汽车工程

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基于安全场改进RRT^*算法的智能汽车路径规划方法^*

朱冰, 韩嘉懿, 赵健, 刘帅, 邓伟文

2020 (9): 1145-1150. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.001

摘要 ( 364 )

PDF(2929KB) ( 473 )

快速搜索随机树(rapidly-exploring random tree, RRT)算法是智能汽车路径规划的常用方法,但传统RRT和RRT^*算法存在路径抖动大、易陷入局部区域和计算效率低等缺点。针对这些问题,本文中结合实车数据提出了一种基于安全场改进RRT^*算法的智能汽车路径规划方法。首先,建立了基于安全距离模型的安全场,通过驾驶数据采集试验对模型关键参数进行了提取;在此基础上,提出了具备安全场引导和角度约束等策略的改进RRT^*算法;最后,通过仿真对算法进行了验证。结果表明,本文提出的路径规划方法能计算出满足车辆轨迹曲率约束的有效路径,同时具有较快的搜索速度和更高的成功率。

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基于RRT与MPC的智能车辆路径规划与跟踪控制研究^*

周维, 过学迅, 裴晓飞, 张震, 余嘉星

2020 (9): 1151-1158. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.002

摘要 ( 475 )

PDF(2210KB) ( 686 )

为分析智能车辆实时规划和跟踪控制的相互影响关系,基于改进的快速随机搜索树规划算法(improved-RRT)与线性时变的模型预测控制算法,提出了一种智能车路径规划与跟踪控制系统的构架。首先,采用目标导向、节点修剪、曲线拟合和最优路径选择等方法对基础RRT规划算法进行改进,保证规划路径满足车辆运动学约束并趋近最优解。然后,基于线性时变模型预测控制算法,实现智能车对期望路径的稳定控制。硬件在环仿真结果表明,车速为36 km/h,规划步长为2 m,规划周期为0.1 s时,侧向加速度小于0.2g,满足安全性和实时性要求。最后,分析了车速、规划步长和规划周期等因素对实时规划和稳定跟踪的影响。

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基于GT-SUITE的乘用车驾驶性仿真与应用^*

曾浩, 郑广勇, 张彩霞, 孔薇

2020 (9): 1159-1165. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.003

摘要 ( 192 )

PDF(2286KB) ( 234 )

为了在整车性能开发早期对驾驶性进行评价,本文中使用GT-SUITE软件,考虑发动机瞬态响应和转矩控制策略,建立乘用车驾驶性仿真模型。利用仿真模型对部分典型的驾驶性工况进行仿真计算,并通过试验数据校正模型,确保仿真误差在10%以内。以某6速自动挡汽油车为例,针对3种驾驶模式的不同需求,分别对油门特性和换挡规律进行虚拟标定。最后对虚拟标定结果进行试验验证,仿真与试验误差在8%以内,充分验证了驾驶性虚拟标定的有效性和实用性。

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基于逆控制策略模型的电动车驾驶机器人车速控制^*

储灿灿, 王东, 张为公, 许曈

2020 (9): 1166-1173. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.004

摘要 ( 174 )

PDF(1594KB) ( 252 )

为满足驾驶机器人利用加速踏板行程信号实现对于电动车速度跟随的需求,提出了一种基于逆控制策略模型的车速控制方法。该方法在传统纵向动力学的车速控制回路基础上,引入了车辆控制策略模型,将原有的通过电机转矩控制车速转换为通过加速踏板行程来控制,从而降低了驾驶机器人对原车辆的改造风险,提高了机器人的适用性。转鼓试验结果表明,与人工驾驶相比,本文中提出的控制方法有效提高了车速跟踪精度,误差不超过±1 km/h,满足国家电动车试验标准。

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基于地图信息和循环SVR模型的纯电动汽车续驶里程预测^*

田慧欣, 李晓宇, 刘芳

2020 (9): 1174-1182. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.005

摘要 ( 210 )

PDF(1454KB) ( 265 )

针对未来行驶工况未知导致续驶里程预测精度难以提高的现状,提出了一种基于地图信息和循环支持向量回归(SVR)模型的纯电动汽车续驶里程预测方法。该方法根据地图信息预测未来的行驶工况,并将相应的工况参数作为SVR模型的输入,计算该工况下单位里程下降值和剩余值。将这一过程反复迭代,直至SOC值归零,则SVR运行次数即为剩余续驶里程。最后利用实际行驶数据,在ADVISOR中进行仿真,结果证明该方法具有较高的续驶里程预测精度。

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基于流通阻力的DPF碳载量预测模型研究^*

石秀勇, 蒋得刚, 梁云芳, 梁鹏飞

2020 (9): 1183-1188. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.006

摘要 ( 176 )

PDF(1728KB) ( 263 )

精确预测碳载量是目前柴油机颗粒捕集器(DPF)技术应用的关键环节。本文中首先对DPF压差值的主要影响因素进行了理论分析,发现当DPF的物理结构和内部碳载量确定的情况下,其压差主要受排气体积流量的影响,进而提出采用流动阻力值作为特定碳载量下压差与排气体积流量的关系表征。其次,运用GT-Power软件建立DPF一维仿真模型,模拟了DPF内部不同碳载量对流通阻力的影响,分析表明:瞬态工况下DPF压差值受发动机运行工况影响而在较大范围内剧烈波动,但流通阻力值相对较稳定且与DPF内部碳载量呈正相关关系。最后,结合发动机台架试验对DPF仿真模型进行了试验验证,两者吻合良好,最大误差约10%。

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随机放电工况下锂离子电池容量预测方法

孙道明, 俞小莉

2020 (9): 1189-1196. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.007

摘要 ( 200 )

PDF(1289KB) ( 313 )

针对锂离子电池容量预测精度不高的问题,提出一种基于人群搜索优化的支持向量机(seeking optimization algorithm-support vector machine, SOA-SVM)的容量预测方法。通过分析锂离子电池随机放电过程,构建反映容量变化的随机放电容量均值和标准差两个指标,并以此作为预测容量的特征参数。采用主成分分析法分析特征参数之间的相关性,并提取主成分。基于部分测试电池第1主成分和容量数据,采用SOA对SVM超参数进行全局优化并训练模型。采用优化后的模型结合其余电池第1主成分数据预测锂离子电池容量。预测结果表明,本文中提出的锂离子电池容量预测方法具有较高的预测精度。

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发动机舱的冷却气流仿真与散热的改善^*

李田田, 赵兰萍, 王建新, 朱志军, 张俊, 张浩

2020 (9): 1197-1205. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.008

摘要 ( 167 )

PDF(11461KB) ( 136 )

为降低冷却阻力,对原车机舱气流进行了数值仿真,基于仿真结果,从改变冷却气流方向、降低气流经过前端部件的能量损失和提高散热器性能3个角度提出了不同的方案,进行风洞试验验证,结果表明,加装前端隔板后散热器进气量增加15%,而冷却阻力降低5 counts。对于机舱内部散热问题,通过仿真与试验结合的方法,采取多种措施(如在方向机后加装挡板引导气流加强其局部流动,风扇后加装导风罩进行热气流疏导,发动机进气口加装导流装置,以提供额外的冷却气流),结果方向机变速器悬置的散热得到改善,而前端的冷却气流不受影响。

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用于汽车车内风噪评价的频谱光顺度研究^*

沈哲, 王毅刚, 杨志刚, 贺银芝, 彭里奇

2020 (9): 1206-1210. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.009

摘要 ( 187 )

PDF(1024KB) ( 269 )

现有评价汽车车内风噪的指标仅能反映各个频率成分的宏观计权,缺乏对频谱局部问题的判断,需加以完善。通过分析23辆不同量产汽车的风洞试验数据,证明车型等级与车内风噪性能呈正相关,并总结较优样本的频谱规律。频谱中高频段较窄范围内不光顺现象产生的主要原因是泄漏噪声,应尽量避免。提出将作移动平均后的频谱与原始频谱差值进行累加得到频谱不光顺程度量化指标的方法。结果表明,频谱光顺度与车内风噪性能密切相关,对泄漏噪声尤为敏感,可用于车内风噪水平的评价。

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某电动SUV后扰流板气动特性的研究

李现今, 李喆隆

2020 (9): 1211-1215. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.010

摘要 ( 175 )

PDF(1571KB) ( 307 )

汽车在高速行驶中的经济性和稳定性与汽车受到的空气阻力和升力直接相关。与传统燃油车相比,降低风阻对于电动汽车提升续航里程和降低能耗更加重要。本文中采用雷诺时均方法对某款纯电动SUV车型进行在120 km/h车速下整车外流场仿真分析,并将风阻系数和升力系数与等比例油泥模型风洞试验的结果进行了对比。采用常用的Realizable k-ε湍流模型对该SUV车型后扰流板进行仿真优化。研究了该SUV的后扰流板上表面不同倾斜角度对整车气动升力和阻力系数的影响;进一步,在最佳倾角的基础上,通过5种后扰流板通孔形式的对比分析,确定了最优状态的后扰流板。最终的验证试验结果表明,整车风阻系数降低3.9%,而升力系数的增加在可接受范围内。

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基于NSGA-Ⅱ的主动式安全气囊参数优化^*

葛如海, 崔义忠, 洪亮, 肖轩

2020 (9): 1216-1223. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.011

摘要 ( 162 )

PDF(1998KB) ( 283 )

校车乘员约束系统是保护儿童乘员碰撞安全的关键。本文中对主动式安全气囊的拉带长度、气体质量流率、气囊安装位置、排气孔开度、气囊初始压力、排气起始压力和座间距等7个控制参数对6岁儿童乘员的保护效果进行研究。通过灵敏度分析法,得到对6岁儿童乘员保护的关键参数为拉带长度、排气孔开度、排气起始压力和座间距。利用拉丁超立方试验设计和多项式响应面模型,构建了综合损伤指标、颈部损伤指标和主动式安全气囊关键参数的代理模型。采用非支配遗传算法,对综合损伤指标WIC和颈部损伤指标N_ij进行多目标优化。结果表明,在拉带长度为0.205 m、排气孔开度为200%、排气起始压力为1.15×10⁵ Pa和座间距为0.65 m时,综合损伤指标WIC和颈部损伤指标N_ij同时取得较小值,分别下降了60.75%和60.94%,实现了在提高儿童乘员的综合保护效果的情况下尽可能减少儿童乘员颈部损伤的目标。

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基于非线性扰动估计的客车防侧翻控制^*

石求军, 李静

2020 (9): 1224-1231. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.012

摘要 ( 150 )

PDF(2195KB) ( 238 )

针对客车防侧翻控制中,实际车辆系统建模容易受到各种未知非线性扰动及参数摄动,难以建立精确的车辆模型,标准滑模控制(sliding mode control, SMC)存在较大抖振等问题,本文中提出径向基神经网络自适应滑模控制(radial basis function-adaptive sliding mode control, RBF-ADSMC)算法。首先,利用RBF神经网络控制器对车辆建模过程中的各种未知扰动项及参数摄动项进行估计;然后,利用RBF神经网络对标准SMC的关键参数进行自适应调节;最后,搭建电控气压硬件在环试验台,对控制算法进行硬件在环试验验证。试验结果表明,RBF-ADSMC算法控制效果良好,能够满足客车防侧翻控制需求。RBF-ADSMC算法与SMC算法相比较,能够减小客车的侧倾角和侧向加速度,提高客车的防侧翻控制效果。

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行人下肢模型FlexPLI、FlexPLIUBM与aPLI对比分析^*

胡帅帅, 吕晓江, 王鹏翔, 王淼, 顾鹏云, 张朋举

2020 (9): 1232-1239. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.013

摘要 ( 173 )

PDF(3950KB) ( 267 )

欧洲的研究项目SENIORS提出新型行人下肢模型FlexPLIUBM,日本汽车研究所和日本汽车制造商协会提出新型行人下肢模型aPLI,这两种下肢模型均具有较好的生物力学响应,包括运动响应和力响应。本文中针对目前应用中的下肢模型FlexPLI和未来可能会应用的上述两种新型下肢模型进行了一系列基础分析。首先对下肢模型FlexPLI、FlexPLIUBM和aPLI的总质量、分段质量、质心位置、结构、刚度和尺寸等关键参数进行了剖析和对比;然后基于关键参数,对其碰撞过程进行了运动学和力学分析,得出评价指标之间的区别和规律;最后通过试验对分析结论进行了验证。上述关于行人下肢模型FlexPLI、FlexPLIUBM和aPLI的对比分析和验证结论,可为车辆前保险杠的开发提供指导。

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适应坡道行驶的多性能综合最优换挡规律^*

卢汉, 阴晓峰, 陈柯序, 武小花, 梁益铭, 刘阳

2020 (9): 1240-1247. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.014

摘要 ( 171 )

PDF(1624KB) ( 305 )

针对换挡规律坡道适应性问题,本文中研究了适应坡道行驶的有级自动变速汽车多性能综合最优换挡规律优化方法。首先,分析坡道对换挡的影响,提出可由不同节气门开度下各挡驱动力与不同坡度行驶阻力之间的关系确定挡位范围。其次,采用理想点与平方和线性加权法构造综合性能评价函数,以在体现驾驶员性能倾向的前提下实现整车动力性和燃油经济性综合最优。然后,以综合性能评价函数最小为优化目标并考虑坡道行驶约束条件,提出基于遗传算法的坡道行驶多性能综合最优换挡规律优化方法。运用所提出的优化方法,制定了某5挡机械式自动变速器多性能综合最优坡道换挡规律。最后,在定油门定坡道、定油门变坡道、变油门定坡道循环工况、变油门变坡道循环工况下对考虑坡道和未考虑坡道的多性能综合最优换挡规律进行仿真验证。结果表明:在4种坡道行驶条件下,多性能综合最优坡道换挡规律均可消除非预期换挡,提高乘坐舒适性。在修改后的可变坡度高速公路循环工况下,使用多性能综合最优坡道换挡规律汽车的燃油经济性仅略低于使用常规换挡规律的汽车,降幅约为0.8%。进一步完成了定坡度动力性仿真,结果表明制定的多性能综合最优坡道换挡规律能够反映驾驶者的性能需求意图。

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基于改进长短时记忆神经网络自适应增强算法的多天气车辆分类方法^*

李达, 张照生, 刘鹏, 王震坡, 董昊天

2020 (9): 1248-1255. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.015

摘要 ( 167 )

PDF(1407KB) ( 320 )

针对目前国内外车辆分类效果不理想和受天气影响较大的问题,本文中提出一种基于改进长短时记忆神经网络自适应增强算法(LSTM-AdaBoost)的多天气车辆分类方法,并提出一种“多层网格法”以准确地确定LSTM的超参数。首先建立地磁车辆检测系统平台和车辆分类方法,然后分析基于改进LSTM-AdaBoost的车辆分类结果,并对不同车辆分类方法和不同天气下的分类准确率进行了对比。结果表明,与最邻近结点算法和反向传播神经网络算法相比,本文所提出的方法具有较高的准确率,最高分类准确率为92.2%。暴雨、雾霾和晴天3种天气中,暴雨时的分类准确率最低,但差别不大,最大相差3.9个百分点。

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基于改进级联卷积神经网络的交通标志识别^*

王海, 王宽, 蔡英凤, 刘泽, 陈龙

2020 (9): 1256-1262. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.016

摘要 ( 289 )

PDF(2488KB) ( 318 )

自动驾驶场景中交通标志的检测和识别十分重要,为提高自然场景下交通标志检测精度,本文中提出了一种基于Cascade-RCNN改进的交通标志识别算法。首先,针对交通标志这类小目标特殊任务,将 FPN 模块的深层特征信息融合进浅层特征层。其次,改进了目标检测任务中的评价指标IoU,引入目标检测任务的直接评价指标 GIoU 指导定位任务,提高了检测精度。最后,算法在德国交通标志数据集GTSDB下进行了实验验证,以ResNet101为基础特征提取网络,mAP 可达 98.8%,实验结果表明了所提算法的有效性,具有优越的工程实用价值。

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无人驾驶车通过高速公路闸口区的方法研究

熊莹, 毛雪松

2020 (9): 1263-1269. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.017

摘要 ( 173 )

PDF(1942KB) ( 285 )

高速公路闸口区域内,由于周围车辆行为的随机性,传统路径规划和智能决策方法不能实现无人驾驶车辆的安全行驶。针对这一问题,提出一种决策树的结构化控制模型,通过控制速度使车辆沿预定路径安全驶过闸口区。首先给出高速闸口区场景参数、闸口区收费窗口到匝道之间路径预定义方法和车辆模型;在此基础上提出决策树的结构化控制模型,控制速度实现车辆安全行驶,并采用纯追踪法使车辆沿预定路径通过闸口区;最后通过计算机仿真创建随机道路环境,验证决策树控制模型的安全性和车辆速度的连续性、加减速度的可执行性。结果表明,无人驾驶车辆在周围车辆遵守交通规则的前提下,通过决策树控制模型控制车身速度可实现安全通过高速公路闸口区,并且车辆速度、加减速度均符合交通规则且在车辆可执行范围内。

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智能轮胎的垂向载荷测量

黄小靖, 张峰, 张士文, Zhengqi WU, 魏胜, 王锋

2020 (9): 1270-1276. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.018

摘要 ( 188 )

PDF(1596KB) ( 391 )

本文中介绍了一种基于嵌入式平台的轮胎垂直载荷数据采集与信号处理系统设计方案。在轮胎内部嵌装了MEMS加速度、胎压和温度传感器,以获取轮胎径向加速度、胎压和温度等基础实时数据,并从中提取特征信息来表征轮胎垂向载荷。分别进行了室内台架试验和实车试验,对多种工况下的智能轮胎的垂向载荷测量方法和特征提取算法进行了验证。结果表明,基于智能轮胎的垂向载荷测量方法可行,精度满足工程应用要求。

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基于U-K理论的家用智能车控制^*

赵雅婷, 孙浩, 陈小龙, 吴其林

2020 (9): 1277-1283. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.019

摘要 ( 149 )

PDF(1840KB) ( 216 )

针对智能车这类复杂的非完整约束机电系统的建模与控制,提出一种基于Udwadia-Kalaba理论和Udwadia控制框架的分类建模与控制方法。该方法包含被动约束和伺服约束两个部分,前者解决了基于Udwadia-Kalaba理论系统模型中的非完整约束问题,后者解决了基于Udwadia控制的系统近似轨迹跟踪控制问题。本文中将该方法应用于家用智能车系统,建立了较为精确的动力学模型和控制系统,并通过对电机的试验与仿真分析,验证了此种分类建模与控制方法的有效性。

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分布式四驱电动汽车电机故障诊断及失效控制^*

朱绍鹏, 傅琪涛, 黄小燕, 王志威, 杨兴浩

2020 (9): 1284-1291. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.09.020

摘要 ( 221 )

PDF(2059KB) ( 543 )

本文针对分布式四驱电动汽车电机的软性及硬性故障,提出了一种基于电机失效控制增益的故障诊断和失效控制策略。设计了故障诊断模块和失效模式判断与驱动力再分配模块,与车辆直接横摆力矩控制相结合,实现了基于故障诊断的驱动力二次分配控制。通过MATLAB/Simulink与CarSim联合仿真和RCP实车试验,验证了提出的故障诊断与失效控制策略的有效性,该控制策略能充分利用分布式驱动的电机冗余特性,保证分布式四驱电动汽车在常见的多种电机失效工况下安全行驶。

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