中国机械工程

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2018, 29(15): 0.

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[分布式驱动电动汽车动力学控制]四轮驱动电动汽车多Agent能量管理体系研究

殷国栋, 李广民, 朱侗, 陈建松

2018, 29(15): 1765-1771.

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为探究四轮驱动电动汽车各用电系统的能量流动关系，基于多Agent系统思想构建四轮驱动电动汽车能量管理体系框架，并对该体系框架进行细部描述。对能量管理体系进行多Agent系统数学建模，基于状态转移和可传递置信模型搭建了决策规划层。利用Netlogo仿真软件建立了能量管理多Agent体系模型，并对电动汽车急加速工况下的能量配置状况进行了动态模拟。结果表明，所建立的能量管理多Agent模型能够动态调节各Agent的能量分配权重，在满足车辆系统动力性要求的前提下协调各Agent的能量配给。

[分布式驱动电动汽车动力学控制]轮毂电机驱动电动汽车的侧翻稳定性分析与控制

金智林, 陈国钰, 赵万忠

2018, 29(15): 1772-1779.

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针对轮毂电机驱动电动汽车非簧载质量与侧倾稳定性之间的非线性关系，分析不同路面激励下非簧载质量对轮毂电机驱动电动汽车侧翻稳定性的影响，提出分层防侧翻控制策略。考虑轮毂电机驱动电动汽车四轮独立驱动特点，建立包括主动悬架在内的汽车侧翻动力学模型，确定适用于不平整路面的绊倒型侧翻因子；以某轮毂电机驱动SUV为对象，分析非簧载质量与侧翻稳定性之间的关系；根据四轮独立驱动的特点，设计分层控制器，选取典型汽车侧翻工况进行实例仿真。研究结果表明：在平整路面上，非簧载质量与车辆侧翻稳定性成正态分布关系；在不平整路面上，非簧载质量对车辆侧翻稳定性的影响存在耦合关系；提出的防侧翻分层控制器，可有效提升车辆在不平整路面行驶时的防侧翻能力。

[分布式驱动电动汽车动力学控制]基于转矩协调分配的分布式驱动电动汽车稳定性控制

张细政, 郑亮

2018, 29(15): 1780-1787.

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提出一种基于车轮转矩优化分配的层次化车辆稳定性控制方法，用于分布式驱动电动汽车的操纵稳定性控制。建立八自由度车辆模型，分三层设计控制系统，上层控制器以质心侧偏角和横摆角速度为状态变量，采用积分二自由度控制模型，引入虚拟控制解耦两控制变量，计算车辆稳定的等效横摆力矩；中层采用线性二次型方法，优化分配前后轮转向角和轮胎纵向力；下层控制器设计滑模滑移率控制器，完成定滑移率下的车轮转矩再分配。仿真结果表明，该控制系统在高速极限工况下能充分利用轮胎的附着潜力，实现车轮转矩的协调分配，提高车辆的操纵稳定性；当执行机构出现故障时，系统能有效重构并实现控制量再分配，提高车辆的安全性。

[分布式驱动电动汽车动力学控制]电动汽车对开坡道双模耦合驱动控制

张利鹏, 董闯闯, 张伟, 庞诏文, 张思龙, 贾启康

2018, 29(15): 1788-1795.

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基于所发明的双模耦合驱动系统开展了电动汽车对开坡道通过性能提升研究。分析了该驱动系统在对开路面上的转矩输出特性以及通过性控制方案；根据驱动轮滑转率门限制定了变模控制触发判定规则；针对驱动电机在变模过程中的主动调速要求，设计了其模糊-PID控制器；根据变模执行机构电机的参考角位移曲线，设计了其预测函数控制器；通过与其他驱动模式的台架和实车试验对比，验证了系统转矩输出特性以及变模控制的实际效果。研究结果表明，双模耦合驱动系统的转矩输出特性符合电动汽车的技术需求，其灵活的变模控制功能大幅提升了车辆在对开坡道上的通过性能。

[分布式驱动电动汽车动力学控制]基于多Agent的电动汽车底盘智能控制系统框架

殷国栋, 朱侗, 任祖平, 李广民, 金贤建

2018, 29(15): 1796-1801,1817.

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为了解决传统集成控制框架灵活性和可扩展性不足以及传统汽车底盘控制系统不适用于新型分布式轮毂电机驱动纯电动汽车的问题，提出了基于多Agent的四轮独立驱动纯电动汽车的底盘智能动态综合控制系统框架，分析了框架各个层次的功能和相互关系。以底层控制层中直接横摆力矩控制Agent为例，搭建控制器Agent模型。在MATLAB/Simulink和Carsim联合仿真环境中对前轮转向角阶跃输入工况进行仿真试验。仿真结果表明，搭建的控制器Agent较好地实现了预期的动力学控制目标，有效改善了车辆的横向操纵稳定性能，奠定了控制框架的基础。

[电动汽车稳定性控制]异质队列的分布式鲁棒解耦控制

高锋, 王晓彤

2018, 29(15): 1802-1807.

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基于分布式控制结构和基于图论的通信拓扑描述方法，针对车辆节点动力学的不确定性设计了一种异质队列的鲁棒解耦控制策略。采用乘性不确定模型覆盖由下位控制器和车辆动态特性构成的队列节点的动态特性，在此基础上通过通信拓扑的特征值分解和线性变换将异质队列控制系统分解成[H∞]范数有界的不确定部分和一个对角系统，从而实现队列系统的解耦。进一步对该控制系统的鲁棒稳定性、跟踪性能和队列稳定性进行理论分析。通过与非鲁棒控制器，以及不同通信拓扑下的系统性能进行台架实验对比分析，对所提方法的鲁棒稳定性、跟踪性能和队列稳定性进行了验证。

[电动汽车稳定性控制]履带车辆混合驱动系统自动化建模

邹渊, 武金龙, 田野, 孙逢春

2018, 29(15): 1808-1817.

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履带车辆混合驱动系统是一种复杂机电综合装备，为提高其设计与建模效率，提出一种针对混联式履带车辆混合驱动系统的自动化建模方法。以功率耦合装置与汇流装置的建模为例，说明了自动化建模方法的原理，提出了自动化建模的步骤和构型筛选的条件，并给出了消去中间变量动态模型方程的最终形式。利用自动化建模方法在Simulink中建立混合驱动系统模型，编写程序实现了自动化建模过程。以系统构型的优选为例，实现了自动化建模方法的应用验证。结果表明该方法可以自动建立履带车辆混合驱动系统的模型，并排除不合理的系统构型，从而提高履带车辆混合驱动系统的建模效率。

[电动汽车稳定性控制]面向低能耗的纯电动汽车两挡变速系统综合换挡规律

李聪波, 陈睿杰, 李月, 单亚帅

2018, 29(15): 1818-1825,1839.

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为了协调纯电动汽车动力性和经济性之间的矛盾，针对一种两挡变速系统，提出能够兼顾两种性能的综合换挡规律。首先，基于经济性驱动模式提出面向低能耗的需求转矩获取策略。在此基础上，制定两挡变速系统的最佳动力性换挡规律和最佳经济性换挡规律。以百公里加速时间和比能耗为目标，建立综合性能换挡规律优化模型，通过交叉粒子群算法求解得到换挡规律曲线。利用MATLAB/Simulink仿真平台对三种换挡规律的动力性能和经济性能进行对比分析，结果表明，综合性能换挡规律能够在动力性能方面逼近最佳动力性换挡规律，同时表现出很好的经济性能。

[电动汽车稳定性控制]指数和线性参数化的轮胎-路面纵向附着条件实时估计方法

熊喆, 过学迅, 裴晓飞, 张杰

2018, 29(15): 1826-1833.

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利用动力学建模和遗忘因子递推最小二乘算法，对电动汽车纵向制动工况中轮胎-路面附着特性的峰值点估计方法进行研究。以匹配电子液压制动系统的前驱电动汽车为建模对象，提出了一种最大化能量回收的制动分配策略；针对再生制动轮优先趋于抱死这一现象，设计了一种附着条件实时估计算法，以降低利用附着系数进入非线性区域的风险。利用指数和线性模型对非线性Burckhardt摩擦模型进行拟合，并进行了在线辨识的仿真和硬件在环试验，结果表明该算法满足实时性要求，且相较于Kiencke线性化方法，具有更佳的估计精度和收敛速度。

[动力电池]基于双时间尺度扩展卡尔曼粒子滤波算法的电池组单体荷电状态估计

刘征宇, 汤伟, 王雪松, 黎盼春

2018, 29(15): 1834-1839.

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为实现对电池组单体荷电状态（SOC）的精确估算，首先对锂电池组单体建立增强自校正（ESC）模型，然后根据锂电池ESC模型建立电池组平均模型和各单体SOC差异模型，再对其用双时间尺度的扩展卡尔曼粒子滤波（EKPF）算法来估算电池组平均SOC值和各单体差异SOC值，从而得到电池组中各单体SOC值。对12节锂电池串联电池组进行SOC估算实验，结果表明，基于双时间尺度EKPF算法的电池组单体SOC估计方法可实现对单体SOC的精确估计，且该方法比双时间尺度扩展卡尔曼滤波算法和扩展卡尔曼滤波（EKF）算法具有更高的估算精度。

[动力电池]基于模型的动力电池系统多尺度热安全设计

陈天雨, 冯旭宁, 欧阳明高, 卢兰光

2018, 29(15): 1840-1846,1874.

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针对锂离子动力电池系统的热安全问题，从电池材料、电池单体、电池系统三个尺度，提出了基于模型的电池系统热安全设计开发总体思路。总结了电池材料热稳定性、电池单体热失控特性、电池系统热失控蔓延特性等的测试表征方法。探讨了建立电池热失控的化学反应动力学模型、单体热失控温度与压力预测模型、电池模组热失控蔓延模型过程中需要考虑的因素。利用模型进行仿真分析，可以得到影响电池系统热安全性的主要因素，并指导多尺度热安全设计。

[动力电池]基于电-热耦合模型的锂离子电池组热管理系统设计与优化

姜水生, 何志坚, 文华

2018, 29(15): 1847-1853.

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针对电池组放电过程各部位生热不均匀现象，研究了其生热机理，建立电池电-热耦合模型，得到电池单体电流密度及生热速率在电芯上的分布规律。基于该生热规律模拟电池模组在不同放电倍率下的温升，根据电池模组的热物性参数及冷却要求（电池模组温度控制在25~40 ℃，温差小于5 ℃）计算冷却水流速，并设计相对应的水冷结构。对比研究不同放电倍率、不同厚度导热板的电池模组仿真结果，得到最优导热板厚度（0.5 mm）。最后根据仿真结果对水冷系统进行优化，进一步减小了电池模组的温差。

[动力电池]融合车、路、人信息的电动汽车续驶里程估算

高建平, 高小杰, 郗建国

2018, 29(15): 1854-1862.

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针对因行驶工况与驾驶风格对剩余续驶里程有显著影响而导致剩余里程估算困难的问题，采用工况识别与驾驶风格识别相结合的方式对电动汽车续驶里程进行估算。通过主成分分析和聚类分析，选出基于大数据、符合郑州市当地交通特征的典型行驶工况片段，并利用选取的典型行驶工况片段，在MATLAB/Simulink下建立主成分分析和学习矢量量化神经网络相结合的工况识别模型、驾驶风格模糊识别模型；通过联合仿真进行剩余续驶里程实时估算，并通过卡尔曼滤波对输出结果进一步优化。仿真分析及半实物测试结果表明，采用融合车、路、人信息的电动汽车续驶里程估算方法，不仅降低了剩余里程估算误差，同时也证实了方法的可行性。

[智能感知]一种基于形态学特征的车道线识别方法

蔡英凤, 高力, 孙晓强, 陈龙, 王海

2018, 29(15): 1863-1868.

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现有车道线检测算法主要用边缘信息提取车道特征，通过相邻像素点灰度的对比产生特征点，易受多种外部因素影响导致检测结果易受干扰，为此，提出了一种新的特征点提取算法。该算法通过计算区域内灰度各向结构张量的旋度，选择变化趋势最大的像素作为特征点，提高了算法在复杂情况下的鲁棒性。在兴趣区域采用新的车道线特征提取算法提取特征点，而后筛选特征点，并用Hough变换拟合。在求得车道线后，通过特征点坐标方差区分虚线和实线。通过约15 500帧不同时间段的车道图片对算法进行检验，结果表明：检测方法能很好地实现在多种环境下的车道线检测，在晴天工况下的正确率为99.18%，在雨天工况下的正确率为97.19%，在受损路面工况下的正确率为94.72%，在夜晚工况下的正确率为97.62%。

[智能感知]基于YOLO_v2模型的车辆实时检测

黎洲, 黄妙华,

2018, 29(15): 1869-1874.

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为了解决传统车辆检测实时性差和摄像头获取信息单一的问题，提出了一种基于改进YOLO_v2模型的车辆实时检测算法。基于YOLO_v2网络结构建立车辆检测模型，证明了YOLO_v2算法在车辆检测方面准确率高、实时性好。对YOLO_v2算法进行改进，使改进后的算法能对采集到的车载视频信息进行多维度判断：判断图片中是否有车辆及车辆在图片中的位置，判断被检测车辆与摄像头的相对方位及运动趋势，判断被检测车辆对自身车辆的危险程度。实验结果表明，改进后的模型在车载视频上取得了良好的检测效果，解决了车载视频中车辆检测实时性低的问题，并将传统基于视觉的车辆检测从单一维度检测扩展到了多维度检测。

[智能感知]基于粒子群优化支持向量机算法的行驶工况识别及应用

石琴, 仇多洋, 吴冰, 李一鸣, 刘炳姣

2018, 29(15): 1875-1883.

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实车采集4种典型行驶工况数据，采用随机数法提取并扩充行驶工况识别训练及测试样本，利用多元统计理论对数据进行处理，基于粒子群优化的支持向量机（PSO-SVM）算法来进行行驶工况识别，分析了识别周期及更新周期对行驶工况在线识别精度的影响。将行驶工况识别技术应用在插电式混合动力汽车的能量管理策略中。仿真结果表明，相对于未采用行驶工况识别技术以及采用传统SVM算法进行工况识别的能量管理策略，基于PSO-SVM算法工况识别的能量管理策略使整车燃油经济性分别提高9.836%和4.348%，并且电池荷电状态（SOC）变化相对平稳，有利于提高系统效率和延长电池寿命。

[智能感知]基于四线激光雷达的无人车障碍物检测算法

王海, 郑正扬, 蔡英凤, 陈龙

2018, 29(15): 1884-1889.

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针对雷达扫描角分辨能力不高，远处点云较稀疏，导致对目标的分割聚类不准确的问题，提出了一种基于四线激光雷达的障碍物检测算法。在对原始雷达数据进行栅格化及滤除之后，对滤波结果进行了聚类分割。依据栅格深度值确定聚类距离阈值，结合连通区域标记算法得到准确的聚类范围；通过匹配相邻障碍物运动状态信息，进一步提高聚类的准确率。实车实验表明，所提方法较已有的分割聚类算法，可以准确地得到路面障碍物信息，并能有效避免过分割现象。

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2018, 29(15): 1890.

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