汽车安全与节能学报

李克强, 李家文, 常雪阳, 高博麟, 许庆, 李升波

2020, 11(3): 261-275. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.001

摘要 ( 1153 )

PDF (1241KB) ( 1342 )

智能网联汽车云控系统是基于新一代移动互联技术的车路云一体化融合控制系统（CCS），它是信息物理系统理论在智能网联汽车领域的典型应用。本文介绍了该系统的基本概念，架构组成、核心功能与工作原理。该系统具备车路云泛在互联、交通全要素数字映射、全局性能优化、高效计算调度、系统运行高可靠等 5大特征，涉及端边云结合的一体化技术与动态资源调度技术等基础技术特点。同时介绍了该系统的 2 类典型应用：云控汽车节能驾驶系统 (CloudEDS)、云控交通信号管控 (CloudTCS)，可显著提升车辆行驶经济性和道路通畅性。云控系统对中国智能汽车与智能交通产业的融合发展具有重要意义，亟需系统顶层规划、产业环境建设、标准法规统筹设计，推进核心技术攻关及产业化示范应用。

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实现为应对气候变化而制定的脱碳目标所面临的能源转型挑战(英文)

Gautam Kalghatgi

2020, 11(3): 276-286. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.002

摘要 ( 574 )

PDF (925KB) ( 550 )

众所周知，气候变化会给全世界带来“生存危机”，人类必须大幅度和迅速减少温室气体（GHG）以及化石燃料的应用。但过去的经验表明，人类活动引起的温度上升已经得到了很好的应对。另外，当前化石燃料约占全球一次能源的 85%，即使仅用无碳化能源来替代其中的 60% 就需要世界各地建造功率总容量约为 9.4 TW 的连续的无碳能源。同时，现有能源（例如石油，天然气，煤炭等）的基础设施必须拆除，航空、钢铁和水泥行业必须大幅停产。这种变化发生的可能性很低，特别是对计划继续使用化石燃料来发展经济的较贫穷的国家来说更是如此。更好的方法是认清现状，提高全社会应对气候变化的能力。对此，该文将围绕交通运输，特别是纯电动汽车，说明新能源面临的一些挑战；也对英国的一些政策进行了讨论，其中许多一般性的观点也适用于大多数其他国家。

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板状立方点阵超结构填充汽车吸能盒的抗冲击吸能特性

张鹏, 齐德兴, 夏勇, 李营, 吴文旺

2020, 11(3): 287-295. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.003

摘要 ( 344 )

PDF (1319KB) ( 380 )

为满足汽车轻量化设计对吸能结构的要求，进行了板状立方点阵力学设计及冲击吸能研究。设计出简单立方（SC）、体心立方（BCC）、面心立方（FCC）3 种板状立方基本胞元，及其组合 SCBCC、SC-FCC 2 种组合胞元。对 BCC、FCC、SC-BCC、SC-FCC 等 4 种板状点阵结构变形机制、力学响应进行了系统分析，将 4 种结构在 10、50 m/s 冲击速度下吸能特性进行评估对比。结果显示：板状立方点阵结构填充吸能盒低速冲击下峰值载荷低于100 kN，其平均载荷与峰值载荷近乎相等，组合胞元填充吸能盒比吸能 (SEA) 高于 32 J/g。板状立方点阵结构较传统吸能盒具有优良的抗冲击和吸能特性，在轻量化汽车被动防护领域有广阔应用前景。

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汽车自动紧急制动系统行人测试与评价方法

林国庆, 逯超, 韩龙飞, 王睿希

2020, 11(3): 296-304. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.004

摘要 ( 374 )

PDF (1268KB) ( 604 )

为了建立符合中国交通状况和驾驶员驾驶行为的汽车自动紧急制动系统（AEB）完整的测试与评价方法，本文利用中国交通事故深入研究 (CIDAS) 乘用车事故数据，借鉴国内外研究成果，参考中国新车评价规程（C-NCAP）中的 AEB 行人测试方法，制定出符合中国国情的汽车自动紧急制动多种不同行人 (AEB-P) 测试工况。引入层次分析法（AHP）搭建AEB-P层次模型，确定了适用于测试和评价AEB-P 测试场景及各场景对应的权重系数，利用自动驾驶仿真软件 PreScan 对所提测试场景进行建模。结果表明：通过引入碰撞时间（TTC）、相对距离和速度减少量作为AEB-P 的评价指标并给予不同的权重，在 PreScan中对提出的测试场景建模，提出的 AEB-P 测试与评价方法的合理性和实用性得到了验证。

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基于驾驶意图云模型识别的混合动力汽车 A-ECMS 的构建

邓涛, 罗远平

2020, 11(3): 305-313. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.005

摘要 ( 338 )

PDF (2270KB) ( 186 )

基于驾驶意图云模型识别的自适应等效燃油消耗最小策略 (A-ECMS)，构建了一种混合动力汽车能量管理策略，并对该策略进行了仿真研究。采用云模型算法，识别驾驶意图，获取了典型行驶工况下的意图识别结果；以加权平均的方法，求得各意图下对应的等效因子；建立了等效因子查询表。结果表明：在新欧洲行驶循环（NEDC) 工况下，相比于基于充电状态（SOC）反馈的 A-ECMS 策略，本策略的燃油经济性提高了1.3% ；在自定义组合工况下也能取得近似 ECMS 策略的燃油经济性控制效果 , 且具有更好的 SOC 稳定性控制效果。因而，该 A-ECMS 策略提高了原来的等效燃油消耗最小策略 (ECMS) 的实用性，体现驾驶意图。

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考虑侧面柱碰的电动汽车车门多学科优化设计

郝琪, 李海伦, 崔宏伟, 田钰楠, 刘正午

2020, 11(3): 314-321. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.006

摘要 ( 239 )

PDF (1167KB) ( 293 )

为综合考虑车门结构刚度、振动特性和侧面柱碰撞安全性能，对电动汽车车门进行基于近似模型的多目标多学科优化设计 (MDO)。以全新设计的单排两座小型电动汽车 (EV) 为目标车型，建立了与实验对标的整车及车门有限元模型。基于欧洲侧面柱碰实验标准，利用 Hammersley 实验设计 (DOE) 方法，结合主效应分析，确定 9 个车门关键零件的尺寸为设计变量；结合径向基函数 (RBF) 近似方法，进行全局优化。结果表明：在保证车门振动特性的同时，多学科优化方法有效提高车门刚度及侧面柱碰综合指标，并实现车门减质量 7.5%。

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泄压阀对乘客舱通风流量和舱内压强影响的评估

王夫亮

2020, 11(3): 322-328. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.007

摘要 ( 135 )

PDF (1229KB) ( 115 )

评估了汽车乘客舱泄压阀 (PRV) 设计对舱内通风流量、舱内压强和舒适性的影响。对乘客舱内流场进行数值模拟，根据数值模拟结果拟合泄压阀开口面积、舱内通风流量和舱内压强的相互影响规律，结合舱内流量和压强试验数据建立了可控泄漏和非可控泄漏等效方案和评估流程，根据数值模拟结果分析了舱内气流状态和途径的过程及其对舒适性的影响。结果表明：泄漏开口面积和乘客舱压强、乘客舱压强和通风流量之间按照二次多项式规律变化；结合舱内通风流量、压强试验数据和乘客舱内流场数值模拟，可以获得较准确的可控泄漏和非可控泄漏开口等效方案。从而，本方法可用于泄压阀设计参考以及乘客舱流动状态和舒适性评估。

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考虑路面附着系数和车速的 AFS 可变传动比设计

李学鋆, 章菊

2020, 11(3): 329-336. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.008

摘要 ( 200 )

PDF (2841KB) ( 194 )

为了提高车辆在低速转向轻便性和高速转向稳定性，提出了一种基于车速和路面附着系数的转向系统可变传动比函数。分析了转向系统理想传动比曲线设计过程、主动前轮转向 (AFS) 系统的传动机构，提出的解决方案包括：1) 根据车辆实际的横摆角速度增益与理想横摆角速度增益之间的误差变化规律对理想横摆角速度增益进行修正；2) 综合考虑车速和路面附着系数对转向系统传动比的影响，推导路面附着系数、车速与转向系统传动比之间的函数关系。在 Carsim/Matlab 中搭建变比转向系统仿真模型，并进行仿真。结果表明：所设计的传动比函数可以根据不同车速和不同路面附着系数计算出合理的传动比。在低附着路面，可提高车辆的操纵稳定性和转向轻便性。

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用于 ADAS 实时目标车辆检测的改进 SSD 算法

焦鑫, 杨伟东, 刘全周, 李占旗, 贾鹏飞

2020, 11(3): 337-344. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.009

摘要 ( 201 )

PDF (1006KB) ( 404 )

以实际交通场景中存在重叠小目标车辆为重点，为提升汽车辅助驾驶系统（ADAS）对目标车辆检测的准确性，建立了一种实时目标车辆检测改进算法 SSD-P。该算法基于 2 种方法：1) 通过增加小目标特征的提取数量，提出了一种浅层特征图像分辨率重建的方法；2) 在非极大抑制中嵌入特征向量进行二次判定方法，以克服单发多盒探测器 (SSD) 算法对小目标检测精度不高、重叠目标检测能力弱的问题。在 PASCAL VOC2012 数据集、虚拟交通场景以及实际交通场景中，进行了相关实验验证。结果表明：用该 SSD-P 算法进行目标车辆检测的平均精度（mAP）为 92.4%，比改进前的 SSD 算法精度提升了4.8%。因此，该改进算法能够改善 ADAS 的准确性。

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基于 Bayes 正则化的柴油机神经网络燃烧预测模型

谢辉, 聂振华, 陈韬

2020, 11(3): 345-354. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.010

摘要 ( 256 )

PDF (1199KB) ( 173 )

针对 Wiebe 燃烧模型需要大量的逐点参数整定、普适性较差、不具备预测性的问题，该文提出一种建立基于 Bayes 正则化的神经网络燃烧预测模型的多重 Wiebe 放热率模型标定方法。利用 modeFRONTIER 对多重 Wiebe 燃烧模型进行部分工况的预标定，为燃烧预测模型建立提供数据；进行工况边界参数和模型标定参数之间的敏感性分析，并利用基于 Bayes 正则化的神经网络建立两者之间关系，赋予多重 Wiebe 燃烧模型预测性，降低燃烧模型标定工作量。结果表明：该燃烧预测模型的平均精度达到 93.2%，部分工况点的预测精度达到 97% 以上，表明该神经网络燃烧预测模型具备较高的模型精度和模型泛化能力。

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稀释比对预混燃烧器排气中颗粒物粒径分布影响

张帅虎, 高昀琦, 郭跃杰, 赵璟仪, 陈龙飞

2020, 11(3): 355-361. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.011

摘要 ( 223 )

PDF (958KB) ( 335 )

为测量柴油机发动机预混燃烧尾气中颗粒物数量浓度和粒径，研究了稀释比对尾气中颗粒物粒径分布的影响。利用小型引射式稀释器调节稀释比，使用扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪测量甲烷、乙烯等预混燃烧尾气中颗粒物的粒径分布，使用透射电子显微镜观察观察细颗粒物的微观形貌以及处理粒径分布。结果表明：甲烷燃烧尾气颗粒物粒径主要在 40 nm 左右，其浓度最高可达到108 /mL ；乙烯燃烧尾气中颗粒物粒径在 250 nm 左右，其浓度达到107 /mL。稀释比增大时，颗粒物数量浓度先增大后减小，粒径分布也会发生变化，从而会使测量结果与实际结果发生偏差。

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多能量源燃料电池电动客车参数匹配及控制策略

杨坤, 董丹秀, 王杰, 马超, 李跃伟, 刘国栋

2020, 11(3): 362-370. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.012

摘要 ( 164 )

PDF (1283KB) ( 190 )

针对多能量源复合燃料电池电动客车的开发，以燃料电池+ 动力电池+ 超级电容型复合电源系统为研究对象，基于 MATLAB/Simulink/Stateflow 搭建了整车数学模型；基于动力性、经济性指标与三能量源特性完成了动力系统和复合电源系统的参数匹配与校核，提出了以燃料电池输出功率为主、动力电池输出功率为辅、超级电容防止燃料电池与动力电池过载为原则的逻辑门限值控制策略，并基于中国典型城市循环工况和长春城市公交工况进行了仿真验证。仿真结果表明：整车最高车速为 73 km/h，最大爬坡度为 22 %，0~50 km/h 加速度时间为16.7 s，中国典型城市工况下续驶里程为 263 km，长春城市工况下续驶里程为 282 km。因而，整车动力性、经济性指标均满足设计要求。

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基于工况自适应的 PHEV 等效燃油最小策略

刘灵芝, 张冰战, 蒋通

2020, 11(3): 371-378. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.013

摘要 ( 212 )

PDF (2403KB) ( 223 )

为改善插电式混合动力汽车（PHEV）的燃油经济性，提出一种基于瞬时优化能量管理策略的工况自适应方法。建立基于反向传播（BP）神经网络算法的工况识别模型，以电池电量平衡为约束条件，利用动态规划算法获取标准工况的等效燃油因子序列。根据基于工况识别模型的实时识别结果及电池荷电状态（SOC），利用插值法求解此时的等效燃油因子，实现了瞬时等效消耗最低控制策略（ECMS）的实时应用。结果表明：该文中所提出的方法与未考虑工况识别的传统等效燃油最小能量管理策略比较能很好改善燃油经济性并保证电池电量均衡，5 种工况燃油经济性分别改善 2.2%、2.5%、3.3%、2.4% 和 4.0%。

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基于无迹 Kalman 滤波算法的动力电池荷电状态估计

王超, 陈德海, 王昱朝, 朱正坤, 邹争明

2020, 11(3): 379-389. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.014

摘要 ( 299 )

PDF (1513KB) ( 525 )

提出了一种动力电池容量标定方法，结合无迹 Kalman 滤波（UKF）算法，对动力电池的荷电状态（SOC）进行在线估计。根据温度系数和电流概率来标定电池的实际容量，建立二阶阻容（RC）等效模型模拟电池动态响应特性，调用含遗忘因子的递推最小二乘法的无迹 Kalman 滤波（RLS-UKF）算法对电池的 SOC 进行在线估计，在估计过程中考虑电流突变导致开路电压与SOC 曲线变化的影响。通过 MATLAB 搭建仿真模型，用动态应力测试（DST）工况和恒流工况来验证算法的精度。结果表明：RLS-UKF 算法在 DST 循环工况的平均误差为1.2%，在恒流放电工况的平均误差为1.41%。因此，较目前主流的预测方法，本方法有更好的预测效果。

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极耳侧加热条件下锂离子电池热失控的数值分析

徐晓明, 袁秋奇, 张扬军, 胡昊

2020, 11(3): 388-396. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.015

摘要 ( 387 )

PDF (1071KB) ( 297 )

为研究锂离子电池在局部高温下的热失控特征，在 COMSOL 软件中，建立了锂离子电池热 - 化学耦合模型。该模型包含 5 种副反应：固体电解质界面膜分解反应、负极活性物质与电解液之间的反应、正极活性物质与电解液之间的反应、电解液分解反应、粘接剂分解反应。利用该模型，分析了局部高温对锂离子电池各副反应的产热情况和隔膜温度分布的影响规律。结果表明：仅对单个极耳加热时，不会引起电池内部的热失控；当对锂离子电池两端极耳同时加热时，5 种副反应均产生热量，这导致触发电池热失控现象；热失控在锂离子电池内部先沿水平方向传播，然后沿垂直方向传播。

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锂离子电池宽温度区间无析锂快充策略

周旋, 周萍, 郑岳久, 韩雪冰, 褚政宇, 刘金海, 杨映华, 薛钢

2020, 11(3): 397-405. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.016

摘要 ( 419 )

PDF (2051KB) ( 623 )

为解决锂离子电池快充中存在的安全问题，提出一种标定动力锂离子电池无析锂快充电流 Map 图的方法。采用参比电极作为监测负极电位的手段，依据电势判据设立不析锂负极电位阈值，通过调节不同充电起始温度点，获取 5 条不同起始温度点的快充策略曲线，运用分段线性插值方法，得到荷电状态 -温度- 电流等高线图 (SOC-T-I Map)。为了验证 Map 图的快速性和无析锂，设计快速性对比实验和 25 ℃快充策略循环实验。结果表明，25 ℃快充策略比 25 ℃恒流 1 C、1.5 C 充电时间分别缩短 45.3%、18.0% ；200 次快充循环后，弛豫电压微分曲线无极小值且电池维持 99.7% 的容量保持率，表明无金属锂析出。该文标定电流 Map 图的方法提供了挖掘电池快充能力的思路，并且标定的 Map 图适合电动汽车在多种不同工况下快充。

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微喷引燃条件下双燃料喷油器针阀的冷却策略

何平, 阮浩达, 梅加化, 王丛洋, 李赵洋

2020, 11(3): 406-412. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2020.03.017

摘要 ( 159 )

PDF (742KB) ( 295 )

为提高发动机喷油器的耐久性和可靠性，研究了在微喷引燃条件下其针阀的冷却效果。采用计算流体动力学（CFD) 中的多相流模型与标准湍流模型，在重油和天然气 2 种燃料工作模式下，数值模拟了针阀的温度场，对不同冷却滑油入口温度下的冷却效果，进行仿真和试验验证。结果是 : 针阀头部温度是针阀底部温度分布中最高的；针阀冷却效果是：随滑油入口温度的增加,而先增强后减弱；冷却滑油入口温度为 80 ℃时，两种工作模式下的针阀头部温度均达到最低值，分别为 256.8、361.1 ℃，针阀冷却效果最优。因而，利用 CFD 数值模拟对双燃料发动机的针阀进行冷却性能研究是可行的。

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