汽车工程

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郭景华, 李克强, 王进, 陈涛, 李文昌, 王班

2020 (7): 847-853. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.001

摘要 ( 480 )

PDF(3143KB) ( 581 )

我国道路情况复杂多变,构建合适的测试场景对汽车智能驾驶系统测试和评价的有效性起着决定性作用。本文中从我国实际道路出发,从自然驾驶数据中提取具有中国特色的典型场景,筛选出自然驾驶数据中危险工况数据片段,基于此提取出汽车智能驾驶系统综合测试的场景特征要素,并利用聚类分析法得到3类典型危险场景。采用马尔可夫链理论表征前车人类驾驶员驾驶车辆的随机运动特性,将聚类得到各场景下的自车数据作为前车历史工况数据,归纳学习得出马氏链转移概率,并通过马尔可夫链蒙特卡洛模拟预测未来时刻的状态,基于此得到危险场景中前车随机运动预测模型,通过对比原始工况数据验证预测模型的有效性,有效解决了由于采集设备精度低导致的前车数据不准、在测试场景中不能准确表征前车人类驾驶员驾驶车辆随机运动的问题。

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基于检测无迹信息融合算法的多传感融合方法^*

刘志强, 张光林, 郑曰文, 贺晓宇

2020 (7): 854-859. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.002

摘要 ( 258 )

PDF(2360KB) ( 412 )

针对单一传感器对目标车辆识别准确率低的问题,提出一种基于毫米波雷达和摄像头信息融合的目标跟踪方法,同时,基于扩展信息融合(EIF)和无迹信息融合(UIF)原理建立了检测无迹信息融合(CUIF)算法,对多传感器信息进行融合。CUIF算法采用分布式融合结构,将来自不同传感器的轨迹相互关联并融合以获得目标轨迹,并利用分布式检测系统对获取的传感器延迟信息进行实时系统状态补偿,从而解决了单传感器信号延迟、丢包等问题。通过CarSim与Simulink联合搭建仿真和试验平台对所研究的融合模型进行算法验证。试验结果表明,CUIF算法的目标丢失率比EIF和UIF减少了10%以上,它将时间延迟缩短至5 ms,满足系统对实时性的要求。

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网联车辆协同编队控制系统研究^*

马芳武, 王佳伟, 杨昱, 沈昱成, 刘振泽

2020 (7): 860-866. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.003

摘要 ( 350 )

PDF(1869KB) ( 634 )

为改善车辆编队行驶的稳定性、安全性和舒适性,本文中基于车车通信构建了多车协同编队控制系统。该系统采用了基于非线性车距控制的驾驶行为决策模型,并充分考虑了实际通信延时对系统的影响。针对车辆编队控制的稳定性,分析了各控制器参数的约束边界及其变化对系统稳定性的综合影响。最后搭建Matlab/Simulink模型,并进行仿真,以验证头车持续扰动、紧急制动和非零初始状态3种典型工况下多车协同控制的有效性与合理性。结果表明,本文设计的车辆编队控制系统可实现车辆编队的稳定性控制,保障行驶安全性,同时避免车辆频繁加速、制动的现象,在一定程度上提高了行驶舒适性。

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柴油机颗粒捕集器热再生的影响因素研究^*

汤东, 刘阳, 刘胜, 周一闻, 刘宁, 王力

2020 (7): 867-873. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.004

摘要 ( 245 )

PDF(5109KB) ( 305 )

利用GT-Power软件建立柴油机颗粒捕集器(DPF)的热再生模型,运用离线再生的方法进行DPF的热再生试验,用试验结果验证模型的准确性。结合模拟和试验的结果,分析了DPF结构和运行参数对热再生过程中壁面峰值温度、最大温度梯度、再生持续时间的影响。结果表明,再生时的壁面峰值温度和再生速率随壁厚、CPSI、过滤体长度的增加而降低,再生过程中的壁面峰值温度随再生加热温度和碳烟累积量的增加而增加,随入口流量的增加而减小,提高再生气体中的氧浓度有助于提高总体的再生速率和再生效率,但会增加再生时的壁面温度和温度梯度。

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柴油机DPF压降及噪声特性分析^*

陈贵升, 周群林, 马龙杰, 吕誉, 沈颖刚

2020 (7): 874-881. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.005

摘要 ( 206 )

PDF(1345KB) ( 350 )

为探究发动机运行过程中DPF压降和噪声特性,本文中通过建立加装DPF的一维整机仿真模型,分析载体结构、碳载量、灰分量等因素对DPF性能的影响。结果表明:载体圆径尺寸越小,DPF压降越大,但噪声量相对减少,而载体长度对压降和噪声的影响甚微;碳载量越大,DPF排气端噪声越小;碳载量在4 g/L范围内时,深层过滤压降占DPF压降主导地位;碳载量超过4 g/L,碳烟层压降逐渐占据主导;灰分量与灰分分布系数大小对DPF压降和排气噪声影响效果相似,随其数值增长,压降增大,对噪声衰减能力增强。通过揭示载体尺寸、碳载量和灰分等因素对DPF压降及排气噪声特性的影响规律,为减少压降损失、降低排气噪声的DPF结构设计提供参考。

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乘员与安全气囊初始距离对轻度脑损伤的影响^*

李海岩, 李鑫杰, 崔世海, 贺丽娟, 阮世捷, 吕文乐

2020 (7): 882-886. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.006

摘要 ( 192 )

PDF(2785KB) ( 334 )

基于已构建且经验证的成人第50百分位头部有限元模型,在LS-DYNA软件中模拟头部与安全气囊不同初始距离的碰撞过程,探究汽车碰撞中安全气囊与头部不同初始距离对乘员轻度脑损伤的影响。仿真中测得颅脑响应参数如HIC₁₅值、脑灰质处压力、脑组织von Mises应力、脑剪切应力等。对结果的分析表明:当乘员头部与安全气囊的距离大于等于290 mm时,引发轻度创伤性脑损伤的概率均低于50%;随着头部与安全气囊的距离减小,颅脑响应参数值会增大,造成颅脑损伤的概率增大。因此汽车碰撞过程中,尽管乘员合理使用安全带,但当乘员头部与安全气囊距离过近时也会引发轻度创伤性脑损伤,建议两者距离应大于290 mm。

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基于自适应代理模型的汽车乘员约束系统优化设计^*

刘鑫, 刘祥, 周振华, 胡林

2020 (7): 887-893. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.007

摘要 ( 273 )

PDF(1918KB) ( 411 )

为提升汽车乘员约束系统对乘员的保护性能并降低乘员所受的伤害,本文中提出了一种基于自适应代理模型的汽车乘员约束系统优化设计方法。首先,建立了某微型客车的乘员约束系统数值模型,并通过实车碰撞试验对该数值模型进行检验和校正;然后,基于径向基函数建立了乘员约束系统的代理模型,并通过逆向形参数法有效获得具备较高精度的代理模型;最后,利用隔代映射遗传算法(IP-GA)对汽车乘员约束系统进行优化。结果表明:该方法能快速获得汽车乘员约束系统的最优匹配参数,从而确保乘员的安全性。

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考虑膜片弹簧非线性的干式离合器位置闭环控制^*

张明远, 陈俐

2020 (7): 894-900. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.008

摘要 ( 140 )

PDF(3691KB) ( 339 )

鉴于离合器膜片弹簧具有非线性刚度,且在部分行程中为负值,引起系统失稳,降低离合器位置控制精度,提出微分平坦前馈与增益自调整的反馈相结合的非线性控制方法。仿真和实验结果证实了膜片弹簧负刚度引起的失稳现象,与传统的未考虑膜片弹簧负刚度特性的控制方法相比,本文提出的非线性控制方法可克服失稳现象,且跟踪误差小。

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无级变速器镁合金金属带表面涂层摩擦磨损性能研究^*

刘金刚, 向红娓, 王高升, 邹乃威, 陈建文, 陈建华

2020 (7): 901-908. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.009

摘要 ( 160 )

PDF(5382KB) ( 365 )

为减小金属带式无级变速器(CVT)摩擦片与带轮之间的摩擦磨损,提高CVT的传动效率,提出一种经过耐磨涂层热处理后的镁合金材料替代摩擦片轴承钢材料。通过有限元仿真分析得到,不同材料的摩擦片对其接触应力有显著的影响,对其应力分布也有一定的影响,镁合金金属带比轴承钢金属带产生的离心力对系统的影响小很多。实验研究结果表明,在镁合金表面制备的3种耐磨涂层,均可提高镁合金表面的耐磨性能,从而会减小镁合金摩擦片与带轮之间的摩擦磨损,延长CVT金属带的使用寿命。

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多轴分布式电驱动车辆后桥差动转向控制策略研究^*

彭博, 李军求, 孙逢春, 朱学斌, 万存才

2020 (7): 909-916. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.010

摘要 ( 235 )

PDF(4298KB) ( 547 )

首先建立了八轴分布式电驱动车辆动力学模型,提出了基于质心侧偏角的差动转向双层控制策略,上层控制器以质心侧偏角及其变化率和前轮转角为输入,采用模糊控制生成机械转向桥和差动转向桥的转向中心相对位置,从而获得后桥转向参考转向角;下层控制器以上层转向参考角为控制目标,采用增量式数字PI控制得到后桥电机的差动转矩。最后选取中高速工况,进行硬件在环仿真,验证了后桥差动转向控制效果和实时性。结果表明,与理想阿克曼转向策略相比,该策略能有效减小车辆转向过程中质心侧偏角,并保证了转向稳定性。

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带电涡流缓速车桥的铰接车辆制动稳定性研究^*

高志伟, 李德胜, 叶乐志, 刘宗强

2020 (7): 917-924. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.011

摘要 ( 166 )

PDF(3299KB) ( 386 )

为解决铰接车辆主制动系统的制动力不足和制动稳定性差的问题,将液冷式电涡流缓速器与车桥融合设计,构建了一种电涡流缓速车桥,以避免重载挂车的制动出现“冲撞”和“折叠”现象。对电涡流缓速车桥进行了台架试验,对比分析了空载和满载时安装于牵引车和挂车上的缓速器的制动稳定性。结果表明:车辆在空载,尤其是满载时,安装在挂车上的电涡流缓速车桥比安装在牵引车上的缓速器更能使车辆有良好的制动稳定性和安全性。

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考虑不确定扰动的主动后轮转向动力学控制与试验研究^*

赵韩, 邓斌

2020 (7): 925-932. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.012

摘要 ( 238 )

PDF(3497KB) ( 659 )

针对在复杂工况及不确定扰动下主动后轮转向系统角度高精度跟踪控制及抗干扰问题,首先采用可调长度电控束角杆的主动后轮转向机构实现主动后轮转向动作,并对该系统建立其非线性动力学模型。然后,基于动力学模型分析设计主动后轮转角改进自抗扰跟踪控制方法,利用扩张状态观测器对外部和内部扰动进行观测并将扰动补偿到控制器中,以实现高精度角度控制和抗干扰能力。最后,通过试验证明,本文中采用的可调长度电控束角杆转向机构以及改进自抗扰跟踪控制方法能在不确定负载扰动下实现较高精度的角度跟踪控制,并与常规PID控制相比,改进自抗扰控制方法具有较强的鲁棒性和抗干扰性。

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基于区间灰数理论的汽车声品质主观评价方法研究^*

毕凤荣, 黄宇, 张立鹏, 沈鹏飞, 吕大立

2020 (7): 933-940. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.013

摘要 ( 162 )

PDF(2772KB) ( 300 )

为提高汽车声品质主观评价试验的可靠性和实用性,并对纯电动汽车在匀速及加速工况下的车内噪声品质特性进行分析,在参考语义细分法(ASDM)的基础上结合区间灰数理论,提出一种改进的声品质主观评价方法。评审员以某一基准样本作为参考,采用模糊打分方式对车内噪声样本进行主观评价,以灰色关联度作为评分者信度来筛除无效评分,提出了一种区间灰数的确信度参数,作为计算分数权值的重要指标,以求得各个样本的综合评分结果。通过与传统语义细分法(SDM)以及ASDM的评分结果进行对比分析,验证了改进的方法能在保持相同工作量的前提下,更准确地反映人对汽车车内噪声的主观感受。并采用该方法对3款不同定位的纯电动汽车在不同工况下的车内噪声品质进行了主观评价试验,对比分析了3辆车的声品质特性。

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基于降维算法的车身可靠性优化^*

魏彤辉, 左文杰, 郑宏伟, 李锋

2020 (7): 941-948. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.014

摘要 ( 190 )

PDF(1071KB) ( 320 )

基于降维算法,以最小化车身质量作为优化目标,选取车身弯曲和扭转刚度功能函数可靠度作为约束条件,建立了一种新的车身可靠性优化模型。利用降维算法,建立了新的n个一维函数模型近似替代原功能函数,借助泰勒级数和统计矩理论,求解车身功能函数的前4阶矩信息,并通过4阶矩法,得到车身可靠度;通过基于改进自适应遗传算法的优化方法与可靠性评定,将该嵌套优化问题解耦为单层优化问题;优化每一迭代步,采用罚函数法来改进适应度函数。与传统可靠性优化方法相比,本文方法无需多重积分求解功能函数统计矩,无需迭代搜索最可能失效点,且可避免种群陷入局部最优的缺陷。数值算例结果表明:所提方法具有较高的计算精度和较好的适应性。

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基于模型的电动车低频辐射发射改进技术^*

王子龙, 高锋, 熊禹

2020 (7): 949-955. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.015

摘要 ( 164 )

PDF(4345KB) ( 484 )

电动汽车的高电压、大电流特性使其整车辐射发射,或说是电磁干扰(EMI)问题突出,而实验改进方法存在定位难、耗时长、投入大等问题。为提高整车EMI问题改进的效率,本文中提出了一种基于模型的问题分析定位和改进方法。根据目标车型的屏蔽水平将整车分解为多个系统单独建模,降低建模难度。根据端口连接关系构造拓扑矩阵,实现整车EMI预测。在对模型精度进行验证基础上,通过灵敏度和贡献度的综合分析定位EMI干扰源,并选择EMI滤波器,使目标车型达到GB 18387《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法》的要求。

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花纹结构对载重轮胎噪声辐射的影响规律研究^*

曹金凤, 黄伟, 张春生, 侯丹丹, 项大兵, 危银涛

2020 (7): 956-964. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.016

摘要 ( 365 )

PDF(5636KB) ( 275 )

花纹结构是影响载货车轮胎噪声辐射的重要因素之一。本文中选取3款典型花纹结构(横沟/纵沟/光面)载货车轮胎进行近场噪声试验,并对试验数据进行离散度和相关性分析,以探究轮胎接地前/后端的噪声差异。结果表明:纵沟/光面胎的噪声声压级与速度之间有比横沟胎较好的线性相关性,但花纹节距的合理设计与排列能显著改善中高速工况下横沟胎噪声声压级与速度之间的线性相关性;指向性噪声差值与横沟宽度呈负相关而与基面宽度呈正相关,纵沟条数对指向性噪声差值影响较小;横沟/纵沟/光面胎的指向性噪声差值分别为9.5、11和14 dB(A),3款花纹结构轮胎噪声指向性由强到弱的顺序为光面胎、纵沟胎、横沟胎;横/纵沟是造成接地后端噪声大于接地前端噪声的主要原因,横/纵沟胎接地前/后端噪声差值分别为-0.35、1.73 dB(A);光面结构是造成重型轮胎接地后端噪声小于接地前端噪声的主要原因,光面胎接地前/后端噪声差值为2.76 dB(A)。

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基于小波变换理论的车辆实测载荷谱优化处理方法研究^*

于佳伟, 钱春雷, 郑松林, 黄翀, 刘凯

2020 (7): 965-971. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.017

摘要 ( 174 )

PDF(3735KB) ( 344 )

鉴于工程中采集到的车辆道路载荷谱易受外部环境干扰而存在噪声和异常的尖峰信号,而传统的傅里叶变换滤波方法容易将真实信号随噪声信号同时滤除,本文中研究了基于小波变换理论的车辆实测道路载荷谱降噪方法。选用Daubechies小波函数,结合多种小波阈值降噪准则对某试验车辆实测道路载荷谱进行降噪处理,系统性地研究了不同小波阈值降噪准则和小波消失矩对实测含噪随机载荷信号的降噪性能。结果表明,基于小波变换的降噪方法能有效剔除干扰噪声信号,其中Heuristic SURE准则对原载荷谱各项载荷特征的保留效果最好。此外,研究了基于小波变换理论的实测载荷谱中异常尖峰信号自动检测方法,为车辆实测道路载荷谱的优化处理提供了一定的参考。

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概率神经网络在车辆齿轮箱典型故障诊断中的应用^*

张阳阳, 贾云献, 吴巍屹, 苏小波, 时晓文

2020 (7): 972-977. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.018

摘要 ( 198 )

PDF(2820KB) ( 319 )

为提高汽车齿轮箱典型故障的诊断效率和准确性,提出一种基于概率神经网络的齿轮箱故障诊断方法。通过对某型齿轮箱的实验采集齿轮箱在正常状态、齿根裂纹和断齿状态下的振动信号,经过数据处理得到样本数据后输入概率神经网络模型,通过交叉验证并与BP神经网络对比的结果表明:概率神经网络能准确地识别出齿轮箱典型故障,且与BP神经网络相比,诊断准确率更高、诊断速度更快。

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CFRP在汽车覆盖件中的应用研究^*

高云凯, 刘哲, 徐亚男, 徐翔, 冯兆玄

2020 (7): 978-984. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.019

摘要 ( 195 )

PDF(3678KB) ( 363 )

本文中采用CFRP(碳纤维增强复合材料)和环氧树脂基体材料,对某SUV混合动力车型的发动机罩进行了拓扑优化、样件试制和性能试验分析。根据发动机罩的真实工况,以质量最小化为目标函数,以钢制发动机罩试验测得的性能指标(扭转刚度、前点和后点弯曲刚度、侧向刚度、1阶扭转和弯曲模态)为约束函数,对CFRP发动机罩进行等效替代拓扑优化。多种工况试验结果表明,CFRP发动机罩相较于钢制发动机罩性能提升均在10%以上,同时轻量45.56%。

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极限温度下的CFRP-铝合金粘接接头耐久性研究^*

慕文龙, 那景新, 秦国锋, 谭伟, 高原, 申浩

2020 (7): 985-992. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.07.020

摘要 ( 180 )

PDF(3924KB) ( 298 )

对碳纤维增强复合材料(CFRP)粘接接头在极限温度下的耐久性进行了研究。分析CFRP表面粗糙度对粘接性能的影响,并制作了AL-AL和CFRP-AL单搭接接头,分别测试80和-40 ℃环境下不同老化周期后的接头失效载荷。结果表明:砂纸打磨能有效提升CFRP粘接效果。但随着粗糙度进一步增加,CFRP-AL接头承载能力逐渐降低;在高温下,AL-Al接头性能由胶粘剂后固化决定,而CFRP-AL接头高温耐久性受到胶粘剂后固化和CFRP老化的共同影响;低温老化对AL-Al接头性能无明显影响,而CFRP-AL接头失效载荷在热应力的影响下出现下降。最后建立了CFRP-AL接头内聚力模型,定义了温度退化因子,实现极限温度持续作用下的接头失效预测。

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