本期目录

• 2021年 第12卷 第3期
  刊出日期：2021-09-30 上一期    下一期
  综述与展望

  缸内直喷氢燃料内燃机技术发展及趋势

  孙柏刚, 包凌志, 罗庆贺

  2021, 12(3):  265-278.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.001

  摘要 ( 922 )   HTML ( 55)   PDF (1487KB) ( 755 )  

  氢能是实现碳达峰与碳中和的最佳能源形式,也被誉为21世纪的终极能源。氢内燃机具有零碳排放、高效率、高可靠性和低成本的显著优势,成为氢能应用的重要方向之一。缸内直喷氢内燃机可有效抑制回火,并显著提高功率密度,是氢内燃机近阶段的发展热点,引发了国内外汽车企业和研究机构的高度关注。该文系统总结了各类氢内燃机的优缺点以及相关直喷氢内燃机的技术途径及其达到的技术指标,采用废气涡轮增压可使氢内燃机的功率密度达到80 kW/L,采用高压缩比、稀薄燃烧可使有效热效率提升至42% ~ 45%,采用废气再循环技术等可使氢内燃机的唯一污染物NO_x降低至0.5 g/kWh,并具有达到近零排放的潜力。该文也针对下一代缸内直喷氢内燃机所带来的新问题,从混合气形成、燃烧特性、燃烧模式、有效热效率提升、NO_x控制方法及后处理器等技术角度分析了开发现状及技术水平,探讨了近零排放条件下有效热效率达到50%的未来技术发展趋势。

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  智能汽车的运动规划与控制研究综述

  采国顺, 刘昊吉, 冯吉伟, 徐利伟, 殷国栋

  2021, 12(3):  279-297.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.002

  摘要 ( 722 )   HTML ( 26)   PDF (3061KB) ( 726 )  

  为了实现智能汽车安全、高效地行驶,该文论述了智能汽车运动规划与控制理论与方法的研究现状,分析了国内外智能汽车路径规划、轨迹规划与横、纵向运动控制技术。研究表明,当前的运动规划多以简化车辆模型和约束为前提,较少考虑真实环境约束（如通讯损失、信息安全及混合交通）;当前的运动控制多集中在横、纵向独立控制,未深入考虑系统非线性特性、时滞现象与随机不确定性。因此,该文提出智能汽车运动规划与控制的重要发展方向是:基于多源感知信息融合与先进通信技术,进一步提升运动规划与控制能力,实现复杂动态场景下兼顾车辆横、纵向动力学的多目标综合协同控制,达到智能汽车行驶安全性、经济性以及舒适性的最优实现。

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  汽车安全

  某驱动桥主减速器的振动特性分析

  黄志超, 赵乙光, 胡义华, 柳明

  2021, 12(3):  298-304.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.003

  摘要 ( 372 )   HTML ( 12)   PDF (2098KB) ( 351 )  

  用仿真和试验方法,分析了某汽车驱动桥桥壳主减速器的振动特性。用HyperMesh软件,建立有限元模型。在OptiStruct模块中,进行模态分析,求解主减速器壳的固有频率和模态振型。进行了模态实验和振动与噪声测试。将有限元分析结果与实验结果进行对比。结果表明:主减速器壳的固有频率大于1.2 kHz,刚度较大。模态振型主要集中于主减速器壳的后端。验证了主减速器壳有限元模型的准确性。在转速1 800~2 000 r/min工况下,振动与噪声水平超标。分析其频率与倍频,推测与主减速器轮齿的振动有关。这些结果可为后续驱动桥噪声、振动与声振粗糙度（NVH）性能优化提供参考。

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  基于阈值自适应调整的图像特征均匀分布ORB算法改进

  时培成, 杨剑锋, 梁涛年, 齐恒

  2021, 12(3):  305-313.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.004

  摘要 ( 341 )   HTML ( 8)   PDF (2100KB) ( 204 )  

  基于相机的无人驾驶汽车视觉同步定位与地图构建（SLAM）,可完成无人驾驶汽车的定位与建图。针对传统ORB（Oriented FAST and Rotated BRIEF）算法在提取图像特征点时容易造成冗杂、分布集中的问题,提出一种限制四叉树算法分裂深度的改进ORB (A-ORB)算法。该算法构造图像金字塔解决尺度不变性问题;根据所提取的特征点总数计算出每层金字塔所需要提取的特征点数;对每层金字塔图像采用自适应区域划分,根据图像信息计算特征点提取阈值;利用改进四叉树算法来均匀化分布特征点。进行了模拟实验。结果表明:相较于ORB、MA以及S-ORB算法,该算法运行效率提高了30%以上,匹配精度提高了10%以上。

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  阶背车尾部结构对尾流场气动特性影响的仿真分析

  屈贤, 余烽, 张金龙

  2021, 12(3):  314-321.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.005

  摘要 ( 115 )   HTML ( 4)   PDF (2106KB) ( 141 )  

  为减少汽车气动阻力,改善阶背车尾部气动造型,探究了阶背车尾部结构对汽车气动特性的影响。采用Star-ccm+软件对阶背车MIRA模型的尾流场进行数值仿真,分析影响尾流场的关键车尾结构,确定了以车顶、后窗、侧窗、后备箱、底部上翘及尾部端面6个尾部结构为研究对象,探究了这些结构对气动特性的影响规律。从车尾整体角度设计车尾结构正交优化试验,进行各结构间相互影响下的车尾气动结构优化分析。结果表明:尾部上翘角、后窗倾角与车顶倾角是车尾气动结构设计与优化的关键;正交优化后的阶背车尾部结构,使气动阻尼系数减小14.4%。这说明,该结构设计改善了汽车尾流场。

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  基于国家标准GB 11552滑车碰撞试验方法的乘员保护分析

  武永强, 娄磊, 冯琦

  2021, 12(3):  322-327.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.006

  摘要 ( 597 )   HTML ( 14)   PDF (915KB) ( 221 )  

  为完善中国国家标准GB 11552,保护驾乘人员的安全,基于滑车碰撞试验平台,搭建了6种碰撞工况试验方法,包括5^th假人+18˚、50^th假人+18˚、95^th假人+18˚、5^th假人-18˚、50^th假人-18˚和95^th假人-18˚等。分析了40款车型130次试验的假人损伤,探究了驾乘人员躯干和下肢的损伤风险。结果显示:这6种试验工况的假人头部损伤因数分别为:0.66、0.69、0.73、0.95、0.90和0.72;假人躯干损伤风险因数趋近1;假人下肢有损伤风险;身材较大的假人,产生损伤风险更大;靠近撞击侧的大腿损伤风险,高于外侧。因此,作者建议:在未来的中国国家标准GB 11552中,应对假人的躯干和下肢,进行适量的界定。

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  基于球形电机的磁流变悬架的设计与仿真

  杨阳, 邓涛, 曹莉, 李强

  2021, 12(3):  328-335.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.007

  摘要 ( 140 )   HTML ( 2)   PDF (1571KB) ( 92 )  

  设计了一种基于多自由度球形电机的新型磁流变悬架,以把此类电机在应用汽车上。对磁流变悬架主要结构进行设计,并采用ANSYS软件,分析悬架静强度,仿真阻尼器磁路磁场,获取悬架的应力云图以及阻尼器磁感应强度云图,建立二自由度动力学仿真模型,仿真平顺性。结果表明:在最大制动力工况、最大垂直力工况以及最大侧向力工况3种工况下,悬架所受最大应力均不超过355 MPa的材料许用应力。车身加速度为0.23 m/s²,轮胎最大动载荷为2 kN,悬架最大动挠度小于50 mm。因此,结构设计满足静强度需求;悬架的平顺性达到设计预期。

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  基于NAIS事故数据聚类的丁字路口危险场景研究

  廖静倩, 张道文, 高立, 廖文俊

  2021, 12(3):  336-345.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.008

  摘要 ( 470 )   HTML ( 12)   PDF (1894KB) ( 219 )  

  为研究交通环境下的丁字路口危险场景,基于国家车辆事故深度调查体系（NAIS）数据库,利用MATLAB软件进行聚类分析,采用层次聚类法得到4类丁字路口危险事故场景。通过对其中3类转弯时的危险场景进行运动学分析建模,构建速度-距离危险模型,结合运动学参数,得到3类丁字路口转弯危险场景下的危险碰撞域。结果表明:乘用车直行和乘用车左转冲突时,当乘用车在进口1左转,危险碰撞范围为1.67~68.45 m; 当乘用车在进口3左转,危险碰撞范围为-1.20~136.00 m。商用车右转与两轮车直行冲突时的危险碰撞范围为0.78~121.30 m;商用车右转与商用车直行冲突时的危险碰撞范围为-15.75~283.30 m。该研究结果可为辅助驾驶安全系统研发测试提供参考。

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  独立驱动电动汽车模型参考自适应稳定性控制

  李家林, 奥迪, 王杨, 熊锐

  2021, 12(3):  355-363.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.010

  摘要 ( 395 )   HTML ( 12)   PDF (1519KB) ( 136 )  

  为提高四轮独立驱动电动车(EV)辆行驶中侧向稳定性和安全性,设计了一种基于模型参考自适应(MRAC)直接横摆力矩稳定性控制算法。上层控制器通过Lyapunov数设计并对系统轮胎侧偏刚度、车身质量参数进行实时估计以获得额外横摆力矩;下层控制器利用二次规划法优化所得力矩分配至各轮,以保证控制器动态响应的实时性。在双移线工况下进行Carsim与Simulink联合仿真的结果表明:在附着因数为0.85时,该算法的横摆角速度、质心侧偏角的平均绝对误差相比传统滑模控制分别下降43.0%、37.1%;在附着因数为0.40时,分别下降了25.3%、23.2%。因此,该算法提高了车辆行驶稳定性和安全性。

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  基于有限元仿真罐式危险货物运输车辆后防护装置碰撞特性

  沈小燕, 余政涛, 秦箫, 陈野, 张国胜, 李金

  2021, 12(3):  364-372.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.011

  摘要 ( 128 )   HTML ( 2)   PDF (2368KB) ( 109 )  

  为了有效降低液体危险货物罐式车辆与大型车辆追尾碰撞事故的严重性,提出了在罐体尾部加装后部防护装置的设想。通过实车追尾碰撞试验和数值模拟仿真对比分析,在验证仿真模型有效性的基础上,进一步分析不同碰撞车辆质量、碰撞速度、碰撞角度、质心高度的工况下,罐车的动态响应特性和防护装置的防护性能。结果表明:数值仿真模型具有可行性;设计的后部防护装置能够适应不同碰撞工况且防护性能良好,在相对碰撞速度低于50 km/h时均具有良好防护效果;能够正常阻挡25 t以下客车的冲击;在120º的区域范围内能有效保护罐体;在不同质心高度下最大加速度峰值均不超过10g。

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  汽车节能与环保

  基于双状态动态规划混动汽车坡道生态驾驶策略

  付雪青, 王宝森, 杨建军, 高海洋, 何邦全, 赵华, 郭文翠, 刘双喜

  2021, 12(3):  373-379.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.012

  摘要 ( 262 )   HTML ( 6)   PDF (793KB) ( 131 )  

  研究了车辆驶过坡道的驾驶时间对混合动力汽车(HEV)生态驾驶(ECO)策略的影响,通过调整车速来改善驾驶人的驾驶策略以减少车辆能耗。所构建ECO驾驶策略模型,采用以驾驶里程和车速为双状态、以驾驶时间为阶段变量的动态规划,以车辆驱动能量和制动能量之和为目标函数,这是由于在实际道路下HEV油耗主要受车辆需求能量影响。运行于不同驾驶策略,对HEV整车模型进行计算。结果表明:与固定车速驾驶策略相比,采用ECO驾驶策略,对上下坡工况和下上坡工况,车辆油耗分别降低17.6 %和12.2 %;相比于下上坡工况,上下坡工况采用ECO驾驶策略车辆油耗对驾驶时间更加敏感。

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  基于直流道液冷板的动力电池冷却性能仿真

  蔡森林, 魏名山, 宋盼盼, 魏洪革

  2021, 12(3):  380-385.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.013

  摘要 ( 124 )   HTML ( 3)   PDF (1473KB) ( 197 )  

  为了改善某商用车动力电池组的散热能力,降低电池组冷却系统的能耗,提出了一种并联非等长直流道的液冷板结构。以方形锂离子电池组为研究对象,建立液冷式锂离子电池组冷却系统的仿真模型,对液冷板结构进行优化。结果表明:该液冷板在满足电池组散热能力的同时能够较好地控制液冷板压降;结构优化后的液冷板流动阻力最大降低12.5 kPa,电池组的最高温度和最大温差的最大降幅分别为0.26 ℃和0.27 ℃。调整冷却液流量和温度能够提升电池组散热能力,确保电池组在合理的温度范围内工作。

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  基于改进GWO算法的永磁同步电机滑模MRAS控制

  王泽霖, 胡启国

  2021, 12(3):  386-394.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.014

  摘要 ( 132 )   HTML ( 2)   PDF (2109KB) ( 117 )  

  设计了一种改进的新型滑模模型参考自适应系统(MRAS),以提高传统的永磁同步电机(PMSM)滑模MRAS控制性能。在传统滑模MRAS中的积分滑模面基础上引入非奇异快速终端滑模面,构成一种积分型非奇异快速终端滑模面,以提高收敛性能。用非线性指数函数来代替传统滑模MRAS中的开关函数,用改进的灰狼优化(GWO)算法,对滑模面参数进行全局寻优,以提升控制精度。进行了Matlab/Simulink软件的仿真。结果表明:相比传统的滑模MRAS,改进后的滑模MRAS将系统转矩脉动幅度降低75%,实际转速抖动幅度降低80%,超调控制在2.3%以内,调节时间控制在10 ms以内,转子位置观测误差减小60%。

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  高性能固态锌﹣空气电池的丙烯酰胺与醚类聚合物凝胶电解质

  张鹏飞, 王克亮, 裴普成, 左亚宇, 魏满晖, 柳晓添, 肖雨

  2021, 12(3):  395-401.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.015

  摘要 ( 433 )   HTML ( 11)   PDF (2261KB) ( 91 )  

  为了改善传统纽扣式锌-空气电池电解质泄露以及金属外壳易腐蚀的弊端,同时优化锌-空气电池的性能,对电解质中引入添加剂进行了研究。将丙烯酰胺与醚类聚合物混合制备的凝胶电解质与由纯丙烯酰胺制备的电解质进行对比,分别将两种凝胶电解质组装成纽扣式锌-空气电池进行充放电性能测试,并对两组测试结果进行比较分析。结果表明:与传统的聚丙烯酰胺电解质相比,加入了醚类聚合物的新型电解质在粘性、导电性等方面得到明显改善,组装的纽扣式锌-空气电池可以在5 mA的电流下循环充放电35 h以上,具有更好的循环稳定性;在丙烯酰胺中加入醚类聚合物对电解质的性能以及锌-空气电池的性能起到了改善作用。

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  Miller循环汽油机稀薄燃烧及排放特性分析

  尹爱勇, 黄昭明, 王利, 沈凯, 陈伟国

  2021, 12(3):  402-409.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.016

  摘要 ( 130 )   HTML ( 1)   PDF (1599KB) ( 132 )  

  针对稀燃过程对增压Miller循环直喷汽油机燃烧及排放的影响进行了试验研究,分析了稀燃协同废气再循环（EGR）对汽油机油耗率的影响规律,结合透明发动机对缸内稀燃过程进行了可视化分析。结果表明:当过量空气系数（λ）为1.55时,油耗率降低约7%,继续增大λ油耗率反升;稀燃导致强Miller效应, 空燃比扩展能力受限,对油耗率的改善程度减小;在λ升高初期,滞燃期每延长曲柄转角（CA）1°,10%~90%燃烧持续期对应延长CA 1°。增大EGR率及提高λ均能有效降低燃油消耗率,且当量燃烧模式下EGR率为14%,相当于稀燃模式下λ = 1.35对油耗率的贡献程度;使λ达到1.27时,在相同EGR率14%条件下,稀燃模式比当量燃烧模式油耗率降低可达7.5%。

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  高压缩比汽油机分层压燃效果的光学诊断

  张志永, 高定伟, 赖海鹏, 张彬, 邢化锋

  2021, 12(3):  410-416.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.017

  摘要 ( 138 )   HTML ( 2)   PDF (1494KB) ( 126 )  

  对汽油分层压燃燃烧方式进行了光学诊断,研究了缸内直喷(GDI)持续期、喷油时刻及轨压对分层引燃压燃效果影响。在一台光学单缸机上,采用气道喷射预混,缸内直喷辅助火花引燃的方法,分别在0.5、1.2、2.0 ms的3种不同喷油持续期,上止点前曲柄转角CA为40°、50°、60°、80°和100°的5种直喷喷油时刻,以及3.8、10、15 MPa的3种轨压下开展了对比试验。结果表明:高压缩比发动机维持常规气门定时,利用气道喷射预混,缸内直喷辅助火花点火,可以实现分层引燃压燃燃烧。通过合理标定直喷喷油持续期、喷油时刻和轨压,可以提高压燃成功率、提升压燃稳定性并降低碳烟排放。

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