汽车工程

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考虑电池电-热-放电深度的并联PHEV能量管理策略研究

解少博,张康康,张乾坤,罗慧冉

2021 (6): 791-798. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.001

摘要 ( 501 )

HTML ( 20 )

PDF(3873KB) ( 688 )

在插电式混合动力汽车（PHEV）能量管理策略的设计中考虑电池老化的影响对提升整车的经济性意义重大。针对配置自动机械式变速器的并联PHEV，考虑影响电池老化的电-热-放电深度三重耦合因素并利用模型预测控制（MPC），实现挡位选择和转矩分配的协同、实时优化。首先，根据车速谱与电池老化动力学辨识电池在整个行程的最优放电深度。其次，基于最优放电深度建立电池放电规划和预测时域的参考SOC，并利用庞特里亚金最小值原理（PMP）求解滚动时域内的优化问题。与未考虑电池寿命的MPC、采用固定挡位的一维模型预测控制（1D?MPC）和基于动态规划优化方法的MPC等多种方法进行对比。结果表明：（1）优化并联PHEV的挡位可有效降低电池老化成本；（2）与采用规则型换挡策略的1D?MPC相比，对挡位选择和转矩分配同时进行优化的二维模型预测控制（2D?MPC）有利于降低电池核心温度和电池的老化成本；（3）与基于规则的CD?CS策略相比，提出的2D?MPC可将总成本（能耗成本和电池寿命损失成本之和）降低28.2%。

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质子交换膜燃料电池流场强化传质研究进展

刘英杰,陈奔

2021 (6): 799-807. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.002

摘要 ( 385 )

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PDF(3974KB) ( 447 )

质子交换膜燃料电池作为车载新型动力源具有广阔的应用前景而备受关注。流场板是燃料电池的核心部件之一，起分配反应气体、移除水分与杂质和传导电子等作用。目前对质子交换膜燃料电池流场方面的研究，大多针对常规流道进行了尺寸和流场布置方式的优化，部分研究在流道内部添加不同形式的堵块以增强气体传质，或将多孔介质材料应用于流场板，或设计新型的三维网格流场结构，通过此类方式来优化燃料电池的水热管理，强化传质效果以提高燃料电池的性能。本文中对这些研究进行归纳总结，并得出若干结论。

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驾驶人跟车风险接受水平对其接管绩效的影响

鲁光泉,陈发城,李鹏辉,翟俊达,谭海天,赵鹏云

2021 (6): 808-814. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.003

摘要 ( 271 )

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PDF(1802KB) ( 349 )

自动驾驶接管是一种安全性要求很高的手动驾驶操作，可能会受到驾驶人手动驾驶安全习惯的影响。本文基于驾驶模拟器分别设计了手动驾驶跟车和自动驾驶接管实验，研究了驾驶人的手动跟车风险接受水平对其接管绩效的影响，同时考虑了接管时间预算和视觉非驾驶任务的影响。结果表明：在日常驾驶中具有低跟车风险接受水平的驾驶人接管反应时间更短，并且在监控自动驾驶条件下，接管后表现出更低的纵向碰撞风险。此外，当驾驶人处于视觉分心状态时，5 s的接管时间预算会导致驾驶人接管后出现较差的横纵向稳定性和极高的纵向碰撞风险。本研究的结果可为个性化自动驾驶系统的设计提供理论依据。

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LTE⁃V2X下的实时视频流传输策略研究

褚端峰,王卓尔,邱雨洁,陆丽萍,徐志豪,吉鑫钰

2021 (6): 815-824. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.004

摘要 ( 375 )

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PDF(1911KB) ( 429 )

为提高在蜂窝小区内的视频传输质量，增强智能网联汽车的盲区视角感知能力，从而提高驾驶安全性和便利性，本文提出在LTE?V2X下完成实时视频流传输的可靠策略。首先，为提高蜂窝小区的系统性能和实时视频流传输的画面质量，提出在不完美信道状态下，满足V2X用户异构服务质量的同时，最大化V2V通信吞吐量的资源分配算法。该算法采用1阶自回归模型对真实的信道增益进行建模，分步骤进行功率分配和频谱复用配对，以完成资源分配；接着，采用可伸缩视频编码技术对实时视频流进行编码，编码后具有不同的视频质量等级的视频数据帧，经由网络传送，而以网络感知数据为基础，构建视频流缓冲区；最后，设计自适应传输算法求得当前最佳传输视频质量等级，根据通信网络环境动态调整传输视频画面质量，以有效减少视频播放冻结次数。实验结果表明，相比于具有基础层保护的视频传输算法RALSB和视频质量自适应传输算法VQAS，本文所提策略能有效提高实时视频流质量，减小视频播放冻结次数。

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基于无迹卡尔曼滤波的定位融合与校验算法研究

李兴佳,李建芬,朱敏,彭能岭,左帅

2021 (6): 825-832. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.005

摘要 ( 391 )

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PDF(2996KB) ( 363 )

针对传感器定位精度受环境影响较大及其对自动驾驶车辆行驶安全影响较大的问题，提出一种定位融合及校验算法。通过建立短时短距航迹推算模型进行定位预测，使用无迹卡尔曼滤波实现预测定位结果与实际定位结果的非线性融合，从而提高定位精度。通过定位校验算法，判断实际定位数据是否发生偏移，并研究主动避险控制算法使车辆能够保持定位失效前的轨迹继续行驶直至停车，进而提高车辆行驶安全性。仿真和实车试验结果表明，该算法既能够提高定位精度，也能够有效判断定位是否发生偏移，同时在定位失效发生后，可以控制车辆按参考轨迹安全行驶。

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融合TangentBug与Dubins曲线的智能轮式车辆局部路径规划算法

张旭东,徐福康,邹渊,郭宁远,张宇

2021 (6): 833-841. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.006

摘要 ( 351 )

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PDF(2839KB) ( 605 )

由于环境条件限制，某些采用Ackermann转向的智能轮式车辆仅能获取局部地图和定位信息，给路径规划造成了困难。针对这一问题，本文中提出了一种融合TangentBug和Dubins曲线的局部路径规划算法。首先通过采样的方法构建了规划参考点集合，然后以Dubins曲线作为规划路径，旨在满足车辆最小转向半径的运动约束和目标点处的航向要求，并加入了沿规划路径的碰撞检测和考虑定位误差的状态转换规则。最后通过实车实验证明：本文算法能使车辆按规定位姿到达目标点，并可保证规划路径的安全性和实时性；本文算法可有效避免定位误差对车辆状态的影响；相对于使用圆弧曲线，本文算法规划出的路径更有利于路径跟随控制。

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驾驶员喜好的LKA介入时机特性与其自然驾驶特性差异的研究

陈佳琛,陈慧,蓝小明,西村要介,石原敦

2021 (6): 842-850. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.007

摘要 ( 240 )

HTML ( 9 )

PDF(1499KB) ( 668 )

已有的研究表明，要使LKA系统能自适应于不同驾驶员的前提是，驾驶员喜好的LKA介入时机特性与其自身的自然驾驶特性相符合，但现实情况如何目前尚无定论。为此，本文中通过主客观评价试验获取驾驶员喜好的LKA介入时机客观指标；并采集驾驶员的自然驾驶数据，提取驾驶员转向回正点，对转向回正点进行特性量化并提取相应的指标。通过对比驾驶员喜好的LKA介入时机特性指标及其自然驾驶时的转向回正点指标发现，12.5%的驾驶员喜好的LKA介入时机特性与其自然驾驶特性存在显著差异。

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智能汽车极限工况下联合制动与转向的自动紧急避撞研究

来飞,黄超群,董红亮,陈涛,赵树廉

2021 (6): 851-860. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.008

摘要 ( 380 )

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PDF(3395KB) ( 518 )

为提高智能汽车极限工况下的自动紧急避撞能力，提出了一种联合制动与转向的综合控制方法。首先，建立了包含转向、制动和悬架子系统耦合特性的18自由度统一动力学模型，并对其进行了水平路面上的转向制动仿真。接着，提出了联合制动与转向的自动紧急避撞系统总体框架，其中路径规划选用五次多项式规划算法，纵向采用滑模跟踪控制，侧向采用基于2自由度参考模型的最优四轮转向跟踪控制。最后，参考乘用车双移线极限工况测试国际标准，构建自动紧急避撞驾驶场景，对上述模型在不同车速下的自动紧急转向避撞和联合制动与转向避撞进行了对比仿真。结果表明：当车速较高时，车辆实际轨迹与理想跟踪轨迹存在一定滞后，极限工况下仅通过转向操作难以成功避撞；而联合制动与转向的避撞控制系统可进一步提高车辆极限工况下的自动紧急避撞能力，最大通过车速可由50提高至60 km/h。

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基于12岁儿童损伤阈值的主动式安全气囊多目标优化

洪亮,刘刚,葛如海

2021 (6): 861-869. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.009

摘要 ( 154 )

HTML ( 3 )

PDF(3439KB) ( 286 )

本文旨在对某校车的主动式安全气囊进行多目标优化，以提高其对12岁儿童乘员的保护功效。首先，确定12岁儿童的损伤阈值；搭建校车—主动式安全气囊耦合模型。其次，简化台车试验的原始波形，模拟4种校车碰撞工况。最后，选取气囊安装点高度、泄气阀开启压力、泄气阀开度和中部拉带长度为优化参数；基于响应面代理模型与NSGA-Ⅱ的变型算法，以加权伤害指标WICC为优化目标，开展主动式安全气囊的多目标优化。结果表明：4种校车碰撞工况下，主动式安全气囊的优化效果显著；对于碰撞速度最高的工况，头部伤害指标HIC₁₅、颈部伤害指标N_ij、胸部合成加速度T_3ms、胸部压缩量THPC和WICC分别降低了28.58%、14.79%、10.02%、10.26%和18.08%。

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基于GWO⁃KRG近似模型的乘员约束系统可靠性优化设计

谷先广,高梦琳,王笑乐,黄岳竹

2021 (6): 870-876. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.010

摘要 ( 207 )

HTML ( 6 )

PDF(1700KB) ( 391 )

为提升乘员约束系统安全性能，本文中将近似模型参数优化技术应用于约束系统可靠性优化设计中。首先建立某车型驾驶员侧约束系统仿真模型，并基于实车碰撞试验结果对仿真模型进行验证，然后采用灰狼优化（GWO）算法优化克里金（KRG）模型的相关参数，得到高精度的GWO?KRG近似模型。最后，基于GWO?KRG近似模型和可靠性优化方法对约束系统进行优化设计。结果表明：GWO?KRG近似模型能提供更准确的预测响应值；经可靠性优化后的约束系统安全性能得到提高的同时可靠性也得到保证。

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基于行人位置预测的人车转向避撞路径规划

李彩霞,卢少波,张博涵,吴文娟,陆嘉峰

2021 (6): 877-884. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.011

摘要 ( 273 )

HTML ( 15 )

PDF(2408KB) ( 456 )

针对行人违规过街导致人车碰撞事故频发的交通安全问题，采用改进人工势场法并考虑行人行为的不确定性，对车辆避撞路径进行动态规划。为表达行人违规过街时的方向不确定性，提出一种基于加权效用函数法的行人过街方向概率模型，并以此为基础预测行人位置。针对动态障碍的转向避撞轨迹规划，以避撞安全距离为基础，提出一种相对位置自适应的变长轴椭圆障碍势能场，可根据动态行人的预测位置实时规划避撞路径。在4种工况下进行了仿真对比分析，结果表明：所提出的路径规划方法可根据行人的预测位置，有效地规划出更平滑的安全避障路径。

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基于γ修正的转捩模型汽车后视镜啸叫理论研究与试验验证

吴海波,邢鹏,周江彬

2021 (6): 885-890. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.012

摘要 ( 313 )

HTML ( 6 )

PDF(1948KB) ( 348 )

针对汽车后视镜啸叫声，本文中以κ?ω SST转捩输运函数为基础，引入湍流间歇度γ和动量厚度雷诺数Re_θ，详细解释了汽车后视镜表面层流边界层流体变化。将经γ修正的转捩模型应用于某一具体车型，并与风洞试验、声学照相机测试相结合进行验证。结果表明，基于γ修正的转捩模型通过剪切力（或者表面摩擦因数C_f）和动量厚度θ云图可准确预测层流边界层的转捩、分离、再附着的流动现象，结合湍动能κ可明确湍流加剧的原因，从而可准确预测后视镜产生啸叫的倾向。该方法为汽车前期开发阶段后视镜啸叫倾向的评估提供了一定的指导依据，有效缩短了开发周期和降低后期实车啸叫声的测试成本。

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基于数据驱动的双离合器自动变速器换挡过程自适应控制

刘永刚,张静晨,万有刚,孙冬野,秦大同

2021 (6): 891-898. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.013

摘要 ( 371 )

HTML ( 12 )

PDF(3333KB) ( 252 )

针对双离合器自动变速器（dual clutch transmissions， DCT）在系统性态随服役时间发生变化或存在内外部干扰时换挡品质变差的问题，提出了一种基于数据驱动的无模型自适应控制方法。首先，开展了DCT实车实验采集换挡过程数据，经去噪后统计出换挡品质相对较好的离合器参考转速曲线；然后，通过设计伪偏导数估计方法建立DCT系统动态数据模型，基于无模型自适应控制方法设计了用于跟随离合器参考转速的换挡过程数据驱动控制器；最后，建立DCT系统换挡过程仿真模型，在不同油门下对所提控制方法进行验证。结果表明：当系统性态发生变化或存在内外部干扰时，所提方法保证了良好的换挡品质，具有较好的自适应能力和鲁棒性。

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商用车电液耦合转向系统主动回正控制研究

耿国庆,李浩,江浩斌,陈杰,唐斌

2021 (6): 899-908. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.014

摘要 ( 345 )

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PDF(4446KB) ( 423 )

针对装有传统液压助力转向系统的商用车在回正过程中存在低速回正不足或高速回正过度的问题，综合考虑载荷转移、路面条件和轮胎非线性等对回正工况的影响，基于电液耦合转向系统，设计一种车辆质心侧偏角和横摆角速度联合控制的非线性滑模控制器。针对控制算法部分状态量难以获取和影响车辆回正稳定性的路面附着系数难以直接测量的问题，利用UKF观测器为滑模控制器动态估计车辆状态信息和路面附着系数，并将质心侧偏角的观测值和横摆角速度与其期望值之差作为控制系统输入，来求取回正控制所需的转角修正量。最后通过TruckSim、Matlab/Simulink和转向试验台架对不同工况下的转向回正性能进行仿真和台架试验，结果表明，所提出的主动回正控制策略可有效提高转向盘回正的稳定性和控制精准性。

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关门时车内声场的仿真与试验研究

刘哲,高云凯,徐翔,陈佳举,马超

2021 (6): 909-916. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.015

摘要 ( 367 )

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PDF(4728KB) ( 295 )

本文旨在整车制造完成之前，提前预测关门时车内噪声。首先，将车门关闭瞬间受到的瞬态冲击载荷进行了离散化，进行整车和台架试验，利用传递路径分析（transfer path analysis，TPA）方法求取离散化的载荷。接着，建立了车门的有限元模型，将求取的离散化载荷作为车门有限元模型的输入量。最后，建立了车内辐射噪声的时域边界元模型，将车门的瞬态有限元振动响应映射到时域边界元，以预测车内噪声。结果表明，仿真数据与试验结果一致性较好，验证了通过车门关闭瞬态载荷的离散化和声固耦合分析来预测关门时车内噪声的可行性。

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汽车非平稳随机振动统计特性求解的一种新方法

李杰,陈涛,郭文翠,赵旗

2021 (6): 917-923. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.016

摘要 ( 190 )

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PDF(1479KB) ( 255 )

本文中针对汽车变车速行驶时路面不平度在空间域是平稳随机过程的特性，提出求解汽车非平稳随机振动响应统计特性的一种新方法。建立了时间域汽车振动2自由度单轮模型，基于时间域与空间域变量及其导数变换关系，推导了相应的空间域汽车振动模型。采用空间频率傅里叶变换，建立了汽车振动空间频率响应特性和时间域振动响应量的空间频率响应特性。采用路面分类标准表示路面不平度的空间域统计特性，建立了由空间频率响应特性求取非平稳振动响应量统计特性的公式。选取某汽车参数和包含匀加速、匀速和匀减速的典型行驶工况，分析了非平稳振动响应量统计特性的变化规律。结果表明，汽车非平稳振动响应量的统计特性随车速的变化而变化，具有时变特性。

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不完整因子条件下内凹六边形微结构面内动态性能研究

赵颖,马杰,桑叶,王凯锋,马芳武

2021 (6): 924-933. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.017

摘要 ( 201 )

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PDF(6360KB) ( 175 )

为更好地了解不完整因素对微结构材料动态性能的影响，本文中以内凹六边形负泊松比微结构为研究对象，采用Hyperworks和Ls?dyna联合仿真分析方法，分析了胞壁缺失下不完整因子和冲击速度对其面内动态性能的影响，分别得到变形模式、应力-应变曲线、平台应力曲线和吸能曲线。结果表明，在相同冲击速度下，不完整因子的增加会使稳定有序的变形模式逐渐趋于杂乱无章，同时平台应力和吸能能力降低。在低速冲击下，不完整因子对其动态性能影响较小；而在高速冲击下，不完整因子对其动态性能影响较大，应尽量避免不完整因子的存在。该研究结果为微结构材料在车辆吸能件的应用提供了数据支持。

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复合材料板簧的迟滞特性建模与试验研究

刘鹤龙,史文库,高蕊,陈志勇,陈晃,孙云龙

2021 (6): 934-942. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.018

摘要 ( 208 )

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PDF(3285KB) ( 343 )

运用Bouc?Wen摩擦学理论建立了复合材料板簧的迟滞特性模型，根据台架试验测得的动态力-位移曲线，利用改进的乌鸦搜索算法（MCSA）进行了模型的参数辨识。仿真结果与试验结果吻合较好，表明该模型能准确预测复合材料板簧的迟滞特性。建立考虑复合材料板簧迟滞特性的整车7自由度动力学模型，分析了在随机路面激励下，复合材料板簧迟滞特性对整车动态响应的影响。结果表明，复合材料板簧的迟滞特性使簧载质量的质心加速度增加，板簧的回复力增大，而悬架的动挠度减小。该研究为复合材料板簧的整车匹配和精细化动力学建模提供参考。

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基于Res⁃CNN和燃油压力波的柴油机喷油器故障诊断方法

靳莹,乔新勇,顾程,郭浩,宁初明

2021 (6): 943-951. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.06.019

摘要 ( 200 )

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燃油喷射系统的工作质量直接影响柴油机工作过程及性能。针对利用燃油压力波进行故障诊断时压力波特征点自动化识别困难、影响实时在线监测的问题，提出了利用深度学习图像识别理论进行喷油器故障诊断的方法。通过喷油泵试验台进行了喷油器典型故障模拟试验，测取了高压油管燃油压力波，分析了不同故障状态下燃油压力波动特征及规律，建立了基于深度残差的卷积神经网络（Res?CNN）模型，以一维燃油压力波信号为输入，进行喷油器故障诊断检测及验证，并对故障特征学习过程进行了可视化分析。结果表明，该模型较传统方法具有更高的诊断准确率，验证了直接应用燃油压力波图形识别方法进行在线实时监测的可行性。

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