汽车工程

Select

面向车-路-图协同的分布式自动驾驶仿真平台架构及应用

张佳楠,胡钊政,孟杰,胡华桦,左洁

2024 (8): 1335-1345. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.001

摘要 ( 337 )

HTML ( 30 )

PDF(6412KB) ( 411 )

为解决车路图协同仿真环境下的单机式测试平台效率低下、系统可扩展性不足的问题，本文提出了一种面向车-路-图协同的分布式自动驾驶仿真平台架构，并将该平台命名为VIMS（vehicle-infrastructure-map system）。VIMS平台以CARLA作为虚拟仿真引擎，通过引入真实高精地图，接入驾驶模拟器、信号机等硬件在环设备，形成了虚实结合的交通场景；考虑功能的交互作用，VIMS平台分为主世界、智能车、智能路侧和高精地图4个模块，采用ROS分布式架构实现模块内部的相对独立和模块间的互联互通；考虑到平台的计算可靠性与可用性，采用分布式计算实现4个模块间的独立计算。通过车道保持和车路图协同定位算法为例进行应用验证，通过平台实现了数据采集、传输和算法的验证测试与评价，结果表明，本文所提出的平台可以实现车、路、图协作的实时仿真，保证模块的有机运行，系统架构可扩展性高。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于IDP的重型商用车自适应距离域预见性巡航控制策略

李兴坤,王国晖,卢紫旺,王玉海,王语风,田光宇

2024 (8): 1346-1356. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.002

摘要 ( 121 )

HTML ( 13 )

PDF(2805KB) ( 187 )

为降低重型商用车燃油消耗、减少运输成本，本文协调“人-车-路”交互体系，将车辆与智能网联环境下的多维度信息进行融合，提出了一种基于迭代动态规划（iterative dynamic programming，IDP）的自适应距离域预见性巡航控制策略（adaptive range predictive cruise control strategy，ARPCC）。首先结合车辆状态与前方环境多维度信息，基于车辆纵向动力学建立自适应距离域模型对路网重构，简化网格数量并利用IDP求取全局最优速度序列。其次，在全局最优速度序列的基础上，求取自适应距离域内的分段最优速度序列，实现车辆控制状态的快速求解。最后，利用Matlab/Simulink进行验证。结果表明，通过多次迭代缩小网格，该算法有效提高了计算效率和车辆燃油经济性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

四驱车辆交互式多模型自适应无迹卡尔曼滤波路面附着系数估计

邓浩楠,赵治国,赵坤,李刚,于勤

2024 (8): 1357-1369. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.003

摘要 ( 155 )

HTML ( 8 )

PDF(6164KB) ( 223 )

路面附着系数对车辆动力学控制性能有重要影响，为准确实时估计路面附着系数，提高算法在不同路面及工况下的估计精度与收敛速度，本文针对分布式四轮驱动车辆，结合7自由度车辆动力学模型和Dugoff轮胎模型，提出了一种基于交互式多模型的自适应无迹卡尔曼滤波（IMM-AUKF）路面附着系数估计方法，首先将改进的Sage-Husa噪声估计器引入到无迹卡尔曼滤波（UKF）算法中，构建了自适应无迹卡尔曼滤波（AUKF）观测器，以对测量噪声进行实时更新并保证其协方差矩阵的正定性，同时提高新观测数据的权重，并增强算法的实时跟踪精度和稳定性；然后通过选择不同的观测变量，分别构建了车辆纵向行驶工况AUKF观测器和横纵向耦合工况AUKF观测器，并利用交互式多模型（IMM）算法进行观测器模型的切换，进而实现算法在车辆不同行驶工况下路面附着系数的准确估计。高附、低附、对接以及对开等路面仿真试验及实车道路试验结果表明，所提出的IMM-AUKF算法相比于传统的UKF算法，具有更高的估计精度与更快的收敛速度，能够适应不同工况下路面附着系数的实时准确估计。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

面向智能汽车赛博物理系统的领域特定建模语言研究

赵静,梁浩,徐天啸,肖雅月,姜博文

2024 (8): 1370-1381. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.004

摘要 ( 102 )

HTML ( 3 )

PDF(6104KB) ( 173 )

智能汽车信息物理系统（IVCPS）是具有多领域交叉融合特征的复杂大系统，在设计IVCPS领域特定建模语言时，应用现有建模语言存在扩展性差、成熟度低、学习成本高等问题，因此，本文根据V模型和创新架构方法，分别从IVCPS顶层设计流程、IVCPS元语言对象集语言要素定义两部分对面向IVCPS领域特定建模语言（DSML）进行研究，对IVCPS系统层元语言和组件化元语言的规范化进行定义，研究赛博物理组件中表达物理实现、动态特性和赛博计算的组件，以期为赛博物理组件的封装和创建提供参考。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于自然驾驶数据的交互轨迹基元表征与提取

李子睿,王浩闻,龚建伟,吕超,赵晓聪,王猛

2024 (8): 1382-1393. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.005

摘要 ( 115 )

HTML ( 2 )

PDF(3132KB) ( 134 )

在共享道路空间中不同流向道路使用者间存在通行路径冲突，为规避碰撞风险，道路使用者须通过驾驶交互进行路权协商，从而消解潜在冲突。对交互行为的表述和建模，对于准确理解和预测动态环境具有重要意义。为此，本文提出一种以交互基元为分析单元的多车驾驶交互行为语义级表征和提取方法。首先，利用非参数贝叶斯方法对交互驾驶行为进行分割，得到具有显著行为模式的驾驶交互片段。然后，利用黏性层次狄利克雷-隐马尔可夫模型，从驾驶交互片段中提取得到交互基元。最后，对规范化处理后的交互基元进行无监督聚类，以获得驾驶交互场景的语义级行为特征。基于NGSIM高速公路数据集中20 797组多车交互数据的实证研究，本文提出的方法可提取并分析多个体参与的复杂交互场景，突破了已有研究中只针对两车交互场景构建交互基元的局限性，可支撑对多交通参与者交互的本质进行分析。实验结果表明，本文所提出的方法可以将连续的驾驶行为划分为离散的交互基元。且聚类划分结果可以与实际交互场景相对应，用于不同交互轨迹基元中车辆之间的交互行为特性分析。同时，该方法对于复杂场景下游驾驶任务具有提升作用。在车辆多步轨迹预测任务中，相比于基线方法，本文所提出的交互基元提取方法在与基线预测方法融合后可以将平均预测误差和终点预测误差分别降低19.3%和14.6%。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于BEGAN的汽车CAN网络入侵检测数据增强方法研究

汪想,刘蓬勃,赵剑,范科峰,李琳辉

2024 (8): 1394-1402. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.006

摘要 ( 111 )

HTML ( 5 )

PDF(4082KB) ( 151 )

针对目前汽车CAN网络入侵检测算法因攻击样本缺少而导致数据不平衡问题，提出一种基于BEGAN的CAN入侵检测数据增强方法，引入one-hot编码将CAN报文特征图像化，结合构建的生成对抗网络，生成与真实攻击格式一致且内容差异的有效样本。通过采集实车数据作为真实样本进行训练，从特征图、t-SNE可视化、统计学分析和分类器验证角度验证了所生成的增强数据集的实用性，可提高入侵检测分类器准确率；与传统过采样算法含随机过采样（ROS）、合成少数过采样（SMOTE）、SMOTE-ENN、自适应合成过采样（ADASYN）相比，具有更高的准确率。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于改进LPV模型的自动驾驶轻型货车横向控制

颜伏伍,向博文,胡杰,陈锐鹏,张志豪,刘昊岩,高宠智

2024 (8): 1403-1413. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.007

摘要 ( 106 )

HTML ( 5 )

PDF(3974KB) ( 168 )

本文为适应物流自动驾驶轻型货车载荷显著变化的特点，满足低计算负载和高稳定性等需求，提出了一种基于LPV-MPC的路径跟踪控制方法。首先构建线性参变模型，并制定该模型与调度变量-速度和载荷的非线性映射规则，旨在提高行车稳定性并降低系统对参数的灵敏度；然后在滚动优化部分，为解决规划层提供的离散轨迹点稠密程度不匹配控制模块预测层需求的问题，设计了一种轨迹重构的方法，构建了适应预测层时域尺度的平滑轨迹序列，能有效降低预测状态与真实状态的偏差；同时采用了多点状态量偏差预测方式代替单点偏差预测，充分利用了参考轨迹信息从而提高跟踪精度；最后通过联合仿真和实车试验，验证了所提出控制策略的有效性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

异质车型影响下智能汽车二维碰撞风险预测

朱甲梁,刘巧斌,杨帆,杨路,李巍华

2024 (8): 1414-1421. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.008

摘要 ( 90 )

HTML ( 2 )

PDF(3350KB) ( 147 )

行车碰撞风险的准确预测是保证智能汽车安全行驶的关键，但目前评估方法鲜有考虑异质车型风险差异性及横纵向二维风险耦合。为此，本文首先挖掘异质车型驾驶人的行为规律，解析车型对驾驶人风险敏感度的影响；其次，辨识获得不同车型组合的异质风险阈值，利用二维指标量化交通风险差异性；最终提出考虑车辆类型的二维碰撞风险耦合预测模型，并通过对比验证模型的准确性。该研究有助于提升智能汽车的行驶安全性，且可为人类驾驶汽车的碰撞预警系统开发提供理论依据。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于概率函数触发的锂电池模组热失控蔓延建模与分析方法研究

禹进,郭川钰,于佳佳

2024 (8): 1422-1430. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.009

摘要 ( 86 )

HTML ( 6 )

PDF(2637KB) ( 96 )

针对现有数值模拟方法难以准确反映锂电池热失控触发温度概率性变化的问题，提出基于概率函数触发的锂电池模组热失控蔓延建模方法。该方法首先通过统计分析实际锂电池热失控温度区间和数量分布，以此计算出各温度区间热失控触发概率，然后基于提出的概率触发模拟器实现仿真过程概率触发，采用实验数据对该方法的有效性进行验证，最后对概率函数触发条件下的热蔓延路径及其概率进行分析。结果表明，存在包括跳跃式热失控现象在内的多种热失控蔓延路径，其中顺序热失控的概率最高，而跳跃式热失控的概率最小。所提出的方法为研究锂电池模组热失控蔓延过程的概率性提供有效的研究工具和分析方法。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

电动汽车车内声品质评价研究进展

钱堃,刘珂,王言夫,厉濠阳,谭璟,沈政华,杜习康,段继英,赵剑

2024 (8): 1431-1446. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.010

摘要 ( 141 )

HTML ( 6 )

PDF(5181KB) ( 246 )

为全面梳理电动汽车车内声品质评价的发展现状，明确未来趋势，本文首先介绍了电动汽车车内声品质的研究进展和特点；然后详细介绍A声级对于电动汽车车内声品质评价的局限性、心理声学参量以及一些非传统参量客观评价方法；接着归纳了电动汽车车内声品质主观评价方法及其优缺点；之后重点分类总结了国内外电动汽车车内声品质客观量化模型；最后对电动汽车声品质评价进行了总结和展望，认为在未来以高精度客观评价模型代替传统主观评价方法，缩短评价时间与成本，提高评价准确性将是电动汽车车内声品质评价发展的重要方向。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于双电机主动横向稳定杆的车辆位姿联合控制研究

董志圣,卢荡,刘泓江

2024 (8): 1447-1456. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.011

摘要 ( 83 )

HTML ( 1 )

PDF(4321KB) ( 151 )

针对集成双电机主动横向稳定杆车辆的车身姿态控制方法进行研究。首先建立了双电机主动横向稳定杆动力学模型以及包含侧倾、横向、横摆、俯仰、悬架垂向位移的车辆8自由度模型，其次针对复杂工况下控制算法参数难整定问题，提出了基于悬架高度信号、路面坡度信号等车辆状态信息的实际俯仰角估计方法、理想俯仰角标定方法以及俯仰工况辨识方法，以双电机主动横向稳定杆为作动器设计了基于PID控制算法的俯仰子控制算法和侧倾子控制算法，采用遗传算法对各子控制算法参数进行整定，最后结合位姿控制矩阵设计了车辆位姿联合控制算法并进行试验验证。MATLAB/Simulink、CarSimRT与华海控制器进行的控制器算法在环测试结果表明，在不同复杂工况下搭载双电机主动横向稳定杆车辆的侧倾角、侧倾角速度以及俯仰角的改善幅度均在10%以上，证明了该控制算法的可行性及普适性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

开关磁阻电驱动系统机电控协同设计

刘长钊,王坤,宋健,范朔铭,陈祥龙

2024 (8): 1457-1468. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.012

摘要 ( 77 )

HTML ( 4 )

PDF(7487KB) ( 81 )

提出一种高性能开关磁阻电驱动系统的高效正向协同设计方法，来提高开关磁阻电驱动系统的功率密度，同时降低汽车在典型循环行驶工况下的损耗。首先，建立开关磁阻电机动态转矩模型和径向力模型；然后，建立开关磁阻电机损耗模型，并结合齿轮传动系统损耗模型形成电驱动系统损耗模型，用于典型循环行驶工况下电驱动系统损耗的计算。最后，以机械、电气和控制参数为协同设计变量，以系统的循环行驶工况损耗、质量和转矩波动与径向力脉动为优化目标，采用了双层嵌套优化方法进行优化设计。基于上述方法对12/8级开关磁阻电驱动系统进行优化设计，经协同优化设计后的开关磁阻电驱动系统总质量减轻了19.76%；CLTC-P典型循环工况的系统总损耗减少了42.45%；系统综合效率提升7.66%。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

实现纹波电流还原的PMSM端口模拟算法

李易庭,高泽鹏,李梦梦,王普毅

2024 (8): 1469-1478. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.013

摘要 ( 54 )

HTML ( 1 )

PDF(5921KB) ( 75 )

电机模拟器作为一种模拟电机端口特性的三相电力电子装置，为电驱动系统的测试提供了高效的测试手段。电机模拟器还原目标电机端口特性的标志是精确还原目标电机的工作电流，现有研究实现了基波电流及较低阶次谐波电流的还原，但针对电机在电机控制器驱动下的高频纹波电流的还原仍严重依赖滤波电感与目标电机电感的匹配，降低了电机模拟器的通用性。为此，本文基于电路等效虚拟法将永磁同步电机等效电路拆分为两部分，一部分由电机模拟器实际电路代替，另一部分由控制算法模拟，并结合无差拍电流预测控制对控制差拍进行了补偿，提出了前馈解耦无差拍电流跟随策略。实验结果表明，基于新提出的永磁同步电机端口模拟算法，电机模拟器可以在不更换电感的情况下模拟不同参数的永磁同步电机，高频纹波电流的频域跟踪误差从传统策略的160%降低至20%，显著提高了电机模拟器对永磁同步电机端口特性的模拟精度。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

集成式电液制动系统自适应压力控制

赵健,杜金朋,朱冰,陈志成,吴坚

2024 (8): 1479-1488. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.014

摘要 ( 110 )

HTML ( 6 )

PDF(5636KB) ( 141 )

针对集成式电液制动系统（integrated electro-hydraulic brake system，IEHB）存在的复杂液压非线性特性和时变摩擦干扰，提出一种自适应压力控制策略。外环压力控制器引入液压特性的动态线性化模型并基于滑模观测器对模型参数实时辨识实现对非线性液压特性的自适应。内环伺服控制器采用基于压力的连续摩擦补偿和反步动态面控制应对传动机构摩擦阻碍。硬件在环实验结果表明，与现有的先进级联压力控制相比，设计的压力控制策略在多种工况下均表现出更高的控制精度和鲁棒性，并显著提升了IEHB在不同液压回路结构下的压力控制效果。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

宽温域乘用车空气弹簧动力学建模与控制

周恩临,何梦圆,赵启航,何智成,黄晋

2024 (8): 1489-1500. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.015

摘要 ( 75 )

HTML ( 4 )

PDF(5430KB) ( 101 )

目前，空气悬架在不同的车型上的装配比例越来越高，然而，整车性能的空气悬架匹配主要基于定常温下开展，很少考虑宽温域下空气悬架的控制性能。针对宽温域服役范围下乘用车的空气悬架高度控制问题，本文从空气弹簧的静态特性入手，提出了一种宽温域空气弹簧的表征模型，并模拟乘用车在非运动状态下悬架系统高度控制进行了仿真与试验，实现了车辆在宽温域下的服役性能提升。首先，通过不同温度的试验数据建立了宽温域空气弹簧模型，充分考虑了温度对橡胶以及气体的影响。其次，提出了一种基于在线线性二次调节器法（LQR）的空气悬架控制算法，该模型考虑了温度对气囊参数的影响规律。最后，在宽温域条件下验证控制器的鲁棒性。仿真与试验结果表明，考虑宽温域服役的新型控制器能实现车身高度达到目标高度并且避免出现振荡，具有良好的稳定性和鲁棒性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

商用车驾驶室虚拟迭代目标谱优化与分解

王凯,张宗阳,邴涛,崔云龙,孙士涛,李安海

2024 (8): 1501-1510. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.016

摘要 ( 155 )

HTML ( 28 )

PDF(6766KB) ( 196 )

商用车驾驶室总成载荷谱是影响虚拟疲劳预测精度与计算效率的关键。本文探究了道路载荷谱采集与编辑、高保真动力学建模以及虚拟迭代等重点环节，以期从工程应用角度获取准确、高效的外联点时域载荷。首先，在试验场实车采集了驾驶室总成全路径道路载荷谱，考虑随机误差对原始数据进行归一化拆分并重组，得到统计性较强的试验场总损伤目标；然后，利用等效损伤原则优选出9段工况及其循环数，不仅将误差控制在10%以内，同时时效提高了75%；随后，结合实测减振元件的性能参数，建立了高保真驾驶室刚柔耦合动力学模型，并通过驾驶室7通道道路模拟台架验证了模型精度；最后，通过虚拟迭代完成了优选工况的载荷分解，迭代误差小于10%。基于上述优选并分解得到的外联点载荷，高效完成了驾驶室本体虚拟疲劳计算，并准确预测了驾驶室焊点失效情况，与道路模拟台架耐久试验结果有较高的吻合度，为商用车驾驶室的设计和优化提供了有力的技术支撑。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

TA2纯钛薄板微流道液压成形工艺研究

徐勇,高明宇,解文龙,张士宏,苏宗辉

2024 (8): 1511-1519. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.017

摘要 ( 75 )

HTML ( 0 )

PDF(5322KB) ( 113 )

双极板是氢燃料电池的重要部件之一，钛作为金属双极板基材有诸多优势，但钛的成形性能差、回弹较为严重，本文以0.1 mm TA2纯钛薄板微流道液压成形为研究对象，通过试验和有限元模拟相结合的方法研究纯钛微结构变形行为，分析工艺参数对微流道成形质量的影响规律，为液压成形钛双极板提供参考。建立了TA2纯钛薄板微流道液压成形的有限元模型，通过与试验件的轮廓及厚度分布验证有限元模型的准确性；研究了液体压力、加载速率和脉动加载对微流道成形的影响。结果表明，微流道液压成形过程中材料应变路径为平面应变，且上圆角位置最容易破裂；加载速率对微流道成形影响不大，随着加载速率的提高，成形深度略有下降，但是变化不大，仅有3%；脉动加载路径能够提高材料的流动变形能力，在均为临界破裂情况下，相比较线性加载路径成形深度有较高的提高，可达232.2 μm，提高幅度为23%。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于路况识别及素材谱的汽车用户路线疲劳损伤获取研究

苏亮,吴道俊,陈泉泉

2024 (8): 1520-1528. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.018

摘要 ( 78 )

HTML ( 4 )

PDF(2788KB) ( 67 )

为识别和获取用户路线的汽车结构疲劳损伤，提出了“素材谱”和“探测车”的概念，进而提出了一种基于路况识别、划分并与素材谱相结合的用户路线的汽车结构疲劳损伤的便捷获取方法。首先，构建了IRI（国际平整度指数）识别路面等级的数学模型，建立了通过探测车的简配传感器方案识别用户路面等级的方法，并研究了车速与IRI的关联性和独立性。接着，提出了基于IRI和车速二维变量对用户路线的探测车道路工况细化分级及里程分布确定的方法。然后，结合全通道样车在本地采集的素材谱及单位里程损伤，最终高效地计算、获得用户路线及区域的汽车结构疲劳损伤。从而创建和形成了“素材谱+探测车”识别用户路线总损伤的解决方案。验证结果良好，表明所研究技术方法具有良好的可操作性、精确性和有效性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

车辆开闭件疲劳性能分析与验证

刘哲,李辉,高大威,高云凯

2024 (8): 1529-1536. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.08.019

摘要 ( 103 )

HTML ( 5 )

PDF(4390KB) ( 154 )

对某汽车车门关闭过程中产生的疲劳失效问题进行了研究。首先，对车门关闭工况下的瞬态冲击载荷进行离散化处理，通过整车和台架实验分别采集振动加速度响应信号和频率响应函数，从而利用传递路径分析（transfer path analysis， TPA）方法计算得到离散化瞬态冲击载荷。其次，将求取的瞬态冲击载荷输入至车门有限元模型中，进而获得关门工况下的应力-时间历程响应云图，进一步由疲劳损伤理论计算车门关闭工况下的疲劳寿命。最后，将基于载荷识别的疲劳分析结果、基于显式动力学的疲劳分析结果以及车门关闭工况下的疲劳实验结果进行对比验证，结论表明三者结果一致性较好，验证了该方法的合理性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

当期目录