AEB系统的CarMaker/Simulink联合仿真研究

针对汽车AEB系统,提出了一种基于碰撞时间的控制算法.研究选取车辆碰撞时间作为控制变量,通过输出的期望减速度来确定各车轮上的制动力矩,从而提高车辆的纵向行驶安全性.为保证研究的准确性,采用CarMaker/Simulink联合建立虚拟仿真环境,并选取C-NCAP(2018版)AEB系统的追尾评分场景进行验证.结果 表明:试验较好地验证了AEB系统算法的有效性;根据碰撞时间可以准确预判危险程度,使车辆保持在合适的安全车距范围内.     

自动紧急制动与可逆预紧安全带共同作用下乘员损伤分析

针对自动紧急制动（AEB）加重碰撞前的乘员离位现象,探讨了使用可逆预紧安全带改善该现象的有效性。建立了结合自动紧急制动、可逆预紧、主动人体模型的驾驶员侧乘员约束系统模型,通过志愿者实车实验获取碰撞前乘员多种坐姿的安全带约束参数,设定可逆预紧的关键参数范围。分析了AEB与可逆预紧关键参数对碰撞前乘员运动响应及碰撞中乘员损伤风险的影响。结果表明：相同碰撞强度下,AEB增加了乘员的损伤风险,尤其是胸部损伤。可逆预紧安全带通过改善乘员离位状态,可明显降低乘员在正面碰撞中的损伤风险。     

自动紧急制动系统测试设备开发和应用研究

随着主动安全技术的快速发展,自动紧急制动(AEB)系统在减少追尾碰撞事故中发挥了重要的作用,但是各款车辆配置的AEB系统各有差异。为了测试和评价AEB系统的性能,文中根据中国新车评价规程(C-NCAP)的测试要求和方法,开发了测试AEB系统的设备和控制系统;通过对各子系统的控制参数进行调试,以及借助无线通信技术实现了各子系统的协同工作;经过多次的试验使其测试结果满足了C-NCAP的精度要求。最后,利用此测试设备在前方目标车静止的工况下,对5款车辆的AEB性能进行了场地测试。试验结果表明,所开发的AEB测试设备能够按照预期的目标进行工作,且能对车辆的AEB性能进行有效的测试。     

融合侧翻稳定性的SUV换道轨迹规划方法研究

针对运动型多功能汽车(Sport utility vehicle,SUV)换道过程中侧翻安全问题,提出融合侧翻稳定性的SUV换道轨迹规划方法。建立三自由度车辆动力学模型,推导SUV侧翻稳定性及侧滑稳定性评价指标。采集自车状态及环境信息,将换道轨迹规划分成预规划和重规划两个阶段;预规划阶段采用五次多项式模型生成横向轨迹簇,重规划阶段考虑周围车辆动态变化,生成包含自车纵向速度信息的轨迹簇。融合侧翻稳定性指标、侧滑稳定性指标以及双圆拟合的车辆外形最小距离,构建代价函数;进行轨迹簇碰撞筛选、稳定性筛选及轨迹选择。运用内点惩罚函数进行轨迹优化,求解最优轨迹。选取两种典型工况进行换道轨迹规划仿真,结果表明SUV沿着该方法规划的轨迹行驶可完成换道躲避障碍物,且横向位移小、换道效率高,可有效避免侧翻危险。     

AEB对前碰假人运动姿态影响研究

AEB系统可以在碰撞事故中避免碰撞或者降低碰撞相对速度,但同时也会导致车内乘员偏离正常坐姿,进而降低原有约束系统的保护性能。在对Hybrid III与THUMS两种假人模型的颈部、胸椎及腰椎进行三点弧简化的基础上,搭建驾驶员有限元约束系统模型,分析正面碰撞中,两种假人模型颈部、胸椎及腰椎旋转运动的区别。并进一步研究了AEB作用对于两种假人模型转动姿态的影响。结果表明:AEB作用结束后,假人初始姿态发生变化,相比Hybrid III假人,THUMS假人躯干前倾现象更明显,骨盆有更大的向前滑移量;AEB作用下,两假人颈部与腰椎夹角变化有较大区别。     

汽车悬架误用工况下前下摆臂屈曲分析与优化

在某汽车开发过程中,前下摆臂在悬架误用试验工况下发生弯曲。经实车拆解分析,前下摆臂弯曲的原因是在该工况下发生了屈曲。通过建立整车动力学模型,模拟汽车悬架误用试验工况,获取前下摆臂载荷并进行屈曲仿真分析。分析结果显示:该误用工况下,前下摆臂已发生屈曲,屈曲位置和实际弯曲位置一致。基于该误用工况对前下摆臂进行优化设计,制作优化方案样件,经过台架试验验证仿真分析的正确性,并进行实车误用试验,没有发生弯曲。研究为汽车悬架前下摆臂的屈曲性能设计提供了参考。     

复杂工况下二阶碰撞时间自动紧急制动模型

自动紧急制动是汽车安全行驶的重要保障，也是汽车智能化关键技术研究的重点和难点。针对传统防撞时间（Time To Collision,TTC）模型在复杂工况下，本车与目标车车辆速度接近时易出现无限大的问题导致预警过早或过晚的问题，以四轮独立驱动电动汽车为研究对象，提出一种基于二阶TTC的自动紧急制动模型。将目标车按照场景分为静止、ACC和Cut-in等三种类型，通过二阶TTC计算到可能碰撞时间，并与预设的时间阈值进行对比，力矩分配控制器根据当前输入信息计算得到制动力矩并传给车辆执行机构，车辆根据当前信息进行减速或紧急等辅助措施。利用联合仿真对该紧急制动模型进行了验证，结果表明当目标车存在加速度的情况下，该自动紧急制动模型相较与传统一阶TTC紧急制动模型能够很好地进行制动，防止车辆碰撞，并能有效适应复杂工况。     

复杂工况下二阶碰撞时间自动紧急制动模型

自动紧急制动是汽车安全行驶的重要保障，也是汽车智能化关键技术研究的重点和难点。针对传统防撞时间（Time To Collision,TTC）模型在复杂工况下，本车与目标车车辆速度接近时易出现无限大的问题导致预警过早或过晚的问题，以四轮独立驱动电动汽车为研究对象，提出一种基于二阶TTC的自动紧急制动模型。将目标车按照场景分为静止、ACC和Cut-in等三种类型，通过二阶TTC计算到可能碰撞时间，并与预设的时间阈值进行对比，力矩分配控制器根据当前输入信息计算得到制动力矩并传给车辆执行机构，车辆根据当前信息进行减速或紧急等辅助措施。利用联合仿真对该紧急制动模型进行了验证，结果表明当目标车存在加速度的情况下，该自动紧急制动模型相较与传统一阶TTC紧急制动模型能够很好地进行制动，防止车辆碰撞，并能有效适应复杂工况。     

考虑交互博弈的无信号交叉路口自动驾驶车辆决策规划研究

为了解决无信号交叉路口自动驾驶车辆决策保守,与周围车辆交互性差的问题,提出一种考虑交互博弈的无信号交叉路口自动驾驶车辆决策规划算法。该方法分为以下几步,首先基于运动学模型及道路约束对自车和周围车辆进行初步的运动预测,并建立两车的交互动作空间,得到车辆可能的行驶域。其次,建立一个新颖的危险度评估方法,能评估两车在任意位置、任意姿态、任意速度下的碰撞危险度,用于各交互动作状态行为值的求解。进一步基于斯塔克伯格主从博弈求出两车的均衡动作策略,该策略即为当前交通环境下考虑交互得到的最优动作。最后,通过Prescan/Simulink构建交叉路口场景进行联合仿真,来验证该算法的合理性。结果表明所提出的考虑交互博弈的算法在保证安全性的基础上,能相对于基于决策树和无交互的方法分别提高7.3%和12.4%的效率,并能在多车复杂工况下与周围车辆进行灵活交互。     

多算法融合控制的自动紧急制动系统仿真研究

为了提高汽车行驶的安全性，实现避免碰撞或降低碰撞程度，在分析TTC和Mazda避撞算法的基础上，充分考虑车间运动信息，提出一种优化的TTC和Mazda算法融合的安全逻辑判断算法。通过评估当下道路的碰撞危险程度，并考虑驾驶人因素，设计了一种智能化分级预警/制动控制策略。设计了BP神经网络PID控制的下层控制器，实现了对车辆期望加速度的准确控制。运用总体仿真模型对Euro-NCAP规定的AEB测试工况进行了仿真试验，验证所设计的自动紧急制动系统控制策略具有适应性强、功能安全性好的特点。     

基于可拓博弈的智能汽车轨迹跟踪协调控制方法研究

针对智能汽车在高速过弯工况下,轨迹跟踪误差大、横向稳定性无法保障的问题,提出一种可拓博弈轨迹跟踪协调控制方法,通过可拓划区域切换控制和博弈协调相结合,突破单一控制策略的工况适应性和多策略切换的抖动问题。所提方法基于分层控制体系,将轨迹跟踪控制分解为上层测度模式识别层和下层博弈协调层。上层基于可拓理论,提出并联可拓测度模式识别策略,将车-路系统实时状态映射至对应的可拓控制架构中经典域、可拓域和非域三种测度模式。下层针对不同测度模式对应设计三种控制策略,根据上层测度模式识别结果进行实时策略切换,引入博弈协调方法对并联可拓权重进行协调控制,有效避免了模式切换带来的抖动问题。通过Simulink/Carsim建立联合仿真模型,在双移线和“8字”形时变曲率高速工况开展算法对比验证,所提方法相较于比例-积分-微分(Proportion-integral-derivative,PID)控制方法,平均跟踪误差精度提升45.08%,尤其在大曲率突变的恶劣工况下,车辆稳定性提升44%。最后利用智能汽车试验平台进行了对比验证,对设计智能汽车高速轨迹跟踪控制策略具有极强的指导意义和参考价值。     

基于MPC的履带车步进行驶控制器设计

针对摊铺后处理履带车人工步进行驶易与摊铺路面发生碰撞,且难以摆正终点的车辆位置的问题,设计了一种基于MPC的履带车步进行驶控制器。该控制器基于四次多项式轨迹规划,规划步进轨迹,依据碰撞约束及终点平稳性设计目标函数;基于四次多项式规划结果,采用非线性MPC算法及线性MPC耦合PID算法进行轨迹跟踪仿真对比。仿真结果表明,控制器满足碰撞约束及轨迹平稳性要求,线性MPC算法实时性及轨迹跟踪效果更好,对提高路面摊铺后处理质量有重要意义。     

前保系统行人保护小腿碰撞优化

某车需要增加配置在前端保安装两个倒车雷达探头,且该车目前设计状态无下支撑板,基于LS—DYNA软件进行分析该状态下小腿伤害指标胫骨加速度和小腿弯曲角在大多数碰撞点严重超标。经过分析是由于倒车雷达探头本身材料相对刚度较大,且在X向上的长度较长,严重削弱了小腿碰撞过程中的压溃空间。通过调整倒车雷达的布置位置和增加下支撑板的方式来降低保险杠前端的整体刚度来降低小腿的伤害指标,经过验证该方案最终满足行人保护法规的要求。     

新型G形臂X光机设计与力学分析

为解决现有X光机工作空间不足,及其承载车对地面冲击较大的问题,并缩短X光机调姿的时间,结合手术临床需求,设计一台由双C臂并联构成G形臂的新型X光机。建立X光机的三维模型,取其中的水平C臂进行刚度分析和结构优化。基于D-H法得到水平C臂与全向移动承载车(以下简称承载车)的位姿转换关系,解得G形臂的工作空间。针对承载车在地面全向平动和匀速越障两种情况,建立其静力学模型并进行分析,结果表明承载车能够实现全向平动和仿地形驱动。利用ADAMS软件建立两组不同驱动形式下的承载车越障模型,对比分析两组模型中横滚臂受到震动冲击的大小,结果表明采用中间驱动轮的承载车能够减少地形突变所造成的冲击,从而验证承载车设计的合理性。     

基于ANSYS的高空作业车整车结构分析及实验验证

高空作业车是载人高空作业的专用车辆,安全性和可靠性要求高。为了准确计算某型号高空作业车整车结构强度和刚度,利用APDL语言,采用自底向上的建模方法建立了该车的参数化有限元模型,并选择了两种危险工况对整车结构进行分析。分析结果准确反映了整车结构在危险工况下的应力和变形分布规律,为高空作业车结构设计提供了依据。选取结构件的危险区域进行了应力测试,并将测试点的应力模拟值与实验实测值进行了对比,模拟误差在10%以内,验证了所开发整机模型计算的准确性。     

基于联合模型铰接汽车原地转向工况特性分析

铰接汽车的转弯半径小,结构简单,被广泛应用适合于地下巷道运输。此类车辆原地转向呈“折腰”现象,在建立模型时影响因素多误差大。根据双液压缸转向系统的结构布置特点,对原地转向工况进行几何学分析,获取该工况的转向轨迹;基于轨迹分析,应用Simulink建立分析模型;针对整车和液压系统,分别应用ADAMS和AMEsim建立模型,联合建立分析模型;将原地工况液压缸受力拟合方程施加到模型中,对铰接点受力和整车轨迹进行分析;选取车体质心位置向前、向后等的变化,对铰接点受力、车轮受力及轨迹等的影响进行分析。结果可知：原地转向时,前后车体内外轮运动方向相反,且受力方向相反,实现整车顺利转向;后车体车轮所受垂向力波动比较频繁,这对铰接车转向稳定性有很大影响;当后车体质心位置前移或后移时,铰接体所受的纵向和横向的力均增大,后移时,受力情况更为恶劣;模型获得的原地转向轨迹呈现的是一种类似于“折腰现象”的转向方式,这与实际运行情况相符,解决了模型误差大的问题,为此类设计研究提供参考。     

基于北斗定位的车辆防碰撞预警算法研究

为了预测碰撞事故的发生和降低碰撞事故发生的概率，提出了一种基于北斗定位的车辆防碰撞预警算法。在每辆车上安装一个亚米级的北斗定位模块和无线通信模块，将监测到的自车位置坐标和周边相邻车辆的位置坐标，分解成水平和竖直两个方向，分别用卡尔曼滤波预测算法对下一时刻车辆的速度、加速度和行驶状态进行预判断，快速选出一定发生碰撞和一定不发生碰撞的情况。若不能立即判断，则分别计算出X和Y方向加速度可变情况下的安全距离，建立并求解碰撞预测状态模型，算出X和Y两个方向同时达到安全距离的碰撞时间最小值，若此最小值比设定的阀值小，则执行报警操作。通过北斗定位模块确定车辆位置坐标，利用卡尔曼滤波算法对车辆行驶情况进行预判断并建立防碰撞预测模型，最后运用MATLAB软件进行仿真。结果表明此算法与传统的利用雷达测距的防碰撞算法相比，具有预警准确性高、可靠性高的特点，更加适应驾驶环境。     

电动客车动力电池箱碰撞安全性仿真分析

为了对纯电动客车动力电池箱的碰撞安全性进行评价,建立纯电动客车侧面碰撞有限元模型,对客车的动力电池安装部位进行碰撞。通过对动力电池箱的变形及安装位置点的加速度进行分析,评价碰撞工况下可能对内部电池模组造成的损害,从而对电池箱的设计和布置提供理论支持。     

AEB制动下主动安全带对乘员胸部损伤的影响

为了研究在制动紧急制动系统(AEB)作用下,集成主动预紧式安全带(Integrated Active Pre-tensioning Seatbelt,IAPS)主动预紧对事故中乘员胸部伤害产生的影响,针对某款车型进行了2次模拟AEB制动功能的滑台试验。试验中,滑台由64 km/h通过模拟AEB制动降至50 km/h后进行正面碰撞。2次试验中,一次用普通安全带,一次用IAPS。研究结果表明:碰撞前,AEB制动导致乘员发生前移及上躯干前倾,而IAPS能够使乘员保持原有姿态。但躯干前倾,安全带碰撞中预紧会对乘员肩部产生向下按压作用,IAPS作用后导致事故中安全带按压作用丧失,碰撞后期乘员胸部前扑幅度加大,胸部刚度下降。在AEB制动下,IAPS作用改变安全带肩带合力作用方向,在当前试验条件下,存在加重乘员胸部伤害风险。     

焦炉测温车的结构设计及运动特性分析

针对目前焦炭炼制过程中焦炉燃烧室温度测量存在工人劳动强度大、危险系数高、测定结果受工人熟练程度影响较大等问题，设计了具有定轨迹巡航、自主检测位置、姿态调整测温及数据实时传输等功能的焦炉测温车来替代人工测温。首先通过理论分析计算及虚拟样机技术相结合的方式对焦炉测温车的运动特性进行了仿真，对不同电机驱动形式下车体的振动规律、偏转规律及在相同驱动力矩下测温车的加速性能进行了对比，验证了对角电机驱动方式的合理性。其次对焦炉测温车越障过程进行了力学模型建立及动力学分析，通过对越过不同障碍物高度后车身质心y向曲线进行分析，得到了焦炉测温车跨越障碍物的极限高度值。焦炉测温车的现场测试验证了所提设计与仿真的合理性。