随着高阶智能网联汽车的快速发展,其安全性引发了广泛关注,现阶段功能安全保障机制是国内外的研究热点。各国针对车辆安全性能逐步制定了相应的标准,国际标准化组织也不断完善功能安全(ISO26262)和预期功能安全(ISO 21448)标准。因此,大多数汽车产品的安全目标,尤其是与自动驾驶相关的智能底盘系统(线控制动与线控转向执行机构)都可归类为汽车安全完整性等级中的D级别。基于行业研究资料总结了系统安全架构冗余机制,分析和梳理了不同自动驾驶等级的故障运行安全架构以及功能安全降级策略,展望了将ISO 21448引入ISO 26262标准的融合思路,以有效避免因车辆的E/E系统错误和执行器性能不足而引发的事故,为车辆安全行驶提供保障。

轻合金车轮有助于实现车辆的轻量化,提高燃油经济性,提升车辆的动力性能、制动性能以及悬架系统的响应速度。借助于轻合金车轮冲击仿真,工程师可以更全面地了解轻合金车轮在各种路况下的性能,并进行相应的设计优化以提高其安全性和耐久性。根据车轮受到冲击载荷方向不同,系统介绍了国内外车轮13°和90°冲击仿真研究现状。从仿真效率、精度和收敛性角度,阐述了轮胎模型、胎压模型和接触属性对车轮90°冲击仿真的影响。介绍了自动化仿真与深度学习技术在车轮冲击仿真研究中的应用,二者的结合有助于实现冲击仿真的标准化、规范化、自动化和智能化。

针对有动态障碍物干扰的交通环境,提出一种能描述车辆自身与障碍物运动关系的几何避障模型。通过将自车与障碍物空间距离分解为两个方向的距离,并结合自车与障碍物的相对速度得到三元素,建立基于三元素的改进避障模型。以模型预测控制原理(MPC)为基础,将离散化的车辆运动学模型作为预测模型,结合Frenet坐标系综合考虑道路边界、车辆自身机械结构、车辆行驶安全与舒适性等因素构建目标函数以及约束,最终建立非线性规划问题并求解。以金康赛力斯SF5作为试验车辆,加装硬件及传感器,搭建自动驾驶软件平台。在ROS+Matlab/Simulink软件平台上,部署轨迹规划算法进行实车试验。结果表明,该方法不仅能顺利避开障碍物,且可获得合理、舒适的行驶轨迹。

为提高无人驾驶车辆换道过程中的安全舒适性,在传统换道决策基础上引入换道对局部交通流的影响,并加入换道惯性因子。针对解耦式横纵向轨迹规划不足,提出联合横纵向约束规划;基于动态规划及二次规划算法,结合上一帧纵向规划约束当前时刻横向轨迹曲率;纵向规划过程中根据当前时刻横向规划结果筛选关键障碍物,并添加曲率限速约束,结合横纵向规划最终生成换道轨迹。实车验证结果表明,所述方法生成的横向、纵向换道轨迹能有效提升换道轨迹的合理性、稳定性和舒适性。

针对智能车辆三次B样条曲线换道轨迹规划算法中控制点位置难以确定的问题,提出一种基于NSGAII的换道轨迹优化方法。采用三次B样条曲线规划了智能车辆换道轨迹,在低、中、高车速工况下,以换道轨迹长度及轨迹平均曲率为优化目标,采用NSGAII多目标优化算法对三次B样条曲线换道轨迹的控制点位置进行优化。为了验证优化后轨迹的可行性,进行仿真与实车验证。结果表明,在3种不同车速工况下,优化后换道轨迹在平均曲率、轨迹长度均有所减小,纵向位移与平均曲率分别减少了12.5%和12.0%、12.5%和40.0%、8.3%和15.4%;在联合仿真场景中,在10m/s、20m/s的低速、中速工况下,优化后轨迹跟踪最大横向误差小于0.1m,在30m/s的高速工况下,优化后轨迹跟踪最大横向误差不超过0.3m;在实车验证中,优化前轨迹跟踪最大横向误差接近0.5m,优化后轨迹跟踪最大横向误差不超过0.4m,较优化前横向误差降低了20%以上。

为改善车路协同自适应巡航车辆通行信号灯路口的通行效率,提出一种考虑信号灯状态的模型预测控制算法。在信号灯路口跟随前车通行时,车辆通过V2X获取信号灯状态,包括信号灯位置、颜色、倒计时,利用车辆纵向运动学模型建立控制器输出的加速度请求与未来状态的关联,设计一个同时考虑跟车状态和信号灯通行的目标函数,通过非线性优化计算输出的加速度请求,模拟人类驾驶员在跟车通行信号灯路口的行为状态。仿真结果表明,相比于ACC车辆,使用该算法的车辆在信号灯路口通行时,在保证安全性的前提下有更高的通行效率。研究成果为CACC车辆的控制算法设计提供效率优先的理论基础,在系统同时包含经济模式和效率模式的设计状态下,对后者的设计有应用参考价值。

为提升智能座舱车载香氛用户嗅觉体验的满意度,找出目标用户群体偏好的车载香氛品类,提出一种基于用户生理特征信号的车载香氛嗅觉感知偏好测试方法。搭建了车载香氛用户嗅觉测试试验环境,以嗅觉体验测试仪作为气味发生装置,以常用的车载香氛(薄荷、茉莉、甜橙)作为测评对象,招募了32名被试者进行香氛偏好测试试验,利用ErgoLAB 多通道生理仪检测并记录在气味刺激下用户皮电、脉搏、呼吸的变化,并在ErgoLAB人机交互平台上进行初步的数据处理,利用语义差异量表采集用户的主观偏好数据,建立基于优劣解距离法的综合评估模型对客观数据进行分析,用斯皮尔曼相关系数进行相关分析检验。检验结果显示,客观生理数据综合得分和主观喜好得分呈显著的正相关,薄荷味的香氛最能令用户感到满意。

针对大规模电动汽车与风电参与实时能量调频市场中,由于两者出力不确定性导致与日前计划出现偏差的问题,提出了考虑功率容量偏差考核机制的电动汽车与风电参与能量调频市场实时投标模型。建立了电动汽车动态调度边界模型与功率快速分配模型,确保电动汽车代理商在实时市场能及时决策。基于市场主体博弈关系引入功率容量偏差考核惩罚,提出了电动汽车与风电参与实时能量调频市场投标策略,并以电动汽车或风电个体偏差考核成本最低为上层目标,以系统运行成本最低为下层目标,建立了实时能量调频市场双层优化模型。通过算例分析了电动汽车动态边界与功率分配结果,偏差考核机制对电动汽车及风电日内优化运行及投标的影响,并验证了所提策略可满足电量实时平衡,同时确保两者收益最优。

为提升充电桩健康水平,提出了基于充电桩健康度的电动汽车充电调度策略。从充电桩电气性能指标和安全性 能指标出发,以充电桩6大模块、26项指标为评估标准建立充电桩健康度综合评估模型。考虑接入负荷对充电桩健康度 的影响,建立基于充电桩健康度的充电优化模型,为统一变量,将充电负荷转化为充电时间,充电运营商基于充电时间 和充电桩健康度规划充电车辆的位置。采用NSGAII算法求解模型并采用充电桩健康度模型进行评估。选取江苏省某区 域10个充电桩的参数及充电信息进行验证,并设置了两种不同优化情景进行对比。结果表明,较其他两种情景,采用本 文策略及算法的充电站年度健康度提升了18.54%,充电桩年度健康度平均提升了1.85%,充电站月度健康度最大方差降 低至0.0015。

提出一种基于主成分分析与极限学习机的柴油机燃油系统多分类故障诊断智能算法,以实车数据为基础在Simulink中建立模型实现离线验证。然后参考OSACBM标准建立了在线故障诊断智能算法架构,基于此架构开发柴油机燃油系统在线故障诊断智能算法,并利用硬件在环平台完成故障诊断验证测试。验证结果表明,所开发的燃油系统多分类故障诊断智能算法,在离线与硬件在环平台中均具有较高的准确性与可靠性,可应用于车载。

在甲醇发动机中,通过提高压缩比和火花点火,并采用聚甲氧基二甲醚(PODE)作为活性改进燃料,可实现混合气压燃,突破火焰传播速度对热效率的限制。研究了双燃料火花辅助压燃(SACI)模式与单燃料甲醇点燃在不同负荷和转速下的燃烧特征、热效率和排放特性。结果表明,双燃料SACI对热效率的作用效果与负荷区间相关,BMEP为0.8MPa时,热效率可达到41.9%,相比甲醇点燃提高1.9%,BMEP小于0.4MPa时,循环变动较高,热效率低于甲醇点燃;双燃料 SACI有利于降低NO₁排放,在BMEP为0.8MPa时,NO₁排放比甲醇点燃减少79%;转速提高可加速 PODE扩散,有助于初期可燃混合气形成,燃烧中压燃比例降低,火焰传播引燃比例提高;低负荷时HC排放随转速增加而降低;高转速会导致压燃比例降低,NO排放增加;低速大负荷对效率和排放较有利。

针对快速充电对锂离子电池健康状态评估所提出的挑战,构建了适用于多步快速充电场景的锂离子电池健康状态估计模型。先从锂离子电池快速充电电压曲线中提取了12个直接特征,并分析了与这些特征强相关的衰退机制。随后,基于衰退机理并通过相关性分析进行特征筛选,使用径向基函数神经网络建立了健康状态估计模型。验证结果表明,所构建数据特征在电池间衰退路径存在显著差异情况下依然具有良好的泛化能力,相比于传统特征筛选方法估计精度提升超过17%。即使在不同的快速充电协议以及较小训练数据规模下,仍取得了令人满意的估计结果。

在汽车结构和零部件设计过程中会产生一系列的优化问题,以实现最佳的性能、最轻的质量和最高的效益。由于优化问题的复杂性,通常利用启发式智能优化算法进行求解。针对启发式优化算法的机理不清晰和其在汽车零部件优化设计过程中效果不明确的问题,对具有代表性的算法进行了统一的推导和表示,利用52组数学测试函数和5个汽车零部件优化案例进行测试分析。结果表明,两类混合改进的优化算法在汽车零部件优化设计问题上的效果较好,同时还给出了工程应用建议和算法研究方向。

重型商用车空调系统的制冷性能受到具体行车工况以及发动机舱布置的严重制约。基于Star CCM+与AMESim分别建立了某重型商用车的整车热流场模型与空调系统制冷模型,针对重型商用车空调系统在高温怠速与大转矩爬坡工况下的制冷性能进行了仿真分析,并在环境风洞内进行了试验验证,研究了压缩机速比、冷凝器进风温度及流量、鼓风机转速等因素对空调系统性能的影响。结果表明:空调系统仿真结果与试验结果吻合较好,最大误差为4.7%;鼓风机在5000 r/min时可为空调风道提供470m³/h的风量,怠速工况下冷凝器进风侧平均流速为2.77 m/s,而机舱内的热回流会严重影响空调系统的COP与高低压;针对B车型优化版与Base版,系统的COP较A车型分别下降8.3%和15.8%。

采用复矢量对同步旋转坐标系(SRF)下的LCL型电机逆变器进行建模,深入研究不同控制策略下系统的整体相位裕度与耦合性能影响,揭示了逆变器不仅在dq轴间有耦合关系,主动阻尼反馈支路同样会加剧耦合现象。由此提出一种复矢量解耦策略,依次设计主动阻尼反馈支路和电流环系统的解耦环节,分别对反馈支路与PI控制器输出电流施加解耦环节,不仅可以有效消除动态耦合而且使系统具有良好的动态性能。通过仿真和试验与传统解耦控制效果作对比,验证了该控制策略的有效性。