汽车安全与节能学报

张扬军，钱煜平，诸葛伟林，张磊，彭杰，徐彬，王泽兴

2020, 11(1): 1-16. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.001

摘要 ( 663 )

PDF (4701KB) ( 1715 )

飞行汽车作为面向城市空中交通和未来出行的新型交通工具，正日益受到汽车和航空领域的重视，成为汽车和航空技术与产业跨界融合的重要发展趋势。该文介绍了飞行汽车的内涵及城市空中交通（UAM）概念的兴起，阐述了飞行汽车早期梦想的探索历程、面向城市空中交通的研究现状，以及未来将在全新智慧出行交通体系下实现大众化汽车“飞”起来的发展趋势；论述了飞行汽车发展的高功率密度电动推进、高升阻比轻质车体和低空飞行智能驾驶等主要性能瓶颈和关键技术；提出了中国飞行汽车的阶段性发展目标和构建汽车与航空跨界融合技术创新体系，以及重点推动城市空中交通和应急救援等领域示范应用的发展建议。

贾恬, 郑彬, Warnecke W, Kolbeck A, Aradi A, Kofod M, Clark R, Wilbrand K

2020, 11(1): 17-35. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.002

摘要 ( 398 )

PDF (19411KB) ( 604 )

面对能源短缺和环境污染的双重挑战，交通领域的转型升级不可避免。本文结合未来车用动力系统的发展趋势，对交通运输领域中应用的多种先进动力系统、清洁能源及替代燃料进行综述和评价，包括目前主要使用的传统液态化石燃料即汽、柴油及先进内燃机技术，清洁替代燃料（如生物燃料、天然气合成油（GTL）燃料、电转液（ PTL）燃料、液化天然气（ LNG）等），以及电气化动力系统 (包括混合动力、纯电动和燃料电池 ) 等，并着重讨论液体燃料。壳牌认为没有一种单一的解决方案可以解决复杂的能源问题，未来交通能源结构将呈现多种能源并存的特点，并分别适用于不同的场景。本文还介绍了壳牌近期基于不同政治、经济和社会发展程度提出的 3种远景（壳牌“高山”“、海洋”和“天空” 远景），提出壳牌对未来车用能源领域转型脱碳发展情景的思考。

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邻车切入工况下前撞预警系统的驾驶人依赖特性

李国法，赖伟鉴，廖源，王文军，成波

2020, 11(1): 36-43. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.003

摘要 ( 300 )

PDF (1285KB) ( 253 )

为提升邻车切入工况下的行车安全，基于驾驶模拟实验平台，研究了驾驶人对前撞预警系统的依赖特性评价方法以改进预警系统的设计。以预警时机（即碰时间 TTC）为研究变量，采集了12 名驾驶人的实验数据，以制动依赖指数、次任务评分为 2项客观指标，以危险度评分、信任度评分为 2 项主观指标，建立了评价体系模型，实现了对驾驶人系统依赖程度的量化评价。设计了L9(34)正交实验，建立了依赖特性评价回归模型。结果表明：预警时机（TTC）对依赖特性的影响最为显著：过晚的预警时机（TTC = 2.4 s）降低系统的有效性；过早的预警时机（TTC =1.2 s）易导致驾驶人对系统过度依赖。因而，适度推迟预警时机（TTC = 1.8 s）可以抑制依赖性的产生，提升系统的安全性。

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基于NAIS 数据库中视频信息的人—车碰撞事故特征分析

曹毅，周华，肖凌云，胡文浩，王琰，李平飞，谭正平，曲现国，罗俊任

2020, 11(1): 44-52. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.004

摘要 ( 272 )

PDF (2728KB) ( 363 )

选取中国国家车辆事故深度调查体系（NAIS）数据库中 51例包含视频的人—车碰撞事故，进行了特征分析，分析内容包括：人—车碰撞危险场景、碰撞前人—车相对位置、行人碰撞运动响应、人— 车碰撞包络线分布、头部落点分布等。结果表明：提取的10 种场景，基本覆盖了各种人—车碰撞事故工况；对行人的探测，视场角（FoV）比探测距离更重要；轿车易导致行人正向旋转，单厢车易导致行人负向旋转；人—车碰撞包络线（WAD）主要集中在车辆两侧；致命伤的头部落点主要集中在前风窗玻璃下半部分、左右侧中部以及 A柱附近。因此，基于碰撞视频信息可提高人—车碰撞事故特征分析的准确性。

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考虑气动阻力和横风稳定的汽车车身多目标优化设计

亓昌，韩元吉，杨姝，吕振华

2020, 11(1): 53-60. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.005

摘要 ( 211 )

PDF (1629KB) ( 345 )

综合考虑了气动阻力特性和横风稳定性，对车身外形参数进行了多目标自动优化设计。综合利用参数化建模技术、计算流体力学（CFD）仿真、试验设计方法、响应面模型和智能优化算法，集成Pro/Engineer 参数化建模和 ICEM 网格划分工具以及 Fluent 仿真软件，在多学科优化平台 modeFRONTIER 上，搭建了一种自动优化设计流程。利用该流程，基于遗传算法（GA）对 MIRA快背式模型车身几何外形进行了改型设计，得到了考虑车身气动阻力特性和横风稳定性的最优权衡设计解集。该结果使得气动阻力因数降低了5.2%，侧向力因数降低了5.8%。因而，实现了车身气动阻力和横风稳定性的多目标优化。

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基于模型预测控制的半挂汽车主动防侧倾控制方法

杨鄂川，谢川人，王江，陈瑞楠，欧健

2020, 11(1): 61-70. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.006

摘要 ( 256 )

PDF (2423KB) ( 446 )

提出了一种半挂汽车主动防侧倾控制方法。搭建了一个七自由度动力学模型和一个三自由度参考模型；用无迹 Kalman 滤波的方法，来估计车辆的横向载荷转移率；确定优化目标，运用模型预测控制（MPC）理论进行最优化求解，得到各车轴的主动防侧倾力矩；在 Simulink/Trucksim 联合仿真环境中，进行仿真对比与分析。结果表明：在本文的 MPC控制器和 PID 控制器作用下，半挂汽车各状态量皆收敛，且横向载荷转移率保持在 0.7 以内；相比于 PID 控制，MPC控制所需的防侧倾力矩更小更均衡，各状态量变化也更加平稳。因此，本 MPC控制器在提升半挂汽车侧倾稳定性的同时具有较好的鲁棒性。

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面向 ARM 平台的自标定驾驶员疲劳检测方法

方斌，徐硕，冯晓锋

2020, 11(1): 71-78. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.007

摘要 ( 237 )

PDF (1869KB) ( 300 )

提出了一种面向进阶精简指令集机器 (ARM) 平台的自标定驾驶员疲劳检测方法。对驾驶员不同身高、体型及车内摄像头不同位置，采用驾驶员初始姿态自标定方法；采用改进的基于深度学习的多任务卷积神经网络（MTCNN），提取人脸识别和特征点，以得到头部姿态、眼睛、嘴巴运动等信息；基于操作员序列的深度卷积神经网络，来判断驾驶员的疲劳状态等级。实验了驾驶员疲劳检测方法。结果表明：相对于没有标定，采用本驾驶员自标定的方式，识别准确性提高了15%，采用 MTCNN方法和 ARM NEON加速技术，在“全志 H5”、“树莓派”和 Android手机上，运行速度分别是 200、150、140 ms，提高约 50%。因而，该检测方法，既提高了系统鲁棒性，也满足实时需求。

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两辆 SUV 乘用车侧碰耐撞性最差工况的判定

吴玉宝，牛卫中，雷云涛

2020, 11(1): 79-85. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.008

摘要 ( 213 )

PDF (2588KB) ( 249 )

为了判定运动型多功能乘用车（SUV）受到同款车型以确定速度侧面碰撞时驾驶位附近车体耐撞性最差的工况，参考 2018 版中国新车评价规程（C-NCAP）中的相关要求，联合 HyperWorks 和 LS-DYNA 软件建立了两辆某款福特 SUV侧面碰撞的有限元模型，仿真计算了撞击车在 50 km/h的速度下以 4种角度碰撞静止车辆侧面6 个位置时被撞车驾驶位附近车体侧围构件的侵入量数据及其分布情况。结果表明：若两辆此款 SUV发生侧碰且碰撞速度一定，则被撞车驾驶位附近车体侧围构件在碰撞角接近 120°且碰撞位置处于法规侧碰处向前 0~200 mm 范围内的工况下所产生的侵入量最大，即被撞 SUV驾驶位附近车体的耐撞性在这样的工况下显得最差。

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基于扰动观测的智能驾驶主动抗扰纵向车速控制算法

黄家宁，陈韬, 谢辉，张国辉，阮迪望，闫龙

2020, 11(1): 86-93. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.009

摘要 ( 244 )

PDF (1318KB) ( 453 )

为了减少智能驾驶车辆的纵向车速控制的时滞，提高主动抗扰性，提出一种基于扰动观测的纵向车速控制算法，并进行了实车验证。模型中，采用前馈控制模块，并提前输出控制量，来提高车速跟随的响应性；以主动抗扰控制（ADRC）模块作为反馈环节，采用扩张状态观测器（ESO）在线估计内外部扰动，并在控制端进行补偿，实现了对车速的精确闭环控制。在弯道、环岛等路况下进行了实车实验。结果表明：该算法可以在 5 s内控制车速从怠速快速跟踪到目标车速，总体平均误差为 0.17 km/h。因而，该算法较传统的比例积分微分 (PID) 有更好的响应性、控制精度和抗扰性。

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基于深度可分离卷积和多级特征金字塔网络的行人检测

姜义成，李凡

2020, 11(1): 94-101. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.010

摘要 ( 184 )

PDF (1597KB) ( 230 )

为提高行人检测的准确率，提出一种基于卷积神经网络的行人检测方法。该方法以 YOLOv3-tiny 算法为基础，在骨干网络部分，用深度可分离卷积的网络结构代替原卷积网络结构，加深网络深度。在检测部分，提出一种改进的多级特征金字塔网络，该网络由 8 个结构相同的使用深度可分离卷积的特征金字塔组成，特征金字塔之间串联连接，将不同金字塔得到的相同尺寸的特征进行融合，利用融合后的特征金字塔进行检测。在 Caltech Pedestrian数据集上进行测试。结果表明：该方法的漏检率为 57.83%，比梯度方向直方图（HOG）方法低 32.53%，比基于深度学习的方法SA Fast-RCNN 和MS-CNN分别低 4.67%、3.21% ；运行速度为 34 ms/ 帧。因而，该方法满足了实时性要求。

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智能移动系统中大规模分布式车辆路径规划问题研究

李伟，郭继孚，缐凯，商攀，杨少峰

2020, 11(1): 102-110. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.011

摘要 ( 235 )

PDF (3222KB) ( 295 )

本文针对智能交通和主动交通管理提出了一种适用于大规模交通分配和路径规划的分布式计算方法。讨论了通过信息传递接口（MPI）在多中央处理器（ CPU）上并行计算实现的一系列研究需求和实现挑战；将基于时空事件的车辆路径规划模型应用于大规模的城市路网仿真；将原始车辆路径规划模型分解为一系列计算效率较高的子问题，大幅减少了仿真耗时和通信开销。通过将子问题分发到单独的分布式 CPU上，使 CPU 可以同时执行其任务，并保证较好的负载平衡。重点分析了将所提出的方法应用于北京路网大规模路径规划，以及该方法在不同 CPU 核数下的计算效率。结果表明：所提出的并行计算方法可以显著减少计算耗时，并在 512 个计算节点上实现 200 倍以上的加速比。

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智能驾驶实时目标检测的深度卷积神经网络

申恩恩，胡玉梅，陈光，罗攀，朱浩

2020, 11(1): 111-116. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.012

摘要 ( 218 )

PDF (1651KB) ( 186 )

为提高深度学习神经网络运行速度，满足智能驾驶对算法实时性的要求，基于一种一体化实时目标检测算法 YOLO 和一种目标检测网络模型 Faster RCNN，提出一种结合两者特点的实时目标检测神经网络。该网络保留区域卷积神经网络（R-CNN）算法的二次检测模式和区域生成神经网络 RPN，去掉先验框，采用YOLO直接预测位置。结合 Mask R-CNN 中的 ROI-Align 方法进行二次位置修正，减少了 Faster R-CNN 中ROI-pooling 所带来的位置预测偏差。对改进后的网络在 KITTI 数据集上进行测试，结果表明：改进后的神经网络检测一次仅耗时 38 ms，检测的平均精确度高于 YOLO 和Faster RCNN，且对于不同大小的目标都具有很好的泛化能力。

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气相射流点火天然气发动机的燃烧及排放特性

赵自庆，王志,李富柏，王建昕

2020, 11(1): 117-126. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.013

摘要 ( 167 )

PDF (889KB) ( 360 )

射流点火是实现稳定的稀薄燃烧，大幅度提升发动机热效率的有效技术途径。该文利用设计的一种射流点火器，对气相射流点火（GJI）的燃烧开展研究，揭示了主动式射流点火（射流室内有补充燃料）和被动式射流点火（射流室内无补充燃料）的燃烧和排放特性。结果表明：相比于被动式射流点火，主动式射流点火将过量空气系数拓展至 2.0，热效率提升1.5% ；进一步引入废气再循环（EGR）后，热效率提升至44.5%。主动式射流点火时，最高热效率点 NOx 排放较被动式射流点火下降低66%，THC及CO 排放的增加使燃烧效率降低 3% ；引入 EGR 后，NOx 进一步降低 79%，燃烧效率保持稳定在 96%。

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脉冲频率与幅度对两级涡轮非定常特性的影响

赵荣超，诸葛伟林，马学龙，张扬军

2020, 11(1): 127-134. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.014

摘要 ( 155 )

PDF (2210KB) ( 311 )

涡轮复合技术中脉冲排气对两级涡轮性能产生显著影响。为探明脉冲来流下两级涡轮非定常特性，该文基于三维非定常流动仿真模型研究了排气脉冲频率与幅度的影响。模型中，高压级涡轮内流动采用全通道模拟以考虑蜗壳引起的非对称流动，低压级涡轮内流动采用单通道模拟以提高计算效率。结果表明，当脉冲频率从40 Hz 增加到 120 Hz，高压级涡轮瞬时功率峰值显著增大15.4%，而低压级涡轮瞬时功率峰值变化在 1% 以内；随脉冲幅度增大，低压级涡轮效率下降幅度比高压级涡轮更大，当脉冲幅度系数为 1.6 时，高、低压级涡轮转子效率分别下降 3.66% 和8.09%；低压级涡轮转子从叶中到叶尖处的进口流动攻角在脉冲周期内大幅度变化，引起叶片前缘处产生显著流动损失。

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轻型汽油车实际行驶污染物排放的影响因素

禹文林，叶文龙，龙会游，严杰

2020, 11(1): 135-142. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.015

摘要 ( 254 )

PDF (1755KB) ( 321 )

为了研究车辆冷起动、行程动力学参数和不同数据处理方法对实际行驶排放（RDE）试验的影响，本文利用 4 辆轻型汽油车进行试验研究，通过 CO2 移动平均窗口法和欧 6新方法进行排放计算。结果表明：冷起动对 CO 和NOx 排放影响偏差均在 10% 以内，对于未装配汽油机颗粒捕集器（GPF）车辆的市区PN排放影响偏差最大可达 32.25%，在国 6车型标定时应重点关注。相对正向加速度（RPA）与PN排放成正相关，与 CO、NOx 排放相关性不明显； v*apos,95（速度与正向加速度乘积按升序排序的第 95 个百分位取值）与 CO、PN排放成正相关，与 NOx 排放成负相关，与 CO 和PN的相关系数大于与 NOx 的相关系数。对于同一个有效行程的污染物排放计算结果，欧 6新方法大于 CO2 移动平均窗口法，欧 6新方法能更加真实地反映车辆在 RDE试验中的污染物排放水平。

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