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机械工程学报
机械工程学报

宋天虎

半月刊

0577-6686

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010-88379907

100037

北京百万庄大街22号

机械工程学报/Journal JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊进登机械工程方面的基础理论、科研设计和制造工艺等方面的学术论文，报道自然科学基金项目论文和国外学者的论文反映本学科的最新发展和最新科研成果。在国内外机械科技领域享有很高声誉，并有较大影响。曾荣获“中国期刊奖”，在中国科协、北京市和全国科技期刊评比中均获得奖励。在国内已成为机械类和力学类核心期刊。已被美国工程索引（EI）等国内外20余种文摘刊物和数据库收录。
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    冗余转向系统电流传感器故障诊断及容错策略

    朱冰吕恬赵健陈志成...
    413-424页
    查看更多>>摘要：对装配有双绕组电机的冗余转向系统,提出一种基于数据和机理混合驱动的电流传感器故障诊断及容错策略.进行冗余转向系统架构分析,分别建立电流传感器故障模型和双绕组永磁同步电机(Dual-winding permanent magnet synchronous motor,DW-PMSM)模型.在此基础上,设计电流传感器故障诊断及容错策略.采用坐标变换估计电机相电流,并以此作为非线性自回归(Nonlinear autoregressive with exogenous inputs,NARX)神经网络的外部输入,改变NARX网络结构实现DW-PMSM相电流的单步和多步预测,由此设计电流传感器的故障检测、定位和分类策略,提取传感器故障严重程度,通过电流传感器补偿或切换手段实现故障容错控制.基于Matlab/Simulink和dSPACE分别搭建了转向系统仿真平台和硬件在环平台,进行算法测试验证.结果表明,提出的算法能够在多种工况下迅速检测电流传感器故障并完成容错控制,提高冗余转向系统工作的可靠性和安全性.

    车辆工程冗余转向系统电流传感器故障诊断及容错数据与机理混合驱动硬件在环

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    四轮分布式线控转向系统稳定与协调控制研究

    张寒刘开华王春燕赵万忠...
    425-438页
    查看更多>>摘要：四轮分布式线控转向车辆拥有四个独立控制的车轮,在行驶过程中受到外界干扰时容易导致四个车轮转角响应不同步,从而影响车辆行驶稳定性.提出一种分层式四轮分布式线控转向系统稳定与协调控制策略,上层采用模型预测控制算法计算参考四轮转角对理想的横摆角速度和质心侧偏角进行跟踪从而实现车辆的稳定性控制,下层采用超扭转二阶滑模控制算法跟踪上层计算出的参考车轮转角,提高执行机构响应速度和精度,消除干扰影响.通过Carsim和Matlab/Simulink联合仿真对提出的稳定与协调控制策略进行不同工况下的仿真验证.结果表明,在受到外界干扰时,所提出的稳定与协调控制策略能够大幅降低转向执行机构的跟踪时延,提高横摆角速度和质心侧偏角的跟踪效果,有效提升四轮分布式线控转向车辆的稳定性.

    线控转向四轮分布式转向模型预测控制滑模控制车轮转角跟踪协调控制

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    基于转向/横摆纳什博弈的智能车辆路径跟踪协调控制

    汪洪波周俊涛陈无畏郑文杰...
    439-452页
    查看更多>>摘要：针对仅采用转向控制对车辆路径跟踪性能改善有限的问题,提出一种基于转向/横摆纳什博弈的智能车辆路径跟踪协调控制策略.首先,利用容积卡尔曼滤波算法进行轮胎侧向受力实时估计以实现侧偏刚度自修正;基于车辆单轨动力学模型,采用纳什博弈算法系统建模,以描述转向与横摆力矩同时施加于被控车辆时的交互关系,并分别赋予两者以跟踪精度和横向稳定性为各自的控制目标;通过建立预测模型、设定代价函数以及求解纳什均衡等步骤,得到前轮转角和横摆力矩最优控制量.为合理应对不同的工况需求,基于β-ω相平面获取考虑纵向车速与路面附着系数影响的动态稳定包络边界,定义稳定裕度指标划分车辆状态稳定类别,并设计不同的控制模式;控制模式的选择及控制量大小的调节通过控制权重R自适应调整实现,横摆力矩控制则采用单轮差动制动完成.进行联合仿真和硬件在环试验,结果表明,纳什博弈较模型预测控制具有更佳的路径跟踪综合协调控制性能;控制策略中稳定性判别的考虑提升了差动制动的介入精准度;权重R的自适应调整则加强了控制量输出对工况变化的适应能力.

    路径跟踪侧偏刚度修正稳定判别纳什博弈协调控制

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    基于自学习型MPC的网联电动汽车生态驾驶控制策略研究

    李兵兵庄伟超刘昊吉张昊...
    453-462页
    查看更多>>摘要：生态驾驶是实现可持续出行和可持续城市交通发展的重要途径.为提升网联电动汽车的能量效率,针对复杂多变的城市信号灯路口场景,充分考虑真实交通的信号灯配时以及车辆对未来信息的有限预测能力等约束条件,提出一种结合学习型模型预测控制(Learning-based model predictive control,Learning-MPC)与快速内点法(Fast internal point method,FIPM)的两阶段非保守生态驾驶控制策略(Non-conservative ecological driving control,NCEDC).车辆出发前,根据乘客目的地以及道路限速信息,构建能效最优控制问题,同时为提高计算效率引入带阻函数将速度约束转化为目标函数一部分,内点法粗规划车辆能效最优参考速度轨迹;出发时,车辆预测信号灯动态相位,Learning-MPC策略通过高斯过程(Gaussian process,GP)在线学习车辆状态预测模型,实现车辆能效最优参考速度轨迹的跟踪控制.通过仿真对比,相对于经典的"加速—匀速—减速"策略,所提方法可实现9.7％的能量节省,并随着预测视域的长度增加表现出更好的节能潜力.进一步验证通过机器学习解决传统MPC非柔性保守系统状态预测模型因离散化造成的误差累积问题,更高程度提升了车辆生态驾驶控制的最优效果.

    网联汽车生态驾驶模型预测控制高斯过程信号灯路口

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    基于线控制动的分布式驱动电动汽车制动俯仰角舒适控制研究

    张雷王祺王震坡丁晓林...
    463-475页
    查看更多>>摘要：车辆制动时车身俯仰角变化,尤其是停车前的"制动点头"现象,是造成制动舒适性下降的主要原因之一,显著影响车辆乘坐舒适性.以配备线控制动系统的分布式驱动电动汽车为研究对象,提出一种基于线控制动系统的制动俯仰角舒适控制策略.首先根据驾驶员输入与车速参数判断制动意图.然后根据制动意图与车辆参数,设计制动模式切换流程;然后,在舒适制动模式下,设计基于模型预测控制的前后轴制动力控制算法;另外,设计双闭环反馈电液复合制动力平顺切换控制算法;最后,通过Simulink-Carsim联合仿真平台在轻度制动、正弦信号制动等多种工况下进行仿真验证.结果表明,所提出的控制策略能够在保证制动性能的前提下,明显减小制动过程中的车身俯仰角、角速度、角加加速度,且制动距离增加不超过20 cm,显著改善了制动舒适性.

    线控制动制动舒适性制动意图分布式驱动电动汽车复合制动

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    汽车信息安全:面向总线网络的伪造攻击检测技术

    魏洪乾时培成张幽彤
    476-486页
    查看更多>>摘要：当前的智能网联汽车正面临着潜在的信息安全挑战.比如,汽车CAN总线(Controlleraera network,CAN)采用明文方式传输消息,缺少发送源电子控制单元(Electronic control unit,ECU)的身份认证和信息加密机制.因此,如何定位异常报文的发送源对于保证网联汽车的信息安全具有重要的研究意义.基于此,提出基于总线信号特征的ECU身份识别技术用于定位报文发送源,并检测ECU伪造攻击:首先根据CAN总线的电平信号提取关键的身份特征参数,包括边沿跳变时间、平台时间、高电平电压众数等;然后,利用轻量化的Softmax分类器对提取的身份特征进行离线训练并建立在线的学习模型.实车测试结果表明,与传统方法相比,提出的方法能够提高将近10％的ECU识别精度,而且该方法可以有效地检测到潜在的ECU伪造攻击和报文篡改攻击等.此外,进一步评估ECU工作温度对相关特征参数的影响,间接地验证了所提方法的强鲁棒特性.综上,提出的方法有效地解决了传统CAN网络缺乏身份认证的缺陷,保证了智能网联汽车的信息安全.

    智能网联汽车信息安全总线网络电子控制单元身份识别

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    基于分层控制的线控制动系统压力控制策略

    魏凌涛刘轶材王翔宇刘子俊...
    487-496页
    查看更多>>摘要：线控制动系统作为自动驾驶车辆的关键执行部件,其安全性和响应精度直接影响车辆的运行安全.为满足系统安全性要求,线控制动系统通常具备两套独立的建压单元以满足单点失效下的建压能力.柱塞泵式建压单元具备结构简单、成本低的特点,成为线控制动系统中广泛采用的构型.为保证柱塞泵式建压单元在温度干扰影响下的压力控制稳定性和精度,提出一种考虑线圈温度估计的分层式压力控制策略.首先,建立柱塞泵式建压单元传热模型和液压模型;其次,在系统压力状态可观和不可观状态下分别采用递归最小二乘法和开环方法估计线圈温度;最后,设计基于滑模控制器的系统压力分层控制策略.台架试验结果表明,所提出的温度估计器在不同测试工况下估计误差小于8℃,在相同控制策略下引入温度估计器将有效提升压力控制精度,所提出的分层式压力控制策略在正弦、脉冲和三角目标压力时均可实现压力跟随.

    传热模型液压模型滑模控制器递归最小二乘法柱塞泵

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    基于反步滑模法的无人驾驶车辆横向稳定性控制

    林棻郝明彪王天成王骁侠...
    497-506页
    查看更多>>摘要：针对无人驾驶车辆在复杂工况下的横向稳定性问题,提出一种基于反步滑模法的横向稳定性分层控制策略.首先,建立准确描述车辆运动的七自由度模型,选用Dugoff轮胎模型来描述轮胎与路面之间的动力学特性;然后,在运动控制层提出一种反步滑模控制算法,分别对纵向速度、侧向速度以及横摆角速度进行单独控制,得到它们在李雅普诺夫稳定条件下的控制率;在力矩分配层基于轮胎负荷率对轮胎的纵向力和侧向力进行重新分配;在执行层基于Dugoff轮胎逆模型和车轮模型计算得到前轮转角和车轮转矩;最后,构建出Matlab/Simulink-Carsim联合仿真平台,并在正弦留驻工况和连续正弦工况下对所提出的横向稳定性分层控制策略进行验证.仿真结果表明提出的控制策略能够有效地对无人驾驶车辆的横摆角速度、质心侧偏角进行控制;并且,相较于纯滑模控制器,反步滑模控制策略下的横摆角速度和质心侧偏角的平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)和方均根误差(Root mean squared error,RMSE)较小,无人驾驶车辆的横向稳定性得到进一步提升.

    无人驾驶车辆横向稳定性反步滑模控制力矩分配

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    四轮独立转向分布式驱动电动汽车单轮转向失效行驶稳定性控制

    赵明慧郭浩然张利鹏刘欣...
    507-522页
    查看更多>>摘要：四轮独立转向分布式驱动电动汽车具备常规车辆无法比拟的机动性、通过性和操纵稳定性,但其复杂的结构特点以及执行器的高度冗余加大了转向系统驱动电机失效的风险.针对单轮转向失效行驶稳定性问题,通过分析后轮主动转向对于车身稳定性的影响,采用附加后轮转向的单轨模型作为稳态参考模型,提出一种轮胎力可分配重构的分层控制方法.首先,根据轮胎侧偏状态确定各轮转向控制方式,考虑转向失效冲击和横摆角误差累积,设计基于参数自适应的递归非奇异终端滑模控制器即上层控制器;然后,以最小化轮胎负荷率作为优化目标,根据车辆状态动态调整执行机构的介入和退出,重新分配车轮转角和驱动/制动力矩来设计下层控制器;最后,通过离线仿真和控制器在环仿真对所提控制方法进行验证.结果表明,在单轮转向失效的工况下,所设计的控制器相比于普通滑模控制器使最大横向位置误差分别降低了 85.2％和88.1％,使最大横摆角误差分别降低了 81.8％和81.5％,可以使四轮独立转向分布式驱动电动汽车保持良好的行驶稳定性.

    电动汽车四轮独立转向四轮独立驱动转向失效分配重构行驶稳定性

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