汽车安全与节能学报

城市电动公交车辆运营管理：综述与展望

曲小波, 刘亚君, 陈雨薇, 别一鸣

2022, 13(3): 407-420. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.001

摘要 ( 461 )

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PDF (1985KB) ( 1660 )

随着公交车辆电动化进程的加快,中国电动公交车保有量迅速增加,已经成为中国城市规模最大的公交车型。科学的电动公交车辆运营管理对于降低公交系统碳排放以及公交企业运营成本具有重要意义。本文介绍了中国和主要西方国家的电动公交车辆发展历程,总结了当前实际运营管理存在的问题;给出了电动公交车辆运营管理的框架体系,从运行能耗估计、车辆调度、节能驾驶、系统资源配置以及效益评价等5个方面对当前的研究成果进行了概述,并对最新的运营管理技术与方法进行了梳理;系统总结了当前研究面临的问题与挑战,从电动公交系统线网规划、基于实际数据的电池寿命估计、智能化排班技术、引入新型供电与充电模式等4个方面对未来的发展趋势进行分析。

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热塑性纤维金属层板的抗低速冲击性能

亓昌, 付利荣, 孙勇, 魏文涛, 杨姝

2022, 13(3): 421-428. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.002

摘要 ( 148 )

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PDF (4448KB) ( 137 )

研究热塑性纤维金属层板（TFMLs）抗低速冲击性能,可为实际结构设计提供参考。采用2024-T3铝合金、连续玻璃纤维增强改性聚酰胺6单向带和聚乙烯胶膜制备TFMLs3/2。对不同铺层角度样件进行122 J落锤低速冲击试验。基于动力学分析软件LS-DYNA建立TFMLs低速冲击有限元仿真模型,仿真与试验结果对比误差控制在10%以内。结果表明：单向铺层样件出现脆性断裂,正交铺层样件仅发生塑性变形,未产生裂纹;冲击器形状与纤维铺层角度对TFMLs低速冲击响应有重要影响;尖头冲击器冲击时碰撞峰值力相较于平头冲击降低46.5%。正交铺层时内部损伤面积最小,相较于斜向铺层降低53.5%。

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速度和载荷对频率法胎压监测系统性能的影响

夏怀成, 韩向阳, 胡宽答

2022, 13(3): 429-437. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.003

摘要 ( 155 )

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PDF (2811KB) ( 119 )

为推广频率法胎压监测系统实际使用,研究了车辆速度和载荷变化对振动频率的影响。以频率法胎压监测原理为基础,设计轮速传感器信号采集电路;对轮速信号异常点和轮齿误差进行修正。通过Fourier变换和模型参数估计2种方法,在40~100 km/h速度区间,在空载（仅前排2人）、半载（4人）、满载（4人加后备箱50 kg）3种载荷状态下,计算了扭转振动频率。进行了试验测试。统计测试结果表明：自由驾驶状态4轮缺气报警时间为6~8 min,速度补偿前报警时间为12~15 min;不同载荷无误报。该方法解决了报警时间过长和误报问题,提高了胎压监测系统性能。

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耦合气囊及制动控制对人地碰撞损伤的防护及效果评估

邹铁方, 赵云龙, 肖璟, 李艳春

2022, 13(3): 438-445. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.004

摘要 ( 137 )

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PDF (3073KB) ( 129 )

为评估在人-地碰撞损伤防护中结合控制制动及气囊措施的效果,开展了系列仿真实验。含4种行人模型、2种步态、3种碰撞车速,选择4种车型的车辆,前端安装与车同宽的气囊;完全制动车辆,至人体头部与车体首次接触后,松开制动并引爆气囊;直到满足若干准则后,再完全制动车辆至静止。结果表明：结合制动控制与气囊的方式,简化了控制策略;将人-地碰撞加权伤害费用（WIC）降低91.9%;将行人头部损伤准则（HIC）均值降低87.7%。因而,更优的气囊形状及点火时刻可提升防护效果;但对于某些人-地碰撞损伤的案例,仍需其他解决方案。

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基于塑性变形能与改进动量法的交通事故参数计算

陈家涌, 吴新烨

2022, 13(3): 446-452. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.005

摘要 ( 176 )

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PDF (1981KB) ( 46 )

将车辆的塑性变形能与常规动量法模型相结合,提出一种进行交通事故参数计算的改进的动量法模型。该模型基于综合考虑平面运动和回转运动的二维点碰撞动力学,并引入事故中两车碰撞前的角速度。针对某起真实交通事故,两车在碰撞中发生了平面与回转运动,并发生了动量、冲量的交换。通过Matlab数值模拟,计算两车的速度与角速度等参数,进而重建交通事故,并与PC-crash软件仿真结果对比。结果表明：改进的动量法模型数值模拟结果与PC-crash软件仿真结果较为接近,线速度误差小于5%;与传统能量法的结果相比,该模型结果更加接近车辆正面非对心碰撞事故发生的情况。

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新型波纹结构吸能盒耐撞性研究

罗耿, 赵剑南, 陈亮, 柴成鹏, 王童, 陈轶嵩

2022, 13(3): 453-462. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.006

摘要 ( 167 )

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PDF (4062KB) ( 263 )

为了提升汽车的被动安全性能,进行了新型波纹结构吸能盒设计与耐撞性研究。建立了有限元模型,对比分析了具有不同波纹形状的等距连续波纹管与等距离散波纹管的变形模式与吸能特性,对等距连续波纹管的波纹参数、壁厚进行了多目标优化设计。结果表明：当波纹数量大于或等于8时,等距连续波纹管在轴向压缩下发生稳定变形;多目标优化设计所得的等距连续波纹管与相同结构参数的等距离散波纹管相比较,比吸能基本保持不变,初始峰值载荷降低了14.31%。等距连续波纹吸能盒较传统等距离散波纹吸能盒具有更加优良的吸能特性,在提升汽车被动安全领域具有重要的应用价值。

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高速公路上自动超车过程的轨迹规划与跟踪控制

张平, 陈一凡, 江书真, 韩毅

2022, 13(3): 463-472. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.007

摘要 ( 167 )

HTML ( 8)

PDF (2805KB) ( 403 )

研究了自动驾驶汽车在高速公路上超车过程中的轨迹规划和跟踪控制。基于纵向位移与时间（s-t）图,对超车过程进行建模和数字仿真分析,并应用多项式来规划车辆横纵向运动。采用集中式模型预测控制器,综合控制车辆横纵向的运动,以实现超车过程的轨迹跟踪。结果表明：相较于分散式控制方法,利用集中式控制方法下的车辆侧向加速度的整体波动减小19.0%,横摆角速度的整体波动减小11.6%。因而,集中式控制方法下的横向运动偏差更小,纵向加速过程更加平滑、稳定,符合高速公路超车过程安全平稳性的要求。

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异构载货车辆队列高速换道分布式反馈线性化控制

彭涛, 许庆, 陈强, 关志伟, 侯海晶, 王涛, 李佳林

2022, 13(3): 473-481. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.008

摘要 ( 140 )

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PDF (3429KB) ( 540 )

针对异构载货车辆队列高速换道稳定性问题,提出了一种分布式反馈线性化控制器设计方法。以卡车和半挂汽车列车组成的异构载货车辆队列为研究对象,利用Gauss分布拟合方法,建立了一种考虑通信延迟和动力学差异性的车辆队列高速换道路径规划集,分析了高速换道过程中异构车辆及队列运动特性。构建了异构载货车辆队列非线性系统动力学模型,提出了车辆队列安全换道主动控制策略,设计了分布式反馈线性化控制器。利用VTD与Matlab/Simulink建立了高速换道交通场景并仿真。结果表明：相邻两车间距变化小于1%。因而,该控制器可保证异构载货车辆队列轨迹跟踪性和系统稳定性。

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智能网联汽车基于分组交替的协同合并策略

关小魁, 胡茂彬

2022, 13(3): 482-488. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.009

摘要 ( 240 )

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PDF (1880KB) ( 112 )

为了提高高速入口匝道车辆合并效率,减少油耗,提出基于分组交替的协同合并策略。协同合并的主要挑战是如何保证计算效率的同时提高交通性能,因此,通过设计通行顺序调整算法,优化车辆通行顺序,简化协同合并的复杂度;同时结合智能网联汽车和协同合并的特点,重新构建车辆运动规则,保证行车安全,避免走走停停。结果表明：与无控制和先进先出策略相比,新策略的吞吐量分别提升3.19%和27.34%,平均延迟分别下降18.60%和76.57%,总油耗分别减少35.48%和14.41%;新策略能够适用于不同的交通流场景,满足交通系统的实时性要求,提高高速入口匝道的通行效率并减少油耗。

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行人过街场景下车辆避障路径规划与控制方法

李文礼, 肖凯文, 任勇鹏, 李超, 易帆

2022, 13(3): 489-501. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.010

摘要 ( 176 )

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PDF (6173KB) ( 107 )

为解决行人横穿过街场景下自动驾驶车辆安全避障问题,设计了一种基于行车风险场的车辆避障控制模型。考虑了行人加速运动中的潜在风险,采用了基于行人斥力场重心的新型避障函数,以优化横向避障距离。采用行车风险场理论,来构建全局路径规划层。基于模型预测控制(MPC),构建局部路径规划和跟踪控制器。在PreScan-Carsim平台上进行了仿真试验。结果表明：与跟踪传统静态全局路径相比,动态行车风险场下的避障行驶稳定性提高了7.21%,横向安全性提高了4.63%。因此,设计的控制器能够达到安全避障的目标。

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自动紧急制动系统仿真测试的制动模型修正

刘涛, 迟霆, 王迪, 吴振昕, 张正龙

2022, 13(3): 502-508. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.011

摘要 ( 153 )

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PDF (1946KB) ( 203 )

为提升自动紧急制动(AEB)系统的仿真测试精度,基于某车型的AEB功能,建立了包含场景模型、车辆模型、传感器模型和控制模型的闭环仿真测试系统; 并进行了一系列数值仿真和实车对比试验。为减少仿真和实车试验结果存在的误差,在车辆模型的制动系统中增加了由纯延迟环节、惯性延迟环节和增益环节组成的制动系统修正模块。试验结果表明：车辆模型制动系统修正后,AEB仿真测试的最大减速度的平均误差为0.34 m/s²,平均减速度的平均误差为0.16 m/s²,最小车间距平均误差为4 cm,仿真测试与实车试验的结果接近一致,实现了对AEB功能准确有效的验证。

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NH₃-PODE₃双燃料发动机HCII燃烧特性的光学诊断

毛建树, 马骁, 马跃, 王志, 张翼霄, 帅石金

2022, 13(3): 509-516. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.012

摘要 ( 130 )

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PDF (5938KB) ( 1117 )

氨和聚甲氧基二甲醚（PODE_n）是内燃机实现双碳目标的重要替代燃料,而双燃料燃烧模式是一种公认较有潜力的氨燃烧技术路线。该文围绕PODE_n引燃NH₃的双燃料燃烧模式,基于光学发动机和高速摄影系统,研究了NH₃-PODE3方案均质混合气引燃（HCII）模式中不同PODE₃喷射时刻及不同氨能量占比对缸内燃烧图像及燃烧特性的影响。结果表明：PODE₃具有良好的引燃特性;随着PODE₃喷射时刻从曲轴转角(CA) -20°延迟到 -5°,火焰图像面积、火焰亮度和放热率峰值均增加,缸内压力峰值先增加后降低;直喷（DI）喷射时刻为CA-10°时,随着氨能量占比增加,CA10和CA50的相位逐渐滞后,但压力与放热率峰值均先增加后降低,说明存在最佳的氨-PODE₃能量比。

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基于数字孪生和PSO算法的混动车辆能量管理策略鲁棒优化

周泉, 张策腾飞, 李雁飞, 帅斌, 徐宏明

2022, 13(3): 517-525. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.013

摘要 ( 167 )

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PDF (3653KB) ( 195 )

该文针对混动车辆能量管理策略开发任务,基于车辆数字孪生平台,提出了一种融合全局交叉验证和粒子群优化(PSO)的鲁棒优化算法,以获得高可靠性、适应性的能量管理策略。基于转鼓台架试验结果建立了某混动车辆数字孪生模型,定义了综合考虑车辆能量转换效率和电池剩余电量的控制效用指标,搭建了基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)能量管理控制器;利用粒子群鲁棒优化算法在JC08、WLTC、UDDS等国际常用行驶工况对控制器进行超参数优化,并基于硬件在环平台对优化结果进行了对比验证。结果表明：通过综合考虑训练工况和验证工况下的控制效用,粒子群鲁棒优化算法相比标准粒子群算法,能够提升11%以上的控制效用值,获得0.41%至27.92%的燃油经济性提升。

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能量管理策略对燃料电池客车热管理系统性能的影响

宋波, 孙凯, 车志钊, 陈锐, 刘怀宇, 任美林, 王天友

2022, 13(3): 526-534. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.014

摘要 ( 168 )

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PDF (2545KB) ( 96 )

提出了基于 2种典型能量管理策略的优化方案, 以研究基于开关模式和基于功率跟随这2种典型能量管理策略对整车热管理系统性能的影响。以燃料电池客车为研究对象,基于Matlab/Simulink软件建立了其热管理系统模型;在基于开关模式和基于功率跟随的行驶循环工况中进行数值模拟。结果表明：在环境温度40 ℃且满载质量13.5 t的工况下,与基于功率跟随的控制策略相比,基于开关模式的控制策略下,燃料电池等热源部件功率变化更平稳;热管理系统的整体最高产热速率下降了33.41%,产热量下降了13.56%。在室温、环境 40 ℃,且不同车辆载质量的极限工况下,基于开关模式控制策略下的热管理系统的产热也下降了10%。

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基于热电耦合液体冷却的动力电池热管理系统的实验研究

单春贤, 夏灯富, 刘朝阳, 唐爱坤

2022, 13(3): 535-540. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.015

摘要 ( 133 )

HTML ( 7)

PDF (2538KB) ( 90 )

为延长纯电动汽车动力电池的循环寿命和续航里程,并提高整车安全性,设计了一种热电耦合液冷的电池热管理系统,搭建了实验测试台架,分析了电池组在放电过程以及预热过程的热特性。通过改变电压、流速、冷却液温度等参数,研究电池组散热性能。结果表明：在35 ℃环境温度和 1C至2C循环充放电条件下,电池最高温度保持在41 ℃以下。相比于自然对流冷却和传统液冷,该文的热电冷却系统分别降低了10 ℃和7 ℃;单电池与电池组的最大温差分别在5 ℃、8 ℃以内,始终使电池处于适宜的温度区间。

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基于dropout-MC递归神经网络的锂电池剩余寿命预测

魏孟, 王桥, 叶敏, 廉高棨, 徐信芯

2022, 13(3): 541-549. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.016

摘要 ( 142 )

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PDF (2977KB) ( 278 )

为保障电动车辆的可靠性和安全性,提出了一种dropout Monte Carlo（dropout-MC）递归神经网络的锂离子动力电池系统的剩余寿命（RUL）预测方法。以等电压充电时间间隔作为间接健康因子,考虑外部干扰和容量再生现象的影响,以变分模态分解（VMD）来获得电池退化趋势。以改进的递归神经网络模型——长短时间序列（LSTM）来获得剩余寿命预测。以dropout-MC采样方法来表征锂离子电池剩余寿命的不确定性,并获得锂离子电池RUL的95%置信区间。结果表明：相较于传统的极限学习机（ELM）方法和非线性自回归神经网络（NARX）方法,该文方法的剩余寿命预测性能指标均低于2.4%。因而,该方法具有优越的预测性能,且获得预测的置信区间。

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串联式和增程式混合动力轻型商用车的性能对比

李敏清, 冯坚, 韩志玉

2022, 13(3): 550-559. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.017

摘要 ( 227 )

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PDF (2354KB) ( 1462 )

为确定在串联式动力系统策略和增程式动力系统策略下的最优油耗和二氧化碳排放,以一辆日均行驶150 km、满载质量4.5 t的轻型商用厢式卡车为对象,对动力性、油耗及使用阶段的二氧化碳排放量进行了仿真。考虑比较的公平性和实用性,应用了规则式策略（RB）和动态等效燃油消耗最小策略（DECMS）。提出了改进的混合型能量管理策略（M-DECMS）。结果表明：在中国—全球瞬态整车循环（C-WTVC）工况下,对于1.2 L和1.5 L 两种量产发动机,相较于串联式电动汽车（SHEV）,增程式电动汽车（REEV）平均可以降低30.1%的燃油消耗和16.65%的二氧化碳排放。因而,相较于串联式动力系统,增程式有助于降低燃油消耗和驾驶阶段二氧化碳排放。

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基于改进模型参考自适应的永磁轮毂电机无位置传感器控制

李勇, 胡晗, 秦贞超, 吴浩, 王文军

2022, 13(3): 560-570. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.018

摘要 ( 102 )

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PDF (2614KB) ( 454 )

为了提高分布式驱动电动汽车用永磁轮毂电机在变负载、宽转速范围内无位置传感器控制算法的可靠性,本文提出了一种基于改进模型参考自适应( IMRAS)的永磁轮毂电机无位置传感器控制方法。在传统模型参考自适应(MRAS)算法中固定增益自适应律设计基础上,结合自抗扰控制算法(ADRC)中的非线性变增益模块设计方法,利用fal函数构建了具有变增益非线性特性的自适应律,实现了对轮毂电机转子位置与转速的准确估算,并对所提出的控制方法进行了仿真及台架测试。结果表明：改进后的无位置传感器控制方法具有较强的鲁棒性和抗干扰特性,尤其在宽转速范围、负载突变等工况下具有较好的自适应能力。

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基于GWO-LSTM与LSSVM的锂离子电池荷电状态与容量联合估计

王桥, 魏孟, 叶敏, 廉高棨, 麻玉川

2022, 13(3): 571-579. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.019

摘要 ( 106 )

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PDF (2304KB) ( 109 )

为了提高锂离子电池老化后的荷电状态(SOC)估计精度,通过分析锂离子电池的充电与放电特性,提出一种基于长短时记忆(LSTM)网络和最小二乘支持向量机(LSSVM)的荷电状态与容量联合估计模型。根据锂离子电池的充放电特性,提出片段电压的充电时间作为健康因子;基于最小二乘支持向量机建立了锂离子电池的容量估计模块,容量估计结果通过记忆门控被记录下来;基于灰狼算法优化的长短时记忆网络(GWO-LSTM)框架建立了锂离子电池的荷电状态与容量的联合估计模型。结果表明：与粒子群算法优化的反向传播神经网络(BPNN-PSO)和传统长短时记忆网络模型对比,所提方法的容量估计精度提高了43%以上,SOC估计表现出更好的鲁棒性。

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新能源汽车锂离子电池组SOC-SOP联合估计算法

谢翌, 江迪生, 张扬军, 李伟, 杨瑞, 钱煜平

2022, 13(3): 580-589. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.020

摘要 ( 105 )

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PDF (7309KB) ( 59 )

为了精确地估计新能源汽车锂离子电池组的状态,该文将串并联电池包中并联电池组简化为大单体,基于一阶阻容模型构建了电池包的等效电路模型。基于自适应扩展Kalman滤波(AEKF)和电池系统多约束算法构建了电池包的荷电状态-功率状态（SOC-SOP）双状态联合估计算法。该算法在精确估计SOC的基础上,考虑了电池多约束对其功率状态（SOP）影响,使电池组SOP算法能够精确地预测电池电流峰值,实现电池组精确SOP估计。结果表明：在模拟循环高速公路燃料经济性试验(HWFET)工况下,SOC估计值收敛后的最大绝对误差仅为2.7%;SOP估计值与日本电动车标准（JEVS）实验测试结果相同且平均相对误差小于3.5%。

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