基于遗传算法的重型特种车辆主动悬架H_(2)/H_(∞)控制研究

重型特种车辆的传统被动悬架对不同路况适应能力差,恶劣路况下车辆性能下降明显,无法满足重型特种车辆在不同路况下行驶平顺性和操纵稳定性的需求.针对这一问题,研究建立了三轴重型特种车辆整车9自由度主动悬架模型,设计了H_(2)/H_(∞)鲁棒控制器,并在满足H_(∞)约束条件下采用遗传算法对H_(2)性能指标进行优化,获取了全状态最优控制律,同时对连续随机路面和凸块路面下主、被动悬架性能进行分析.结果表明:在连续随机路面下,相较于被动悬架,H_(2)/H_(∞)控制主动悬架在时域和频域范围内均具有良好的性能,能够提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性;在凸块路面下,主动悬架能够更快地衰减来自不平路面的振动,并使左前轮胎动载荷的最大值降低了23.5%,提升了轮胎的接地性.H_(2)/H_(∞)控制主动悬架对不同路况具有良好的适应能力,能够满足不同路况下重型特种车辆行驶平顺性和操纵稳定性的提升需要.

智能车联网下车辆换道安全距离预警仿真

车辆换道过程中涉及横向、纵向的加减速等控制,若驾驶员没有充分考虑到周围车辆的位置和速度,会导致追尾、刮撞等事故的发生。为了提升车辆换道安全性,提出智能车联网下车辆换道安全性预警方法。通过搭建换道车辆横向速度、位移数学模型,基于车辆行驶运动学理论、位移函数,建立最小纵向安全距离数学模型,计算抛物线、导函数得出后车与目标车道上前车、后车最小安全距离。当自车与后车间距离小于安全距离时,存在追尾风险,系统会发出预警信息;当自车与目标车道前、后车间距小于安全距离时,存在刮碰风险,系统也会发出预警信息。实验结果表明,所提方法能够在实际安全距离内发出预警信息,有效解决车辆换道交通安全问题,并且预警系统响应时长保持在5ms内。

基于三维宏观基本图的城市机非混行交通研究

为解决城市交通中机动车与非机动车混合行驶造成的交通拥堵,提出一种三维宏观基本图的理论分析方法,探究机动车与非机动车混行交通流的微观运行特征和宏观演化规律,揭示在非机动车干扰下交通拥堵的形成、传播和消散机理。先分别建立描述非机动车流的元胞自动机模型和机动车流的元胞传输模型,并借助非机动车越线次数函数将两个模型耦合;然后,在Simulink仿真平台上,运行该耦合模型以求得路网的三维宏观基本图,并以此分析非机动车驶入流量与路网平均流量、冲突次数三者间的相互关系;最后,提出提高路网硬隔离占比和加大非机动车道宽度的两种方法,借助三维宏观基本图来验证其缓解交通拥堵的效果。研究结果表明:三维宏观基本图的分析方法可量化机动车和非机动车冲突的影响,指导混行交通拥堵的治理,该结论为改善中国城市交通出行秩序和出行环境提供了参考。

双碳目标下工程热力学层次研究型教学模式探索

双碳背景下,我国能源结构转型为高校能源动力类的人才培养提供了机遇和挑战,“新工科”时代也亟需培养具有创新实践能力和国际竞争力的高素质复合型人才。工程热力学是研究能源科学的基础课程,对其进行教学改革及其实践路径探索对于人才培养具有重要意义。对课程内容进行模块化分析,提出“五个层次”的研究型教学模式,在尊重学生个体差异的前提下注重培养学生的创新思维和实践创造能力,实现能力与情感双重培养目标。

《车辆系统动力学》知行合一教学创新实践

针对高校扩招和企业对人才需求的提高导致毕业研究生质量跟不上社会需求的问题,分别从国家、高校、企业和学生四个层面对现状进行分析,利用现有教学条件对车辆系统动力学课程进行一系列教学改革。以实践为切入点,通过课程改革来提高学生学习兴趣、掌握各类软件使用,进而能够学会完成各类项目,实现理论与实践的有机结合。让学生能够通过课程学习基础知识的同时,拓宽学生知识面,提高学生的动手能力和团队意识,达到知行合一。为高校培育实践型、创新型人才提供有益参考,最终达到为党育人、为国育才的目标。

车辆系统动力学课程教学改革探索及实践

针对车辆系统动力学教学过程出现的课程内容不完善、学生学习兴趣不高、评价考核体系落后、学生实践创新能力差等问题,从教材、教学、实践几个角度入手,对车辆系统动力学课程进行教学改革。通过互联网资源完善课程建设,保证课程的前沿性,个性化教学促进学生深度学习,实现课程教学考核多样化,提高课程教学质量。引导学生参加专业实践和学科竞赛,拓宽学生视野,加强学生间的合作交流,提高学生的科研应用能力,为学生今后科研发展奠定基础,也为国家培养高质量研究型人才提供有益参考。

线上线下混合式教学背景下“车辆构造”课程的教学改革与实践

随着现代社会的发展,信息化在日常生活中的地位凸显出来,而线下线上混合式教学则是信息化在教育教学中的重要体现,同时网络与信息化的发展也是混合式教学的基础。该文以“车辆构造”这门高校汽车类专业课程的线上线下混合式教学为例,分析该课程在传统教学模式、考核模式中存在的问题,认为传统教学模式的学习内容枯燥、学习模式单一,课程考核方式不能真正检测出学生掌握知识和技能的程度,特别是学生解决复杂工程问题的能力更难以进行评判,提出线上学习内容再设计,线下授课模式再调整的改革措施,对课程价值、课程内容、课程管理、课程评价等方面进行针对性设计,并以“OBE”理论为依据,打造高质量的以学生的学习和个人发展为中心的“车辆构造”课程,培养具备创新、决策、批判性思维、信息素养、团队协作、兼容、获取隐性知识、自我管理和可持续发展能力的卓越人才,有效推动基于线上线下混合式教学的“车辆构造”课程“金课”建设,提高学生在汽车制造方面的创新能力和分析问题与解决复杂工程问题的能力。

车辆声源高度对公路交通噪声预测的影响

目前公路交通噪声预测结果与实际情况存在较大差别,主要原因是声源预测模型存在不足。为了提高交通噪声预测结果的准确性,通过考虑车辆声源的实际高度,运用声学仿真软件Virtual. lab建立竖向高度与车辆声源实际情况一致的声源模型。对受声点的预测结果分析表明:与等效声源模型相比,考虑声源实际高度的噪声模型更符合道路实际情况,提高预测结果的准确性;在3 m高声屏障下道路交通状况全为重型车时预测结果差值最明显,两种声源模型综合噪声差值为1. 71 d B,315 Hz时达到频谱峰值差值3. 03 d B,为道路交通噪声控制提供参考依据。

履带式工程车机械液压差速转向装置参数设计

机械液压差速转向装置作为一种双功率流转向装置,其参数设计是一个非线性、多目标和多参数优化问题。在对履带式工程车参数设计、目标评价和约束条件理论分析的基础上,提出了一种基于多岛遗传算法(Multi Island Genetic Algorithm, MIGA)和序列二次规划(Sequential Quadratic Programming, SQP)法的组合优化方法。根据组合优化的思想,对履带式工程车机械液压差速转向装置参数进行全局寻优,结合实例样车设计需要,将机械液压差速转向装置参数进行优化,优化后的参数可满足设计需要,表明所给出的组合优化方法可用于工程车机械液压差速转向装置参数设计。

履带车辆液压机械差速转向控制策略研究

针对液压机械差速的履带车辆转向控制,在车辆动力学建模和驾驶员操控信号解析的基础上,提出一种基于驾驶员模型的模糊前馈-反馈控制策略。该控制策略将驾驶员模型输入的归一化方向盘转角及其变化率作为模糊前馈控制输入,对液压系统排量比进行补偿;将实际转向半径与目标转向半径的偏差及其变化率作为模糊反馈控制输入,对液压系统排量比进行修正,从而达到对两侧履带速度的补偿修正。仿真结果表明,与传统PID控制和模糊PID控制相比,模糊前馈-反馈控制能缩短转向动态响应时间,更好地跟踪驾驶员转向意图,且在转向阻力扰动下转向半径的波动明显减小,提高了转向轨迹的稳定性。

考虑交通冲突的驾驶风格识别及换挡控制策略研究

依据驾驶风格对车辆控制参数进行自适应调节,使车辆的经济性、动力性得到改善。考虑与前车交通冲突能提升驾驶风格识别的准确性,故提出了考虑车辆交互的驾驶风格识别方法,并制定了基于驾驶员风格的综合换挡策略。基于车辆交互时产生的特征参数,即车头时距(Time Headway,THW)、碰撞时间的倒数(Inversed Time To Collision,ITTC)和车辆的运动学参数,采用模糊控制算法对驾驶风格进行识别。换挡控制策略根据驾驶员对动力的偏好程度在基础换挡规律的基础上进行修正,针对保守型、激进型和一般型驾驶员,分别匹配经济性、动力性及自适应的换挡规律。通过对实车采集的工况数据进行仿真,结果表明,驾驶风格识别模型能够准确稳定识别驾驶员风格,基于驾驶风格识别的换挡控制策略能够适应不同类型的驾驶员需求,并且在保证动力性的同时也能够兼顾经济性。

新工科背景下车辆构造课程教学改革研究

车辆构造是车辆工程专业的一门核心课程,传统的教学模式已无法满足新工科人才培养的需要。为适应新工科背景下的教学改革需求,该文在明确车辆构造课程教学存在问题的基础上,提出新工科背景下车辆构造课程教学改革路径,并以河南科技大学车辆与交通工程学院为例分析车辆构造课程教学改革成效,从而更好地提高车辆构造课程教学效果,培养新时代高层次创新型人才。

正十二烷喷雾火焰中碳烟的瞬态生成特性

针对压燃式发动机中碳烟演化过程难以被实验准确捕捉的问题,研究了高温高压环境中正十二烷喷雾燃烧焰中碳烟瞬态生成特性及动力学行为,在实验方面,应用消光辐射联合技术以及燃烧成像测速技术,同步获得高温高压环境中单孔喷油器正十二烷喷雾燃烧火焰中的碳烟体积分数、碳烟温度和碳烟速度场的瞬态分布;数值计算方面,基于OpenFOAM环境,发展欧拉喷雾模型和非稳态火焰面进度变量湍流燃烧模型的耦合模型,喷雾燃烧过程的数值计算结果与实验数据有高度的一致性。研究结果表明:相比于参考工况,低喷油压力工况火焰浮起长度更短,碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间更长,推动了碳烟的生成,碳烟峰值质量增加了80%;高温环境工况碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间没有明显差异,但更短的火焰浮起长度使得燃料在更高的当量比开始燃烧,导致其碳烟峰值质量增加了88%;富氧工况的燃烧温度最高,碳烟粒子运动速度增大,使得碳烟在当量比Φ>2区间驻留时间明显减少,同时火焰内部当量比较小,因而碳烟峰值质量减少了42%。

多传感器融合的割草机器人障碍物检测方法

为了提高割草机器人自主作业时的环境感知能力,提出一种基于相机和低成本固态激光雷达融合的障碍物检测方法.首先,基于改进的DBSCAN聚类算法,得到一种可自适应确定聚类参数的KANN-DBSCAN算法,利用该算法对固态激光雷达采集到的三维点云聚类分析,得到障碍物点云并通过相机和固态激光雷达联合标定结果投影到二维图像上;其次,基于SSD目标检测网络完成障碍物样本训练,并对图像信息进行检测识别;最后,为了避免因光线不足或远距离雷达点云稀疏聚类困难,导致视觉或雷达检测性能受限,提出一种优势互补的目标级信息融合策略.试验结果表明:所提信息融合策略在融合两传感器检测结果的基础上,有效避免了环境条件改变单一传感器检测性能受限时,环境感知出现的漏检和误检,经过信息融合后的障碍物综合检出率约为87.5%,相较于单一传感器具有很大的提高,使环境感知信息更加全面可靠.

基于小波分层解耦的氢燃料电池复合电源拖拉机能量管理策略

针对单一能量系统无法充分发挥其优势,无法较好满足拖拉机作业时随机载荷谱密度大的问题,设计了基于氢燃料电池、动力电池、超级电容并联的电动拖拉机复合式能量系统.基于Haar小波与逻辑门限规则的分层解耦控制能量管理策略,实现了负载需求功率的高频信号、次高频信号、稳态信号的分层解耦,并对解耦后的功率信号进行功率分配.进行了模型在环仿真测试,结果表明:与功率跟随式控制策略及模糊控制策略相比,所建立的分层解耦控制策略氢燃料电池平均效率在试验循环内分别提高了2.85%、1.21%,整车等效氢气消耗量分别降低了16.11%、6.88%.本控制策略可以在满足整车负载需求功率的基础上提高整车经济性,并使燃料电池以高效平稳的工作状态输出功率.

改进灰狼优化算法的草坪修剪机器人路径规划

为解决传统灰狼算法(GWO)用于全覆盖路径规划草坪修剪作业时易陷入局部最优、收敛速度慢、迭代次数高、除草效率低等问题,提出了启发式混沌算子灰狼优化算法(CGWO)。通过对GWO算法融入启发式思想与Tent混沌映射后,加入自适应的参数调节策略,调节加速因子及不同控制参数以增加搜索过程中的随机性,帮助算法跳出局部最优解,获得更好的全局搜索能力。仿真分析发现:改进后的灰狼优化算法即CGWO算法比GWO、PSO(粒子群算法)算法的路径成本、迭代次数、耗时更优,且路径更平滑。在3种草坪环境下,进行实车试验。结果表明:CGWO算法提高了全覆盖效率和除草效率,试验结果优于GWO和PSO算法。

基于卡尔曼滤波的动力电池SOC估算

由于传统无迹卡尔曼滤波估算方法具有局限性,为了能准确估算动力电池荷电状态(state of charge,SOC),提出了一种基于无迹卡尔曼粒子滤波的动力电池SOC估算方法.以三元锂电池为研究对象,建立了电池二阶RC等效电路模型,通过对电池进行充放电试验辨识出模型参数,并验证模型准确性.采集了实际工况下的电池数据,分别用无迹卡尔曼滤波算法、粒子滤波算法和无迹卡尔曼粒子滤波算法估算电池SOC,在MATLAB中进行了仿真试验,并对估算的电池SOC进行比较.结果表明:无迹卡尔曼粒子滤波算法可以快速准确地估算出电池SOC,误差小于2.5%,优于另外2种算法.

高速磁浮列车泡沫三明治板在冲击载荷下的吸能特性与参数优化

建立模拟高速磁浮列车泡沫三明治裙板冲击的有限元模型,基于搭建的钢球冲击试验装置验证模型的有效性,研究冲击速度、前后金属面板厚度和支撑间距对泡沫三明治板吸能量和冲击载荷的影响。采用响应面法建立泡沫三明治板内能和初始峰值载荷的代理模型,基于遗传算法提出冲击速度、前后面板厚度和支撑间距等参数的优化方法。研究结果表明:在低速(8 m/s)冲击下,泡沫三明治板具有更好的吸能效率,吸能效率能达到90%以上;随着冲击速度增加,吸能效率显著下降;增加冲击间距不仅能延长冲击作用时间,也能显著降低冲击载荷峰值力,降幅达到13.59%;针对高速磁浮列车泡沫三明治板的吸能设计要求,通过调整前、后金属面板的厚度可有效改善其吸能效果。内能和峰值力的预测值与其真实值之间的最大相对误差分别为4.14%和0.96%,满足高速磁浮列车泡沫三明治板吸能特性预测的精度要求。

车辆自动变速器换挡规律的研究现状与展望

综合分析了国内外车辆自动变速器换挡规律的发展过程及研究现状 ,预测综合智能控制将成为未来研究的焦点 。

盐度对甲烷水合物分解特性影响的LBM模拟

海洋甲烷水合物在分解过程中会受到海水盐度的影响,本文基于格子玻尔兹曼方法建立了孔隙尺度下甲烷水合物在盐水中分解的数值模型。该模型综合考虑了甲烷水合物分解动力学、甲烷和盐的传质以及气液两相流动和传热过程,并通过引入附加源项描述盐度对于甲烷水合物分解的影响。在此基础上,本文分析了盐度对甲烷水合物分解特性及传热特性的影响。结果表明,甲烷水合物在盐溶液中的分解速率明显快于纯水中的分解速率,并且随着盐度的增加,水合物分解得越快,分解持续的时间越短。计算域内平均温度在水合物分解的初始阶段急剧下降,然后逐渐升高到初始入口温度,并且最低平均温度随着盐度的增加而升高。因此,盐度的增加可以加快甲烷水合物的分解速率,降低水合物分解的吸热量。