• 2021年第S1期文章目次
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    • >整车与发动机技术
    • Data Mining as an Enabler for Customer Data Driven Vehicle Development

      2021, 49(S1):1-10. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.227101

      摘要 (81) HTML (37) PDF 686.25 K (105) 评论 (0) 收藏

      摘要:对于汽车等面向消费者的行业,数据驱动的产品开发是一项关键的系统工程。数据驱动方法的前提是数据本身,由于现代车辆的联网能力不断提高,使得汽车制造商能够以内部总线信号的形式记录并储存客户数据。由于这些数据并不用于外部,只用于内部通信以保证车辆的安全性和功能性,这给这些数据的应用带来了一定的困难,因此汽车行业的主要问题在于如何利用数据挖掘技术从这些数据中提取客户需求及相关信息。为此,对上述数据应用问题进行了文献调研,并在此基础上开展数据挖掘的模拟研究,以确定现有数据挖掘过程在需求获取领域的适用性;进而提出一种扩展程序,使得数据挖掘技术能够应用于相关客户数据之中,从而加快车辆开发的进程。

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    • 独立激励评估法在车身功能测试中的应用

      2021, 49(S1):11-19. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22751

      摘要 (34) HTML (20) PDF 666.75 K (138) 评论 (0) 收藏

      摘要:车辆硬件在环仿真测试时,目前使用预先定义的测试结构,即测试结构将特定的测试激励与单独的测试步骤耦合到固定的、预先定义的测试体系中,测试后给出通过或不通过的结果。此方法中的每项测试都有其特定的功能测试重点,但无法适用于多项功能同时测试。未来的测试方法需要尽可能地完成全面性功能评估,并使评估资源得到有效利用,即应该在独立激励和现实环境中可同时对多项功能进行评估,因此,需要采用与之前不同的方法在独立激励的情况下进行测试。由于测试环境事先无法确定激励序列,因而也无法对每个测试步骤进行单独验证。激励的确切序列在测试运行开始时是未知的,从而可模拟出一个尽可能真实的现实环境,为此介绍一种独立激励的测试方法。该方法将组合法与基于模型法相结合,与相应功能测试要求联系起来,用于车身领域的系统性功能评估。该方法同样也支持现有的方法,并实现了比普通测试方法更广泛、更深入的评估覆盖面。该方法将在一家德国汽车制造商的车辆硬件在环舒适性功能测试中得到验证。

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    • 一种新数值工具在车辆气动声学开发中的应用

      2021, 49(S1):20-27. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22730

      摘要 (38) HTML (22) PDF 1.26 M (104) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了优化车辆开发过程的有效性,数值气动声学分析法的实施和应用对汽车制造商来说变得越来越重要。提出了一种结合延迟分离涡流模拟和基于Lighthill方程及声学扰动方程的有限元模型混合数值工具,应用OpenFOAM和Actran软件实现了基于声学有限元法的近场声源区提取及声学压力脉动计算,并尝试应用于车顶扰流板及后视镜区域的气动噪声计算及分析。在兰博基尼Urus车型上,研究了不同车顶扰流板设计的气动声学行为,将仿真结果与斯图加特大学气动声学全尺寸风洞的实验结果进行比较,发现了令人信服的相关性。此外,探讨了扰流板上的主要噪声产生机制,研究了汽车表面压力波动水平随几何形状改变的变化情况。

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    • 基于中国气象风速数据的汽车风平均阻力系数

      2021, 49(S1):28-38. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22771

      摘要 (42) HTML (12) PDF 1.56 M (367) 评论 (0) 收藏

      摘要:空气动力学阻力是汽车行驶阻力的重要组成部分,也是汽车能耗的重要来源。汽车在真实道路环境中行驶受到道路自然风的影响,为了准确计算和评价汽车在真实道路环境中行驶的气动阻力特性以及能源消耗,提出了循环工况风平均阻力系数计算方法。首先,通过分析气象数据获取近地区域自然风的分布特征,进而分析不同地形条件下汽车的偏航角概率分布特征,通过数值计算的方法分析汽车气动阻力系数随车速和偏航角的变化规律,并基于偏航角的概率分布特征计算获得了给定车速的风平均阻力系数,最后,提出循环工况风平均阻力系数的计算方法,并分析了不同地形条件和速度区间对汽车气动阻力的贡献量。结果表明,对于本文研究的车型,循环工况风平均阻力系数高于零偏航工况的阻力系数9.2%和7.3%,城市工况对气动阻力系数的贡献量小于5%,40 km/h及以上车速区间均对气动阻力系数有较大的贡献量。

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    • 基于定常射流的有车轮方背Ahmed模型主动气动减阻

      2021, 49(S1):39-47. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22724

      摘要 (56) HTML (52) PDF 2.48 M (168) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,主动流动控制技术已用于汽车气动减阻研究,但较多针对无车轮的简化汽车模型开展且减阻量和净节率均有待提高。本研究针对原始及带有静止、旋转车轮的方背Ahmed汽车模型,采用数值模拟方法,在模型背部施加定常射流进行主动气动减阻规律的研究。首先,分析无射流工况下车轮对方背Ahmed汽车模型气动特性的影响;其次,重点探究有车轮工况下,射流槽布置形式、射流角度、动量系数等因素对气动阻力的影响规律。获得背部射流的最佳工况为:采用连续且距边缘较近的射流槽,射流角度45°,动量系数3%,减阻量可达9.5%,对应净节率为12.7 W。

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    • 汽车风阻系数试验与数值模拟的对比分析

      2021, 49(S1):48-53. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22756

      摘要 (94) HTML (18) PDF 1.25 M (433) 评论 (0) 收藏

      摘要:汽车风阻系数(Cd)可以通过道路滑行试验、风洞试验和数值模拟获得。其中,滑行试验最接近实际使用工况,但受环境因素影响较大,风阻系数重复性稍差;风洞试验重复性最好;数值模拟具有不确定性,其原因在于湍流模型、网格策略等的选择对结果可能产生直接影响。为此,对15款乘用车滑行试验、风洞试验和数值拟模结果进行分析,结果发现以滑行试验作为对比基准,其结果大多介于风洞试验和数值模拟的0°~5°偏航角之间。此外,通过对以滑行为代表的道路行驶工况、风洞试验与数值模拟的差异点进行讨论,并对某款电动车车型使用3种方法获得的风阻系数进行对比分析,对误差产生原因进行初步解析。

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    • 有无车轮对低风阻车型气动特性的影响

      2021, 49(S1):54-62. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22780

      摘要 (70) HTML (13) PDF 2.95 M (199) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对有无车轮低风阻电动汽车模型进行数值计算,并通过对两种模型是气动力、表面压力、速度场等计算结果对比,评估了有无车轮对低风阻车型气动特性的影响。研究表明:车轮的存在使得整车气动阻力增大63.8%,其中各部件的贡献从大到小依次为前轮室、车身前部、背部、车底(负贡献)、后轮室;而升力增大一倍多,主要来源于车底的贡献;流场结果显示车轮对车身的气动作用体现在车轮带来的全局阻塞和局部尾迹两种效应的综合影响;后轮及后轮导流罩产生的尾迹会导致低阻车尾部涡环强度增强,回流区长度减小,背压降低。综合气动阻力、升力、压力分布和流场对比分析,明确了车轮的存在会给低风阻车型带来较大的气动特性变化。

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    • 基于汽车行驶内外压差的门密封失效分析

      2021, 49(S1):63-69. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22768

      摘要 (55) HTML (37) PDF 1.34 M (211) 评论 (0) 收藏

      摘要:汽车内外空气压差随车速提高大幅增长,随之影响车辆密封,导致车门密封失效风险上升。车门密封失效后会产生强气吸噪声,破坏车内声品质。通过风洞实验和仿真计算获得不同车速及偏航角条件下的车门密封条内外压差分布,作为输入条件,分别对车门和门密封条进行有限元建模,综合考虑压差作用下车门变形和密封条变形,以密封条与车门钣金接触宽度为标的分析其失效情况。结果表明,车门变形及位移引起的密封条预压缩量减小是密封失效的主要原因。

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    • 多次喷射模式下共轨系统喷油量波动预测与补偿

      2021, 49(S1):70-78. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22799

      摘要 (54) HTML (8) PDF 1.89 M (130) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决多次喷射模式下喷油量的精确控制问题,进行了基于波动量的预测,实现了有效的喷油补偿。首先,分析了喷油器的动态特性,并基于AMESim仿真软件建立了共轨系统喷油器仿真模型;然后,通过仿真数据分析多次喷射模式下喷油量波动的影响因素,确定了喷油压力、预喷脉宽、主喷和预喷之间的时间间隔等为主要特征参数,提出基于LM-BP模型的喷油波动量预测方法;同时,基于喷油波动量的预测结果设计喷油量补偿控制器。结果表明,基于波动量的预测可以提高喷射精度,验证了所提策略的有效性。

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    • 纯氢内燃机氮氧化物排放机内净化的仿真研究

      2021, 49(S1):79-82. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22785

      摘要 (137) HTML (31) PDF 554.84 K (118) 评论 (0) 收藏

      摘要:纯氢内燃机工作时不会产生一氧化碳、碳氢化合物等有害排放物,但会面临高氮氧化物排放的问题,而机内净化和机外净化是控制氮氧化物排放的两种常用手段。机外净化主要通过成熟的选择性催化还原(SCR)技术降低氮氧化物排放,但机内净化技术目前还很少被关注。为此,采用Chemkin Pro软件中的闭口均质反应器模型来模拟纯氢内燃机氮氧化物排放的机内净化。结果显示,废气再循环(EGR)技术可以降低氮氧化物排放,当EGR率为20%时,氮氧化物排放降低了45.3%,但仅使用EGR来降低氮氧化物排放的效果还不够明显,氮氧化物排放依然很高。与单独应用EGR技术相比,EGR技术与稀薄燃烧技术相结合能够更好地实现氮氧化物排放控制,如过量空气系数为1.4、EGR率为20%时,氮氧化物排放量降低了96.31%,实现了纯氢发动机的超低排放。与EGR技术以及EGR?稀薄燃烧技术相比,内部选择性非催化还原技术的氮氧化物排放控制效果更佳,仅10%的氨气比例就能使纯氢发动机氮氧化物排放降低96.32%,15%的氨气比例可以实现纯氢发动机氮氧化物零排放,且并不需要EGR或稀薄燃烧技术的参与;然而,精确控制发动机缸内氨气比例是十分必要的,否则会产生残氨排放污染环境。

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    • 合成燃料优化及提升发动机效率的实验与仿真研究

      2021, 49(S1):83-95. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22770

      摘要 (52) HTML (52) PDF 1.60 M (171) 评论 (0) 收藏

      摘要:减少二氧化碳排放,放特别是减少汽油发动机的二氧化碳排放是目前正在急剧上升的一项要求。从能源的生命周期考虑,能源载体即化石燃料是产生二氧化碳排放问题的根本原因。采用从可再生能源中提炼出的合成燃料(eFuel),可使汽油发动机接近或达到二氧化碳排放的碳中和要求,因此配置eFuel的成分和性质至关重要,因为它将影响汽油发动机的工作过程和效率。eFuel的成分变化会显著影响汽油发动机的喷射、混合气形成、燃烧,以及后氧化和排气后处理等过程,因此,Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG和FKFS合作开展了一系列相关研究,将不同的eFuel在单缸发动机试验台和喷雾试验台上进行了测试,并将其结果用于标定三维流体的仿真模型。同时,对eFuel的组成、混合气形成及燃烧特性进行深入分析,旨在提高汽油发动机效率,同时改善碳排放效果。除了进行单缸发动机测试外,还对汽油发动机配置进行虚拟优化,即通过替代燃料与发动机优化的相结合来提升汽油发动机的效率。

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    • 含水乙醇多孔直喷喷油器喷雾特性试验研究

      2021, 49(S1):96-102. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22741

      摘要 (47) HTML (25) PDF 972.46 K (192) 评论 (0) 收藏

      摘要:含水乙醇在具有现有燃料乙醇优点的同时,还可以降低生产过程中的能源消耗和排放。应用高速摄像机和定容弹系统,在五孔直喷汽油喷油器上研究体积分数95%的含水乙醇在不同燃油温度和喷射背压下的喷雾特性,分析其喷雾形态、贯穿距、喷雾锥角、喷雾宽度、喷雾投影面积及闪沸现象,并与纯汽油的喷雾特性进行对比。研究结果表明:含水乙醇喷雾处于冷态射流状态时,贯穿距大于汽油并随背压升高而降低、油温升高而升高;喷雾锥角小于汽油,并随着背压升高而减小;在完全闪沸状态下,喷雾坍塌成单束油束,喷雾贯穿距明显增长,喷雾锥角明显减小,在靠近喷孔区域喷雾宽度增加,远离喷孔区域喷雾宽度减小,此时喷雾投影面积主要受喷射背压影响。

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    • 基于超薄型3轴力传感器的电动压缩机传递力测量

      2021, 49(S1):103-107. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22753

      摘要 (51) HTML (16) PDF 1.26 M (112) 评论 (0) 收藏

      摘要:汽车的电动压缩机在工作时,产生的机械振动通过发动机传递到车身从而产生车内噪声,噪声大小可以根据电动压缩机传递到发动机的传递力及其动力学特性进行推算。通常在电动压缩机与发动机连接处安装力传感器来测量传递力,然而,力传感器会干扰其他部件并使电动压缩机振动模式发生改变,从而在实际情况下可能无法实现传递力的测量。为此,基于石英晶体压电效应开发了新型超薄型3轴力传感器,实现了在接近实际情况下的电动压缩机传递力测量。

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    • 电动车尾门电动推杆用低音调齿轮的开发与验证

      2021, 49(S1):108-113. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22715

      摘要 (33) HTML (18) PDF 1.01 M (123) 评论 (0) 收藏

      摘要:高速电动机目前被广泛用于汽车自主驾驶系统。由于高速电动机采用小质量设计,因此为了使转速和输出扭矩达到目标值,通常将渐开线齿轮组和它配套使用。然而,传统的渐开线齿轮在工作中噪声较大,因此一种新型的具有不规则轮齿设计的低音调(Low-Tone)齿轮被开发,以减少齿轮传动装置的噪声。通过优化算法,开发设计了一种Low-Tone齿轮,并应用于一个驱动电动车尾门启闭的电动推杆系统。之后在该系统运行期间,对使用Low-Tone齿轮和使用传统齿轮所产生的声压进行测量对比。结果表明,Low-Tone齿轮对于噪声有较好的抑制作用,其优势特别体现在音调特性方面。

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    • >智能汽车与网联技术
    • 一种任意起始位姿的连续曲率泊车路径在线规划方法

      2021, 49(S1):114-122. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22717

      摘要 (56) HTML (10) PDF 3.75 M (226) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前泊车路径规划算法对起始位姿要求严格,且难以兼顾最终位姿精度、路径质量及计算效率等问题,提出了一种任意起始位姿的连续曲率路径在线规划方法。该方法将整个泊车路径规划分为库位内调整与入库过程两部分。库位内调整采用以最终位姿高精度与调整次数最少为目标函数的最优化方法进行逐段规划;入库过程采用连续曲率曲线组用于混合A*算法的状态节点扩展以直接生成无需后处理的可执行路径。设计考虑路径的曲率变化与方向改变次数的估价函数;采用由路径几何形状特征点构建特征多边形的碰撞检测方法以提高计算效率。离线仿真与实车试验结果验证了该方法的有效性。

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    • 基于自然驾驶数据的匝道行驶典型场景聚类分析

      2021, 49(S1):123-131. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22710

      摘要 (153) HTML (16) PDF 833.45 K (264) 评论 (0) 收藏

      摘要:匝道行驶由于存在潜在的车辆间交通冲突,对自动驾驶汽车来说是一项挑战,因此,有必要对匝道的典型场景开展研究,以便应用于自动驾驶汽车的开发和测试。基于自然驾驶数据(naturalistic driving data, NDD)研究了匝道行驶典型场景。首先,通过对车辆在匝道上交互时的3个主要元素进行定义,包括初始状态(initial state, S)、驾驶动作(driving action, A)和交互性能(interaction performance, P),并以此来描述车辆的交互行为;然后,选取用于表征A和P的变量作为聚类特征,通过基于Calinski-Harabasz(CH)指数的K-means聚类方法获得8种聚类结果,根据聚类结果对各变量进行分析,得到4种典型的交互方式;再后,通过分析表征初始状态的变量,运用置信椭圆提取典型的逻辑场景;最后,基于逻辑场景随机选择两个具体场景对自动驾驶系统(autonomous driving system, ADS)进行测试和评估。结果表明,运用研究获得的匝道行驶典型场景进行测试,可揭示自动驾驶汽车与其他交互车辆间的交互能力,说明基于NDD并运用聚类分析方法生成的匝道行驶典型场景是有效的。

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    • 基于参数描述的换道场景自动驾驶精确决策学习

      2021, 49(S1):132-140. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22787

      摘要 (66) HTML (13) PDF 1.06 M (149) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高车辆驾驶安全性并充分考虑人类驾驶员对于自动驾驶控制系统的接受度,研究并实现了自动驾驶车辆在换道场景下的精确决策学习。汽车自动驾驶不仅需要决策是否换道,还需要决定汽车的具体微观行为,如换道时间和期望加速度的确定等,因此,车道变换的精确决策需使用3个参数来描述,并需要通过强化学习求解。这种基于参数精确决策的合理性体现在两个方面:首先是不同的决策参数值会影响规划的轨迹,如果决策不精确,将产生运动的不确定性;其次是基于真实交通数据(NGSIM)的分析,因为人类换道行为在换道时间和期望加速度上存在显著的差异性,在当前的决策研究中很少被明确考虑。此外,发现NGSIM数据中存在一些潜在的紧急情况,可以通过优化部分决策参数来提升其安全性;在强化学习算法的设计中,动作过程中加入换道时间和期望加速度;奖励函数考虑了安全性、当前驾驶员的意愿和平均人类驾驶风格;问题求解中,自定义了基函数,并通过基于核函数的最小二乘策略迭代强化学习方法学习精确的安全决策行为。仿真结果表明,使用强化学习参数决策可以实现更精确的决策,从而提高安全性能,并可在变道场景中模仿人类驾驶员的行为。

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    • 基于激光反射强度特征的智能汽车路面估计方法

      2021, 49(S1):141-147. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22760

      摘要 (60) HTML (11) PDF 4.22 M (239) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提升智能汽车行驶安全性,适应高速、大侧偏等极限工况应用场景,轮胎-路面附着系数峰值估计技术越来越受到汽车主动安全控制领域研究的关注。提出了一种基于激光雷达的路面估计方法:基于极大似然估计方法求解了结构化道路常见类型路面的激光雷达反射强度分布模型参数,并依此建立典型路面数据库;利用Kullback-Leibler散度表征反射强度分布相似度,结合所建立的路面数据库辨识路面类型,然后映射出对应的峰值附着系数估计值。试验结果表明,提出的轮胎-路面附着系数峰值估计方法的准确率达到90%以上,能够灵敏地检测出路面突变现象,且对白天和夜晚不同的光照条件具有鲁棒性。

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    • 基于弯道自适应强跟踪卡尔曼滤波的侧向坡度估计算法

      2021, 49(S1):148-154. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22723

      摘要 (125) HTML (12) PDF 1.59 M (234) 评论 (0) 收藏

      摘要:道路的侧向坡度直接影响车辆侧向运动,侧向坡度估计已成为智能汽车稳定控制系统的关键部分之一。然而,侧向坡度与车身侧倾之间存在耦合,且侧向力估计困难,准确的侧向坡度估计难度较大。为此,提出了一种基于加速度传感器的可拓融合侧向坡度估计算法:首先,提出加速度传感器模型和车辆侧倾模型,采用弯道自适应强跟踪卡尔曼滤波算法(CASTKF)对侧向坡度进行估计;然后,提出基于侧向加速度传感器的直接估计方法,防止CASTKF算法在失去可观性后的错误估计;再后,利用可拓算法对两种模式的估计值进行数据融合;最后,采用硬件在环测试(HIL)验证所提算法的有效性。结果表明,智能汽车的侧向坡度估计中采用CASTKF融合算法具有更高的精度和鲁棒性。

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    • 考虑车辆间交互作用的驾驶意图预测方法

      2021, 49(S1):155-161. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22789

      摘要 (96) HTML (25) PDF 1.55 M (301) 评论 (0) 收藏

      摘要:准确的意图预测可以帮助智能车辆更好地了解周围环境并做出更加安全的决策,从而提高自动驾驶的安全性,促进人机协同驾驶。为了对驾驶员未来的意图做出更加精准的预测,提出了一种交互式意图预测方法。首先,通过将隐马尔可夫模型(HMM)与高斯混合模型(GMM)相结合,在充分考虑周围场景信息后建立了行为识别模型,用于对当前的驾驶行为做出准确的判断。然后,考虑到交通场景复杂多变的特点,提出基于意图的轨迹预测方法规划出一条最佳的行驶轨迹,并采用最大期望效用理论对未来的驾驶行为进行推理。由于行为识别和意图推理模型综合考虑了交通态势的演变过程和车辆之间的交互作用,所以将两个模型得到的结果相结合可得到车辆最终预测出的驾驶意图。最后,在NGSIM数据集对所提出的方法进行验证,结果表明提出的行为识别模型能够提前0.2~0.3 s识别出车辆的换道意图,结合未来意图推理模型,能够更加准确地预测出车辆未来的驾驶行为,由此可提高车辆驾驶的安全性。

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    • 基于车道居中控制的驾驶员切弯行为偏好视觉影响机制

      2021, 49(S1):162-168. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22708

      摘要 (75) HTML (47) PDF 1.72 M (155) 评论 (0) 收藏

      摘要:驾驶模拟器的采集车道居中控制系统(LCCS)开启时,根据高速公路匝道弯道上的驾驶员注视点视角与关键路点视角信息,建立模型分析视觉特征与该工况下驾驶员对路径切弯行为偏好的关系。首先,提出基于临近路点的驾驶员注视行为分析方法;其次,分析不同弯道区间段上关键路点与驾驶员注视视点之间的位置关系,以及利用其预测偏好的可行性;最后,基于视觉特征设计了72个统计指标,筛选后选择其中8个指标建立切弯行为偏好估计逻辑回归模型。结果表明:该模型能够准确估计驾驶员对两条路径在弯道中心区域切弯程度的相对偏好;模型中的参数反映了切弯行为偏好背后的视觉影响机制,这为弯道居中控制时的驾驶员偏好获取及其自适应方法提供了依据与支撑。

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    • 电动汽车两挡I-AMT离合器半结合点自学习算法研究

      2021, 49(S1):169-173. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22784

      摘要 (61) HTML (25) PDF 1.08 M (211) 评论 (0) 收藏

      摘要:两挡电控机械自动变速器 (automatic mechanical transmission, AMT)可以优化电动汽车的驱动电机工作区间,改善整车的动力性和经济性,但在工作过程中,离合器的半结合点准确辨识对换挡性能影响很大。当离合器摩擦片磨损或膜片弹簧疲劳状态下,离合器实际工作位置发生偏移,需要通过自学习方式来准确辨识离合器半结合点位置,以保证变速器高质量换挡控制性能。以一种新型的电动汽车无动力中断两挡变速器I-AMT (Inverse AMT)为研究对象,针对其干式离合器磨损后半结合点位置发生变化等问题,提出一种离合器半结合点位置自学习策略,使得在离合器缓慢分离的同时,通过检测与离合器主动端相连的驱动电机转速编码器变化趋势,实现离合器半结合点位置准确辨识。试验表明,在离合器存在磨损的情况下,该策略能够准确识别离合器半结合点位置,从而自适应调整变速器工作状态,以保证I-AMT高质量无动力中断换挡。

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    • 融合码盘和激光雷达的里程计与建图

      2021, 49(S1):174-185. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22721

      摘要 (93) HTML (149) PDF 1.67 M (303) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种用于自动驾驶汽车的低漂移、低延迟的里程计与高精度建图的算法。该方法融合了多种传感器的测量结果,包括车轮编码器、转向盘转角编码器、激光雷达及可选GPS等的测量结果。里程计算法由车轮里程计和激光里程计组成:前者基于车辆运动学模型,高频、实时估计位姿增量,用于点云去畸变和为后者优化位姿提供可用的初值;后者以较低的频率估计车辆的精确位姿变化,以补偿前者累计的误差,其核心是一种基于角度度量的两阶段特征提取方法。建图算法基于因子图,包含激光里程计因子、回环因子和可选GPS因子,通过增量平滑和建图算法优化全局轨迹,在线生成全局地图,其中GPS因子能够自动对齐GPS坐标系和里程计坐标系,逐步融合GPS测量值,解除了算法初始化过程对于GPS的依赖。所提出的方法在自动驾驶汽车平台数据集上进行了评估,并和已开源的部分相关工作进行对比,结果表明它具有更低的漂移率,在本文进行的最大规模的测试中达到了0.53%。相关代码以开源形式供交流参考(https://github.com/Saki-Chen/W-LOAM)。

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    • 基于机器学习的车队数据分析

      2021, 49(S1):186-193. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22735

      摘要 (30) HTML (15) PDF 793.64 K (117) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了增强新一代车辆的功能和安全性,收集了大量的车辆行驶历史数据,利用机器学习方法创建基于规则的计算模型,以检测车队中的故障车辆。详细介绍了模型的设计步骤,并通过低压电池的电气故障测试进行该方法的有效性验证。分析结果可供后续车型台架测试参考。

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    • 基于Vissim的共享电动汽车交通流出行仿真

      2021, 49(S1):194-201. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22701

      摘要 (41) HTML (18) PDF 1.12 M (100) 评论 (0) 收藏

      摘要:共享电动汽车作为公共交通手段的新兴选择及其所具有的广阔前景与市场,研究其出行数据和出行规律具有重要意义。针对具有代表性的特定路段(特大城市郊区主道路口),采集共享电动汽车实际出行数据,设计了一种基于实际场景筛选提取有效数据的方法,并通过对有效数据的研究揭示了共享电动汽车相关的出行特征情况。在此基础上,实地摄录采集并统计了基本交通数据,针对早晚高峰和其他时间搭建了路口的仿真模型,设计了预测路口和路段共享电动汽车的最大出行量的方法,完成了仿真预测实验,在一定程度上验证了共享电动汽车出行特征的分析结果。研究结果对分时租赁公司相关运营策略具有指导意义,并可为用户出行时间及路线提供选择。

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    • >燃料电池与电驱动技术
    • 加速碳中和的能源载体和动力总成技术

      2021, 49(S1):202-210. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.227100

      摘要 (47) HTML (20) PDF 1.44 M (112) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于“巴黎协定”和中国碳中和的气候保护目标及对能源独立的追求,需要加速对节能减排和二氧化碳中和的技术研究与开发。目前,在汽车动力系统的节能减排与碳中和方面,主要有3种发展概念:电池驱动;燃料电池驱动;基于二氧化碳中和的内燃机可持续合成燃料驱动。根据能源使用的生命周期,将效率因素简化归纳为决策因素,在时间上无法反映出减少二氧化碳排放及减少化石能源的需求。与必要的能源供应相比,可再生能源的区域可用性有限,因此须以成本效益优势的方式来解决化石能源大规模替代的技术与基础建设问题。除了直接使用可再生电力外,绿色氢气和衍生的合成燃料可以大大加快化石能源的替代。短期内,合成燃料可以实施到全球的现有车辆上(约12亿辆),并持续增加混合汽油、柴油或天然气的混合比例,直到化石能源完全被绿色的氢气、合成燃料或电力所取代。介绍了氢气动力系统(H2内燃机和燃料电池动力系统)与合成燃料相关的技术解决方案。

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    • 基于强化学习和路况信息的燃料电池汽车能量管理策略

      2021, 49(S1):211-216. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22792

      摘要 (90) HTML (24) PDF 1.24 M (211) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提升整车经济性和耐久性,提出了一种基于强化学习和路况信息的燃料电池汽车能量管理策略。首先,根据关键部件参数搭建了动力系统模型,并根据城市道路工况特征在VISSIM软件中搭建交通模型并提取了车辆行驶数据及路况数据。其次,将路况数据作为输入,利用长短期记忆神经网络对车速进行预测。最后,基于强化学习算法,将预测车速、加速度以及动力电池荷电状态作为输入,燃料电池系统功率作为输出进行能量管理策略的设计。仿真结果表明,所提策略的百公里氢耗量与动态规划策略相比仅相差1.27%,且燃料电池系统的平均功率波动降低了5.01%,因此可有效提升整车的经济性和耐久性。

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    • 基于120 kW燃料电池空气系统试验的流量和压力协调控制

      2021, 49(S1):217-223. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22726

      摘要 (42) HTML (48) PDF 1.24 M (587) 评论 (0) 收藏

      摘要:大功率质子交换膜燃料电池的空气子系统通过控制空压机转速和背压阀开度来调整进气流量和压力。由于该多变量系统具有非线性与耦合性特性,因此导致参数控制困难。研究采用前馈控制与双回路PI控制相结合的策略来调节该系统的进气流量和压力,该控制方法涉及的参数少。在采用该控制方法的试验过程中,根据电堆操作条件对空气子系统流量和压力的需求在线标定控制参数,得到前馈表和PI参数。试验结果表明:采用前馈控制与双回路PI控制相结合的控制策略,可使空气子系统实际流量与设定流量误差控制在1.5 g/s以内,际压力与设定压力误差控制在0.25 kPa以内。该控制策略和控制参数确定方法可以实现大功率质子交换膜燃料电池空气子系统流量和压力的解耦控制,可满足燃料电池系统空气供气要求。

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    • 一种基于可变等效因子的燃料电池汽车等效燃料消耗最小策略

      2021, 49(S1):224-230. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22761

      摘要 (56) HTML (8) PDF 1.12 M (224) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了改进燃料电池汽车的燃料经济性与环境适应性,基于等效燃料消耗最小策略,开展了燃料电池汽车能量管理与优化算法的研究。首先,基于车辆动力学模型求解得出的输出功率或制动回收功率,计算系统的等效燃料消耗,并将其作为优化目标,以期实现经济性最优的功率分配;其次,为了适应不同的环境工况,基于等效因子的实际物理意义,提出了随蓄电池荷电状态变化的可变等效因子,使燃料电池汽车能在更好地维持荷电状态的同时,可更充分地利用蓄电池空余能量。WLTC(worldwide harmonized light vehicles test cycle)和CATC(China automobile test cycle)等标准行驶工况下的仿真结果表明,所提出的基于可变等效因子的等效燃料消耗最小策略,可以满足燃料电池汽车降低氢耗、保持蓄电池荷电状态的功能,实现了能量管理与优化,具有较好的工况适应能力。

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    • 进口温湿度对质子交换膜燃料电池输出性能的影响

      2021, 49(S1):231-237. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22778

      摘要 (54) HTML (53) PDF 1.75 M (262) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究阴阳极气体进口温度和相对湿度(relative humidity,RH)对质子交换膜燃料电池输出性能的影响,构建了一维非等温的两相模型,并采用团聚体子模型考虑催化层微观结构的影响。结果表明:阴阳极相对湿度相同时,干工况(RHa 50% / RHc 50%)下工作温度对燃料电池输出性能的影响有限;不同工作温度时获得的最高电流密度所对应的RH工况不同,90℃时可在高阳极湿度/低阴极湿度工况(RHa 90% / RHc 50%)下获得最高的电流密度,而70℃适合于在高湿度环境(RHa 90% / RHc90 %)下获得更好的输出性能。然后,基于粒子群算法,优化得出阳极湿度恒为90%、且在低阴极RH 0~50%时,温度越高,获得最大功率密度的阴极湿度越小。工作温度和阴极RH分别控制在90℃和14.6%时可获得最高的功率密度,约为0.88 W/cm2

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    • 三种运行参数对PEMFC动态响应的数值分析

      2021, 49(S1):238-244. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22739

      摘要 (18) HTML (52) PDF 1.44 M (280) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究在电流阶跃变化中工作温度、相对湿度和背压等运行参数对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响,运用相对湿度和工作温度之间的耦合变化推导出了动态计算(DT)模型。该模型通过工作温度和相对湿度来阐述膜电极参数和PEMFC性能之间的特性关系,并分析在电流阶跃变化中这两种运行参数对质子交换膜(PEM)内水传递特性、输出电压和功率密度随时间变化的瞬态响应的差异。采用理论计算结合试验的方式,首先通过自定义函数(UDF)将DT模型导入到Fluent软件中进行计算并应用有限体积法进行求解;其次开展PEMFC动态负载性能测试,测量工作温度为50℃、60℃、70℃,背压为0、10 kPa,相对湿度为50%、75%、100%,同时改变电流负载(阶跃幅度为5 A)来实现PEMFC对电流阶跃动态响应的测试;最后通过极化曲线和I-P曲线对DT模型和试验数据进行比较分析。结果表明:实验数据与DT模型的仿真结果之间有很好的相关性;不对称加湿是影响功率密度的一个主导参数;阳极相对湿度决定了功率密度在发生阶跃电流后稳定运行的能力;PEM水含量与功率密度下冲幅度和响应时间有关。因此,工作温度为60℃、背压为10 kPa、阳极相对湿度为75%、阴极相对湿度为100%时,PEMFC的动态性能最佳。

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    • PEMFC内薄膜温度传感器动态特性的数值模拟

      2021, 49(S1):245-253. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22705

      摘要 (74) HTML (50) PDF 1.44 M (166) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过数值模拟和系统辨识建模,研究了质子交换膜燃料电池(PEMFC)薄膜温度传感器的动态特性,并根据传感器在PEMFC中的位置,建立了传感器的一维瞬态传热模型。采用COMSOL软件的仿真和系统辨识方法,得到了系统动态数学模型、动态性能指标和动态误差。对于绝缘层厚度为1、2、3、5、10 μm的薄膜温度传感器,确定了其工作频带、延迟时间、上升时间及动态误差峰值等指标参数,并且通过实验手段制作和校准了一个薄膜温度传感器。结果表明,随着绝缘层厚度的增加,传感器的动态性能降低。提出通过模型仿真来判断PEMFC内温度传感器能否满足动态测温要求,这将有助于PEMFC内部瞬态温度的实验研究,也可为传感器的参数选择和结构设计提供参考。

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    • 质子交换膜燃料电池带载吹扫实验研究

      2021, 49(S1):254-259. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22703

      摘要 (94) HTML (14) PDF 1.71 M (225) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过实验对质子交换膜燃料电池单电池的停机吹扫过程开展研究。基于带载吹扫的方式研究带载电流、吹扫流量、单电池温度对吹扫的影响。研究结果表明:带载吹扫能有效地降低单电池吹扫时的电压,带载电流越大单电池初始电压越低,且随着吹扫时间的增加电池电压持续降低,可有效避免单电池长时间处于高电位。此外,增大吹扫气体流量、提高电池温度均可提高吹扫的速率,且两者对吹扫速率影响较明显。在实验条件下,阳极进气流量0.34 L/min,阴极进气流量1.32 L/min,带载电流密度0.04 A/cm2,能够同时满足吹扫时间较短、氢气消耗量较少和吹扫时电池电压较低的吹扫目标。

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    • 车载电池包壳体力学性能分析与轻量化设计

      2021, 49(S1):260-267. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22745

      摘要 (120) HTML (89) PDF 1.47 M (328) 评论 (0) 收藏

      摘要:电池包壳体作为电动汽车的核心组成部分,起到支撑和保护电池包的作用,其整体结构的强度直接影响电动汽车的安全行驶。对电动汽车电池包壳体进行了静态、动态及模态分析。静态分析表明,电池包壳体的应力较小,远小于材料的屈服强度,电池包壳体箱底厚度设计过于保守。动态分析是在汽车极限工况下获得电池包壳体的应力和位移的分布,结果表明最大位移位于箱底。针对不同振动源下电池包壳体的振动响应特性进行态分析,结果表明针对不同路面和工况电池包壳体的前6阶模态主要表现为电池包壳体上箱盖的局部振动,频率在安全范围之内。在此基础上,对电池包壳体进行了结构优化,在电池包壳体满足强度和刚度的条件下,优化后的电池包壳体重量减少了25.54%,达到了轻量化的设计目的。

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    • 锂离子电池组聚类筛选低温混合预热系统建模与热分析

      2021, 49(S1):268-275. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22711

      摘要 (106) HTML (68) PDF 2.25 M (176) 评论 (0) 收藏

      摘要:低温导致锂离子动力电池性能衰减加速、寿命缩减、形成锂枝晶,甚至造成内短路等严重问题,因此预热已经成为电动汽车在低温地区应用的关键问题。此外,电池单体间一致性对电池组整体性能及老化有重大影响。采用聚类分析对锂离子电池单体进行筛选成组,并提出一种附有PTC加热膜和液冷板的混合电池热管理系统,通过计算流体力学建模和数值计算对此系统在-40 ℃环境下的预热效率进行分析。结果表明:对初始方案进行优化后,经过695 s预热电池组最低温度可加热至0℃以上;此外,与纯PTC加热方法相比,电池组温度标准差可降低5.9℃。因此,此系统可在无过多功耗增长的前提下,短时间内高效地将电池组加热至工作状态,预热速度为3.56 ℃/min,且能提升温度均匀性。

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