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电传动履带车辆电气系统稳定性分析及优化提升策略

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兵工学报 2024年

作者：李耀恒盖江涛张楠成城李翠芬帅志斌刁利军北京交通大学电气工程学院中国北方车辆研究所

为提高电传动履带车辆电气系统稳定性，利用小信号分析法对电传动履带车辆电力电子源网荷储所构建的直流微电网系统进行建模，结合电传动履带车辆工况条件，从阻抗匹配角度分析系统不同工况及不同参数变化下的稳定性规律和机理。同时，... 详细信息

为提高电传动履带车辆电气系统稳定性，利用小信号分析法对电传动履带车辆电力电子源网荷储所构建的直流微电网系统进行建模，结合电传动履带车辆工况条件，从阻抗匹配角度分析系统不同工况及不同参数变化下的稳定性规律和机理。同时，针对电传动履带车辆电气系统稳定性优化提升的需求，在发动机-发电机组和DC/DC控制回路中分别设计基于电压的反馈通道和虚拟电容控制环节，该环节能够自适应电压波动情况对电气系统进行控制，从而提升了电传动履带车辆电气系统稳定性。最后通过仿真验证了该方法的有效性和可行性。

关键词：履带车辆电传动稳定性电气系统直流微网

基于视锥距离和自适应权重卡尔曼滤波的多传感器融合算法

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中国公路学报 2024年第3期37卷 194-203页

作者：李杰张洛维王晓燕胡铮兰海王志勇王莉北京建筑大学机电与车辆工程学院北京102616 北京物资学院信息学院北京101149 中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室北京100072

为提升智能驾驶系统的环境感知能力,采用多模态传感器并结合人工智能技术解决单模态传感器在环境感知方面存在识别效果差、易受干扰等问题。然而,跨模态传感器间的特征匹配仍存在问题,如特征表示不一致、感知误差、延迟误差等。为解决... 详细信息

为提升智能驾驶系统的环境感知能力,采用多模态传感器并结合人工智能技术解决单模态传感器在环境感知方面存在识别效果差、易受干扰等问题。然而,跨模态传感器间的特征匹配仍存在问题,如特征表示不一致、感知误差、延迟误差等。为解决这些问题,提出一种基于视锥距离度量的方法,构建了目标匹配矩阵,使用匈牙利算法进行帧间关联匹配。并引入自适应权重调节技术优化卡尔曼滤波算法,实现了低复杂度高效的跨模态传感器融合目标检测与跟踪。对比交并比(IoU)度量和欧氏距离度量,所提方法在骑行者和行人类别中,多目标跟踪准确度(MOTA)分别提升至81.22%和58.62%。研究结果表明,融合方法的均方根误差达到了0.349 0,相比相机和激光雷达单独预测方法分别减少了30.37%和30.53%,证实了所提出的自适应权重卡尔曼滤波融合跟踪方法的准确性。在KITTI数据集上的多目标跟踪实验测试,准确度达到了88.25%,与当前主流方法性能相当。在多种天气环境下的测试结果也展示了优异的性能,车辆、行人、骑行者的目标检测准确率分别达到了96.40%、75.51%和91.87%。相较于单一传感器,该融合方法在多种路况下表现出更优越的检测效果,提高了系统的可靠性与鲁棒性,为无人驾驶技术的进一步发展奠定了坚实基础。

关键词：汽车工程多目标跟踪传感器融合视锥距离卡尔曼滤波

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低温起动热力学条件下柴油机喷雾着火特性

内燃机学报 2024年第1期42卷 11-17页

作者：马玉坡冯宇廖桐舟刘浩业中国北方车辆研究所轮式系统技术部北京100072 天津大学先进内燃动力全国重点实验室天津300350

针对一款V型八缸增压柴油机,首先分析了其低温起动过程中缸内压缩压力和压缩温度的变化规律,然后在定容喷雾燃烧装置中研究了低温起动热力学条件下柴油的喷雾着火特性,分析了背景温度和背景密度的变化过程中喷雾射流滞燃期和着火位置的... 详细信息

针对一款V型八缸增压柴油机,首先分析了其低温起动过程中缸内压缩压力和压缩温度的变化规律,然后在定容喷雾燃烧装置中研究了低温起动热力学条件下柴油的喷雾着火特性,分析了背景温度和背景密度的变化过程中喷雾射流滞燃期和着火位置的变化规律.研究发现:随着背景温度降低,柴油自由喷雾着火滞燃期逐渐增加,着火稳定性逐渐降低;背景密度越高,最低着火温度越低;背景温度低于430℃时,柴油射流的着火成功率非常低,很难着火.该研究对提高起动稳定性,降低燃油消耗率和改善排放有重要的指导意义.

关键词：柴油机着火特性低温起动

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摆臂式全向移动机器人双模式轨迹跟踪研究

机械设计 2024年第4期41卷 65-73页

作者：冉起帆姚圣卓陈新波北京建筑大学机电与车辆工程学院北京100044 中国北方车辆研究所北京100072

为了提升室外轮式移动机器人全向机动能力,文中提出一种通过普通轮作为驱动的移动机器人,根据不同动力分配及摆腿转角实现四轮转向(4WS)、斜行和原地转向模式。基于斜行及4WS模式设计了双模式混合控制器,其中,斜行模式采用多点预瞄模糊... 详细信息

为了提升室外轮式移动机器人全向机动能力,文中提出一种通过普通轮作为驱动的移动机器人,根据不同动力分配及摆腿转角实现四轮转向(4WS)、斜行和原地转向模式。基于斜行及4WS模式设计了双模式混合控制器,其中,斜行模式采用多点预瞄模糊补偿轨迹跟踪控制,4WS模式采用增量线性时变模型预测控制(ILTV-MPC)。通过试验样机的横、纵向跟踪性能试验得到双模式混合控制器所需的约束条件。采用Simulink∕CarSim联合仿真平台对控制器的有效性进行验证。采用混合控制器的移动机器人底盘在低曲率跟踪时较4WS模式均方根误差相差0.18%,且横摆角与横摆角速度维持不变。结果表明:混合控制器保证全轮转向机器人低曲率跟踪精度的同时提升了其横摆稳定性。

关键词：斜行模式四轮转向模式轨迹跟踪多点预瞄双模式混合控制

压燃式二冲程对置活塞转盘发动机一维性能仿真

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内燃机学报 2024年第2期42卷 153-160页

作者：何旭丁昊宇李耀宗符璐鑫李海鹰许锴北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京电动车辆协调创新中心北京100081 中国北方发动机研究所天津300405

二冲程对置活塞转盘(2S-OPCP)发动机是一种新型发动机.该发动机使用凸轮转盘机构替代了传统发动机中的曲柄连杆机构,这种特殊的结构使转盘发动机具有功率密度高、体积小和结构简单等优点.发动机两侧的凸轮转盘存在相对转角,通过改变凸... 详细信息

二冲程对置活塞转盘(2S-OPCP)发动机是一种新型发动机.该发动机使用凸轮转盘机构替代了传统发动机中的曲柄连杆机构,这种特殊的结构使转盘发动机具有功率密度高、体积小和结构简单等优点.发动机两侧的凸轮转盘存在相对转角,通过改变凸轮相对转角θ可以改变发动机的有效压缩比及换气正时,从而影响发动机的性能.根据转盘发动机的结构特点及工作过程搭建了一维热力学仿真模型,并使用试验数据对模型的缸内压力曲线进行了标定.随着θ改变,发动机的扫气过程及性能表现都会发生变化.当θ在0°~10°内变化时,发动机的换气过程有所改善,给气比在θ=7°时最高,提升了3.5%.同时,在θ达到4°后,指示燃油消耗率(ISFC)开始逐渐增加,ISFC最高增加了3.5%(θ=10°);而平均有效压力(IMEP)最高增加了3.3%(θ=4°),之后随着θ的上升,IMEP开始降低.

关键词：二冲程对置活塞转盘发动机压燃压缩比

基于准零刚度的坦克装甲车辆半主动惯容悬架控制策略

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兵工学报 2024年

作者：杜甫董明明汪浒江赵艳辉郑凤杰北京理工大学机械与车辆学院中国北方车辆研究所槐树岭实验室

为了提高坦克装甲车辆悬架系统的减振性能，提出“惯容-弹簧”准零刚度的基本架构，以惯容、弹簧、阻尼三元件并联作为悬架构型，对惯容连续控制和惯容开关控制两种方案进行动力学仿真和参数优化。结果表明：采用准零刚度控制策略以后... 详细信息

为了提高坦克装甲车辆悬架系统的减振性能，提出“惯容-弹簧”准零刚度的基本架构，以惯容、弹簧、阻尼三元件并联作为悬架构型，对惯容连续控制和惯容开关控制两种方案进行动力学仿真和参数优化。结果表明：采用准零刚度控制策略以后，车体振动加速度大幅减小，乘坐舒适性改善明显，同时降低了对阻尼系数的需求，提升了减振效率。通过分析悬架减振过程中各元件的瞬时功率，发现可变惯容起能量补偿作用，使一部分振动能量在弹簧和惯容之间反复动态地传递和转换，突破了弹簧缓冲储能，阻尼生热耗能的传统减振机理，达到了更好的减振效能。

关键词：悬架系统准零刚度半主动惯容连续控制开关控制能量转换

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水陆两栖车辆水上运动特性实时仿真系统研究

兵工学报 2024年第5期45卷 1402-1415页

作者：陈泰然耿昊王典邱思聪孙旭光北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 中国北方车辆研究所北京100072

为解决水陆两栖车辆水动力性能参数获取难度大、运动姿态预测慢等问题,设计一种两栖车辆水上运动特性实时仿真系统,实现仿真模型的驱动、运动姿态预测以及数据的监测和输出,通过动态流体-物体相互作用数值计算方法对车体动力学系数进行... 详细信息

为解决水陆两栖车辆水动力性能参数获取难度大、运动姿态预测慢等问题,设计一种两栖车辆水上运动特性实时仿真系统,实现仿真模型的驱动、运动姿态预测以及数据的监测和输出,通过动态流体-物体相互作用数值计算方法对车体动力学系数进行修正,提升了实时仿真系统的精度。在此基础上研制试验样车,对不同工况下实时仿真系统的准确性进行验证。试验结果表明:所构建的两栖车辆水上运动特性实时仿真系统兼具计算精度和计算效率,可以快速准确地预测车辆的运动姿态,适用于多种复杂工况,具有姿态预测的泛用性。新系统在两栖车辆研制阶段、驾驶员培训、半实物仿真演练、复杂环境模拟等方面具有较强的应用价值和应用前景。

关键词：水陆两栖车辆水上运动特性实时仿真水动力系数

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双侧独立电驱动履带车辆转向分层控制

控制工程 2024年

作者：张晨曦马凯璇蔡文斌赵韬硕陈兵北京科技大学机械工程学院中国北方车辆研究所

针对路面不确定性变化影响电驱动履带车辆转向稳定性的问题，设计了一种分层控制策略。上层运动控制器将转向系统分解为车速和横摆角速度两个子系统，首先结合扩张状态观测器(ESO)和滑模控制算法(SMC)设计车速控制器，其次结合模糊逻辑... 详细信息

针对路面不确定性变化影响电驱动履带车辆转向稳定性的问题，设计了一种分层控制策略。上层运动控制器将转向系统分解为车速和横摆角速度两个子系统，首先结合扩张状态观测器(ESO)和滑模控制算法(SMC)设计车速控制器，其次结合模糊逻辑系统(FLS)与滑模控制算法(SMC)设计横摆角速度控制器，ESO和FLS分别对难以测量的车辆纵向行驶阻力和转向阻力矩进行估计，将估计值代入控制系统以补偿外界不确定干扰的影响。在下层控制器中，为提高车辆的稳定性，对双侧履带电机驱动转矩优化分配。通过Matlab+RecurDyn/HM联合仿真表明，所设计分层控制器能有效提高履带车辆的速度跟踪性能和抗干扰能力，提高转向稳定性。

关键词：车辆工程电驱动履带车辆分层控制滑模控制转向

喷丸强化对车辆传动齿轮裂纹扩展影响的研究综述

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表面技术 2024年第4期53卷 1-19,57页

作者：李杰高紫钰王晓燕胡铮兰海王志勇北京建筑大学机电与车辆工程学院北京102616 北京物资学院统计与数据科学学院北京101149 中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室北京100072

疲劳断裂是重载车辆传动齿轮的主要失效形式之一,齿轮底部疲劳裂纹的扩展将缩短车辆传动系统的服役寿命,严重时会导致车辆发生安全事故。延缓裂纹扩展的主要方法是在传动齿轮的表面引入一定大小的残余压应力。喷丸技术是一种冷加工表面... 详细信息

疲劳断裂是重载车辆传动齿轮的主要失效形式之一,齿轮底部疲劳裂纹的扩展将缩短车辆传动系统的服役寿命,严重时会导致车辆发生安全事故。延缓裂纹扩展的主要方法是在传动齿轮的表面引入一定大小的残余压应力。喷丸技术是一种冷加工表面强化处理工艺,该技术利用高速弹丸冲击材料表面,使零件表层产生塑性应变的同时,在表面和内部引入残余压应力,从而使裂纹闭合的能力得到强化,达到延缓裂纹扩展的强化效果。为了更好地揭示喷丸引入的残余压应力对疲劳裂纹扩展的影响,首先综述了传动齿轮表面疲劳裂纹产生的原因以及疲劳裂纹的扩展行为对重载车辆服役的影响。从强度因子、J积分以及裂纹闭合效应出发,介绍了传动齿轮表面疲劳裂纹扩展的理论以及残余压应力与疲劳裂纹扩展速率之间的关系。其次概述了目前国内外常用的新型有益于将残余拉应力转化为残余压应力的微粒子喷丸、激光喷丸、超声喷丸方法,并与传统机械喷丸技术相比较,阐述了新型喷丸表面强化技术的优缺点。此外,从数值模拟和试验结果两方面,论述了喷丸速度、喷丸角度、弹丸直径、弹丸材质和覆盖率5个工艺参数对在传动齿轮表面引入残余压应力的改善影响。最后对喷丸强化技术在传动齿轮上的多目标参数优化以及多尺度残余压应力与疲劳性能进行了展望,并结合重载车辆的使用需求,强调需要创新设计一种效率高、价格低、适用性广的喷丸技术,以进一步推动喷丸强化在延缓疲劳裂纹扩展方面的持续发展。

关键词：喷丸强化残余压应力传动齿轮疲劳裂纹扩展速率疲劳寿命表面强化