客车自主安全控制系统设计与研究

为提高客车行驶的安全性,在研究客车胎压和温度监测系统的基础上,研制出基于客车胎压和温度监测的自主安全控制系统,其控制策略为:在轮胎异常初期发出声音预警提示,后期将进入发动机"跛行回家"的故障模式,以限制发动机功率和车速;当轮胎爆胎或快速漏气时,客车的应急制动控制系统起作用,司机对客车行驶方向和制动的控制只是作为应急制动控制系统的输入,同时发动机处于"怠速"的工作模式。这与传统胎压监测系统相比,不仅仅实现了胎压异常预警,而且还实现了应急制动控制。本自主安全控制系统已装在VDS A01车型上试用,设计上达到了基本性能要求,具有较好的实用价值。

XMQ6838Y客车动力总成悬置系统参数的优化设计

针对XMQ6838Y客车怠速时方向盘抖动和座椅振动剧烈的问题,以其动力总成悬置系统各阶模态的解耦率最大为目标和固有频率的分配为约束,构建一种以悬置元件离散刚度与连续位置为设计变量的优化设计模型.通过建立系统自由振动模型,获取其固有频率和六阶模态;利用能量解耦法,求解系统六自由度的解耦率.在MATLAB和iSIGHT集成条件下,采用刚度离散化的方法和自适应模拟退火算法,优化悬置系统设计参数.实验结果表明:优化后,该车型在启、闭空调时方向盘和各排座椅的三向振动均明显降低,尤其在开启空调时,方向盘Y向振动加速度由3.43 m·s^-2下降至0.35 m·s^-2,提升了乘坐舒适性.

汽车自主驾驶碰撞试验的控制系统设计

为降低汽车研发过程的碰撞试验成本和缩短研发周期,对无牵引装置的汽车正面碰撞试验进行系统研究,论述正面碰撞试验车自主控制系统的设计.根据C-NCAP碰撞试验法规,对车辆进行了行进方向和行车速度控制的实车试验.结果表明:试验车行进方向与纵向中心线的重合度最大正负偏差分别为+95mm和-105mm,在汽车碰撞试验法规规定范围±150mm内,车速快速提高到64km·h-1后,系统仍能够保证汽车直线稳速行驶,满足现有试验法规的基本要求,具有实用性和推广价值.

模态分析在客车侧翻性能评价上的应用

建立了客车车身骨架有限元模型,并对3种上部结构方案的客车车身骨架进行自由模态分析,得到客车车身的前12阶的振型与固有频率。初步推测侧倾振型所对应的固有频率高的客车具有更好的侧翻性能。参照欧洲ECE R66法规要求,建立客车侧翻仿真有限元模型,利用显式非线性有限元求解器LS_DYNA对客车侧翻过程进行仿真分析。结果表明:侧倾振型频率高的客车在侧翻过程中其侧窗立柱变形量最小,具有最好的侧翻安全性能。通过模态分析可对客车侧翻性能进行初步评价,有利于缩短客车研发周期。

一种塑制汽车离合器泵的旋转摩擦焊接工艺参数的设计方法

针对一种塑制汽车离合器总泵的上下泵体在旋转摩擦焊接工艺中焊接参数难以确定的问题,提出了一种基于旋转摩擦焊接温度的焊接参数设计方法.通过二次正交回归试验设计,采用响应曲面法,建立了由主轴主轴转速、熔接压力和旋转圈数3个焊接参数在旋转焊接时摩擦面温度的预测模型;运用差示扫描量热法获得离合器泵体材料的熔点;在分析摩擦面温度与3个焊接工艺参数的二阶响应曲面图的基础上,结合摩擦面温度的预测模型,建立了焊接参数的关联耦合模型;依据该模型即可设计合理的焊接工艺参数.通过对焊接件焊接强度的评价,验证了焊接参数设计方法的合理性.离合器泵焊接量产的合格率达95%以上,证明了该焊接参数设计方法的可行性.

XMQ6182G型客车低频轰鸣声仿真分析与抑制

为了解决XMQ6182G型客车在30~80 km·h^(-1)匀速行驶时驾驶位存在低频轰鸣声的问题,开展实车噪声和振动测试,发现驾驶位噪声频率约为14.0 Hz时,出现驾驶位噪声声压级峰值.经对比分析和测试,确定轰鸣声主要来自路面激励,并构建车身结构和车内空腔的有限元模型,进行模态分析.结果表明:驾驶位低频轰鸣声是由车身第3阶结构模态与车内空腔第1阶声学模态的强耦合引起的;改进客车顶盖结构后,驾驶位噪声声压级最大降幅为4.7 dB(A).

基于试验设计的乘用车前纵梁结构耐撞性优化分析

为了提高汽车的结构耐撞性,以某插电式混合动力轿车的前纵梁为研究对象,参照中国新车评价规程(C-NCAP),基于正面100%重叠刚性壁障碰撞试验工况要求,建立汽车前纵梁有限元模型,以汽车前纵梁的横截面积、内外板材料及厚度为研究对象,以比吸能、平均压溃力和压溃效率为研究目标,对汽车前纵梁进行仿真分析。基于哈默斯雷采样法选取样本点,运用改进的最小二乘法对前纵梁进行响应面优化,结果表明,优化后汽车前纵梁的比吸能提升了1129.14J/kg,平均压溃力提升了8.2kN,压溃效率提升了2.59百分点。

塑制离合器泵体的结构设计及焊接参数的确定

为通过“以塑代钢”实现汽车轻量化,面向由上、下泵体经摩擦焊接而成的离合器泵体,经过与上、下泵体为锥面-柱面焊接式结构型式的对比分析,确定采用上、下泵体为端面-端面焊接式的结构型式,并通过材料的性能测试与摩擦面温度试验,建立了上、下泵体焊接参数的耦合模型,依此确定主轴转速、熔接压力和旋转圈数等焊接参数。静力学分析表明,离合器泵体(含焊缝)强度满足设计要求;依焊接参数耦合模型确定焊接参数的10组测试件的试验结果表明,离合器泵体(含焊缝)的承受压力可达到14 MPa设计要求,验证了所设计的塑制离合器泵体结构型式和焊接参数确定方法的正确性和可行性。

货车-两轮车前碰撞事故中骑行者运动学响应及损伤分析

为探究货车-两轮车前部碰撞事故中参与双方速度对骑行者运动学响应与损伤的影响,基于MADYMO软件开展事故重建并进行了分析。建立了货车和两轮车的多体碰撞模型,对一起货车前部碰撞两轮车事故进行了事故重建;使用验证后的模型进行了25组不同速度下的全因子仿真试验;分析了不同碰撞速度和骑行速度对骑行者运动学响应和损伤的影响。研究结果表明,骑行者身体旋转幅度会随着两轮车及货车车速的升高而增加;当货车速度超过20 km/h时,骑行者头部损伤指标(Head Injury Criterion,HIC)与胸部3 ms加速度将超过阈值;而当货车速度超过25 km/h时,骑行者下肢接触力也超过阈值;货车速度处于30~40 km/h时,相同货车速度下,骑行者头部HIC值出现随着两轮车速度的增加而升高的趋势,而胸部加速度出现相反的趋势。

桥上轿车并行超车的风致安全评价及横向运动控制

为厘清并行超车过程中“风-车-桥”的气动交互干扰及其对轿车侧风稳定性的影响,采用空气动力学与系统动力学耦合方法建立了侧风环境下桥上轿车分别超轿车和货车的风致安全评价模型,揭示了轿车超车过程中气动侧力和气动横摆力矩的变化规律及作用机理,基于线性二次最优控制的路径跟踪模型分析了轿车超车过程中有、无控制作用时侧偏运动和横摆运动的差异。结果表明,“风-车-桥”气动交互干扰形成的高速低压区和低速低压区对行车安全有显著影响,影响程度与被超车类型及所在车道有关:轿车超轿车时,在迎风侧第1车道超其他车道轿车时为较危险工况;轿车超货车时,在迎风侧第1车道超其他车道货车及在第2车道超第1车道货车时为较危险工况。研究结果可为提升桥梁风致行车安全能力提供参考。

联合语义分割和深度估计的交通场景感知算法

受不同像素级视觉任务间的特征信息能够相互指导和优化的思路启发,基于多任务学习理论提出联合语义分割和深度估计的交通场景感知算法.提出双向跨任务注意力机制,实现任务间的全局相关性显式建模,引导网络充分挖掘和利用任务间互补模式信息.构建多任务Transformer,增强特定任务特征的空间全局表示,实现跨任务全局上下文关系的隐式建模,促进任务间互补模式信息的融合.设计编-解码融合上采样模块来有效融合编码器蕴含的空间细节信息,生成精细的高分辨率特定任务特征.在Cityscapes数据集上的实验结果表明,所提算法的语义分割平均交并比达到79.2%,深度估计均方根误差为4.485,针对5类典型交通参与者的距离估计平均相对误差为6.1%,能够以比现有主流算法更低的计算复杂度获得更优的综合性能.

AEB工况下驾驶员姿态对损伤风险的影响

有无紧急制动(AEB)的正面碰撞工况中驾驶员姿态对运动学响应及损伤风险具有重要影响。本文采用THUMS(Ver.6.1)人体有限元模型建立了标准、后仰和前倾等3种驾驶姿态,搭建了正面碰撞约束系统模型,进行了6组50 km/h的仿真实验,对比分析驾驶员不同姿态在有和无AEB作用下的运动学响应以及驾驶员头、胸部损伤参数。结果表明:在有和无AEB介入时,后仰姿态的头部损伤风险均最高,其中有和无AEB介入的HIC_(15)分别为817.5和626.9。AEB的介入对驾驶员胸部压缩量影响最大,3种姿态的胸部压缩量分别增大了89%、115%和22%,后仰姿态胸部压缩量损伤最严重。研究结果厘清了驾驶姿态与AEB对驾驶员运动学响应以及头、胸部损伤的影响,为汽车约束系统和AEB的开发与设计提供了参考价值。

风-车-桥气动干扰作用下的汽车纵横向协调控制

为提高跨海大桥上轿车的风致行车安全能力,采用合成风和动网格耦合方法建立了轿车超越集装箱货车的瞬态分析模型,揭示了“风-车-桥”气动交互作用机理及其对轿车气动特性的影响规律。采用五次多项式插值算法建立了超车轨迹规划模型,基于模糊逻辑的双PID控制方法与径向基神经网络的滑模控制方法设计了纵横向协调控制器,开展了轿车超车过程的路径跟踪能力分析及行驶稳定性评价。研究结果表明:风-车-桥的气动干扰大小与行驶车道及位置有显著关系,纵横向协调控制器的路径跟踪控制精度和鲁棒性较好,轿车侧风稳定性提高效果明显。

MPDB工况下驾驶员姿态对损伤风险的研究

为研究MPDB工况下驾驶员不同姿态的运动学响应及损伤风险,首先搭建了雅阁整车50%重叠移动渐进变形壁障(mobile progressive deformable barrier,MPDB)碰撞仿真模型,采用THUMS(Ver 6.1)人体有限元模型模拟了4种驾驶姿态:头部正常(HN)、头部后仰(HR)、头部前倾(HF)、身体前倾(BF)。对比分析了碰撞速度为50 km/h时,4种驾驶姿态下驾驶员头部线性加速度、颅内压力、最大主应变以及胸部最大压缩量、肋骨塑性应变、心肺压力分布等参数。结果表明:HF和BF姿态下的头部损伤风险更高,其中颅内压力分别为474和744 kPa,超过重度颅脑损伤阈值235 kPa。4种驾驶姿态的心肺压力均超过严重损伤阈值170 kPa,心肺产生严重损伤概率较大。该研究结果理清了MPDB工况下驾驶员不同姿态的损伤风险,为汽车安全技术研究提供重要参考依据。

风雨耦合环境下驾驶队列的气动特性研究

为了探究风雨环境下驾驶队列的气动载荷特性和流场特性,该文基于Euler-Lagrange法,考虑雨滴和气流的相互作用,建立风雨耦合环境下的驾驶队列模型,并对比试验数据验证模型的准确性,进而研究降雨量、侧向风风速、车辆间距对队列中车辆的气动载荷特性和流场特性的影响。研究表明:随着降雨量和侧向风风速的增大,驾驶队列中车辆受到的力和力矩不断增大,当降雨量为50~250mm/h时,队列中第1辆车阻力从27.21N增大到28.49N;当侧向风为4.4~15.5m/s时,第1辆车的侧向力从101 N增大到554.3 N。随着队列间距的增大,队列中车辆受到的气动阻力先增大后减小,侧向力和侧倾力矩不断增大,横摆力矩不断减小;当队列间距为0.25~0.75倍时,尾车(第5辆车)的侧向力从137.6 N增大到174.74 N,横摆力矩从39.29 Nm降低到12.47 Nm。

自行车种类及骑行姿态对骑车人下肢损伤机理的影响

为了研究汽车-自行车碰撞过程中,自行车种类及骑行姿态对骑车人下肢运动学及损伤的影响,建立共享自行车和山地自行车有限元模型,采用脚前部、脚上部和脚下部3种骑行姿态,选取碰撞速度为40 km/h,骑行速度为10 km/h,构建6种碰撞工况来考察骑车人下肢运动学响应和损伤状况的差异性.结果表明,相比于共享自行车,带有高横杠车架结构的山地自行车使得骑车人的被撞侧腿部承受更大的弯矩,且该结构限制了骑车人下肢的移动,从而影响膝关节的运动学响应和韧带损伤.在脚下部的骑行姿态下,骑车人承受下肢严重损伤的概率要更大,胫骨承受较大弯矩为257.5 N·m,内侧副韧带出现最大拉伸长量为19.3 mm.因此,自行车种类对骑车人下肢运动学响应产生较大影响,骑行姿态对下肢损伤产生较大影响.

考虑侧风稳定性的汽车轨迹跟踪自适应时域模型预测控制

为扩展模型预测控制的应用场景,提高智能汽车在极端风环境下的轨迹跟踪精度,提出了一种考虑侧风稳定性的自适应时域控制方法。首先,以跨海桥梁上轿车超车过程为研究对象,采用汽车空气动力学与系统动力学耦合方法建立轿车超车的侧风稳定性分析模型;接着,建立汽车侧偏安全风险模型,以侧偏风险等级、车速及横向误差为参考设计时域自适应调节器,实现预测时域和控制时域的动态调节;最后,采用CarSim和Simulink搭建联合仿真场景,通过五次多项式规划超车轨迹,验证控制器的跟踪精度及鲁棒性。结果表明:与固定时域及变权重模型预测控制器相比,改进后的控制器可以更好地抵抗“风-车-桥”的气动干扰,以较低的实时性代价提高了车辆轨迹跟踪精度,汽车侧风稳定性得到明显提升。

乘用车前部造型的改变对行人下肢损伤的影响研究

研究了欧盟行人保护指令发布后车辆前部造型的变化,以及该变化对行人下肢损伤的影响。为此,在德国深度事故调查数据库选取了283起带有行人下肢损伤的事故案例,并将事故案例以欧洲行人保护指令发布时间为界限分为两组。首先采用描述性统计方法统计了两组案例中各个事故车辆前部结构值,然后利用威尔科克森符号秩检验找出两组案例车型中具有显著差异的前部结构参数,最后通过二元逻辑回归分别建立两组案例车型与行人下肢严重损伤和腓骨/胫骨骨折风险曲线,分析行人保护指令发布后车辆前部造型的改变及对行人下肢损伤的影响。研究结果表明,新的车型具有更宽的前保险杠和更浅的保险杠伸出量,更高的引擎盖前缘以及更低的副保险杠下缘高度。在0~40 km/h的碰撞速度内,对于年龄不超过60岁的行人,行人保护指令发布后生产的车型对行人整体下肢严重损伤和腓骨/胫骨的保护性能相比于以往的车型均有所提高。

基于模型预测控制的分布式驱动底盘转向稳定性控制研究

针对分布式驱动移动底盘转向时稳定性较差与响应速度慢的问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)方法的移动机器人底盘转向控制策略.上层控制器基于7自由度动力学模型,以最优横摆角速度、质心侧偏角和侧向车速为目标,考虑多种约束,采用二次规划算法求解移动机器人底盘输出的合力矩,并转化为车轮转角进行控制输入.下层控制器将根据最佳滑移率求解驱动力及制动力.最后,采用CarSim与Simulink开展联合仿真,搭建实车验证平台,选取正弦线和双移线工况展开实车实验,结果表明基于MPC的分布式驱动移动底盘转向稳定性控制策略是有效性的.

纵滑工况下不同带束层角度轮胎胎面弹性应变能分析

采用ABAQUS软件建立225/60R18子午线轮胎有限元模型并进行纵滑试验,分析纵滑工况下不同带束层角度的轮胎胎面弹性应变能变化情况。当滑移率在-20%~20%区间变化时,不同带束层角度下轮胎胎面弹性应变能均呈现出先增后减的变化趋势,并且在滑移率为0时出现凹点;当滑移率为±20%工况时,胎面弹性应变能分布均匀度降低,在接地区域内的应变能峰值超过200 kJ,在65°和67°带束层角度下达到250 kJ,此时胎面易产生横向变形;轮胎路径节点上的弹性应变能变化趋势呈“M”形,当滑移率在-20%~20%范围变化时,弹性应变能变化曲线从“左低右高”向“左高右低”变化;在65°和67°带束层角度下,弹性应变能更加稳定,轮胎更不易出现磨损,车辆行驶安全性更高。