An active steering fault-tolerant control strategy was proposed based on an event triggering mechanism to improve the stability of distributed driving electric vehicles when a single wheel or single side in-wheel motors failed.A fault state observer based on linear matrix inequalities was designed,and a fault-tolerant switching mechanism based on residual evaluation function was established.The distributed-model predictive cooperative control strategy was adopted based on Pareto optimization theory to realize the optimal distribution mechanism of fault-tolerant control for vehicle chassis active steering system and yaw moment control system.Simulation experiments were carried out on the hardware-in-loop platform based on the integration of the software Matlab/Simulink and the software CarSim.The results show that the yaw rate displacement tracking error is reduced by 14.9%,and the lateral displacement tracking error is reduced by 28.2%,in the case of constant deviation or variable gain fault of in-wheel motor under double lane change condition with high/low road adhesion coefficients.Therefore,the fault tolerance and the stability of distributed driving electric vehicles are realized under the failure of wheel hub motor.
温度和压降作为电池热管理的2个重要影响因素,对改善电池散热性能具有十分重要的意义.为进一步改善电池的散热性能,降低压降的同时使温度分布更加均匀,该文提出了一种仿生四叶草型翅片模型,并基于计算流体动力学(CFD)对基础模型进行了优化.分析冷板的进出口设计结构及基础模型中圆形翅片的尺寸的作用,并将基础模型四叶草化,探讨了优化后模型四叶草弧度以及翅片列数带来的影响;最后分析了3种模型的Nusselt数、压降以及综合评价指标(HTPF)随Reynolds数的变化趋势.结果表明:当四叶草型翅片的弧度为37.5°,翅片的行列数为5行11列时,与圆形翅片直径为4 mm的模型相比,综合性能达到最高,提高了1.54%;采用正交实验得出4片四叶草翅片的角度以及四叶草内圆半径的最优解,该优化模型综合性能提高了4.56%.随着雷诺数的增加,液冷板在经过正交实验优化后,Nusselt、压降,以及HTPF均达到最优.
为解决高速公路场景下多车多驾驶行为车辆空间位置冲突的问题,提出了一种基于二分图最优匹配的驾驶行为冲突协同决策方法.根据静态交通信息,创建车辆可行候选驾驶行为集,依据车道平均车速、车辆密度、行进空间、即碰时间(TTC)、行驶负担等5种评价指标构建效用函数,对候选驾驶行为定量评价;以车辆实施驾驶行为结束时刻的潜在空间位置为目标集合,驾驶行为评价效用为权值,构建基于车辆集合与目标集合的二分图;以全局总效用值最大为决策目标,采用Kuhn-Munkres(KM)算法求解最优匹配;搭建仿真场景,来验证该方法的有效性.结果表明:该协同决策方法可有效解决多车多驾驶行为冲突,保证车辆行车安全,提高道路上初末时刻车辆2%的效用值和8%的平均车速,增加了通行效率,且驾驶行为决策的准确性相比于遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)分别提高了11%和9%,同时KM算法的实时性远高于GA算法和PSO算法.
混凝土罐车在行驶过程中罐内流体晃动引起的非轴对称问题受到复杂路面对车辆的激励影响,使得流体晃动与车身动态出现耦合.传统的液压驱动比例积分微分(PID)控制方法在应对此类问题时效果欠佳,容易导致倾覆等事故的发生.为提升液压驱动控制系统的精度和稳定性,该文提出了基于弹性萤火虫(FA)算法的优化粒子滤波器PID自适应控制方法,加速控制参数优化的收敛速度,并分析其液压驱动控制特点和结构上的应用.结果表明:提出的自适应控制方法与传统PID控制相比,能够显著降低液压驱动控制平均速度误差至0.06 km/h,最大速度误差降至0.29 km/h,同时还提高了控制跟踪性能和稳定性,对混凝土罐车液压驱动控制优化的实际应用具有重要的参考价值.
车载集成光伏可有效减少汽车对化石燃料的依赖,有助于减少二氧化碳的排放,是推动可持续交通发展的一项重要措施.为了评估汽车全车的太阳能资源以及优化车上集成光伏系统的设计,该文分析了全车的辐照度,并计算出汽车的全年累计辐射.基于其三角网格面模型,依据Kasten晴空模型计算得到静态车辆特定时刻和位置的水平面辐射,利用三维空间中的光线投射算法分析倾斜面上的直射辐射,结合Perez模型计算其散射辐射,获得每个三角形网格上的总辐射,得出全车的辐照度分布;并计算分析了车辆在不同地区、不同行驶情况下所受到的辐射能量情况,以便为车载高效光伏系统的精细设计提供参考依据.结果表明:汽车各部分所受辐照度差异较大,引擎盖、车顶、前后挡风玻璃、左右侧车身以及车窗各部分的全年累计辐射差别为15.8%～42.5%;全年汽车全车的平均辐射能量约为水平面的75%,且在汽车处于不同朝向时的辐射能量差异不超过5%.
研究了载人机动两轮车(含摩托车和电动自行车)事故特征.分析了170例具有视频的载人机动两轮车事故,统计了一般事故特征,采用系统聚类法,提取了典型事故场景,挖掘不同场景下的人体损伤特征.结果表明:载人机动两轮车事故主要发生在不需照明且路面干燥的十字路口或直线路段;碰撞前的汽车速度多集中在10～50 km/h之间,机动两轮车速度多集中在10～40 km/h之间;所提取的8类典型事故场景,涵盖了全部样本的78.9%,78%以上不同场景间人体头部、胸部损伤之间有显著性差异,这表明所选场景具有代表性;总体上场景内骑乘人员损伤有显著差异,骑车人损伤重于乘员损伤;但当汽车速度为50 km/h直行与摩托车20～40 km/h直行侧面碰撞的场景中,乘员胸部损伤比骑车人更严重.这些结果可为载人机动两轮车事故特征提供先验知识.
为快速预测汽车碰撞行人头部损伤风险,建立了一种基于多刚体系统动力学仿真方法和分类回归决策树(CART)的预测模型.参考欧洲新车评价规程(Euro-NCAP),开发了具有精细化刚度特征的车辆前部结构多体模型;以行人尺寸、初始车辆速度和行人速度、人车碰撞位置、相对角度为变量,通过全因子设计试验方法,建立了4 500组多体仿真模型;采用CART模型,挖掘变量与动力学响应参数的关联性.结果表明:车辆初始碰撞速度是影响行人头部动力学响应的关键因素;该模型对于碰撞速度和头部损伤准则(HIC15)值的预测精度分别为87.5%和86.8%,平均预测耗时为42.7 ms,两者均具有较高的预测精度和决策能力.该结果可为制定行人头部损伤风险评估实验和损伤防护研究提供理论参考依据.
为分析双燃料燃烧下氨气燃烧对所产生颗粒微观结构性质的影响,该文以乙烯和氨气/乙烯层流扩散火焰为研究对象,借助同轴扩散火焰设备和高倍透射电镜,通过探针取样的方法对层流扩散火焰中不同火焰高度(15 mm和30 mm)进行颗粒微观结构性质分析.结果表明:较于乙烯火焰,添加氨气后,火焰着火高度从7 mm上升至12 mm,颗粒形貌呈现葡萄状或者链状的团聚体结构;在火焰高度15 mm处,团聚体的分形维数由1.85增加至2.15左右,上升约16.2%,颗粒物堆叠程度增大;团聚体由数十至数百个基本碳粒子组成,平均直径分布在20～25 nm,使用氨气后,基本碳粒子平均直径增大约6%,同时其微晶间距减小,微晶长度增大,曲率减小,颗粒物更加稳定.
为改善商用车空气处理系统的燃油经济性,提出一种以基于电磁阀控制的电控空气处理单元(APU)控制策略,进行了Simulink系统仿真实验.该策略具有基础、低压和高压等3种工作模式;基于发动机工况识别和预测方法;利用Matlab/Simulink搭建车辆模型和空气处理系统模型;并构建了神经网络模式识别和Markov链预测控制模型对发动机的运行工况进行识别分类和需求扭矩百分比预测.结果表明:仿真实验验证了工况分类和电磁阀控制策略的有效性.在中国重型商用车瞬态工况(C-WTVC)下,与相同储气筒初始气压条件的机械APU相比较,应用该控制策略的电控APU的功率消耗下降480 Wh,下降比率34.7%,燃油经济性显著改善.
研究了车辆碰撞环境下驾驶员手部在方向盘上的主动响应及对人体损伤的影响,以便对于人体损伤标准完善及车辆安全防护设计,提供参考数据.将假人手部结构重建,使手部具备抓握能力.利用关节约束力矩模拟抓握力,设置手部具有抓握力及抓握方向盘不同位置的仿真模型,计算获得假人各部位损伤数值,与标准假人损伤对比.结果显示:抓握状态下,头部伤害指标(HIC)峰值增加37.5%,颈部伸张力矩最大值减少22.3%,胸部压缩量最大值减少3%,大腿压缩力峰值减少36.5%.将方向盘划分为表盘的位置方位,手部位置在11点和4点方位时,头部HIC峰值最大;手部位置在8点和4点方位时,胸部压缩量和大腿压缩力峰值最大.碰撞中驾驶员手部主动响应对人体损伤影响较大.
甲醇的物性与汽油、柴油相近,常温、常压下是液体,生产资料丰富,方便储存、运输和加注.绿色甲醇已经被国际航运界公认为低碳和碳中和的燃料,在船舶动力上应用日益增长.中国是具有全球最大甲醇产能以及最大产量的国家,产能和产量都占全球近60%.甲醇生产不仅可用煤炭和天然气做原料,更具有用可再生电力制氢,然后与二氧化碳合成绿色甲醇的能力.中国对甲醇用作替代石油燃料的研发工作由来已久,不仅在工农业领域得到大量应用,而且也大量应用在交通运输领域.自20世纪70年代以来开展的甲醇在内燃机上替代汽油、柴油研究,目前已经在应用技术上取得根本突破.不仅在乘用车、商用车得到规模应用,也在工程机械、内燃机车和中高速船舶动力应用上取得突破,实现甲醇应用技术完全独立自主.该综述简要介绍甲醇的生产、对甲醇毒性的认识、绿色甲醇的发展、甲醇在工农业和交通领域方面的应用概况,重点介绍在车辆、船舶、内燃机车、发电机组的汽油机和柴油机上应用甲醇的技术特点,指出其发展存在问题并展望甲醇应用的未来.
为了提升队列行驶的经济性,提出了一种高速公路场景下的云支持的队列预测性巡航控制方法(CPPCC),并进行真实道路和车辆数据模型的仿真实验.该方法采用了分层式结构,上层为云端的队列速度规划层,下层为队列稳定控制层.云端的速度规划层,考虑了道路坡度的滚动域的动态规划(RDP)算法,实现队列行驶的经济性目标.下层的车端队列稳定控制层,搭载了分布式模型预测控制器(DMPC),来跟踪云端发送速度,同时考虑了队列的稳定控制.结果表明:与传统的前车与领航车跟随的定速巡航队列(PLF-CC)方法相比,在行驶时间减小0.24%的前提下,本文所提出的方法节省6.04%的能源.
研究了行人胸部与车辆碰撞边界条件特征.建立了基于中国道路事故工况的车辆与行人碰撞多体仿真矩阵,进行了仿真数据统计分析.结果表明:成年行人胸部绕转距离(WAD)范围为0.957～1.808 m;6岁儿童行人胸部绕转距离(WAD)为0.760～0.910 m;对于轿车、运动型多功能车(SUV)、多用途汽车(MPV)等3种车型碰撞,成年行人胸部中值碰撞角度为17°、34°、32°,中值速度为12.5、19.8、17.3 km/h;6岁儿童速度 为20.5、38.4、25.4 km/h,胸部碰撞角度49°、90°、81°.轿车碰撞中的行人胸部绕转距离WAD高于SUV和MPV碰撞工况,但行人胸部与车辆碰撞速度和碰撞角度明显低于SUV和MPV碰撞工况.因而,本文作者建议:根据车辆WAD区域,分别开展成年和儿童行人胸部防护测评,并在测试中根据车型合理设定胸部冲击加载边界条件.
为满足复杂交通场景下智能汽车轨迹跟踪避撞控制的高实时性要求,该文采用了一种循环模型预测控制算法(RMPC)将在线优化问题转化为循环策略参数的离线求解,并进行了仿真试验.根据车辆主动避撞的约束条件,引入惩罚函数将约束型主动避撞优化控制问题转化为无约束有限时域最优控制问题;进而利用循环函数逼近得到不同预测步长控制问题的最优解;最后将算法部署到原型控制器,结合CarSim平台验证了算法的避撞性能以及在线计算的高效性.结果表明:预测步数从12增加到20步,避撞过程最小车距由0.34 m提升至1.38 m,千次实验碰撞次数由44下降到0;与常用在线优化求解器相比,该算法在预测步数为15时,其计算效率提升超过5.6倍.
为了提升电动汽车续航里程,研究了CO2 空调系统变工况运行性能及涡旋压缩机工作特性.构建了耦合涡旋压缩机一维通流模型的跨临界CO2 空调系统的性能预测模型,并利用试验数据校核了模型有效性.对比了压缩机简单模型与通流模型变工况条件下对系统性能预测的差异,分析了涡旋压缩机吸气预压缩及排气非对称流动的变化规律.结果表明:变工况工作条件下,用恒定效率的压缩机简单模型所预测的系统工作特性指数(系统制冷量与压缩机功耗之比),比用一维通流模型,最多高20%;压缩机吸气真空度是影响吸气预压缩程度的主要因素,压缩机转速从2 500 r/min增至6 000 r/min,吸气预压缩程度增加1.92%,容积效率提高4.72%;排气口通流面积变化主导排气腔压力非对称分布,减小压缩机排气腔压力非对称度,有利于提高压缩机等熵效率.
为降低自动驾驶测试的成本并保证精度,不用惯性测量单元,而用了对速度进行差分的方法来计算加速度.对差分计算误差分析.对比了等步长差分、均值等步长差分及变步长差分等3种算法.与实车测量的结果对比.结果表明:合适的时间步长可提高计算精度.当步长取0.2 s或0.3 s时,等步长差分计算结果较符合实际;当步长相同时,均值等步长差分结果的波动小于等步长差分.等步长差分、均值等步长差分、变步长差分的最大绝对误差分别为0.77、0.64、0.46 m/s2,绝对误差平均值分别为93、82、65 mm/s2.因此,变步长差分算法的精度是3种方法其中最高的.
为提高无人驾驶汽车在破损和小型障碍物路面行驶的安全性和平顺性,提出了一种基于多传感器信息融合的半主动悬架控制方法.建立考虑多传感器信息融合的汽车1/4悬架振动模型,揭示路面不平信息与汽车振动量之间的关系;利用摄像头和雷达波扫描并识别不平路面状况,创建路面不平度数学模型,通过检测边缘交并比和图神经网络(GNN)算法对不平路面进行信息融合和匹配,得到复杂环境下可信度较高的路面不平数学模型;提出利用车速和路面不平信息计算半主动悬架最佳阻尼比,将悬架调节至该阻尼比以实时适应不同路面状况;开展典型路面输入工况下汽车平顺性试验,对比与分析不同悬架的振动加速度响应信号.结果表明:相同条件下多信息融合控制的无人驾驶悬架振动加速度最大峰值比被动悬架减少43%,验证了所提方法的优越性.
为了提高汽车索赔率预测精度并准确预测车企在未来时段的保修费用,考虑二维保修数据的删失特性和汽车的过保情形,提出了基于在保率修正的汽车索赔率计算方法.鉴于汽车保修时零件维修和更换两种模式下保修费用的差异,提出了基于索赔率和维修更换率的保修费用预测方法.结合某品牌汽车的实际二维保修数据,预测了车企未来一个季度的保修费用.结果表明:预测的保修费用与实际保修费用的相对误差在6.5%以内;相较于不考虑汽车在保率的方法,所提保修费用预测方法的预测精度提高了4.5%以上,可以为车企保修策略制定、产品定价及保修准备金规划等提供支撑.
为研究车辆低速后碰撞时乘员头颈部旋转姿态对颈部损伤的影响,使用全球人体模型联盟(GHBMC)头颈模型,通过柔性冲击器改变头颈部姿势,将不同姿势的头颈有限元模型颈部肌肉激活后,在第1块胸椎上施加加速度曲线进行低速后碰仿真.结果表明:头部右侧轴向旋转角度对低速后碰撞中乘员头部的运动影响很大;当头颈部处于旋转状态时,激活状态的颈部肌肉带动头部迅速回转,导致头部撞向头枕一侧;头部轴向旋转姿势并不会影响碰撞中颈部弯曲和后向伸展的过程,但会影响颈部的侧向弯曲和轴向旋转,其中第4节到第5节颈椎之间的水平侧向弯曲最为明显,0°、20°和40°头部旋转姿态下的右侧侧弯颈部损伤峰值分别为0.11、2.66和5.6.
为以生态驾驶行为来减少尾气排放,分析了商用重载车辆尾气排放量.针对CO2、CO、氮氧化物(NOx)、总碳氢化合物(THC)、颗粒物(PM)这5种排放物,测量了不同速度、工况下排放量;分析了异常驾驶行为对排放的影响.利用按速度聚类后的数据累计平均值,划分模型构建区间,选取速度、加速度、车辆比功率(VSP)作为模型自变量,构建了反映驾驶行为与排放关系的预测三元线性回归方程.结果表明:预测方程的多重判定系数均超过0.5,预测数据通过了配对T检验;对于5种排放物,预测方程的加速度对尾气排放影响显著.提出了减少污染物排放量的、优化驾驶行为以及生态驾驶行为建议.
