汽车安全与节能学报

智能车辆结构-功能-信息强耦合安全与防护技术

赵剑, 公爵, 范科峰, 刘蓬勃, 李琳辉, 汪想, 徐正, 东泽源, 姚念民

2025, 16(6): 813-831. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.001

摘要 ( 94 )

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智能车辆结构与传感器、电子系统、车内网、通信及云端等高度集成且相互影响，呈现出结构与功能强融合的特征。与之匹配的安全技术已经演变为集结构安全、功能安全与信息安全于一体的强耦合技术体系，将对个人、产业直至国家战略产生深远影响。为此，该文以智能车辆数据流的传递和交互为主线，系统梳理了智能车辆结构域、功能域与信息域强耦合的综合安全体系架构，归纳出智能车辆安全存在的极端场景适应性不足、跨域耦合机理认知不完善及全生命周期安全保障能力欠缺等问题。在此基础上，该文重点分析了多源扰动下车辆结构动态响应与电子系统（感知系统、控制系统、网联系统等）异常之间的耦合关系，提出了结构-功能-信息强耦合的智能车辆安全与防护技术，构建了考虑跨域参数交互影响的智能驾驶安全检测与评价机制，可支撑多源风险联动分析、策略协同管控与安全量化评估，为智能车辆规模化应用及相关安全标准体系完善提供参考。

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基于鲁棒模型预测的电子机械制动系统夹紧力控制

张荣誉, 赵轩, 王姝, 李美莹

2025, 16(6): 832-842. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.002

摘要 ( 47 )

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为了提高电子机械制动（EMB）系统夹紧力控制鲁棒性和跟踪准确性，提出基于自抗扰扩张状态观测器（ESO）的EMB鲁棒模型预测控制策略。首先，分析了EMB系统存在的电气扰动、机械扰动和环境扰动，建立了包括扰动集总项的EMB系统的数学模型；其次建立了基于鲁棒模型预测控制（RMPC）的EMB夹紧力控制策略，引入自抗扰ESO对扰动进行估计和补偿；最后通过建立硬件在环（HIL）实验平台对所提方法进行验证。结果表明：MPC控制算法在负载干扰下，EMB夹紧力出现较大的波动，最大误差为228 N，最大误差率为5.7%；而融合ESO的RMPC作用下的夹紧力最大稳态跟踪误差为38 N，最大误差率为1.52%，说明该文提出的控制策略能够有效抑制扰动影响，具有较高的夹紧力跟踪精度和较强的抗干扰能力。

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基于真实碰撞事故的弱势道路使用者多重损伤部位分布

王涵颖, 潘迪, 李卓, 刘慧, 韩勇

2025, 16(6): 843-850. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.003

摘要 ( 33 )

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探究了在车辆碰撞事故中弱势道路使用者（VRUs）多重损伤的身体部位分布，以便对事故发生概率提供数据支撑。基于已有视频信息的“VRU 交通事故数据库（VRU-TRAVi）”筛选出 159 起深度事故案例；利用视频逐帧分析法获取碰撞速度；采用简明损伤定级（AIS）和最大简明损伤定级（MAIS）评估损伤部位。结果表明：头部与下肢是最容易受伤的部位，头部损伤共 139 起，占 87.4%；下肢损伤共 111 起，占 69.8%，损伤程度分布在轻度（AIS1）、中度（AIS2）、较重（AIS3）之间。双部位或 3 部位损伤同时达到 AIS2 及以上时，头-胸腹或头-胸腹-下肢的多重损伤组合最多，占 49.0% 或58.8%。头部出现 MAIS 为极重度（MAIS6）的案例最多，占 MAIS6 总量的 95.7%，是导致 VRUs 死亡的主要原因。

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不同类型互通立交匝道上驾驶人心理负荷的差异

梁雨琛, 段伟建, 张诗, 朱兴林, 徐进

2025, 16(6): 851-858. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.004

摘要 ( 32 )

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研究了在不同类型的环境复杂的互通立交匝道区域上，驾驶人心理负荷的差异。开展实车试验，收集了驾驶人心率等数据，基于心电双模态指标（心率、心率变异性），构建了心理负荷评估体系。结果显示：相较于一般互通立交匝道，驾驶人在枢纽互通立交匝道的心理负荷更高。在互通立交中，驾驶人的心理负荷在小半径环圈式匝道区域最高，其次是左转半定向式匝道区域，在右转定向式匝道区域最低。驾驶人在枢纽互通场景下更为紧张；相较其他类型的匝道区域，小半径环圈式匝道区域下驾驶人的心理负荷最大，且心理负荷程度与匝道半径呈现显著负相关关系。因此笔者建议：枢纽互通路段应提前设置减速标志。

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货车与电动两轮车碰撞形态对骑车人运动学及损伤分析

郑雯祥, 王丙雨, 杨垚, 龚悠, 秦利燕

2025, 16(6): 859-866. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.005

摘要 ( 30 )

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探究了货车与电动两轮车碰撞事故中碰撞形态与骑车人运动学响应及损伤特征的关联性。筛选263例视频样本，提取车辆类型、碰撞角度和碰撞速度等参数；采用多体建模软件MADYMO搭建典型场景，开展16组仿真，以分析碰撞角度和位置对骑车人运动学响应及损伤的影响。结果表明：碰撞角度超过110°时，骑车人头部伤害允许指标（HIC）和头部角加速度突然增大；至碰撞角度120°时，头部角加速度达到最大值（73.9 krad/s²），HIC为11 931。碰撞位置处于货车中心区域时，骑车人HIC（1 231~1 461）和头部角加速度（22.6~26.9 krad/s²）处于较低区间，头部损伤风险较小；而处于货车两侧时，骑车人胸部3 ms加速度为25.8g~121.8g，胸部损伤风险较小。因而，碰撞角度与位置均对骑车人运动学响应影响显著。

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小偏置碰撞测试中纯电动车辆侧滑策略研究

李宜轩, 吴肖, 唐凯, 李政

2025, 16(6): 867-876. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.006

摘要 ( 23 )

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为了在整车小偏置正碰安全开发中实现纯电动车型的侧滑，该文采用仿真与试验结合的方法，识别了影响侧滑的结构要点，研究了侧滑式前舱设计的方法和开发评价指标。以公司某型纯电架构轿车为例，设计了优化方案。结果表明：该方案使碰撞脱离时刻车辆侧向位移量增加236 mm，结构等级评定中的侵入量最大降低了119 mm，实现了车辆的侧滑；结果满足G评级，验证了评价指标的有效性，为新能源整车项目小偏置安全开发提供了有益的参考。

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复合储能式混合动力系统全局最优控制策略研究

李钊, 隆武强, 田华

2025, 16(6): 877-885. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.007

摘要 ( 24 )

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为解决工程车辆复合储能混合动力系统在复杂工况下能量管理效率不足的问题，提出一种基于动态规划（DP）的全局优化策略。该策略以负载需求转矩、液压蓄能器荷电状态（SOC）和电池SOC作为状态变量，构建功率分配最优控制模型，并通过逆向递推-正向优化求解控制序列。最后用硬件在环（HIL）测试进一步验证DP策略在实际工程中的应用可行性。结果表明：与基于规则（RB）策略和自适应神经模糊推理系统（ANFIS）策略相比，DP策略使发动机高效区运行时间占比分别提高38.28%和30.27%，综合燃油消耗降低15.17%和11.23%，电池SOC波动幅度减少34.02%和23.97%，制动回收蓄能器SOC均值提升29.46%和23.51%，电池SOC均值提高11.57%和8.62%。上述结果证明，DP策略可有效提升发动机效率，维持其高效区稳定运行，并实现系统整体节能优化；该DP策略为工程机械节能控制提供了理论依据和解决方案。

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小麦淀粉-丙烯酰胺双交联凝胶在柔性锌-空气电池中的应用

王恒威, 王克亮, 魏满晖, 陈云祥, 刘汉超, 裴普成

2025, 16(6): 886-895. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.008

摘要 ( 37 )

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PDF (3366KB) ( 13 )

为了突破柔性锌-空气电池电解质成本高、保水性差和界面不稳定等瓶颈，该文提出小麦淀粉-丙烯酰胺双交联策略以构筑低成本高性能的新型电解质。通过材料表征、电化学测试以及量子化学计算，评估其结构和电化学性能，并揭示性能提升机理。结果表明：相比于聚丙烯酰胺凝胶，该凝胶12 h 保水率为81.7%，相应提升了 16%；断裂应变 135%，提高81%；离子电导率为 375 mS/cm，提升 69%；放电功率密度175 mW/cm²，提高 48%；所组装的柔性锌-空气电池循环寿命大于45 h，延长了 2 倍。该文提出的双交联策略通过构建连续亲水离子通道并增强界面润湿性，实现了保水性、机械强度、离子传导与电化学稳定性的显著提升，为柔性锌-空气电池的发展提供了优化解决方案。

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基于空气动力学的商用纯电动皮卡车迎风阻力优化设计

陈春菊, 李小华, 余显忠, 祁祺, 邹佳异

2025, 16(6): 896-904. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.009

摘要 ( 35 )

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为提升某基于传统燃油平台开发的商用纯电动皮卡车的气动性能，提出一套模块化气动组件优化方案。采用计算流体动力学（CFD）仿真、风洞与道路滑行试验相结合的方法，开展某型纯电动皮卡车气动性能的仿真分析、结构优化与试验验证。通过STAR-CCM+软件仿真，识别出前脸造型过高、底盘不平整和密封不良3类主要迎风阻力来源，确定前保气坝、侧踏板、货架等8个关键组件为研究对象，并探究其气动影响效果与减阻机理。结果表明：优化后风阻系数CFD仿真降幅为21.06%，风洞试验实测降幅为20.6%，二者偏差小于3%，验证了CFD模型的可靠性；道路滑行试验进一步显示续航里程提升6.3%。此项研究为“油改电”商用皮卡车的气动性能开发提供了实用的工程方法与实验依据。

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质子交换膜燃料电池散热优化及废热—储氢系统耦合

郎冬余, 包钢, 张树, 于震宇, 孙嘉鸿, 谢华清

2025, 16(6): 905-913. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.010

摘要 ( 23 )

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为了减少质子交换膜燃料电池（PEMFC）运行中废热影响性能，并提高能量利用率，在传统的单直流冷却通道的基础上，对PEMFC的输出特性与冷却条件进行了数值优化，构建了PEMFC与金属氢化物储氢反应器的热能耦合模型。结果表明：PEMFC在333 K、1.41 A/cm²的工况下，输出达561.2 W；最佳冷却条件（燃料电池产生的热量可完全驱动储氢反应器放氢）为：进水温度330 K、流速15 cm/s。在第334~3 615 s之间，该系统稳定运行，储氢罐温度维持在314 K，总供电量0.78 kWh。因而，优化PEMFC运行参数，可实现发电与储氢系统的高效热耦合。

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隐蔽网络攻击下智能网联汽车容错安全控制

邱照玉, 祝小元, 田光宇, 殷国栋

2025, 16(6): 914-922. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.011

摘要 ( 21 )

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PDF (8563KB) ( 18 )

针对智能网联汽车面临的执行器故障和隐蔽重放攻击双重安全威胁，为提高车辆安全性，该文提出一种融合动态水印攻击检测技术的自适应神经网络控制方法。通过集成径向基神经网络（RBFNN）与非线性扰动观测器（NDO），设计了具有扰动抑制能力的自适应容错控制器。此外，在控制回路中嵌入动态水印信号，基于系统残差构建攻击检测机制，用于检测隐蔽重放攻击。最后，利用dSPACE-NI联合仿真平台进行硬件在环（HIL）验证。结果表明：该方法可有效降低故障对控制系统的影响；故障期间，自适应容错控制器相较于无容错的控制器，平均误差降低了80.71%，并能成功检测出系统中的隐蔽性重放攻击，同时故障的存在增强了检测效果，且不会导致攻击检测误报。

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基于GA优化与路径扩展启发式采样的BI-RRT*路径规划方法

张炳力, 张智森, 张羊阳, 刘安, 许永华

2025, 16(6): 923-933. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.012

摘要 ( 24 )

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针对传统BI-RRT*存在收敛缓慢和路径随机性过强的问题，提出改进的BI-RRT*算法与进化策略相结合的双阶段优化框架算法GEP_BIRRT。该方法首先对BI-RRT*算法引入柔性边界限制采样范围提高搜索效率，并设计度量函数获得高质量的可行路径；其次，基于遗传算法进行路径优化，以可行路径为中心构建优化区域，设计多目标优化的适应度函数以平衡路径平滑性和安全性得到最终规划路径；最后利用MATLAB软件进行仿真实验。结果表明：在3种不同环境下GEP_BIRRT都具有较好的鲁棒性，相对于Informed-RRT*和传统BI-RRT*，规划时长分别平均减少59.48%和20.08%，规划路径长度分别平均缩短1.26%和1.51%，累计转弯角度分别平均减少32.60%和40.84%，同时能较好地实现动态障碍物的规避，验证了GEP_BIRRT算法的优越性与可行性。

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自动驾驶车辆紧急避撞线性时变模型预测轨迹跟踪控制

吴杭哲, 焦一洲, 刘洋, 钟薇, 王水河, 郭景华, 赵健

2025, 16(6): 934-944. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.013

摘要 ( 32 )

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为提高自动驾驶车辆紧急避撞的稳定性和安全性，提出一种轨迹跟踪方法。以双轨车辆动力学模型为基础，建立了三自由度双轨非线性车辆动力学模型，推导出线性时变轨迹跟踪预测模型。将轨迹跟踪控制算法转化为在线二次规划问题，求解最优控制输入。进行了仿真试验与实车实验。结果表明：当车速为50 km/h，路面附着因数为0.5~1.0时，双移线仿真的横向位移误差小于90 mm，航向角误差小于50 mrad；当车速为60 km/h，路面附着因数为0.38时，换道实验的最大横向误差160 mm，最大航向角跟踪误差34 mrad。从而，本轨迹跟踪控制器的有效性和鲁棒性，能够保证车辆在换道过程中的稳定性和安全性。

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面向多障碍物场景的车辆紧急避撞耦合决策与轨迹规划方法

关永学, 刘森海, 韩勇, 徐莉, 舒伟斌, 樊晨旭

2025, 16(6): 945-954. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.06.014

摘要 ( 35 )

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为提高车辆在多障碍物高速场景下的紧急避撞能力，解决决策规划因计算复杂而难以实时响应的问题，提出了一种耦合决策与轨迹规划的一体化框架。通过建立多车非合作博弈模型描述动态交互行为，并设计基于威胁评估的顺序决策机制，将高维博弈问题简化为序列化的单障碍物交互过程；基于深度学习框架PyTorch实现图形处理器（GPU）加速轨迹优化算法，在满足车辆动力学约束的同时生成安全、舒适的避撞轨迹。结果表明：该方法在典型高速场景下的决策平均计算时间为20~50 ms，轨迹规划耗时33.1~149.1 ms，优于传统模型预测控制（MPC）方法；规划轨迹横向速度与加速度分别控制在4.0 m/s和4.0 m/s²以内，符合安全性和舒适性要求。对规划轨迹进行跟踪，横向跟踪误差和速度误差最大分别为0.22 m和0.59 m/s，满足高速紧急避撞要求，在CARLA仿真中，所有场景均成功避撞。所提框架能有效平衡决策最优性与实时性，为复杂场景下的车辆主动安全提供可靠解决方案。

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