辆动力学模型为基础,提出一种基于线性时变模型预测控制的轨迹跟踪方法。该方法将车辆非线性动力学跟踪误差模型进行线性化和离散化处理,作为控制器的预测模型;建立系统控制增量的目标函数,设计状态量、控制量和控制增量约束条件,利用带约束的二次规划问题求解目标函数;将求得的最优序列的第一项控制量作用于系统。实验结果表明,在双移线工况下,当车速小于15 m/s时,横向最大误差小于0.52 m,航向最大误差小于0.067 rad。

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考虑并线的网联车辆巡航控制研究^*

张涛, 邹渊, 张旭东, 刘献韬, 王文伟

2019 (9): 1028-1035. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.007

摘要 ( 486 )

PDF(2097KB) ( 596 )

针对网联车辆行驶过程中容易出现旁车道的人类驾驶员并线进入车队的问题,本文中提出了一种考虑旁车并线行为的跟车策略,并设计了分布式应用的分层控制系统。首先分析了所提出的跟车策略的合理性,并构建了考虑延时与误差反馈的联网巡航控制(CCC)系统;接着在频域范围内分析了不同控制增益参数对系统稳定性的影响,仿真结果验证了多车队列行驶稳定性;最后搭建测试平台进行实车试验。结果表明:旁车并线时,CCC控制系统可快速实现车辆的制动并保证队列的稳定性,所提出的跟车策略可提升车辆的乘车舒适性与交通系统的安全性。

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基于行为识别和曲率约束的车辆轨迹预测方法研究^*

谢枫, 娄静涛, 赵凯, 齐尧

2019 (9): 1036-1042. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.008

摘要 ( 541 )

PDF(1729KB) ( 763 )

为对智能车周围环境中车辆的行驶轨迹做出合理、有效的预测,提出了一种基于行为识别和曲率约束的车辆轨迹预测方法。首先,接收感知得到的障碍物信息,结合高精度地图提供的车道线信息,对车辆进行行为识别;然后建立s-l坐标系,将车辆运动分解为沿车道线方向(纵向)的运动和垂直于车道线方向(横向)的运动,依据行为识别结果得到车辆在横、纵向运动的多项式方程;再以高精度地图中的车道线曲率作为约束,筛选出一条最优的预测轨迹。实车实验结果表明,在车道保持、换道和转弯3种基本行为下,车辆在4 s内的轨迹平均预测误差分别为:0.52,0.51和1.03 m,较CTRA模型预测误差分别减小了1.81,4.48和5.49 m,单个车辆轨迹预测平均耗时为0.103 ms,验证了本文中所提方法的有效性、准确性和实时性。

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基于主动横向稳定杆与差动制动联合控制的车辆防侧翻研究^*

陈松, 张红党, 吴海东, 张凤娇, 江晓莹

2019 (9): 1043-1049. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.009

摘要 ( 378 )

PDF(1495KB) ( 870 )

针对高速行驶的车辆处于大转角、避障等紧急工况下容易出现侧翻的问题,本文中提出了采用差动制动与主动横向稳定杆联合对车辆进行侧翻控制策略。为提高对车辆侧翻的控制效果,一方面通过全轮差动制动来提高车辆的横摆稳定性,防止车辆由于失稳产生绊倒性侧翻,并减小车辆的侧倾;另一方面,考虑到处于紧急工况下车辆的非线性与时变性,采用主动横向稳定杆并设计了2阶滑模超螺旋控制器来动态跟踪车辆的理想侧倾角,实现驾驶员对车辆侧倾姿态的准确判断,防止驾驶员产生误操作,进一步提高了车辆的防侧翻能力。最后,通过硬件在环试验对提出的主动横向稳定杆与差动制动联合控制策略的有效性进行了验证。

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半挂汽车列车主动气压制动系统建模与控制^*

朱冰, 张培兴, 汪震, 赵健, 吴坚, 冯瑶

2019 (9): 1050-1055. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.010

摘要 ( 304 )

PDF(970KB) ( 465 )

为提高半挂汽车列车主动安全性能,建立了一套半挂汽车列车主动气压制动控制系统。设计了一套能与半挂汽车列车传统气压制动系统兼容的主动气压制动执行机构,搭建了相应的硬件系统;建立了系统增、减压模型和电磁阀开关过程模型;利用实验数据,采用粒子群算法对模型参数进行了辨识;在此基础上,建立了基于模型的主动气压制动控制策略,并进行了测试验证。结果表明,提出的半挂汽车列车主动气压制动控制系统能实现精确的主动气压制动控制。

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高速工况下湿式离合器带排转矩特性的仿真与试验研究^*

周晓军, 吴鹏辉, 杨辰龙, 许晋, 商晓波, 王赵帅

2019 (9): 1056-1064. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.011

摘要 ( 256 )

PDF(3017KB) ( 610 )

为研究传统带排转矩模型无法预测的湿式离合器高转速工况下带排转矩回升的特性规律,建立了考虑沟槽和温度效应并包含气液两相的带排转矩数学模型,对模型的分析结果表明,高速工况下,摩擦片与钢片间隙润滑油膜厚度减小造成带排转矩回升的趋势。同时,建立VOF两相流模型,以仿真分析气液两相体积分数的分布规律。最后,针对不同工况进行了相关试验,分析了转速、带排间隙、润滑油流量、润滑油温度、摩擦材料和沟槽等因素对湿式离合器带排转矩的影响规律。

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轮胎非线性对自主车队稳定性的影响分析^*

李玲, 姚喜贵, 施树明

2019 (9): 1065-1072. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.012

摘要 ( 255 )

PDF(1948KB) ( 659 )

针对现有自主车队车辆模型不能反映轮胎非线性对车辆稳定性的影响问题,本文中利用其有效性已得到验证的5自由度车辆模型(纵向速度、侧向速度、横摆角速度、前轮转动角速度和后轮转动角速度),分别采用线性和非线性轮胎模型,分析不同初始跟随车速条件下,自主车队系统的动力学特性和稳定性。结果表明,轮胎的非线性严重影响高速跟随行驶中自主车队系统的稳定性,并导致跟随行驶车辆的失稳。

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驱动桥总成刚柔耦合建模与试验研究^*

时辉, 史文库, 刘国政, 张恒海, 陈志勇

2019 (9): 1073-1079. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.013

摘要 ( 325 )

PDF(1978KB) ( 472 )

为准确分析驱动桥齿轮传动系统的动力学特性,指导驱动桥的减振降噪设计,进行了驱动桥总成的刚柔耦合建模和试验研究。首先,采用有限元法建立了齿轮、桥壳和主减速器壳体等结构模型;然后,结合用多体连接单元模拟的轴承、花键和传动轴中间支撑等部件,构建了完整的驱动桥刚柔耦合模型;最后,对驱动桥进行自由状态和整车安装状态下的模态试验。结果表明:驱动桥在自由状态的振型不能反映实际约束下模态振型;因此不能单独将驱动桥作为研究对象,而须进行包括与之相连接的传动轴和钢板弹簧等部件在内的整车安装状态下的模态试验;将轴承和花键等部件简化为多体连接单元,可在保证模型计算精度的前提下,显著提高计算速度;驱动桥模态仿真和试验结果误差在7%以内,说明驱动桥刚柔耦合模型是合理的,对研究驱动桥的振动噪声特性有一定的工程实际意义。

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基于虚拟载荷的悬架台架耐久试验方法

范璐, 陈伟波, 刘立刚

2019 (9): 1080-1087. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.014

摘要 ( 436 )

PDF(2041KB) ( 905 )

为加速试验认证周期、降低试验成本,采用了基于多体动力学的虚拟载荷生成方法及其数据处理流程,搭建了悬架系统道路模拟试验台架,分别进行了基于虚拟载荷和基于试车场真实载荷的耐久试验。通过耐久试验零件失效模式与失效发生时间的对比分析,验证了基于虚拟载荷的悬架道路模拟试验方法的有效性。

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改进的车辆振动响应均方根值计算公式及其工程应用^*

于曰伟, 赵雷雷, 周长城

2019 (9): 1088-1095. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.015

摘要 ( 674 )

PDF(2543KB) ( 599 )

为有效解决现有车辆振动响应均方根值计算公式在实际工程应用中存在的过高估计问题,以滤波白噪声路面谱作为车辆系统的路面输入模型,运用随机振动理论和复变函数积分求解方法,推导得到了基于1/4车辆模型的车身垂直振动加速度、悬架动挠度和车轮动载荷均方根值计算公式,并通过实车试验进行验证。与传统白噪声路面谱输入模型计算结果的对比分析表明,所建立的计算公式能更加真实地反映车辆的实际振动情况,而传统计算模型对高速运行时的车辆振动响应存在高估现象。该公式可有效应用于车辆行驶振动响应的估计、路面等级的预测和车辆初始设计时悬架系统阻尼比的估算。

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复合材料板簧连接结构的匹配设计方法^*

柯俊, 史文库, 袁可, 周刚

2019 (9): 1096-1101. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.016

摘要 ( 256 )

PDF(1867KB) ( 464 )

为实现某轻型客车复合材料板簧连接结构的匹配设计,通过多体动力学仿真获取了复合材料板簧连接结构各方向上的极限载荷,提出了复合材料板簧连接结构的参数匹配设计方法。根据连接结构的失效模式,提出了连接结构铺层方案的设计原则,并对铺层方案进行了优化。对优化后的连接结构进行台架疲劳试验和实车可靠性试验。结果表明,所设计的复合材料板簧连接结构满足装车要求,这对保证复合材料板簧总成的可靠性,促进其推广应用具有重要意义。

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基于分析驱动设计的参数化白车身前端结构轻量化多目标优化^*

张帅, 郭志军, 王传青

2019 (9): 1102-1107. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.09.017

摘要 ( 327 )

PDF(1742KB) ( 701 )

利用SFE-CONCEPT建立了车身前端的隐式参数化模型并与车身后部的有限元模型组合成白车身模型,采用模块化方法将各分总成组成整车模型。对整车模型进行正撞安全仿真并与实车试验进行对比,验证了整车正撞安全仿真的有效性。通过编辑批处理脚本文件提取加速度峰值等正撞安全参数,真正体现“分析驱动设计”的理念。选择参数化白车身前端6个形状变量和7个板件厚度作为轻量化优化的设计变量,试验设计选用优化拉丁超立方算法生成样本点,实现Kriging近似模型的自动生成和精度验证。采用第二代非劣解排序遗传算法(NSGA-II)进行优化,得到妥协解集,最终选取白车身前端质量最小的妥协解作为优化解。优化后白车身前端质量减轻7.02%。轻量化优化后其性能基本不变,左右侧加速度峰值分别降0.99%和1.31%,左右侧加速度平均值分别增大15.41%和8.67%,车门变形量有増有减,最大变化率为10.6%。

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