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• 2021年, 42卷, 第1期
  刊出日期：2021-01-10

    

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  基于行人轨迹预测的无人驾驶汽车主动避撞算法

  袁朝春， 宋金行， 何友国， JIE Shen， 陈龙， 翁烁丰

  2021, 42(1): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.001

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   针对传统轨迹预测算法无法深入挖掘行人行走意图信息，不能提前对行人轨迹做出提前预判，导致无人驾驶汽车主动避撞算法存在缺陷等问题，通过车载传感器获取道路行人图像信息和位置信息，并基于卷积神经网络对道路行人动作特征进行识别，分析其行走意图.利用卡尔曼滤波算法获取状态估计的预测值，结合行人主观意图进行修正，输出符合行人主观意图的预测轨迹.通过人车交汇特性建立不同行人轨迹类别的预估安全距离模型，并基于道路行人轨迹预测，设计行人主动避撞算法.结果表明：行人动作特征变化时，基于动作特征分析的行人轨迹预测算法，预测的轨迹能够提前对行人的轨迹变化做出预测，有效保障了道路行人的安全性；提出的轨迹特性分类可较好地表述混杂环境下的人车交汇情况，主动避撞算法在提高行人和无人驾驶汽车行驶安全性的同时，确保了制动减速过程的平缓性和交通流的通畅性.
  
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  基于TLGI技术的纯电动汽车车用电动机新型控制

  吴迪瑞，田韶鹏

  2021, 42(1): 9-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.002

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   针对纯电动汽车永磁同步电动机(PMSM)传统的直接转矩控制在电动机转速较低时的转矩脉动问题，提出了基于二电平广义逆变器(TLGI)技术的空间电压矢量调制技术(SVPWM)的新型控制策略，论述了将基于TLGI的SVPWM技术运用于PMSM电动机的原理及实现过程，推导了SVPWM的开关状态函数表，研究了SVPWM的电压幅值和电压矢量分区，最后基于新型SVPWM控制方法对一纯电动汽车车用电动机进行了Matlab/Simulink建模和仿真.通过对电动机控制系统的仿真结果表明：该方法可以有效扩大SVPWM线性调制区域，缩短系统调节时间，相比传统的直接转矩控制使用的滞环控制方法，该控制方法更具优越性.
  
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  基于CDI和AHNs的轮毂电动机轴承故障逐次诊断方法

  江洪,周宇， 薛红涛， 李仲兴

  2021, 42(1): 15-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.003

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   针对电动汽车轮毂电动机常见的轴承故障，提出了一种基于复合区分度指标(compound distinguish index, CDI)和人工碳氢网络(artificial hydrocarbon networks, AHNs)的轮毂电动机轴承故障逐次诊断方法.首先通过信号共振稀疏分解从原始信号中提取反映故障冲击的低共振分量；然后着重考虑不同车速工况对电动机轴承振动信号的影响程度，基于CDI在时频域中提炼出多个高敏感特征参数来表征电动机轴承运行状态，提高诊断的时效性；最后通过特征参数与轴承状态的隶属关系建立样本集，基于AHNs构建轮毂电动机轴承故障逐次诊断模型，实现多工况下不同故障状态的识别，并在轮毂电动机综合台架上进行了试验验证.结果表明：该方法的诊断正确率高达98.46%，且具有较好的鲁棒性，能够有效实现轮毂电动机轴承故障的诊断.
  
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  两轴驱动混合动力汽车动力系统的优化设计

  郑晨飞, 姚晓山, 曹晓雨, 黄震, 严彦

  2021, 42(1): 22-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.004

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  1. SAIC General Motors Co.， Ltd. Wuhan Branch, Wuhan, Hubei 430070, China； 2. School of Automotive Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan, Hubei 430070, China； 3. Air Force Early Warning Academy, Wuhan, Hubei 430070, China； 4. Dongfeng Motor Corporation Technology Center, Wuhan, Hubei 430070, China)
  
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  基于压力速度耦合算法的PEMFC电堆空气分布

  赵岩， 罗马吉， 陈奔

  2021, 42(1): 28-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.005

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  利用燃料电池流道简化方法和压力速度耦合算法，研究了U形和Z形2种结构的电堆空气分布，以及歧管宽度和燃料电池单体数量对空气分布的影响.结果表明:由于U形和Z形结构的歧管出口压力分布不同，导致2种结构的空气分布不同，Z形结构的空气分布要比U形结构好;歧管尺寸增大时，空气分布的均匀性得到了明显改善，当空气分布差异不大时，再增加歧管尺寸，效果会降低，且增加电堆成本;在电池数量增加、歧管横截面积不变时，空气分布的均匀性会明显变差，尤其是U形结构;当电池数量为30个、歧管宽度为20 mm时，空气分布较均匀；当电池数量为50个时，歧管宽度需要达到30 mm，空气分布才较均匀.
  
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  锂离子电池浓差极化及放电特性分析

  刘良， 戴玮， 王丽梅， 王亢亢

  2021, 42(1): 33-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.006

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  针对锂离子电池内部浓差极化及其影响因素，对典型的NCM/C系锂离子电池进行试验获得关键性能参数，利用COMSOL软件建立电化学模型并试验验证其准确性，基于模型开展电池放电过程中固、液相浓差极化特性及其主要因素对电池放电性能影响的仿真研究.结果表明：电池在放电过程中，单独改变负极粒径对负极固相浓差极化的影响更加明显，等比变化范围内负极引起的固相浓差变化幅度约是正极的136.05%；改变正极厚度更易加剧液相浓差极化，等量变化范围内正极引起的液相浓差变化幅度约是负极的199.01%；正极厚度对电压平台和电池容量影响显著，负极粒径影响电压平台而对容量几乎无影响；相比两者，正极厚度是同时影响电池浓差极化和放电性能的关键因素.
  
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  柴油机两层8孔喷油器各孔喷油规律模拟验证

  金天宇， 姜苏， 王楚翘， 罗彤， 罗福强

  2021, 42(1): 40-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.007

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  建立了某上、下两层分布8孔喷油器喷嘴内部流动三维模型，通过基于动量法的各孔喷油规律测试系统同时计算和分析了各个喷油孔的喷油规律和循环喷油量，并对此三维计算模型仿真结果进行验证.相同工况下，数值模拟所得各喷孔喷油速率曲线与试验实际测量曲线变化趋势较一致，对喷油器各孔循环喷油量的试验结果与数值模拟结果进行相对误差分析，其相对误差小于5%.模拟和试验所得出的结果根据上、下排喷孔的分布分为两组，进一步分析计算表明：下排喷孔（孔1、3、5、7）的喷油速率和循环喷油量比上排喷孔（孔2、4、6、8）的喷油速率和循环喷油量高出4%~8%.
  
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  瞬态工况下DPF温度特性的数值分析

  李小华， 程静峰, 仇滔， 岳广照

  2021, 42(1): 47-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.008

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  在柴油机颗粒捕集器（DPF）使用的过程中，工况变换造成的排气热冲击会使其内部出现较大温度梯度，导致热应力破坏.为了避免DPF使用过程中的热应力破坏，以DPF为研究对象，利用对流传热原理建立了DPF温度传递模型，研究了入口流量、载体孔目数、载体长度和颗粒物沉积量对DPF温度特性的影响.结果表明：入口流量可以极大地影响DPF的温度特性，当排气流量由173 kg·h-1提高至1 072 kg·h-1时，载体轴向温度梯度极值下降56.2%，更大的入口流量会导致载体传热加快；当载体目数由100目提升至300目时，升温迟滞时间下降38.36%，优化孔目数结构可以有效加速载体升温，使温度分布均匀；将载体长度由270 mm增加至630 mm时，轴向温度梯度极值由1 465.89 K·m-1降低至734.78 K·m-1，延长DPF长度有利于降低载体前端温度梯度，减缓高温排气的热应力冲击；当颗粒物沉积量分别为0、1.0、2.2、4.0和8 .0 g·L-1时，轴向温度梯度极值分别为1 465.88、1 478.62、1 493.24、1 521.16和1 621.21 K·m-1，颗粒物负载增加会导致载体温度梯度极值呈指数型增加，严重加剧载体局部温度积聚，增大热应力破坏风险.
  
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  二元柴油液滴碰撞过程数值模拟

  金豪杰， 魏明锐

  2021, 42(1): 56-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.009

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  为研究发动机喷雾过程中柴油液滴碰撞的物理过程，基于流体体积法（VOF）建立了两相同尺寸柴油液滴碰撞模型，利用现有的试验数据对计算模型的准确性进行了验证.同时，开展了液滴对心及偏心碰撞过程的数值模拟，得到了聚合、分离、破碎3种碰撞结果及其区域分布的WeB图，探讨了碰撞过程中所发生的能量转化机制.结果表明：对心碰撞聚合与分离的临界We数为17.3，分离与破碎的临界We数为92.0；与对心碰撞相比，偏心碰撞过程中所存在的旋转运动，导致聚合与分离的临界韦伯数随碰撞参数B的增加呈先增大后减小的趋势.
  
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  信号交叉口老年人失范过街的影响因素

  张惠玲， 葛鹏， 庞鲜鲜

  2021, 42(1): 62-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.010

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  为了减少老年人在信号交叉口的失范过街行为，细致分析了影响老年人失范过街的因素及影响程度.通过对老年人身体行为特征进行分析,结合计划行为理论的相关内容,设计了针对老年人失范过街行为调查的问卷,通过现场沟通和调查的方式,获取了老年人失范过街的样本数据；使用调查的数据,应用结构方程模型定量分析了各个潜变量对老年人失范过街行为意向和过街行为的影响程度.结果表明：老年人对过街危险性认识越清楚，过街的行为越规范；知觉行为控制对过街的影响超过老年人过街意向的影响；另外，老年人对交通法规理解越深刻、越同意家人或朋友遵守交通规则的看法，越不可能发生失范过街行为.
  
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  基于需求功率预测的混合动力越野车能量管理

  付翔, 铁鑫, 刘会康

  2021, 42(1): 67-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.011

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  为了优化混合动力越野车多动力源动态响应控制与燃油经济性，以需求功率为关键研究参量，设计自适应马尔科夫链预测算法，实现需求功率的实时预测.基于等效燃油消耗最小控制策略，提出考虑实时需求功率的变化寻优域，设计变域等效燃油消耗最小控制策略，实现能量管理优化.运用Cruise和Simulink软件搭建了混合动力越野车能量管理联合仿真平台，以典型越野行驶工况为仿真循环工况进行策略验证.联合仿真结果表明：所设计的自适应马尔科夫链需求功率预测算法使得整车动力性提升6.5％；与传统复合规则型策略相比，变域等效燃油消耗最小能量管理策略使得整车燃油经济性提升10.5%.
  
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  基于路由选择的城市道路车辆转向换道区域设置

  原志路， 张宜坤， 贾洪飞， 贺彪

  2021, 42(1): 77-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.012

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  为了减少因随机换道产生的延误，提出基于路由选择的车辆换道区域设置，即通过设置城市路段固定换道区域及制定车辆可变限速策略，将其转化为基于路由选择的车辆静态路径规划问题.利用VISSIM仿真软件，初建车辆换道场景，设计试验分析换道区域设置对城市道路车辆运行情况的影响；汇总数据并借助MATLAB进行数据拟合，得出在不同速度、流量及转向比例条件下的最佳换道区域设置长度.进行了有、无控制策略对比试验.结果表明：在565 m的仿真路段中，设置车辆换道区域、制定路径引导策略后，车辆换道次数减少了106次，车辆平均行程速度增加了12.13%，平均行程时间减少了10.80%，降低了因随机换道造成的延误，有效提高了区域路网的运行效率.
  
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  扩展零力矩点在车辆俯仰控制评价及主动控制中的应用

  潘公宇， 丁聪， 王万青， 李阿龙

  2021, 42(1): 85-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.013

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  为了改善车辆俯仰特性，对车辆俯仰运动的指标及其悬架控制进行了研究.以某型号SUV为例，针对目前尚未出台相关的俯仰特性评价指标的问题，并考虑到路面坡度对俯仰特性的影响，将扩展零力矩点的概念引入到车辆的俯仰评价体系中，通过对车辆俯仰模型中扩展零力矩点位置的推导，得到俯仰效果评价指标，即俯仰评价指数XEZMP.在Adams/Car建立了整车动力学模型，设计了以XEZMP为控制目标的主动悬架PID控制器，采用联合仿真验证了控制的效果.结果表明：相比于被动悬架，主动悬架显著抑制了车身俯仰角、车身俯仰角速度以及XEZMP的变化，改善了车辆俯仰特性；俯仰评价指数XEZMP能合理地评价车辆俯仰特性.
  
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  基于放电检测和机器视觉技术的火花塞缺陷检测系统

  刘春成， 徐琳， 张坤

  2021, 42(1): 92-97. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.014

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   为了减少传统人眼目测检测造成的误差，提高火花塞的缺陷检测效率，设计了1种基于放电检测技术和机器视觉技术的火花塞缺陷检测系统.火花塞缺陷检测系统由工控机、NI DAQ数据采集卡、IGBT驱动板、IGBT模块、点火线圈、分压模块和工业相机构成.利用脉宽调制技术和电磁感应原理，对火花塞施加电压，通过抓拍点火线圈电压输出下火花塞放电火花的位置信息，检测火花塞陶瓷件是否存在缺陷.试验结果表明：该火花塞缺陷检测系统输出的放电高电压安全可测，检测精度更是高达95%，满足了火花塞缺陷检测的实际应用需求.
  
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  乙烯部分预混火焰中苯的生成机理

  王薇， 徐磊， 周梦祥， 王宇

  2021, 42(1): 98-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.015

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  为了研究苯及相关组分的含量，以验证气相化学反应机理，选取常压环境下乙烯部分预混火焰作为研究对象，运用Chemkin软件对火焰进行数值模拟，采用气相色谱质谱（GC/MS）系统对目标组分进行定性和定量分析，通过数值模拟与试验相结合的方法，分析了氧化剂掺混对乙烯火焰中永久性气体组分和C1-C6烃类化合物等主要气相前驱体的生成量和苯的生成路径所产生的影响.研究结果表明：在乙烯火焰的燃料端掺入少量氧气，促进了苯的生成；氧气的加入促进了C2和C4烃类化合物的相互作用以及C3H3的自身加成反应，从而导致苯的生成量明显增加.
  
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  基于卷积神经网络的水面火焰倒影滤波方法

  徐小强， 张瑞琦， 冒燕， 陈旭

  2021, 42(1): 105-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.016

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  为了解决由于水面火焰倒影等区域与火焰特征相似，在水面火焰检测中分割火焰区域时，容易将火焰倒影等区域识别为火焰区域，尤其是当火焰亮度高时，YCbCr空间火焰识别模型可能将较多的火焰亮度高的区域误判为非火焰区域的问题，提出了一种水面火焰识别方法.利用卷积神经网络来判断图片中是否含有火焰，再根据火焰经水面反射、折射后在水中的倒影与火焰区域的亮度差，结合YCbCr空间模型，将火焰区域分割出来.试验结果证明：这种水面火焰识别方法可以判断图像中是否含有火焰图像，能够有效过滤火焰倒影等区域，较为精准地提取出火焰区域；同时可以解决火焰亮度高时，YCbCr空间模型识别火焰区域时存在较大空洞的问题.
  
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  自重固结下的吹填场地桩基负摩阻力解析解

  杨怡青， 李传勋

  2021, 42(1): 111-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.017

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   针对由于受吹填土高压缩、低渗透等不良特性的影响，吹填场地的桩基础受力具有明显特异性，致使桩周土体对桩产生负摩阻力的问题，采用双层地基一维固结模型计算吹填土及下卧土层的固结变形，采用双折线函数模拟桩土间相互作用.在此基础上，建立桩土荷载传递模型，并得到中性点位置及不同打桩时间下轴力、桩侧摩阻力随深度及时间变化的解析解.将解析解计算结果与工程实测数据进行对比，中性点、摩阻力及轴力等的分析结果表明该解析解在实际工程中的应用是可行的.最后基于该解析解分析了各影响因素对桩侧摩阻力、轴力及中性点位置的影响，并与JGJ 94—2008《建筑基桩技术规范》计算的中性点位置和下拉荷载对比，表明JGJ 94—2008计算方法未考虑桩顶荷载及打桩前桩周土体固结的影响，过高地估算了桩基负摩阻力的影响.
  
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  不同混合物浓度梯度下三重火焰的直接数值模拟

  徐欣宇， 王平， 余倩， 曾海翔

  2021, 42(1): 118-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.01.018

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  针对三重火焰，采用详细反应机理进行直接数值模拟（DNS），计算其入流宽度.在保证混合物入口当量比范围保持不变的情况下，计算了入流宽度分别为5、10、15、20、25和30 mm等6种状态下的羟基（—OH）质量分数、流场速度、放热率、燃烧速度和温度的分布.研究结果表明：随着入流宽度的增加，即混合物浓度梯度的减小，三重火焰厚度逐渐增加，且预混火焰分支变长.同时，三重点和预混分支处—OH质量分数逐渐增大，而扩散火焰分支处—OH质量分数逐渐减小.由于入口混合物当量比的范围保持不变，导致预混火焰厚度几乎不随入流宽度发生改变，且三重点处火焰速度在混合物浓度梯度为0.051 1~0.295 0 mm-1时存在一个极大值.