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• 2021年 第12卷 第2期
  刊出日期：2021-06-30 上一期    下一期
  综述与展望

  欧洲新能源汽车现状与发展趋势

  汪善进, 程远

  2021, 12(2):  135-149.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.001

  摘要 ( 1230 )   HTML ( 102)   PDF (1247KB) ( 6466 )  

  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

  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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  汽车安全

  基于边缘计算的交叉路口无人驾驶车辆通行轨迹预测算法

  郝璐璐, 谢辉, 宋康, 闫龙

  2021, 12(2):  163-172.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.003

  摘要 ( 330 )   HTML ( 54)   PDF (2195KB) ( 229 )  

  为给无人驾驶车辆精确制定城市路口通行轨迹提供先验信息,提出了在边缘计算平台中基于驾驶员意图分类和Bezier曲线相结合的轨迹预测算法。分析2个路口230辆车的真实通行数据,提出了基于支持向量机的驾驶员意图识别算法,预测路口车辆直行、左转及右转的概率;用基于Bezier曲线和代价函数相结合的通行轨迹预测方法,预测其路口通行轨迹。结果表明：经过与采集的120辆车的实际数据对比,驾驶员意图分类算法准确度在92.5%以上,车辆预测轨迹与真实轨迹间最大偏差范围在22.3~57.9 cm之间,所有车辆预测轨迹与真实轨迹间平均偏差为21.4 cm。因此,本方法能够满足城市路口车辆通行轨迹预测需求。

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  双金属鼓式制动器高温工况的试验与仿真

  边疆, 王晓颖, 桂良进, 范子杰

  2021, 12(2):  173-179.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.004

  摘要 ( 278 )   HTML ( 29)   PDF (2440KB) ( 146 )  

  对于某重型卡车的双金属鼓式制动器,在近500 ℃高温工况下,进行了台架试验,测量了制动器在制动过程中的动态应变和动态温度特性。采用ABAQUS有限元（FE）软件,进行了热—应力—磨损耦合仿真分析。结果表明：制动鼓外表面的周向应变呈现近似周期性的交变特性;周向为制动鼓的主要变形方向,最大周向应力出现在开口边缘处;摩擦片的磨损量分布极不均匀。验证了该双金属鼓式制动器有限元计算模型的准确性,试验与仿真结果可为鼓式制动器的失效分析和结构优化提供基础。

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  C-NCAP中THOR 50 ^th假人头部气囊触底评价方法探讨

  商恩义, 李月明, 习波波, 崔新康, 张毅

  2021, 12(2):  180-185.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.005

  摘要 ( 439 )   HTML ( 28)   PDF (1795KB) ( 127 )  

  探讨了2021版中国新车评价规程（C-NCAP）中THOR 50 ^th 假人头部气囊触底评价方法;分析了对假人头部加速度、上颈部力、钢索拉力、面部力之间的关系。借助THOR 50 ^th 假人面部标定试验台,用不同速度的摆锤,透过气球,撞击假人头部,进行了2次气囊触底模拟试验。结果表明：THOR 50 ^th假人头部和颈部传感器坐标系差异可以忽略;假人头部外力加速度发生突变与钢索作用无关;面部力有突变为气囊发生触底所致。因而,可以先通过头部加速度、头部质量和上颈部力计算所得头部外力加速度,来初步判断气囊触底,再通过对应时刻面部力是否有突变来确认。

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  混合动力汽车参数的交叉—变异蜂群算法优化

  刘建辉, 姚方方, 张彦

  2021, 12(2):  186-192.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.006

  摘要 ( 190 )   HTML ( 22)   PDF (1108KB) ( 83 )  

  为了减少混合动力汽车（HEV）油耗和有害气体排放量,提出了基于交叉—变异蜂群算法的参数优化方法,通过建立车辆的动力学模型、关键部件模型,综合运用发动机、电机及动力电池的效率,制定了能量管理策略。以动力系统参数和能量控制策略参数为优化变量,建立了多目标优化模型。在蜂群算法基础上,使用交叉—变异策略加深局部搜索方法的优化深度,使用半随机半保留方法提高了全局搜索效率。结果表明：经美国城市循环工况（UDDS）工况验证,优化后油耗减少了4.85%,CO排放量降低了19.83%,碳氢化合物（CH）排放量降低了8.08%,氮氧化物（NO_x）排放量降低了7.08%。这说明了交叉—变异蜂群算法在车辆参数优化中的有效性。

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  改善乘用车低转速振动的动力总成控制优化策略

  张学锋, 刘治文, 陈国栋, 杨云波, 李守魁

  2021, 12(2):  193-200.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.007

  摘要 ( 237 )   HTML ( 30)   PDF (1947KB) ( 301 )  

  为解决搭载自动变速器的乘用车在高挡低转速加速行驶时,车内存在振动并同时伴随低频轰鸣的问题,从振源、传递路径、发生机理等方面进行分析,论证了飞轮惯量、半轴刚度、扭转减振器刚度、动力吸振器、动力总成软件控制策略等方面对解决车内振动和轰鸣问题的效果。在综合评估项目周期、改动成本以及可实施性等因素后,通过一种动力总成标定控制的优化方案,来解决此振动问题。进行了实车噪声—振动—声振粗糙度（NVH）试验。结果表明：采用此优化策略的乘用车在高挡位、低转速加速行驶时,车内振动幅值综合减小44%,改善效果明显。

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  基于深度强化学习的车辆自主避撞决策控制模型

  李文礼, 张友松, 韩迪, 钱洪, 石晓辉

  2021, 12(2):  201-209.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.008

  摘要 ( 469 )   HTML ( 52)   PDF (3044KB) ( 452 )  

  为提高车辆对行驶环境的自我学习和决策能力,提出了一种基于深度确定性策略梯度(DDPG)的车辆自主避撞决策控制模型。基于Markov决策过程的强化学习理论和车辆纵向运动学特性,设计了决策所需目标对象及自车信息的状态空间和自车减速度的动作空间,以安全性、舒适性和效率因素为多目标奖励函数的端到端的车辆自主避撞决策模型。利用Matlab/Simulink构建的DDPG算法与交通环境的交互模型,通过了前车静止(CCRs)和前车制动(CCRb)场景测试。结果表明：本决策算法具有很好的收敛性,引入加速度和冲击度的极限值,在实现车辆有效避撞的同时,兼顾乘坐舒适性,且性能优于模糊控制。

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  汽车节能与环保

  智能网联环境下的PHEV实时优化能量管理策略研究

  杨超, 杜雪龙, 王伟达, 项昌乐

  2021, 12(2):  210-218.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.009

  摘要 ( 273 )   HTML ( 50)   PDF (2788KB) ( 218 )  

  为了进一步挖掘插电混合动力汽车（PHEV）的节油潜力,借助智能网联环境提供的通勤车辆历史运行数据,提出了一种PHEV实时优化能量管理策略。该策略由离线与在线2个部分组成。离线部分对通勤车辆历史运行车速等数据进行分析处理,获得能够反映该通勤路线特征的循环工况曲线,进而采用Pontryagin最小值原理（PMP）算法构建PHEV燃油经济性最优控制问题,其中协态变量的求解采用打靶法实现以得到该特征工况下的PHEV燃油经济性全局最优。在线部分结合离线特征工况下的协态变量优化结果,针对PHEV实际运行工况进行协态变量的实时修正,实现了最优控制律的在线应用。结果表明：该策略适用于不同运行工况,可实现PHEV燃油经济性全局最优解与瞬时最优解的高效融合;在随机工况下与等效油耗最小策略（ECMS）相比,燃油经济性提升了18.64%,发动机的工作区域得到明显改善。该策略为PHEV能量管理实时优化问题的解决提供了新的思路。

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  不同能量管理策略的增程电动汽车排放的实际道路试验

  王煜安, 罗佳鑫, 王亚超, 王欣, 葛蕴珊, 蒋震

  2021, 12(2):  219-225.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.010

  摘要 ( 216 )   HTML ( 22)   PDF (997KB) ( 66 )  

  为研究增程式电动汽车在不同能量管理策略下对污染物排放的影响,对2辆增程式电动汽车在不同驾驶工况下进行了实际道路试验。对排放数据聚类得到瞬时高排放集合（IHES）,通过发动机转速、节气门开度等发动机参数对一氧化碳（CO）、细颗粒数量（PN）瞬时高排放的影响进行了分析。结果表明：能量管理策略会影响CO瞬时高排放的分布规律,相比于功率跟随策略,多点控制策略易使得车速处于高速阶段时产生CO瞬时高排放。不同驾驶行为不会对增程式电动汽车CO、PN瞬时高排放的分布规律造成明显影响,而拥堵路况下发动机冷却液温度相对低,再启动时产生了更多的PN瞬时高排放。

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  基于使用行为的电动汽车驾驶员里程焦虑模型

  李宗华, 翟钧, 王贤军, 马明泽, 刁冠通

  2021, 12(2):  226-231.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.011

  摘要 ( 213 )   HTML ( 26)   PDF (1318KB) ( 190 )  

  研究了纯电动汽车用户里程焦虑对用户使用行为的影响。提出了一种基于车联网大数据用户使用行为的里程焦虑程度判定模型。运用Kernal K-means聚类算法,分析了用户的里程焦虑差异在充电频次、起止充电状态（SOC）、极限使用行为等工况的不同表现,采用逻辑回归算法,建立里程焦虑分类识别模型;通过评分卡方法,把逻辑回归模型输出的焦虑概率转换成里程焦虑等级;采用调查问卷方式,对模型准确性与普遍性进行了实例验证。结果表明：所建立的模型预测准确率为95.6%,能够有效判定用户的里程焦虑程度。若与其它分析维度整合,该方法可对电动汽车用户进行大数据画像分析。

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  稀混合气火花辅助压燃中着火温度影响及其控制参数研究

  孙剑, 耿路, 赖海鹏, 高定伟, 于书海

  2021, 12(2):  232-242.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.012

  摘要 ( 206 )   HTML ( 19)   PDF (1107KB) ( 79 )  

  为了实现对着火时刻的调控,解耦关键控制参数对压燃程度和压燃时刻的影响,采用小升程凸轮轴,在负气门重叠角下, 过量空气系数为1.2时,通过实验和计算,进行了火花辅助压燃着火温度影响及其关键控制参数研究。结果表明：以循环压燃部分放热量相对循环放热量占比定义压燃率,可以反映压燃程度;压燃率可以回归为以有效压缩比、废气再循环（EGR）率、点火提前角等关键控制参数为自变量的解析关系;提取压燃时刻未燃部分混合气的温度958.13 (±15） K作为压燃着火温度。总之,可以将压燃率的影响因素分解到操作参数和结构参数,在某一具体参数下,通过压燃率与关键控制参数解析关系,对着火时刻进行预判和调控。

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  甲烷内部重整的固体氧化物燃料电池三维多物理场数值模拟

  陈宇瑶, 魏明锐

  2021, 12(2):  243-250.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.013

  摘要 ( 254 )   HTML ( 23)   PDF (1053KB) ( 126 )  

  为了研究以预重整甲烷为燃料的固体氧化物燃料电池 (SOFC) 的性能以及内部参数的分布规律,基于有限元模拟软件COMSOL Multiphysics,采用甲烷在电池内部直接重整的方法,建立了阳极支撑型平板SOFC的数值模型。该模型耦合了电池内部的传热传质、动量传输、电荷传输以及化学反应的控制方程。结果表明：工作电压下降会导致电流密度的升高,阳极功能层与电解质界面的电流密度主要受到氧气扩散速率的限制;甲烷的蒸汽重整反应会强烈吸热,有利于降低电池的温度梯度,提高电池寿命;使用甲烷作为燃料时会产生热力学积碳现象,特别是在燃料入口处附近可能会产生由于甲烷热分解而形成的积碳;降低电压,提高电流密度有利于抑制热力学积碳。

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  质子交换膜燃料电池运行参数影响规律研究

  纪少波, 马荣泽, 赵同军, 李洋, 黄海, 张世强, 程勇

  2021, 12(2):  251-256.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.014

  摘要 ( 189 )   HTML ( 18)   PDF (773KB) ( 125 )  

  为探明质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 运行参数对其输出性能的影响规律,基于Simulink平台,利用Thermolib 工具包搭建Mark V型质子交换膜燃料电池分析模型,研究了电堆温度、空气湿度、空气温度、氢气压力、空气压力及空气过量系数等关键运行参数对单体电池电压的影响规律。结果表明：适当增加H₂压力、空气压力以及空气湿度,可以改善电堆性能;电堆温度、空气温度以及空气过量系数对燃料电池性能影响是有一定限度的,达到最优状态后,提高参数不会改善电池的性能。该分析结果有助于理解关键运行参数对燃料电池性能的影响,对燃料电池控制策略的开发有一定的指导意义。

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  直喷氢内燃机实现NO_x近零排放的试验研究

  包凌志, 孙柏刚, 汪熙

  2021, 12(2):  257-264.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2021.02.015

  摘要 ( 179 )   HTML ( 25)   PDF (1285KB) ( 175 )  

  缸内混合气分布不均匀、燃烧温度高等原因,直喷氢内燃机的氮氧排放水平很高。为探索降低直喷氢内燃机NO_x排放的控制方法,该文基于一台2.0 L自然吸气直喷氢内燃机,通过试验研究了过量空气系数、转速、点火角和喷氢压力对NO_x排放的影响,并通过多参数的耦合调节,控制NO_x排放,得到了样机的最大动力性下,未经后处理就实现近零排放（NO_x≤20×10 ^-6）工作边界。研究表明：通过稀燃和推迟点火角,可以在牺牲少量热效率和燃烧稳定性的同时大幅降低NO_x排放;近零排放工作区域的最大功率为21.5 kW,最高热效率为39%,在此区域内的所有工况点都可以实现近零排放。

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