汽车工程

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基于高斯伪谱法的自动驾驶车辆状态研究^*

唐晓峰, 杨林, 袁静妮

2020 (5): 567-573. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.001

摘要 ( 970 )

PDF(1461KB) ( 852 )

针对自动驾驶车辆的多阶段多约束轨迹优化问题,根据高斯伪谱法的思路,建立了基于场景的环境模型和车辆动力学模型,设置了车辆动力学约束、速度约束等各种状态约束,包括自动驾驶在每一阶段的起始状态和终了状态等参数的约束条件。采用高斯伪谱法通过将控制变量和状态变量进行离散化来获得其近似表达式,从而将自动驾驶的轨迹规划问题转化成性能指标的优化问题,最终求得了自动驾驶车辆的安全、有效的路径轨迹。研究结果表明:高斯伪谱法具有计算精度高、求解速度快的特点,能在考虑各种约束条件下,实现多阶段轨迹优化。

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基于前车轨迹预测的高速智能车运动规划^*

张一鸣, 周兵, 吴晓建, 崔庆佳, 柴天

2020 (5): 574-580. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.002

摘要 ( 858 )

PDF(2964KB) ( 997 )

针对现有运动规划算法大多只考虑障碍车当前状态,本文中提出一种基于前车运动轨迹预测的高速车辆运动规划算法。首先,融合考虑驾驶意图与基于车辆运动模型的方法对前车轨迹进行预测;然后,采用贝塞尔曲线(Bezier)规划主车运动轨迹,结合避撞过程中与前车碰撞风险概率,高速避撞车辆速度变化特点以及车辆运动稳定性等因素建立目标函数,并考虑车辆动力学与运动学约束,使用序列二次规划(SQP)方法对Bezier曲线的控制点和主车运动目标点位置进行优化求解,得到最优避撞运动轨迹;最后,以前车直行和换道两种工况为例,对主车的避撞运动轨迹进行规划,分析不同工况下主车避撞过程中的运动状态变化以及与前车碰撞风险概率变化。结果表明,所提出的运动规划算法能够保证车辆的避撞安全性与运动稳定性。

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基于横向安全距离模型的主动避障算法

胡朝辉, 黄顺霞, 杜展鹏, 郭星, 高鹤萱

2020 (5): 581-587. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.003

摘要 ( 598 )

PDF(1695KB) ( 785 )

现有的安全距离模型是基于纵向相对车速或减速度值建立的,没有考虑移动目标的横向运动特性。本文利用移动目标横穿马路的速度、相对位置,建立横向安全距离模型,并提出一种基于横向安全距离模型的主动避障算法。首先,根据横向移动目标横穿马路的速度、相对位置和自车的制动距离建立横向安全距离模型,设计主动避障算法。接着,为计及路面条件对制动效果的影响,引入当前行驶路面估算的附着系数峰值估算最大制动减速度,约束目标避障减速度,并调整制动强度,以适应不同路况的安全避障行驶。最后,以典型横向移动目标骑行者作为研究对象,通过PreScan/Simulink/CarSim联合仿真验证避障算法的有效性。结果表明:基于横向安全距离模型的主动避障算法能有效避免与骑行者碰撞,提高行车的主动安全性。

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MIRA快背式模型主动减阻研究^*

张英朝, 郑镇雨, 吴开广, 张喆

2020 (5): 588-592. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.004

摘要 ( 441 )

PDF(2640KB) ( 560 )

参考被动减阻的机理,在MIRA车身的几个位置设置射流口实现射流吹气,以达到降低模型迎风面压力或增大背风面压力的目的。对比MIRA原模型瞬态仿真与试验结果,验证了仿真的准确性。对几个射流工况和原模型的瞬态仿真结果进行对比分析。通过阻力系数、表面静压系数和方向涡量的对比,确认了局部射流的减阻效果。最终实现气动阻力系数降低16.3%。

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不同雷诺数下车辆队列尾车发动机舱盖气动特性研究^*

戴文童, 李启良, 李卓明, 常艺菲, 杨志刚

2020 (5): 593-599. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.005

摘要 ( 335 )

PDF(3214KB) ( 552 )

数值仿真与模型风洞试验相结合研究了典型工况下两车队列中尾车发动机舱盖气动特性和两车间隔区域的流场,对比了缩比模型和实车模型对应雷诺数下车辆队列的流动形态。缩比模型仿真结果与风洞试验结果一致表明采用数值方法的可行。对比不同雷诺数下车辆队列气动特性发现,缩比模型与实车模型发动机舱盖表面平均静压分布基本相同,但在纵向对称面上,实车模型的前车尾迹比缩比模型更加上扬,底部区域气流速度更高。非定常条件下,实车模型前车尾涡相对尺度明显小于缩比模型,且扩散得更充分,尾迹区涡的分布状态更加混沌,发动机舱盖表面脉动能量的分布更加混乱。涡在两车间隔区域的运动并非简单的移动,而是一个由涡破裂、涡配对和涡融合构成的复杂过程。

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一种新型车用导流器的研究及其气动性能优化^*

赖晨光, 斯洋, 陈祎, 白海涛

2020 (5): 600-607. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.006

摘要 ( 354 )

PDF(3979KB) ( 460 )

针对传统导流器仅能单一地减小阻力或升力的问题,基于某直背车型设计一款能同时减小阻力和升力的新型导流器。首先,基于其需满足的流场条件确定导流器横截面初始的上下型线,并使用准均匀B样条进行拟合,再沿y方向拉伸出导流器的型面。接着,通过改变截面型线控制点,得到一系列不同的型面,运用遗传算法寻优找到导流器最优型面。最后,为进一步减小阻力和升力,基于导流器最优截面,改变导流器的宽度和安装位置与角度,并采用实验设计、近似模型和NSGA-II遗传算法进一步优化。模型风洞实验验证的结果表明:整车阻力减小3.8%,升力减小7.9%。

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行人保护气囊设计与验证^*

胡帅帅, 吕晓江, 张晓天, 张海洋, 洪丹, 周大永

2020 (5): 608-614. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.007

摘要 ( 442 )

PDF(4100KB) ( 618 )

在近几年我国实际交通事故中,超过70%的事故涉及弱势道路使用者,汽车对他们的保护需求日益凸显。本文中基于一款A级轿车,对能保护弱势道路使用者头部、并与弹起式发动机罩相配合的保护气囊(简称行人气囊)进行了设计和验证。首先,设计行人气囊的包型和布置,基于弹起式发动机罩仿真行人气囊头型冲击、联动展开等工况;其次,利用试验和理论推导对仿真结果进行验证,修正行人气囊和弹起式发动机罩的关键参数;最后,基于C-NCAP头型冲击试验,探究该行人气囊的保护效果。试验结果表明,基于该车开发的行人气囊对头部的保护效果良好,伤害降低60%以上,得分率高达93.1%。

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制动工况下主动卷收器参数对乘员离位位移影响的分析^*

胡远志, 朱鸿旭, 曾宪菁, 王振飞, 徐紫红, 蒋成约

2020 (5): 615-620. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.008

摘要 ( 445 )

PDF(2322KB) ( 463 )

主动控制卷收器(ACR)能改善乘员的离位位移并降低二次碰撞的风险。为探究制动工况下ACR对乘员的影响,首先进行志愿者实车道路试验和试验数据的乘员运动响应分析,并建立了包括主动人体模型的仿真模型。模型对标后搭建Kriging近似模型并采用NSGA-Ⅱ算法进行ACR参数优化。结果表明:优化后头部质心和第一胸椎(T1)的离位量分别减小了55%和73.44%,且回弹阶段各部位加速度明显减小,预紧力和乘员离位量呈负相关趋势,且与制动前触发相比,制动后触发ACR时,预紧时间的变化对乘员离位的影响较大。

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汽车摩托车碰撞事故中骑乘人员损伤差异对比研究^*

邹铁方, 王冠, 胡林, 武和全

2020 (5): 621-627. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.009

摘要 ( 434 )

PDF(2651KB) ( 692 )

为探索骑乘人员的损伤差异,基于PC-Crash仿真软件,以车型、碰撞车速和碰撞形态为变量进行147组汽车碰撞载人摩托车的仿真,在此基础上用统计学方法分析所得数据。结果表明:绝大多数碰撞条件下,包括不同碰撞车速,骑车人头、胸部和撞击侧下肢损伤指标参数的均值均高于后座乘员;此外,当碰撞车速分别为45和50 km/h时,骑车人和后座乘员的头、胸部损伤都超过其安全界限。

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基于声品质贡献因子的发动机悬置优化^*

曾发林, 胡枫

2020 (5): 628-635. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.010

摘要 ( 361 )

PDF(3714KB) ( 496 )

本文中建立了GA-BP声品质预测模型,引入声品质贡献因子,以期通过传递路径分析更加直观地反映结构噪声传递路径对烦躁度的贡献情况和掩蔽效应对声品质的影响。采用两级优化方案,通过遗传算法确定与目标烦躁度值对应的目标传递函数,并进一步匹配悬置参数。结果表明,基于声品质贡献因子的发动机悬置优化方案可有效地改善车内声品质,降低结构路径对烦躁度的贡献量。

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车辆系统垂向与横向耦合的侧倾状态估计^*

王振峰, 李飞, 王新宇, 高普, 秦也辰

2020 (5): 636-643. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.011

摘要 ( 504 )

PDF(3884KB) ( 714 )

为有效解决复杂行驶工况下车辆耦合侧倾运动状态无法精确获取,进而对车辆系统操纵稳定性与乘坐舒适性兼顾优化无法提供准确输入的难题,本文中设计了基于车辆垂向与横向耦合动力学的双非线性状态观测器算法,以实现复杂行驶工况下车辆耦合侧倾运动状态的实时准确估计。首先,建立了路面激励模型与整车系统垂向与横向耦合动力学模型;接着,利用无迹卡尔曼滤波方法(UKF)与非线性模糊观测(T-S)理论,设计了非线性状态观测算法,以在不同路面激励工况下对车辆系统簧载质量与侧倾状态进行联合估计;最后,运用CarSim^®动力学软件,对比分析了在标准A级与C级路面上进行J-turn试验工况下,采用联合状态观测器(UKF&T-S)实时估计车辆侧倾角与侧倾率的观测精度。结果表明,本文所设计的UKF&T-S观测器可有效估计车辆侧倾状态,且与CarSim^®仿真数据相比识别状态标准偏差不超过10%。

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温度预测补偿控制的分动器动力传递特性研究^*

王钰明, 王其东, 李洪亮, 陈黎卿, 顾添翼, 孙景景

2020 (5): 644-650. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.012

摘要 ( 414 )

PDF(1183KB) ( 767 )

分动器是智能四驱汽车的关键部件,由于转矩传动过程中干扰因素较多,且其中温度的变化尤为重要,如何准确评估温度的影响对分动器的转矩输出至关重要。针对这一问题,首先通过预测分动器接合过程中摩擦片、线圈和润滑油的温度变化,建立了分动器温度控制模型;在此基础上,构建了分动器试验平台,并通过从试验台获取的测试数据与前馈控制器实现温度补偿协同控制,建立分动器温度反馈补偿时滞控制系统,研究温度影响下的分动器动力传递特性。最终探明:与对偶钢片多次摩擦接触后,摩擦片的温度明显升高,对分动器传递转矩的影响较大;控制电流与分动器转矩输出基本呈线性变化,叠加反馈补偿控制后,分动器的动力输出时间减少了0.05s,控制误差基本消失,为分动器的精准控制提供了理论依据。

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车内声品质主观评价模型及中频噪声优化^*

张勇, 孟天, 王坤祥, 韩晨扬, 杨鄂川

2020 (5): 651-657. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.013

摘要 ( 384 )

PDF(3227KB) ( 685 )

为研究特种车车内声品质,对3辆不同类型特种车进行实车道路实验,建立了主观评价烦躁度和声品质客观参数之间的Kriging模型,通过滤波分析得到不同频段声品质参数对主观评价结果的影响。建立了混合FE-SEA模型,以计算车内中频噪声,并与实验数据进行对比,验证模型精度。计算了车身主要板件对车内中频噪声的声学贡献度,找到对车内声压贡献较大的板件,并对其进行优化,有效降低了车内中频噪声。

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蜂巢式液冷电池模块传热特性的试验研究^*

冯能莲, 董士康, 李德壮, 陈龙科, 丰收

2020 (5): 658-664. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.014

摘要 ( 364 )

PDF(5314KB) ( 666 )

为4 A·h的21700型锂离子电池研发了蜂巢式液冷电池模块,并通过搭建的试验平台测定其充/放电过程的传热特性。结果表明:在25 ℃环境温度下,0.5C恒流恒压充电和1C恒流放电过程中,电池模块的最大温差均被控制在2 ℃以内;40 ℃环境温度下,1C恒流放电过程中,当冷却液流量大于1L/min时电池模块的最大温差能保持在所要求的5 ℃以内。说明蜂巢式液冷电池模块冷却性能优良,可为未来电池热管理方案的设计提供技术支撑。

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基于电化学热耦合模型的电动汽车电池模组热特性研究^*

戴海燕, 王玉兴

2020 (5): 665-671. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.015

摘要 ( 468 )

PDF(1895KB) ( 798 )

为研究电池组的排列与布置方式对电池热特性的影响,本文中以18650锂离子电池为研究对象,建立了单体电池的电化学热力学耦合模型。利用模型仿真和实验测量获得了不同放电倍率时的电池表面温度随放电容量的变化关系,实验数据与仿真数据基本吻合,模型准确。基于单体耦合模型,分析了6×5动力电池模组的不同排列与布置方式下的热特性。结果表明:间距太小或太大均会使平均温度增加,本案例电池间距24 mm时平均温度最低;间距越大,温差越小,温度分布均匀性越好;间距一定,交叉排列散热效果优于对齐排列,且空间利用率更高。电池的排列和间距对电池散热有重要影响,锂离子动力电池组设计过程中应充分考虑。

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电动汽车电池冷板微小通道结构优化研究^*

王靖宇, 严伟, 李颂, 胡兴军, 桑涛, 王漠

2020 (5): 672-680. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.016

摘要 ( 365 )

PDF(4320KB) ( 480 )

为对车用电池微小通道冷板结构进行优化,探究冷板流道中流场和温度场的相互作用机理,本文中首先采用正交试验得到了冷板整体的最优布局。使用面向中心的中心复合设计响应面法(FCCCD)研究发现,当波纹通道振幅为1 mm、周期数为4时,波纹通道的综合热力水力性能达到最大,相对平直通道的增幅为17.4%。CFD分析表明,场协同角和通道努塞尔数一致的变化规律证明了场协同理论可以用于解释微小通道内的强化换热。波纹通道曲率的存在导致的流道内的对流混乱大大增强了流体的混合,并破坏了剪切层。该剪切层在流道内分离了主体流和再循环流,因而导致了传热的增强。

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基于容量修正的安时积分SOC估算方法研究^*

罗勇, 祁朋伟, 黄欢, 王佳男, 王毅, 李沛然

2020 (5): 681-687. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.017

摘要 ( 582 )

PDF(2185KB) ( 949 )

针对传统安时积分SOC估算法将电池容量视为定值而带来的误差,提出了带容量修正的安时积分法,它通过开路电压法确定电池组SOC初始值,再由电池组充放电试验得到不同倍率、库伦效率、温度等对电池容量的修正因子。仿真与试验结果表明,经改进的安时积分法可有效消除各种误差,估算结果精度较高,可用于SOC的实时估算或作为评价其它SOC估算策略的基准。

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插电式混合动力汽车低SOC能量流试验研究^*

张岩, 段炼, 袁侠义, 江亮, 徐仰汇, 兰凤崇

2020 (5): 688-693. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.018

摘要 ( 516 )

PDF(3702KB) ( 746 )

为制定最优的能量分配策略,对某款插电式混合动力汽车在不同运行工况下的能量流进行分析。通过试验测试了低SOC状态下整车部件能量传递的相关参数,包括:温度、压力、转矩、转速和流量等,之后计算和分析整车的能量分布,并对比了NEDC和WLTC工况下整车能量流向和能量回收率。结果表明,在电池处于低SOC时,WLTC工况下的发动机平均油耗是NEDC工况平均油耗的1.6倍左右;且两种工况下车辆行驶所消耗的能量绝大部分来自于发动机;另外,WLTC工况行驶能量低于NEDC工况,其差值不足1%,但WLTC工况的能量回收率低于NEDC工况,其差值达2.31%。

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玄武岩纤维/铝合金层合板低速冲击性能及应用研究^*

崔岸, 杨伟丽, 程普, 金伟光, 徐晓倩, 刘天赐, 黄显晴

2020 (5): 694-699. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.019

摘要 ( 341 )

PDF(3416KB) ( 394 )

制备一种玄武岩纤维/铝合金层合板复合结构,通过试验和仿真,探讨该复合结构的拉伸、压缩、剪切、弯曲和抗冲击特性。采用连续壳单元模拟纤维层,建立低速冲击仿真模型,从能量吸收、接触力和层合板损伤程度3个方面,研究铺层结构和冲击载荷角度对纤维金属层合板抗冲击性能的影响。最后,将纤维金属层合板应用于发动机罩外板,进行发动机罩静态刚度和行人头部碰撞仿真分析。结果表明,与原发动机罩相比,纤维金属层合板发动机罩的弯曲刚度和扭转刚度均有不同程度提高,行人头部保护性能得到改善。

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带随机网络时滞补偿的测功机动态负载模拟^*

马瑞海, 王丽芳, 张俊智, 何承坤

2020 (5): 700-708. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.05.020

摘要 ( 342 )

PDF(1455KB) ( 545 )

本文研究了控制网络传输时滞影响下测功机加载控制算法。首先,针对一款前驱电动汽车,建立车辆与台架动力学动态耦合模型和服从均匀分布的随机网络诱导延时数学模型。其次,为改善测功机网络控制系统负载模拟性能,提出了一种基于预测控制结构的随机网络诱导延时补偿算法;接着通过系统增广将随机系统跟踪控制问题转化为鲁棒镇定问题,并分析系统H_∞性能,通过非线性优化问题得到系统控制增益。最后,进行了防抱死制动控制台架测试的仿真,结果表明:提出的方法可大幅提升测功机负载模拟精度。

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