汽车工程

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并联混合动力传动系统结构创新设计研究^*

邓涛,周豪,唐鹏

2018 (9): 997-1004. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.001

摘要 ( 711 )

PDF(1348KB) ( 1010 )

本文中将机械创新性设计方法应用于单电机并联混合动力传动系统的结构分析,以拓展混合动力汽车传动系统的结构。首先分析两种具有代表性的单电机并联混合动力汽车的传动结构,得到其机械拓扑结构。通过机械创新性设计方法,应用一般化规则得到机械拓扑结构的运动链,根据其运动链构件和运动副的数目得到一般化运动链。采用特定化程序,从一般化运动链图找出满足设计约束的可行特定化运动链图谱,除去同构类型后得到12种可行特定化运动链,利用具体化规则转换为相应的行星轮系的机构简图。通过动力输入输出分配与运行模式分析,最终获得132种单电机并联混合动力汽车传动系统的可行结构。选取其中一种新构型,分析其6种基本运行模式下的能量流动,得到15种离合器与制动器的状态组合,验证了将机械创新方法应用于混合动力传动系统结构设计的可行性。

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基于DL-MOPSO算法的等效燃油消耗最小能量管理策略优化研究^*

石琴,仇多洋,吴冰,刘炳姣,陈一锴

2018 (9): 1005-1013. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.002

摘要 ( 454 )

PDF(1213KB) ( 785 )

等效燃油消耗最小能量管理策略(ECMS)的优化问题,是一个不连续、非可导的内外层嵌套多目标优化问题,为进一步提高整车燃油经济性,同时使电池具有良好的电量保持性能,提出一种内外层嵌套的双层多目标粒子群算法(DL-MOPSO)对充放电等效因子和功率分配方式同时进行寻优。仿真结果表明,与传统的穷举法相比,DL-MOPSO算法寻优获得的ECMS可提高整车燃油经济性10.28%,且SOC终值与目标值差为0.001 9,有效保持电量平衡。最后分析了惩罚函数中β参数对ECMS寻优的影响,对β参数的取值具有一定指导意义。

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冲程缸径比对汽油机缸内流场影响的研究^*

高莹,谢天驰,门欣,徐英健,费孝恒

2018 (9): 1014-1020. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.003

摘要 ( 486 )

PDF(2419KB) ( 682 )

为探究冲程缸径比对汽油机缸内流场的影响,保证其它条件相同,将某三缸进气道喷射汽油机模型的冲程缸径比改为0.7和0.9(分别设为方案1和方案2),原机计算模型冲程缸径比为1.05(设为方案3)。利用AVL-Fire软件对3种计算方案在2 000r/min低负荷工况和3 800r/min全负荷工况下的进气及燃烧过程进行瞬态数值模拟计算。对比不同计算方案的缸内速度场、湍动能场和瞬时放热率。结果表明,在一定范围内,适当增加冲程缸径比,能够提高缸内滚流强度,从而使点火时刻湍流强度增大且分布良好,瞬时放热率更高,燃烧速度更快。

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CVVL发动机动态工况优化控制

韩本忠,张力华,傅园松,李理光

2018 (9): 1021-1031. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.004

摘要 ( 610 )

PDF(1327KB) ( 502 )

为解决CVVL发动机在搭载车辆后出现的加速抖动甚至熄火和减速转速上冲问题,对发动机的动态工况控制和优化方法进行了研究。发动机测试结果表明,造成上述问题的根本原因是CVVL、节气门和可变气门正时(variable valve timing, VVT)三者不同的动态控制特性,发动机进气动态特性是各个进气控制机构控制效果的动态叠加。加油门时,CVVL动态响应速度快,而VVT切换动作延迟,进气量突然上冲,然后下降,产生进气波动,从而造成发动机转速抖动。减油门时,当CVVL动作比VVT动作慢,在VVT切换时,进气量首先上升,然后随CVVL升程下降而下降,造成发动机转速抖动,但减油门时问题一般没有加油门时明显。通过引入CVVL和VVT响应速度滤波时间,并采用CVVL,VVT和节气门开度协同控制,优化CVVL和VVT在加油门和减油门时控制效果,上述问题得到了有效解决,实现了发动机动态工况平顺、快速的切换。

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自动驾驶汽车横向可拓预瞄切换控制系统研究^*

蔡英凤,臧勇,孙晓强,陈龙,王海,江浩斌,何友国

2018 (9): 1032-1039. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.005

摘要 ( 447 )

PDF(1420KB) ( 585 )

针对曲率变化范围大的弯道混合道路工况下,自动驾驶汽车横向控制系统的适应性和控制精度不高的问题,本文中提出了一种自动驾驶汽车横向可拓预瞄切换控制方法。控制系统由上层可拓控制器和下层控制器两部分组成,实现了在经典域中反馈控制和可拓域中前馈反馈控制策略的切换控制。Simulink仿真结果表明,该控制方法在保证小曲率道路控制精度的同时,降低了大曲率道路的控制误差,对于时变工况具有很好的适应性。

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基于模型预测控制的混合动力汽车模式切换中的转矩协调控制策略^*

张渊博,王伟达,项昌乐,黄琨,马越,魏超,李子龙

2018 (9): 1040-1047. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.006

摘要 ( 549 )

PDF(1050KB) ( 696 )

混合动力车辆有多种工作模式,在模式切换过程中,由于系统的不连续性等特性,会出现平顺性差等问题。为此,本文中以双模混联式机电复合传动为对象,以改善模式切换品质为目的,重点进行离合器接合过程控制策略的研究。首先,对机电复合传动总体结构和特性进行了分析,并建立了功率耦合系统的等效模型;接着,提出了以减小车辆冲击度和离合器滑摩功为目标的基于模型预测控制的转矩协调控制策略;最后,利用仿真模型,对转矩协调控制策略进行了验证。结果表明,机电复合传动在所提出的模式切换控制策略的作用下,能在保证模式切换响应速度更快的同时,有效地降低输出轴的转矩波动和车辆的冲击度,减小离合器的滑摩损失,因此极大地改善了模式切换品质,对工程实践具有一定的参考价值。

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基于环境态势评估的智能车自主变道决策机制^*

何艳侠,尹慧琳,夏鹏飞

2018 (9): 1048-1053. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.007

摘要 ( 314 )

PDF(1394KB) ( 604 )

汽车面对的是复杂高动态的行驶环境,且车载传感器信息具有不确定性,对动态环境进行正确态势评估是提高车辆,尤其是智能车行驶安全性的关键因素之一,本文中基于环境态势评估对智能车自主变道决策机制进行研究。首先基于人类驾驶认知机理对车辆环境态势评估模型进行层次化分析,然后利用动态贝叶斯网络实现态势评估,并结合最大期望效用原则实现自主变道决策,最后通过实验验证了本文方法的有效性。结果表明,该方法能在动态复杂环境和车载传感器测量数据存在偏差等信息不确定的条件下,做出正确合理的变道决策。

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自动变速器表面涂层齿轮温度场特性的仿真与试验研究^*

臧立彬,陈勇,陈华,刘海,周慧东,李凯,罗大国

2018 (9): 1054-1061. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.008

摘要 ( 322 )

PDF(3751KB) ( 509 )

齿轮表面涂层是提高变速器齿轮疲劳寿命的有效方法。本文中基于非线性有限元法、传热学和涂层摩擦学理论,将轮齿之间摩擦产生的热视为热源,采用摩擦磨损试验机获得涂层表面的摩擦因数,精确计算稳态条件下涂层齿轮的摩擦热流密度和对流系数;运用ANSYS有限元软件,对某7速双离合器自动变速器涂层齿轮进行不同涂层厚度下温度场的数值仿真,揭示了涂层摩擦因数、转速和转矩等参数对齿轮稳态温度场的影响;采用红外热成像仪在齿轮动力循环加载试验台上测试了不同工况下的齿轮表面温度。结果验证了仿真模型的准确性,并表明,涂层后齿轮摩擦因数的减小可有效降低齿轮的最高本体温度。本研究为变速器齿轮的抗胶合和表面改性设计提供参考依据。

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基于稳态卡尔曼滤波的车辆质量与道路坡度估计^*

郝胜强,罗培培,席军强

2018 (9): 1062-1067. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.009

摘要 ( 593 )

PDF(1420KB) ( 1417 )

针对车辆自动变速器控制系统难以实时测得车辆质量与道路坡度这一问题,搭建了车辆的纵向运动学和动力学模型,在理论模型的基础上使用离散卡尔曼滤波器对车辆质量和道路坡度进行估算,并利用Carsim与Maltab/Simulink联合仿真采用合适的加速度传感器和稳态卡尔曼滤波器的实车试验,验证了用此方法估算车辆质量和道路坡度比惯性导航仪得到的数据有更好的实时性和准确性。

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换挡离合器摩擦元件周向间歇接触温度场研究^*

李和言,李明阳,马彪,杜秋,李慧珠,于亮

2018 (9): 1068-1075. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.010

摘要 ( 204 )

PDF(1686KB) ( 435 )

考虑温度和滑摩速度对摩擦因数的影响,建立了宏观维度下换挡离合器摩擦元件周向间歇接触温度场迭代计算模型,研究了与花键齿数相对应的间歇接触对温度场和摩擦因数的影响,并通过温度测量实验对模型进行了验证。结果表明:间歇接触会导致对偶片表面出现高温区,高温区分布与花键齿数相对应,对偶片表面最高温度与平均温度均随花键齿数增加而降低,对偶片温升与花键齿数和滑摩时间呈非线性相关。相同滑摩条件下,不同花键齿数对应的摩擦因数随滑摩时间增加而逐渐增大至同一最大值,在摩擦因数达到最大值前,花键齿数较少的对偶片对应的摩擦因数较大。换挡工况下,花键齿数较少的摩擦元件较快进入干摩擦状态,在较短时间内便可达到较大的摩擦因数;车辆蠕行等离合器长时滑摩工况下,花键齿数较多的摩擦元件局部温升较小,具有较好的热安全性。

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混合动力汽车的转速转矩双同步换挡控制^*

胡宇辉,乐新宇,吴洪振,席军强

2018 (9): 1076-1082. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.011

摘要 ( 497 )

PDF(1941KB) ( 620 )

针对常规的混合动力汽车换挡控制存在同步速差和挂挡冲击的问题,提出了一种转速转矩双同步的换挡控制方法。在转速同步过程中,通过从动端的转速变化来实时调整目标转速,并根据同步速差来调节电机输出转矩,使主从动端转速同步,且具有相同的运动趋势,从而减小换挡冲击。为改善转矩闭环PID控制的性能,采用模糊RBF神经网络来调整PID控制参数,提高电机转矩跟踪的快速性和准确性。实验结果表明,与常规方法相比,转速转矩双同步换挡不仅可减少换挡时间,还能显著减小换挡冲击。

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作动器惯性质量对主动悬架幅频特性的影响^*

王兴野,张进秋,刘义乐,张建,彭志召

2018 (9): 1083-1088. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.012

摘要 ( 381 )

PDF(1120KB) ( 441 )

设计了一种用于车辆主动悬架的齿轮齿条式作动器,并探究作动器惯性质量对主动悬架幅频特性的影响。首先给出了惯性质量的计算方法,分析了惯性质量对悬架系统固有频率的影响,接着,进一步对比了被动悬架、引入惯性质量、施加天棚控制和施加加速度阻尼控制4种情况下悬架3个评价指标的传递特性。最后通过台架试验进行了验证。结果表明:惯性质量的引入降低了车体和车轮固有频率,改善了中低频区域的振动,但加剧了高频区的振动;天棚主动控制只能改善中低频区域的振动抑制效果,但导致高频区振动的恶化;而加速度阻尼控制能减小惯性质量对中高频区域振动的恶化,相对较好地提高中高频区域的振动抑制效果。因此,作动器含有惯性质量的主动悬架系统应选择中高频控制效果较好的加速度阻尼控制算法。

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车辆侧倾状态估计的研究^*

董明明,张钰,王振峰

2018 (9): 1089-1095. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.013

摘要 ( 425 )

PDF(1213KB) ( 605 )

针对复杂行驶工况下车辆侧倾状态无法准确测取,因而对车辆侧倾无法有效控制的问题,本文中利用车辆耦合动力学与模糊T-S理论,设计了基于模型的T-S状态观测器算法,实现了复杂工况下车辆侧倾状态的实时有效观测。首先,构建了不同路面激励与转向盘转角工况下的车辆垂向与横向运动学模型;接着,在考虑轮胎受力具有强非线性特点的基础上,提出了基于T-S理论的轮胎T-S模型,并采用“魔术公式”对其进行了仿真验证;然后,基于轮胎T-S模型与整车动力学模型,利用贝叶斯理论,设计整车T-S观测器算法;最后,利用CarSim软件对标准A/C级路面激励工况下整车T-S观测器实时估计的车辆侧倾角与侧倾率进行仿真验证。结果表明,所设计T-S观测器可有效估计车辆侧倾状态,最大标准偏差不超过12%。

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座椅体压分布仿真分析与评价

沈重阳,张鹏,汪庆忠,李杨,杨戈,高伟

2018 (9): 1096-1100. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.014

摘要 ( 354 )

PDF(2358KB) ( 799 )

本文中基于H点测量装置(HPM)建立了详细的座椅体压分布仿真模型,而与座椅体压分布仿真分析紧密相关的泡沫和面料的材料参数则通过拉伸和压缩试验获得。通过与试验对比不同区域的最大压力值、平均压力、接触面积和占重比4项评价指标来验证模型的可靠性。结果表明,所建立的模型不仅可以准确反映体压分布的一般规律,并且H点测量装置的肩部、腰部和大腿处的各项体压分布指标,仿真与试验误差在10%以内,座椅仿真模型有效。

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内燃机式增程器扭转振动的建模与分析^*

张立军,阚毅然,孟德建,余卓平

2018 (9): 1101-1109. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.015

摘要 ( 286 )

PDF(3288KB) ( 995 )

为某商用车增程器建立了包括发动机、离合器、扭转减振器、发电机和增程器控制系统在内的增程器扭转振动模型,重点分析了典型工况下系统的响应状态、激励转矩和扭转振动的时域和频域特性。结果表明,增程器的扭转振动主要与发动机和发电机激励转矩波动与突变,以及部分工况下的共振有关。

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增压发动机正时系统冷起动敲击噪声的研究^*

唐自强,杨金才,刘刚,刘斌,李建,张亮

2018 (9): 1110-1117. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.016

摘要 ( 271 )

PDF(3239KB) ( 451 )

针对某款正在研发阶段的增压发动机在久置后冷起动的工况下发动机敲击异响问题,基于发动机起动过程的噪声和振动信号,运用小波变换和角度域分析方法识别敲击噪声产生的原因为张紧器限位卡环敲击液压张紧器壳体;从润滑系统、正时系统动力学特性和密封等方面系统地研究张紧器敲击的机理。据此提出了提高张紧器内弹簧刚度的方案彻底解决该发动机久置起动异响问题。

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双排行星齿轮系统的齿轮优化修形^*

张容川,周云山,胡哓岚,程建飞,傅兵,张飞铁

2018 (9): 1118-1124. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2018.09.017

摘要 ( 399 )

PDF(1847KB) ( 995 )

金属带式CVT中采用行星轮机构来实现前进挡与倒挡的切换,而双排行星轮机构因增加了一排行星轮导致系统自由度增加,激励也随之增加,从而增大了CVT在倒挡时的啸叫噪声。本文中以某款金属带式CVT为研究对象,通过噪声测试和阶次分析判断其倒挡噪声来源为行星齿轮系。为降低其倒挡时齿轮啸叫,对双排行星轮机构进行动力学分析。考虑了齿侧间隙,建立了非线性纯扭振模型,并以行星齿轮振动加速度方差为目标函数,采用遗传算法对行星齿轮修形量进行优化,并对优化后的齿轮进行实验验证。结果表明,齿轮优化修形提升了该CVT的声品质。

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