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2020年 第11卷 第2期
刊出日期:2020-06-30
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汽车底盘线控与动力学域控制技术
李亮, 王翔宇, 程硕, 陈翔, 黄超, 平先尧, 魏凌涛
2020, 11(2): 143-160. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.001
摘要
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汽车动力学及其线控技术是汽车底盘设计中的难题,一直是学界研究的热点。汽车的智能化 发展也对底盘线控执行技术提出了更高、更迫切的性能要求。该文介绍了汽车动力学与底盘线控技术 的最新进展:针对汽车动力学及控制技术,介绍了动力学建模分析、动力学状态观测以及动力学稳定 性控制策略的发展历程及研究现状;针对底盘线控执行技术,概述了面向智能驾驶的线控制动、线控 转向、线控驱动发展历程及研究现状;针对汽车底盘集成控制技术,提出了底盘动力学域控制的概念, 系统性地说明了域控制架构和协调控制策略。最后展望了汽车底盘线控与动力学域控制技的术未来研 究趋势。
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计量指标
汽车车载油气回收技术的研究与发展
何仁, 刘书
2020, 11(2): 161-173. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.002
摘要
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随着汽车保有量不断增大,汽车燃油蒸发排放问题愈发突出,相较于第2 阶段加油站油气回 收系统,车载油气回收(ORVR)系统效率更高,有利于汽车节能减排。为了明确车载油气回收技术亟 需解决的关键技术难题、开发优化车载油气回收装置,该文分析了汽车车载油气回收技术的发展历程, 介绍了典型的车载油气回收系统结构及工作原理;通过对加油管和炭罐的研究现状分析,指出加油管 的设计是一个自液封的设计,合理的炭罐脱附机制能够减少炭罐的脱附对发动机空燃比的影响;通过 对油气蒸发排放数学模型研究现状分析,明确汽车燃油蒸发排放影响因素并预测蒸发排放量;特别地, 针对混合动力汽车发动机工作特性与传统汽油车发动机的不同,讨论了混合动力汽车的炭罐脱附控制 策略。最后,总结并预测了汽车车载油气回收技术存在的问题及未来发展趋势,指出为减少汽车蒸发 排放直至达到“零排放”的标准,车载油气回收技术需要走向自动化,提高精度控制。
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计量指标
车—摩托车碰撞中骑乘人员运动学响应的差异
邹铁方, 王冠, 胡林, 武和全, 刘朱紫
2020, 11(2): 174-181. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.003
摘要
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为研究摩托车事故中骑车人和后座乘员运动学响应的差异,设计 294 组仿真试验,对仿真结 果进行统计分析。基于 PC-Crash 软件,选择 3 类汽车(轿车、运动型多功能车 (SUV) 和微型厢式车)、 7 种汽车速度、2 种摩托车速度及 7 种不同角度和方向的碰撞形态作为试验变量。结果表明:对 84% 的碰撞形态和 75% 汽车车型,摩托车骑、乘人员的抛距、头部碰撞时间、头部相对碰撞速度和头部 碰撞角度具有显著性差异,同时,在 12% 碰撞形态下,骑、乘人员两者具有极显著性差异;在不同 碰撞车速下,骑车人的平均抛距、头部相对碰撞速度和头部碰撞角度均高于后座乘员,后座乘员的平 均头部碰撞时间较骑车人更长。该结果可为摩托车驾乘关系判定、骑乘人员损伤防护等提供支持。
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考虑时滞的协作式自动驾驶车队的纵向控制方法
李正磊, 褚端峰, 贺 宜, 陆丽萍, 吴超仲
2020, 11(2): 182-188. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.004
摘要
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为提高协作式的自动驾驶车队的纵向控制器的鲁棒性,提出了一种考虑车辆执行器时延和车 车通信时延因素的纵向控制方法。该方法综合本车与相邻前车以及车队领头车的运动状态(包括车辆 位置、车间距偏差、速度、加速度)信息,建立了一个车队编队结构模型。为保持队列稳定性,根据 Lyapunov 稳定性理论,推导出时延和 PID(比例积分微分)控制器参数的边界条件。对一个10 辆车 组成的车队进行仿真。结果表明:当被控车响应相邻前车和车队领头车的运动状态变化时,车辆间距 误差最大为 0.8 m。在领头车进行紧急制动工况(减速度达到 0.8 g)时,也能避免追尾事故发生。
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计量指标
自行车头盔对骑车人头部防护性能的有限元分析
张义, 何伟, 金钱钱, 潘迪, 韩勇
2020, 11(2): 189-197. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.005
摘要
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为研究自行车头盔对骑车人头部的防护性能,建立了自行车头盔有限元数值分析模型,并 依据欧洲法规 EN 1078 的动态测试方法,验证了头盔模型的有效性。重建了一起真实自行车事故案 例,以研究在头盔在人与车碰撞及人与地面碰撞中头部颅骨骨折及脑损伤。结果表明:在人与车碰撞 中,当头部与风挡玻璃中部接触时,佩戴或不佩戴头盔时的颅骨骨折的风险均不到1%,而简明损伤 定级 (AIS) 为AIS2+ 的脑损伤风险仅降低 4% ;在人与地面碰撞中,佩戴头盔后颅骨骨折风险降低了 92%,而 AIS2+ 脑损伤仅降低了17%。与头盔对颅骨骨折风险的防护性能相比,头盔对旋转运动所 致脑组织损伤的防护性能存在不足。
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考虑失效相关的汽车盘式制动器的可靠性分析
胡启国, 袁帅辉
2020, 11(2): 198-204. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.006
摘要
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为了提高汽车盘式制动器系统的可靠性计算精度,从失效相关性出发,分析了汽车盘式制动 器系统的可靠性。基于有限元分析,结合样本数据,运用响应面法和反向传播 (BP) 神经网络法,对 模态失效和热工—机械耦合失效的两种失效,进行了功能函数拟合;基于 Vine Copula 模型,建立了 不同失效模式间的相关性模型;估计了盘式制动器运行到1 000~5 000 h 的 5 个时间点上系统失效模 式的相关性参数,并计算系统可靠度;利用 Montr Carlo 法,对不同时刻的系统可靠度,进行10万次 模拟。结果是:模拟值与模型计算值的最大相对误差为 0.29%。因而,在计算复杂机械系统的可靠度 时,本模型满足精度计算要求。
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一种电动助力制动系统的主动制动分层控制算法
柴晓东, 夏怀成, 王占朝, 屈紫君
2020, 11(2): 205-211. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.007
摘要
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提出了一种主动制动分层控制算法,以满足汽车对统一电动助力主动制动的需要。该方法分 上、中、下3层控制。上层控制用前馈加反馈的纵向减速度闭环控制方法,将车辆的目标减速度转化 为目标压力;中层控制以制动系统的压力—电流模型为前馈,以基于目标压力分段的比例积分微分 (PID) 控制为反馈,将目标压力转化为电动助力器助力电机的目标电流;下层控制通过对电机输入电压的脉 冲宽度调制 (PWM),实现对电机目标电流的准确跟随。结果表明:在测试中,该算法的主动减速度 控制的最大误差为±0.3 m/s2 ,减速度的响应时间小于 300 ms。因而,该算法满足了汽车统一主动制 动的需要。
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计量指标
整车碰撞虚拟仿真中橡胶悬置的仿真方法
陈现岭, 刘智超, 蒋斌庆, 刘珍海
2020, 11(2): 212-219. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.008
摘要
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为找到合适的仿真方法模拟汽车发生碰撞事故时车身悬置系统的受力情况和失效模式,以金 属材料失效理论为基础,分别采用梁单元、壳单元和实体单元(Beam、Shell 和 Solid) 3 种仿真建模 方法,通过 LS-DYNA 软件对车身悬置系统在碰撞中的受力情况进行仿真分析,并结合实车碰撞试 验评估仿真精度。结果表明:针对剪切型和压缩型悬置系统,需要采用 Beam 和 Solid 相结合的仿真 分析方法才能更精确地反映车身悬置系统在实车碰撞事故中的受力情况和失效模式。因此,在车型研 发过程中,可以使用 Beam 和 Solid 相结合的仿真方法指导车身悬置系统的设计开发工作。
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用于自动驾驶汽车的汽车—骑车人事故场景分析
韩大双, 马志雄, 朱西产, 曾宇凡
2020, 11(2): 220-226. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.009
摘要
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为在汽车—骑车人场景下测试评价自动驾驶汽车的安全性,建立了汽车—骑车人事故场景测 试工况库和相应的测试工况集评价模型。利用江苏省某市的交通事故数据库和中国国家车辆事故深度 调查体系(NAIS)数据库,筛选出了116 起汽车—骑车人碰撞事故;使用分类树的方法,提取了7 种 事故场景;根据道路与环境参数,生成该场景总体的测试工况集。使用层次分析法 (AHP) 和模糊综 合评价法,建立了汽车与骑车人碰撞事故场景的评价模型。结果表明:作为一种典型的中国事故测试 工况,当晴天且该路段无遮挡,乘用车与两轮车同向行驶时,两轮车横穿具有最高评分和最大危险度。
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基于 DP 算法的新双模 PHEV 系统能量管理策略
庞涵泽, 王立, 袁一卿
2020, 11(2): 227-235. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.010
摘要
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提出一种适用于新型双模插电式混合动力系统 (DHS) 构型的基于动态规划 (DP) 算法的能量 管理策略。该策略采用瞬时等效油耗最小原则 (ECMS) 确定每一模式下的能量分配。借助 Matlab / Simulink 软件,在新欧洲标准行驶循环工况(NEDC)和美国城市道路循环工况(UDDS)下,仿真分 析了该策略以及原结合了ECMS 的基于动力性和经济性规则的逻辑门限能量管理策略下的整车能耗。 结果表明:相对旧策略,采用本文策略,汽车在以上 2 种循环工况下行驶时,纯电续航里程提升了4.18 % 和 3.49 %,在电量不足状态下100 km 油耗下降了3.84 % 和 9.87 %。因而,该基于 DP 算法的能量 管理策略具有整车经济性优势。
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基于隐式全参数化技术的动力电池仓轻量化设计
刘莹, 祝振林, 王登峰
2020, 11(2): 236-242. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.011
摘要
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为了对某型电动汽车锂离子动力电池仓进行轻量化设计,采用 SFE Concept 软件平台,建立 电池仓的隐式全参数化模型。结合 iSight 平台,建立电池仓的优化流程。以电池吊装构件装配位置 及关键零件壁厚为设计变量,以电池仓整体质量为优化设计的目标函数,以结构刚度、强度、疲劳耐久、 NVH(噪声、振动、声振粗糙度)性能为约束条件,并利用了pointer 算法。结果表明:参数优化后的 动力电池仓的质量,减少了2.6%。因而,此方法对电池仓结构的正向设计开发具有参考价值。
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润滑油灰分对 GPF 耐久性及碳烟再生性能的影响
邵恒, 李楠, 林延松, 潘金冲, 华伦
2020, 11(2): 243-249. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.012
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为探究润滑油中灰分对汽油机颗粒捕集器(GPF)耐久特性以及碳烟再生性能的影响,基于 快速积灰法进行了台架试验、整车试验和断层扫描(CT),分析了发动机扭矩、排气系统背压、灰分 质量、排放效果以及 CT 剖面图等多项数据。结果表明:润滑油灰分等级越高,产生的灰分越多, 被 捕集到 GPF 内的灰分比例也越大;积累在 GPF 中的灰分会导致发动机的性能下降,但气体排放得到 优化;少量灰分可提高碳烟再生速度,但灰分过多或无灰都会使再生速度降低。
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计量指标
蓄电池式地下装载机电池组的散热结构设计
杨忠炯, 程宇, 周立强, 易圣先
2020, 11(2): 250-257. doi:
10.3969/j.issn.1674-8484.2020.02.013
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为了解决蓄电池式地下装载机由于电池组容量大、工作时间长而引发的发热严重问题,建立了 电池组生热与散热数学模型,研究了常规循环工况以及1 C 充放电情况下电池组的散热效果,分析了 出风口位置、出风口尺寸和隔板间隙宽度等散热结构对电池组散热特性的影响。结果表明:当电池组 处于1 C 持续充放电情况时,电池组的最高温度达到了63 ℃;出风口在第3层电池组的左右两侧时, 这层的电池组散热效果最佳,但是其他两层电池组散热效果并没有明显改善;当隔板间隙宽度为10 mm、出风口长度为 800 mm 时,电池组整体散热效果最佳,最高温度降低了7.7%。
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