汽车安全与节能学报

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电动汽车与清洁能源融合发展技术研究与展望

朱明, 季金华, 金盛, 季毓婷, 别一鸣

汽车安全与节能学报 2024, 15 (1): 1-19. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.01.001
录用日期: 2024-01-28
预出版日期: 2024-02-29

摘要（125）

HTML （19）

PDF （2593KB）（94）

以光电、风电为代表的清洁能源发电技术可为电动汽车提供清洁的电力供给，减少全生命周期碳排放，助力交通领域“双碳”战略目标的实现, 因此近年来得到迅猛发展。为了推动交能融合技术的应用，明确相关研究中的关键问题，该文综述了国内外学者过去10年在电动汽车与清洁能源融合技术方面的研究进展。首先，介绍了二者融合发展的必要性与现实意义；其次，将已有研究成果分为公路环境与城市道路环境两类，分别从电网、充电站、车辆3个层面归纳了当前电动汽车与清洁能源融合技术的研究成果；最后，考虑到清洁能源发电以及电动汽车充电存在较强的随机波动，对未来发展提出了加强公共领域交能融合发展、构建多种互补型清洁能源发电策略、建立“源—网—荷—储”集成优化技术、强化分布式微电网能源自洽调度、加强无线光伏充电公路运营管理等建议。

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甲醇燃料的应用现状及其展望

姚春德, 姚安仁

汽车安全与节能学报 2023, 14 (5): 521-535. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.001

摘要（136）

HTML （19）

PDF （4727KB）（109）

甲醇的物性与汽油、柴油相近，常温、常压下是液体，生产资料丰富，方便储存、运输和加注。绿色甲醇已经被国际航运界公认为低碳和碳中和的燃料，在船舶动力上应用日益增长。中国是具有全球最大甲醇产能以及最大产量的国家，产能和产量都占全球近60%。甲醇生产不仅可用煤炭和天然气做原料，更具有用可再生电力制氢，然后与二氧化碳合成绿色甲醇的能力。中国对甲醇用作替代石油燃料的研发工作由来已久，不仅在工农业领域得到大量应用，而且也大量应用在交通运输领域。自20世纪70年代以来开展的甲醇在内燃机上替代汽油、柴油研究，目前已经在应用技术上取得根本突破。不仅在乘用车、商用车得到规模应用，也在工程机械、内燃机车和中高速船舶动力应用上取得突破，实现甲醇应用技术完全独立自主。该综述简要介绍甲醇的生产、对甲醇毒性的认识、绿色甲醇的发展、甲醇在工农业和交通领域方面的应用概况，重点介绍在车辆、船舶、内燃机车、发电机组的汽油机和柴油机上应用甲醇的技术特点，指出其发展存在问题并展望甲醇应用的未来。

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双碳目标下商用车动力传动系统技术特征与展望

徐向阳, 赵俊玮, 董鹏, 王书翰, 刘艳芳

汽车安全与节能学报 2023, 14 (4): 395-412. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.04.001

摘要（204）

HTML （22）

PDF （4252KB）（461）

商用车是道路运输的重要力量和碳排放大户，实现商用车绿色转型发展是推动汽车产业快速实现双碳目标的重要突破点。然而，政策驱动和市场需求对商用车技术发展提出了新的挑战与要求，尤其是动力传动系统呈现出多种技术路线并存的发展局面。该文针对传统燃油、混合动力、纯电动和燃料电池商用车等采用不同动力来源方式下的中重卡、轻微卡和皮卡、客车等应用场景，对不同动力传动系统技术特征、产品谱系、场景适用性以及技术现状及发展趋势进行分析，并对商用车动力传动系统技术发展提出新的展望，以期为商用车动力传动系统技术路径选择和技术创新发展提供参考依据。

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面向自动驾驶的车路云一体化框架

张亚勤, 李震宇, 尚国斌, 周谷越, 高果荣, 袁基睿

汽车安全与节能学报 2023, 14 (3): 249-273. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.03.001

摘要（253）

HTML （20）

PDF （10987KB）（120）

近年来，尽管自动驾驶（AD）技术在研发和商业化方面已取得显著进展，但自动驾驶规模化商业落地仍面临巨大挑战：一方面单车智能自动驾驶存在一定的安全问题；另一方面由开放道路场景引发的感知长尾、混行博弈等问题造成自动驾驶车辆的可运行设计域（ODD）受限。车辆亟需融合车端、路端、云端多源多维信息，进行一体化协同感知、协同决策、协同控制，拓展单车智能自动驾驶的能力边界。该文提出面向自动驾驶的车路云一体化（VICAD）系统框架，将不同的车路云协同部署策略与自动驾驶算法进行统一建模；在此基础上开展模拟仿真及系统评价，利用评价结果反馈对VICAD系统进行持续迭代优化，从而提升自动驾驶能力。此外，还进一步结合场景案例及产业落地实践，阐述了车路云一体化协同对自动驾驶大规模商业化落地的意义，并为VICAD的后续发展提出建议。

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重型车下阶段排放法规基本思路与发展趋势

景晓军, 任烁今, 汪晓伟, 李腾腾, 方茂东

汽车安全与节能学报 2023, 14 (2): 133-156. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.02.001
录用日期: 2022-11-29
预出版日期: 2023-04-27

摘要（327）

HTML （12）

PDF （3351KB）（716）

在机动车污染治理不断加强和车辆动力持续电动化的趋势和背景下，近年来，世界多国正在讨论“禁燃令”，同时更严苛的排放法规陆续出台，这甚至已经关系到传统内燃机(ICE)动力的存亡问题。然而，由于运力和行驶距离需求，内燃机将仍然是重型商用车的主要动力形式。目前，欧盟、美国加利福尼亚州空气资源委员会(CARB)和美国环境保护署(EPA)均发布了新的重型车排放法规，中国也已经启动国七排放标准的研究工作。该文从尾气排放、实际道路测试、温室气体排放、车载诊断（OBD）和远程监控、非尾气排放以及耐久要求等6个方面对比分析了目前欧美重型车和发动机下阶段排放法规的最新进展和发展趋势，阐明了各标准的具体要求，并指出了可能的技术路线，旨在为重型车和发动机行业及时应对排放标准升级和相关前瞻性研究提供借鉴。研究表明，重型车未来排放标准具有5大发展趋势：尾气排放测试向多种污染物超低排放发展，在有可能成为最终一代排放法规的情况下，下阶段排放法规需要考虑长期减排方案；更加注重车辆实际道路、低负荷、怠速和冷启动排放；加强温室气体和常规气体排放协同控制；通过远程大数据的方式实现在用车排放的高效监控；增加制动和轮胎磨损等非尾气排放的考核。总之，重型车下阶段排放标准将在排放物种类、排放测试方法及排放监控手段等方面融入新方法新理念，以不断推动重型车向清洁环保高效的目标发展。

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氩气闭循环氢气发动机的研发动向与展望

陈之立

汽车安全与节能学报 2023, 14 (1): 1-16. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.01.001

摘要（345）

HTML （33）

PDF （3079KB）（93）

内燃机为了顺应21世纪下半叶实现碳中和的趋势避免被淘汰，必须在运行时实现CO₂的零排放。另外，由于发动机的最高有效热效率明显低于电动车或燃料电池车，这会使消费者逐渐疏远发动机车。1948年，F. M. Lewis发明的氩气(Ar)闭循环氢气发动机重新回到了人们的视野中。这是因为此种发动机不排出CO₂，而且Ar的比热比高于空气，以Ar为工质的发动机的热效率可以有较大提升甚至匹敌电动车或燃料电池车。本文比较详细地介绍了这种发动机的原理、发展史、存在的优缺点以及研究动向和研发课题。同时也介绍了作者近年来的部分研究成果，探讨了Ar闭循环氢气发动机与氢气及燃料电池车的关系及其发展前景。

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新能源汽车节能规划与控制技术研究综述

孙超, 刘波, 孙逢春

汽车安全与节能学报 2022, 13 (4): 593-616. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.001

摘要（260）

HTML （60）

PDF （2764KB）（557）

通过车辆的运动规划与控制提升新能源汽车的节能效果，已经成为当前国内外聚焦的关键研究热点。该文总结了新能源汽车节能规划与控制技术的最新研究现状，分析了节能路径规划（eco-routing）、节能车速规划（eco-driving）、节能充电规划（eco-charging）、能量管理（energy management）和同时涉及以上多个领域的多任务优化技术。研究发现：虽然当前新能源汽车节能规划与控制技术已经取得了可观的研究进展，但在动态或随机交通行为场景下求解困难，综合考虑路径、速度和充电等深度关联行为的集成与协同优化仍需要探索，高价值的研究成果也有待从实验验证走向产业应用。今后新能源汽车节能规划与控制技术的未来发展趋势包括：1）考虑环境时变性和行为随机性的新问题；2）运用先进预测和高效求解等手段的新算法；3）系统解决多车多任务多维度问题的新方法；4）在真实场景下可复制推广的新应用。研究和解决以上问题对实现更高水平的新能源汽车节能控制具有重要意义。

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城市电动公交车辆运营管理：综述与展望

曲小波, 刘亚君, 陈雨薇, 别一鸣

汽车安全与节能学报 2022, 13 (3): 407-420. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.03.001

摘要（312）

HTML （27）

PDF （1985KB）（299）

随着公交车辆电动化进程的加快,中国电动公交车保有量迅速增加,已经成为中国城市规模最大的公交车型。科学的电动公交车辆运营管理对于降低公交系统碳排放以及公交企业运营成本具有重要意义。本文介绍了中国和主要西方国家的电动公交车辆发展历程,总结了当前实际运营管理存在的问题;给出了电动公交车辆运营管理的框架体系,从运行能耗估计、车辆调度、节能驾驶、系统资源配置以及效益评价等5个方面对当前的研究成果进行了概述,并对最新的运营管理技术与方法进行了梳理;系统总结了当前研究面临的问题与挑战,从电动公交系统线网规划、基于实际数据的电池寿命估计、智能化排班技术、引入新型供电与充电模式等4个方面对未来的发展趋势进行分析。

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中国氢燃料电池汽车技术路线选择与实践进展

王贺武, 欧阳明高, 李建秋, 杨福源

汽车安全与节能学报 2022, 13 (2): 211-224. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.02.001

摘要（1488）

HTML （453）

PDF （4067KB）（617）

中国在2016年制定了氢燃料电池汽车发展路线图,规划了2020、2025和2030年的里程碑,并在随后的5年开展了进一步的技术研发和区域性示范推广应用,在2022北京冬奥会大规模使用了氢燃料电池汽车;2020年又对路线图和里程碑进行了修订,时间节点延展到2035年。该文对这一过程进行了全面回顾,并总结了代表性的进展。研究结果表明：中国氢燃料电池汽车和基础设置规模以及燃料电池系统和燃料电池堆关键性能技术指标超过2020年预期,部分接近2025年里程碑;在以张家口为代表的可再生能源丰富的寒冷区域,绿氢的制储运加注和氢燃料电池的推广应用取得了具有可借鉴性的成功经验,进一步可结合京津冀和河北省氢燃料电池汽车示范区的具体情况,开展氢燃料电池重型卡车的推广应用。

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面向网联环境的汽车平视显示器人因测试研究综述与展望

赵晓华, 李雪玮, 张钰, 李振龙, 李海舰, 张建华

汽车安全与节能学报 2022, 13 (2): 225-241. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022

摘要（703）

HTML （263）

PDF （4473KB）（276）

平视显示器（HUD）是网联环境下车内人机交互的新兴方式和未来发展的热点方向,开展汽车HUD人因测试是保证其预期安全效益的关键前提。该综述介绍了HUD的产品分类、现状应用及信息建议;绘制了HUD人因测试研究知识图谱以明晰现有研究的关键内容及其随时间和空间的变化趋势;从功能场景、测试变量和测试方法提出网联环境下HUD人因测试框架,并针对出行导航、安全辅助、自动驾驶及其他交互辅助场景的人因测试展开进一步论述;归纳总结了现有研究的不足,梳理和展望未来HUD人因领域的相关研究内容,为推进网联环境下人机交互及智慧座舱的建设提供参考。

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车用燃料电池电堆关键技术研究现状

章俊良, 程明, 罗夏爽, 李慧媛, 罗柳轩, 程晓静, 闫晓晖, 沈水云

汽车安全与节能学报 2022, 13 (1): 1-28. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.01.001

摘要（748）

HTML （107）

PDF （8210KB）（1045）

“双碳”政策大大推动了氢能的发展,而燃料电池作为氢能利用的最佳方式,迎来了新一轮的研究与产业热潮,尤其是商业化较为成熟的车用质子交换膜燃料电池（PEMFC）引发了众多关注。膜电极（MEA）和双极板（BPP）是PEMFC电堆的两大核心部件,决定了电堆的性能和成本。水热管理和低温启动技术对于电堆性能的实现和实际应用的推广也起到了至关重要的作用。本文全面深入地阐述了车用PEMFC膜电极、双极板、水热管理、低温启动等技术对电堆性能、寿命和成本的影响规律,进一步指出各项技术的发展趋势。除此之外,车用燃料电池的商业化应用短期将围绕公共交通以及重型商用车等大型车辆开展,而乘用车对电堆的功率密度和成本提出了更高的要求。

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汽车安全多领域融合的研究与展望

杨帅, 张金换, 钱占伟, 崔东

汽车安全与节能学报 2022, 13 (1): 29-47. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.01.002

摘要（590）

HTML （31）

PDF （4732KB）（775）

该文提出了一种多域融合安全的概念及基本框架,论述了多个安全领域的发展状况及其之间的关联关系。以人的安全为核心,研究了被动安全技术、新能源安全技术、主动安全技术及其相关的功能安全、预期功能安全等安全技术的发展现状,进一步分析了不同安全技术领域之间的融合关系,特别是主动安全和被动安全的两条融合路径发展现状及其未来趋势。将汽车不同安全技术视为一个整体,研究各种技术之间的关系和融合方式,对于汽车安全技术的发展提供了思考的方向和建议。

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碳中和背景下内燃机低碳和零碳技术路径及关键技术

帅石金, 王志, 马骁, 徐宏明, 何鑫, 王建昕

汽车安全与节能学报 2021, 12 (4): 417-439. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.04.001

摘要（5018）

HTML （627）

PDF （4021KB）（3449）

自2020年9月中国在七十五届联合国大会上承诺“2030年碳达峰、2060年碳中和”以来,世界主要国家和地区2016年签署的《巴黎协定》控制全球气温上升幅度及采取碳中和政策和行动进入加速期。内燃机作为量大面广的道路、非道路移动机械和国防装备主导动力,在近中期肩负节能减排重要使命的同时,也面临着未来如何实现碳中和的巨大挑战和重要机遇。本文在分析欧、美、日、中等主要地区和国家碳中和政策和行动的基础上,提出并论述了内燃机近中期低碳和中远期零碳的两条技术路径及其可行性,以及内燃机使用生物质燃料、绿氢、绿氨和绿电合成液体燃料（e-fuel）等碳中和燃料需要解决的关键技术,旨在为内燃机的未来探索可持续发展之路。现有研究表明：内燃机作为一种高效高功率密度的燃料化学能转化为机械能的热力机,通过与电动化和智能化技术结合仍有较大的节能提升空间;内燃机相比氢燃料电池动力,产业链更完整,技术成熟度更高,成本更低,未来通过燃用碳中和燃料的新能源内燃机,仍可以在重型卡车、工程机械、船舶、航空等大型动力装备以及混合动力系统中得到大规模应用,促进中国能源和交通领域早日实现碳中和。

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基于多传感器融合的智能汽车多目标检测技术综述

王海, 徐岩松, 蔡英凤, 陈龙

汽车安全与节能学报 2021, 12 (4): 440-455. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.04. 002

摘要（548）

HTML （529）

PDF （2298KB）（580）

随着人工智能领域的快速崛起,智能汽车环境感知技术也得到了突飞猛进的发展,智能汽车的感知系统离不开多个以及多种传感器之间的配合使用,基于多传感器融合的智能汽车多目标检测技术也成为当下的热门研究方向,工业界和学术界都对此提出了不同的解决方案。本文对驾驶环境下基于多传感器融合的多目标检测技术进行了概述和总结,介绍了常用的车载传感器、数据集以及多传感器融合的方法和分类,对最近的多传感器检测算法进行了梳理,最后对基于多传感器融合的智能汽车多目标检测技术进行了概述,并对此方向存在的挑战和未来的发展趋势进行了分析。

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缸内直喷氢燃料内燃机技术发展及趋势

孙柏刚, 包凌志, 罗庆贺

汽车安全与节能学报 2021, 12 (3): 265-278. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.001

摘要（927）

HTML （55）

PDF （1487KB）（801）

氢能是实现碳达峰与碳中和的最佳能源形式,也被誉为21世纪的终极能源。氢内燃机具有零碳排放、高效率、高可靠性和低成本的显著优势,成为氢能应用的重要方向之一。缸内直喷氢内燃机可有效抑制回火,并显著提高功率密度,是氢内燃机近阶段的发展热点,引发了国内外汽车企业和研究机构的高度关注。该文系统总结了各类氢内燃机的优缺点以及相关直喷氢内燃机的技术途径及其达到的技术指标,采用废气涡轮增压可使氢内燃机的功率密度达到80 kW/L,采用高压缩比、稀薄燃烧可使有效热效率提升至42% ~ 45%,采用废气再循环技术等可使氢内燃机的唯一污染物NO_x降低至0.5 g/kWh,并具有达到近零排放的潜力。该文也针对下一代缸内直喷氢内燃机所带来的新问题,从混合气形成、燃烧特性、燃烧模式、有效热效率提升、NO_x控制方法及后处理器等技术角度分析了开发现状及技术水平,探讨了近零排放条件下有效热效率达到50%的未来技术发展趋势。

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智能汽车的运动规划与控制研究综述

采国顺, 刘昊吉, 冯吉伟, 徐利伟, 殷国栋

汽车安全与节能学报 2021, 12 (3): 279-297. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.03.002

摘要（723）

HTML （26）

PDF （3061KB）（729）

为了实现智能汽车安全、高效地行驶,该文论述了智能汽车运动规划与控制理论与方法的研究现状,分析了国内外智能汽车路径规划、轨迹规划与横、纵向运动控制技术。研究表明,当前的运动规划多以简化车辆模型和约束为前提,较少考虑真实环境约束（如通讯损失、信息安全及混合交通）;当前的运动控制多集中在横、纵向独立控制,未深入考虑系统非线性特性、时滞现象与随机不确定性。因此,该文提出智能汽车运动规划与控制的重要发展方向是:基于多源感知信息融合与先进通信技术,进一步提升运动规划与控制能力,实现复杂动态场景下兼顾车辆横、纵向动力学的多目标综合协同控制,达到智能汽车行驶安全性、经济性以及舒适性的最优实现。

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欧洲新能源汽车现状与发展趋势

汪善进, 程远

汽车安全与节能学报 2021, 12 (2): 135-149. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.001

摘要（1229）

HTML （102）

PDF （1247KB）（6435）

该文介绍了欧洲新能源汽车的现状和发展趋势,内容涉及欧洲汽车市场、欧盟的碳排放法规、欧洲各国政府的新能源推动政策、欧洲车企的新能源汽车战略和技术路线。尽管欧洲各大车企的新能源汽车长远目标不同,但因为他们必须遵循相同的CO₂排放法规,短期内的技术路线大同小异,即纯电动与插电式混合动力齐头并进。动力电池方面,欧洲车企都采用三元锂电池技术;纯电动驱动系统方面,欧洲车企基本都采用驱动电机加单速减速器的配置方式;混合动力方面,欧洲车企的选择以并联结构为主,既有利于优化能量传递效率,丰富工作模式,又能充分发挥欧洲车企在发动机和变速箱技术方面的传统优势。值得一提的是,混合动力专用变速箱（DHT）技术已经在欧洲成功上市。这种技术更能充分发挥电气化动力总成的优势,正在形成发展潮流。欧盟严格的CO₂排放法规是保证新能源汽车在未来几十年里持续发展的最大推手。欧洲在传统汽车技术、生产、销售方面的雄厚实力也正在变成其新能源汽车发展的强大优势。预计在未来的10年里,欧洲的新能源汽车份额将会持续而稳定地增长,2040年前新能源汽车将主导欧洲市场。

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人工智能在发动机控制开发中的应用及前景

徐宏明, 周泉

汽车安全与节能学报 2021, 12 (2): 150-162. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.002

摘要（739）

HTML （59）

PDF （1361KB）（307）

电动化、智能化、网联化、共享化 (CASE) 是汽车技术发展的趋势。根据国际能源署 (IEA) 的预测,到2050年,以包括插电式混合动力在内的电动化汽车将占有市场产品97%的份额。越来越严苛并要求通过实际行驶条件下检测的排放法规也对先进发动机技术,特别是发动机控制技术提出了新挑战。该文围绕基于模型的发动机控制开发中的优化问题,从前馈控制优化、反馈控制优化和动力总成全局优化3个层面,分析了人工智能 (AI) 技术在上述开发场景中的应用案例,展望了人工智能在发动机控制开发中的前景。研究表明,人工智能技术能将推动发动机控制开发中的3个融合：一是以发动机数字孪生技术为代表的信息系统与物理系统融合;二是以发动机多场景智能优化技术为依托的机器学习系统与经典控制系统融合;三是以动力总成域控制技术为基础的多源系统信息融合。这些融合将推动发动机技术的进一步发展,助力实现近零碳排放。

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煤基合成燃料及其在汽车发动机上的应用与技术进展

孙万臣, 蒋梦奇

汽车安全与节能学报 2021, 12 (1): 1-17. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.01.001

摘要（441）

HTML （90）

PDF （1892KB）（390）

随着汽车保有量不断增加,能源安全和低碳化发展日益受到国内外的广泛关注,鉴于中国富煤、贫油、少气的能源结构,基于煤炭Fischer-Tropsch合成工艺制取的煤基合成燃料因其良好的燃烧和排放特性已成为汽车理想的替代燃料。煤基合成燃料在汽车等动力机械上的推广应用,对于实现汽车能源多元化、减少中国石油对外依存度、实现煤炭资源的高效清洁利用、降低汽车排放污染物具有重要的战略意义和应用价值。该文介绍了煤基合成燃料的生产、合成工艺关键技术以及发展历程;基于众多研究者关于煤基合成燃料的相关研究成果,阐述了煤基合成柴油用于内燃机燃料的喷雾、混合、燃烧及排放特性;总结并预测了煤基合成燃料市场化应用存在的问题和未来发展趋势,为煤基合成燃料的推广及在内燃机上的高效清洁应用提出了合理建议。

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线控转向系统控制技术综述

赵万忠, 张寒, 邹松春, 徐坤豪, 刘畅

汽车安全与节能学报 2021, 12 (1): 18-34. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.01.002

摘要（535）

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PDF （1404KB）（688）

线控转向系统通过线控化、智能化可以实现个性驾驶、辅助驾驶、无人驾驶等目标,是智能网联汽车落地的关键技术,其相关动力学控制技术更是影响线控转向系统整体性能的核心技术。该文介绍了线控转向系统的基本结构类型及其动力学建模,分别对线控转向系统的路感控制技术、稳定性控制技术、容错控制技术等关键技术进行了全面概述,分析了线控转向技术的发展历程和研究现状及其在智能汽车上的应用状况;对线控转向系统的未来研究趋势进行了展望,指出线控转向系统的控制技术将向着执行精准、全工况覆盖、平行驾驶、安全可靠和智能网联的方向发展。

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