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• 2022年 第13卷 第4期
  刊出日期：2022-12-31 上一期    下一期
  综述与展望

  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

  2022, 13(4):  593-616.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.001

  摘要 ( 260 )   HTML ( 60)   PDF (2764KB) ( 555 )  

  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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  汽车安全

  正碰下6岁儿童乘员的胸部运动学方程与损伤风险分析

  叶凡, 王丙雨, 韩勇, 叶赛峰, 余意

  2022, 13(4):  617-624.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.002

  摘要 ( 77 )   HTML ( 8)   PDF (4564KB) ( 90 )  

  为厘清正面碰撞中6岁儿童乘员胸部损伤机理，基于ECE R129法规，选取某款儿童约束系统（CRS），对比Hybrid III 6YO 假人模型与THUMS 6YO人体有限元模型在正面碰撞中的运动学响应与损伤指标的差异；用Hybrid III 6YO假人模型，建立胸部动力学方程，分析正碰中内外力对胸部加速度的影响；对THUMS 6YO人体有限元模型的肋骨、心脏和肺部的应变进行分析，得出儿童乘员的胸部损伤风险。结果表明：Hybrid III 6YO假人模型所受到的颈部力与安全的肩带力对胸部加速度的影响较大。THUMS 6YO人体有限元模型的胸部质心合成加速度52.1g，Hybrid III 6YO假人模型的加速度38.8g，两者均低于法规规定的参考数值。

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  强风暴雪环境下汽车座舱非均匀环境热舒适性实验研究

  林虹霞, 武金模, 宋舆涵, 刘小勇, 周帆, 纪孝博

  2022, 13(4):  625-633.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.003

  摘要 ( 52 )   HTML ( 3)   PDF (3436KB) ( 31 )  

  为研究汽车座舱不对称环境条件下空调热舒适性，提出基于空调假人的乘员热舒适性评价方法。采用大型气候环境风洞搭建低温耦合暴雪环境，基于供热通风与空气调节（HVAC）空调假人开展非均匀、瞬态条件下乘员局部和整体的热感觉及热舒适性研究。结果表明：低温暴雪条件下，汽车座舱内空调吹面吹脚模式最大制热运行60 min后，假人头部和腿部最大温差为10.8 ℃，局部热舒适性差异较大；HVAC假人身体14个局部舒适性评分都 > 0.1（手部除外），整体舒适性评分为0.1，表明手部舒适度会较大影响整体舒适度。该研究结果能够为优化汽车座舱热环境分布的空调风道设计提供理论指导以提高乘员乘坐舒适性。

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  基于某车型的不同乘员性别远端保护响应差异分析

  杨明俊, 卜晓兵, 郭庆祥

  2022, 13(4):  634-642.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.004

  摘要 ( 59 )   HTML ( 4)   PDF (7036KB) ( 84 )  

  为了深入了解侧碰远端乘员保护中不同性别乘员在碰撞过程中的响应差异，基于Euro NCAP 2020远端乘员保护试验及评价规程进行了某车型的侧碰滑台试验，并根据侧碰滑台试验中远端乘员的运动及其响应原理，对比分析了男性乘员（WorldSID 50th）和女性乘员（SID IIs 5th）运动姿态，伤害情况及响应时间的差异。结果表明：SID IIs 5th女性乘员下颈部弯矩最大值约为WorldSID 50th男性乘员的2.2倍, 女性乘员的腹部压缩变形量平均比男性乘员小约50%；女性乘员头部3 ms合成加速度和颈部弯矩响应时间均比男性乘员响应时间提前约12 ms。此研究为未来深入开发侧碰远端乘员保护方案提供有效的技术支持。

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  考虑因素交互作用的车—车事故严重程度分析

  张道文, 王朝健, 蒋骏, 黎华惠

  2022, 13(4):  643-650.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.005

  摘要 ( 53 )   HTML ( 5)   PDF (2004KB) ( 48 )  

  研究了车对车(V2V)事故严重程度的关键影响因素、因素交互作用下对致死事故率的影响。以(中国)国家车辆事故深度调查体系(NAIS)数据库中583例V2V事故为样本，运用Bayes网络(BN)，建立了考虑风险因素交互作用的V2V事故严重程度模型。结合关联规则方法，挖掘了高频率和高耦合规则集。结果表明：过失方车型、过失方状态、受害方车型、发生时段、事故地点、交通信号灯等因素对致死事故率影响显著；因素交互作用下，因素的联合效应显著，并且影响高于各自边际效应和；在十字路口两辆乘用车发生事故的频率较高，但致死事故率比致死事故率的先验概率低18.4%；大型汽车在无交通信号灯的普通路段的致死事故率比致死事故率的先验概率会高42.6%。

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  基于改进EfficientDet网络的疲劳驾驶状态检测方法

  宋巍, 张光德

  2022, 13(4):  651-658.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.006

  摘要 ( 57 )   HTML ( 6)   PDF (8721KB) ( 62 )  

  为提高对司机疲劳驾驶状态视觉检测的精度和效率，降低硬件配置需求，提出了一种基于改进的EfficientDet深度学习网络的疲劳驾驶状态视觉检测方法。用深度可分离卷积和视觉注意力机制，来构建EfficientDet驾驶员面部图像特征提取网络；用双向特征金字塔网络和k-means先验框聚类方法，来构建EfficientDet驾驶员状态检测网络；采用Perclos瞌睡程度度量指数，来判定驾驶员疲劳状态；对比分析了3种不同深度、不同宽度、不同分辨率大小的改进EfficientDet模型以及YOLO V3、Faster-RCNN模型检测效果。结果表明：在这些方案中，EfficientDet-D2模型检测效果最佳，其平均精度97.92%，召回率96.75%，误检率低于2.39%，漏检率低于1.78%。

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  中国乘用车乘员高危事故场景研究

  杨震, 王兴昌, 管立君, 孙海云, 范宇坤, 祝贺, 周大永, 谷先广

  2022, 13(4):  659-666.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.007

  摘要 ( 58 )   HTML ( 3)   PDF (3916KB) ( 41 )  

  为了明确当前中国乘用车乘员主要安全风险类型，促进建立更加符合中国实际道路环境和交通事故特征的汽车安全评价标准和法规体系，以中国交通事故深入研究项目（CIDAS）数据为基础，利用基础分类变量对造成乘用车乘员死亡的事故场景做了分类统计。结果表明：以设计的新的事故场景分类方法，提取出6种适用于评价主动安全性能的高危冲突场景和7种适用于评价被动安全性能的高危碰撞场景；同时，通过与Euro NCAP和C-NCAP现行的测试场景比较，发现乘用车钻撞货车、驾驶员身体状况异常、正面撞柱和正面撞击护栏端头等场景无法被覆盖，表明C-NCAP、中国汽车标准化委员会、道路交通管理部门等机构需要通过相关场景的进一步深入研究，量化分析，建立更加符合中国实际道路环境和交通事故特征的汽车安全评价标准和法规体系；同时也指出若干需要尽快开展研究的相关课题。

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  一种准零刚度悬置系统的隔振负刚度特性

  杜宪峰, 马西阳, 隋曦, 王云龙, 石运序

  2022, 13(4):  667-675.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.008

  摘要 ( 60 )   HTML ( 5)   PDF (2896KB) ( 38 )  

  为改善矿山运人车辆行驶过程中驾乘人员舒适性，针对矿山运人车辆低频大幅振动特点，提出一种基于磁环式负刚度机构与正刚度弹簧机构并联的准零刚度悬置系统。基于等效磁荷法建立负刚度解析模型，分析其磁负刚度作用机理；基于Maxwell软件建立磁环式负刚度机构仿真模型，分析导磁装置、磁体几何参数、充磁方向和磁环剩磁强度对磁环式负刚度机构的影响；并以矿山运人车辆厢体开展准零刚度悬置系统应用匹配研究。结果表明：悬置系统在受到静力时具有大的承载能力，在受到激振力时具有小的动态刚度；磁环式负刚度机构有利于实现悬置系统“高静低动”特性，对于新型悬置系统设计具有重要应用价值。

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  智能驾驶与智慧交通

  异构智能网联车辆编队的双阶段节能驾驶控制策略(英文)

  杨金松, 赵德宗, 江菁晶, 蓝江林, 李亮

  2022, 13(4):  676-685.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.009

  摘要 ( 76 )   HTML ( 5)   PDF (3098KB) ( 54 )  

  为了提高智能网联自动驾驶汽车 (CAV) 车队的燃油效率，提出了一种CAV异构车队的双阶段节能驾驶控制策略。在离线控制策略阶段，速度优化通过利用动态规划(DP)，为智能网联自动驾驶车队创建参考节能速度曲线。在在线控制阶段，采用双向控制与领队跟随(BDLF)策略，来保持车队的稳定性，并实时跟踪参考速度曲线。利用Matlab构建的双阶段节能驾驶策略，在Autonomie车辆系统仿真工具中进行了仿真。在多组道路环境下，基于美国加州交通局(Caltrans)性能测量系统(PeMS)提供的交通数据对该策略的性能进行了测试验证。结果表明：本双阶段节能驾驶策略将CAV车队的燃油效率提高了10.1%。因而，该方法可以保持CAV异构车队的稳定并为车队提供更加节能的控制方法。

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  人机共驾车辆路径跟踪集成控制策略

  张新荣, 许权宁, 宫新乐, 李学鋆, 黄晋

  2022, 13(4):  686-696.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.010

  摘要 ( 59 )   HTML ( 5)   PDF (13678KB) ( 38 )  

  针对人机共驾车辆路径跟踪控制精度和车辆稳定性难以有效保障的问题，提出一种集成控制策略，包括主动前轮转向系统（AFS）可变传动比曲线和基于模型预测控制（MPC）的路径跟踪控制器。针对稳定性控制，构建考虑路面附着条件和车速的AFS可变传动比函数，用于保证车辆路径跟踪过程中的安全性和横向稳定性；针对路径跟踪控制，设计基于MPC的路径跟踪控制器，用于跟踪目标路径；搭建了基于Carsim/Matlab的联合仿真平台并进行仿真验证。结果表明：集成控制策略可以有效改善人机共驾车辆的操作稳定性，显著提高了车辆的跟踪性能，削弱了驾驶员驾驶状态波动对车辆行驶安全的影响。

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  用于自动驾驶仿真测试的车—车事故场景复杂度评价

  李平飞, 金思雨, 胡文浩, 高立, 车瑶栎, 谭正平, 董小飞

  2022, 13(4):  697-704.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.011

  摘要 ( 84 )   HTML ( 2)   PDF (2097KB) ( 87 )  

  为解决自动驾驶仿真测试场景选取依据缺乏问题，进行了车-车事故场景复杂度评价。从中国国家车辆事故深度调查体系（NAIS）数据库中，筛选出670例车-车事故；根据场景不同维度，提取13项变量；基于信息熵理论，建立了车-车事故场景复杂度评价模型。用逻辑回归得到变量水平优势比，来计算水平复杂度；使用反向传播（BP）神经网络算法，获取场景各维度及变量权重。用该模型计算各个事故案例的场景复杂度，通过K-means聚类将场景复杂度分为4个等级，得到各场景具有优势占比的特征及死亡情况。结果表明：4级复杂度场景占比1.6%，但死亡率高达90.9%，此类场景值得重点关注。

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  基于深度强化学习的智能网联车辆换道轨迹规划方法

  冯耀, 景首才, 惠飞, 赵祥模, 刘建蓓

  2022, 13(4):  705-717.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.012

  摘要 ( 94 )   HTML ( 8)   PDF (2779KB) ( 43 )  

  以提高智能网联车辆换道安全和效率，降低燃油消耗为目的，该文提出了一种基于深度强化学习的智能网联车辆（ICV）换道轨迹规划方法。分析复杂交通场景智能网联车辆换道功能需求，设计了分层式智能网联车辆换道轨迹规划架构；兼顾车辆安全和换道效率，设计了基于完全信息纯策略博弈的换道行为决策模型；解耦车辆纵横向运动状态，构造了以燃油消耗和乘客舒适度为目标的联合优化函数，提出了基于双延迟深度确定性策略梯度（TD3）的智能网联车辆纵横向换道轨迹规划方法，得到了车辆纵横向优化换道轨迹，并利用搭建的3个典型换道仿真场景，验证了算法的有效性。结果表明：与深度确定性策略梯度（DDPG）算法相比，提出的方法在左换道和右换道实验中的训练效率平均提升了约10.5%，平均油耗分别减少了65%和44%，而且单步轨迹规划时间在10 ms内，能够实时获取安全、节能、舒适的换道轨迹。

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  人类自然驾驶状态下车辆轨迹摆动特性与车道宽度

  徐进, 张玉, 戴振华, 李飞, 陈坚

  2022, 13(4):  718-728.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.013

  摘要 ( 55 )   HTML ( 3)   PDF (3212KB) ( 41 )  

  研究了车辆在城市干路上的轨迹摆动特性，开展了实车驾驶试验。以重庆市菜园坝长江大桥和长江滨江路为研究对象，用车载仪器采集自然驾驶状态下的行驶速度、车辆位置和车辆形心与车道线的横向距离数据。结果表明：大多数车辆会向左偏离车道中心线行驶；在路面悬空的行驶环境下驾驶人更倾向于将车辆靠向道路中央；女性驾驶人较男性驾驶人更注意车辆轨迹控制；熟练驾驶人在地面路段上对于车辆轨迹的控制优于非熟练驾驶人；相比于人类驾驶，无人驾驶车辆能够实现更精确的轨迹控制，轨迹横向摆动将显著减小，2.75~3.00 m的车道宽度可满足无人驾驶小客车的行驶需求。

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  无人驾驶清扫车的路径跟踪及远程控制

  孙智威, 裴晓飞, 刘一平, 雍成昊, 陈词

  2022, 13(4):  729-737.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.014

  摘要 ( 107 )   HTML ( 4)   PDF (3094KB) ( 118 )  

  开展了电动清扫车的无人化研究。研究了车辆路径跟踪和远程控制，并进行了实车实验。对原型车辆进行底盘线控化改装，设计了无人清扫车的软硬件架构。路径跟踪控制采用前馈加反馈方法，前馈控制采用纯跟踪方法，反馈控制以车辆和参考路径之间的位置偏差进行滑模控制。结果表明：相较于单纯的反馈控制方法，使用前馈加反馈控制方法下的车辆位置偏差减小67.41%，前轮转角整体波动减小7.56%，侧向加速度整体波动减小8.04%。前馈加反馈控制方法下的车辆跟踪精度更高，横向运动更加平滑。因而，本文所设计的路径跟踪及远程控制方案安全可靠，可望有较好的工程应用价值。

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  基于多源传感器与导航地图的端到端自动驾驶方法

  朱波, 张纪伟, 谈东奎, 胡旭东

  2022, 13(4):  738-749.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.015

  摘要 ( 54 )   HTML ( 3)   PDF (5620KB) ( 30 )  

  提出了一种基于多源传感器与导航地图的多端输入-单端输出(端到端)自动驾驶决策控制模型，以弥补现有端到端自动驾驶方法中基于深度神经网络(DNN)的PilotNet模型在主动避障行驶和交叉路口通行方面的不足。该模型的传感器数据输入端包括：单目前视摄像头、360( ° )多线激光雷达(LiDAR)所得二维俯视图、精准定位的局部导航地图等3部分；车辆控制命令输出端为方向盘转向角。进行了多工况仿真和实车试验。结果表明：与PilotNet模型相比，该模型的方向盘转向角均方根误差(RMSE)值下降了37%；因而，该模型具备主动避障和交叉路口通行的能力。

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  基于深度强化学习的高速公路换道跟踪控制模型

  李文礼, 邱凡珂, 廖达明, 任勇鹏, 易帆

  2022, 13(4):  750-759.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.016

  摘要 ( 126 )   HTML ( 4)   PDF (2809KB) ( 42 )  

  为解决自动驾驶汽车在高速公路安全换道问题，提出了一种基于深度强化学习算法的换道跟踪控制模型，并进行了仿真实验。采用五次多项式方法，建立车辆换道路径模型，并给出跟踪误差函数；将车辆三自由度动力学模型与深度强化学习框架相融合，搭建换道路径跟踪控制模型；通过深度确定性策略梯度(DDPG)算法来更新该模型；学习得到换道路径跟踪的最佳转向角，来控制车辆完成换道过程。结果表明：在100 km/h车速条件下，本方法控制的横向位置误差绝对值的最大值接近0，角偏差绝对值最大值为10 mrad；所提出的方法相比传统的模型预测控制方法而言，轨迹跟踪的横向位置误差和角误差更小。因而，该模型能够实现高速环境下的自主换道过程，这对保证交通安全和缓解交通有意义。

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  汽车节能与环保

  阵列涡齿氢气循环泵的设计与性能分析

  王瀚, 宋盼盼, 魏名山, 鲁振博, 李建威, 诸葛伟林, 张扬军

  2022, 13(4):  760-769.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.017

  摘要 ( 63 )   HTML ( 3)   PDF (4298KB) ( 35 )  

  为满足燃料电池供氢系统的涡旋式氢气循环泵(HRP)紧凑化与大排量设计需求，提出了基于齿端非对称单圆弧修正的阵列涡齿结构设计方案，并对双齿与三齿涡旋氢气泵进行参数设计与建模。采用二维计算流体力学(CFD)重叠网格方法，分析了转速与压升对双齿氢气泵性能的影响，并比较了双齿与三齿氢气泵性能差异。结果表明：三齿氢气泵压力温度均匀性较好。随着转速提高或压升降低，双齿和三齿氢气循环泵性能均有所提高，当设计转速下的压升从20 kPa增至100 kPa时，效率下降约30%和40%，切向泄漏与排气回流对氢气泵性能的影响较大。在既定排量及体积下，双齿氢气泵性能优于三齿，效率差异最大约19%。

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  不同控制策略下新能源汽车跨临界CO₂热泵最优运行特性

  贾凡, 王谙词, 殷翔, 曹锋, 刘和成

  2022, 13(4):  770-777.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.018

  摘要 ( 88 )   HTML ( 3)   PDF (2667KB) ( 45 )  

  对于跨临界CO₂汽车热泵系统，在不同控制策略下，研究了影响最优排气压力的主要因素。基于GT-Suite仿真平台建立仿真模型，并用制热性能实验数据对其进行校准。以恒定送风温度来约束制热量。数字模拟了在不同环境温度、不同送风温度和不同风量下的最优排气压力，与定转速控制方式进行对比。结果表明：在定转速控制模式下，没有最优排气压力；在定送风控制方式下，最优排气压力随室内风量增大、环境温度增加、出风温度增大而增大。送风温度影响最优排气压力变化13.09%；环境温度影响最优排气压力变化9.64%；风量影响最优排气压力变化5.95%。提出了基于仿真数据的最优排气压力关联式。

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  高活性低辛烷值汽油压燃着火特性与表征燃料构建

  果泽先, 王步宇, 王博远, 张启航, 蔡开源, 王志, 帅石金

  2022, 13(4):  778-784.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.019

  摘要 ( 118 )   HTML ( 4)   PDF (2012KB) ( 105 )  

  为了解析汽油压燃（GCI）模式的燃烧排放特性，针对一种高活性低辛烷值汽油（HRG）开展了表征燃料设计研究。基于快速压缩机（RCM）平台，在有效温度690~920 K内，对该汽油燃料进行着火滞燃期试验；基于Chemkin软件对正庚烷/异辛烷（PRF）、正庚烷/异辛烷/甲苯（TRF）以及异己烷/正庚烷/异辛烷/甲苯（iso-HS）等3种表征燃料的滞燃期进行模拟。结果表明：与PRF及TRF相比，iso-HS呈现出更加显著的负温度系数（NTC）现象，且随着异己烷含量的提高，其负温度系数区域滞燃期变化幅度近似线性提高；组成为（按摩尔分数计）49.63%异己烷、18.30%异辛烷、26.29%正庚烷及5.78%甲苯的表征燃料iso-HS2具有更好的表征效果。

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  基于等效因子的Q学习燃料电池汽车能量管理策略

  尹燕莉, 张鑫新, 潘小亮, 詹森, 黄学江, 王福振

  2022, 13(4):  785-795.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.020

  摘要 ( 114 )   HTML ( 4)   PDF (3097KB) ( 110 )  

  为提高燃料电池混合动力汽车 (FCHEV) 燃料经济性以及维持蓄电池能量平衡，该文提出了基于等效因子的Q-learning算法的能量管理策略。构建等效耗氢量最小与维持蓄电池荷电状态（SOC）平衡的目标函数，建立FCHEV动力源能量流转化平衡模型，通过能量转化平衡机理得到耗氢量的等效因子；在城市循环+全球轻型汽车测试循环（UDDS+WLTC）工况下，对需求功率的转移概率矩阵进行求解，利用Q-learning算法离线优化燃料电池和蓄电池的输出功率；基于MATLAB/Simulink平台建立了前向仿真模型，进行整车性能的仿真试验。结果表明：在WLTC循环工况下，该策略的100 km等效耗氢量为0.730 kg，接近基于动态规则（DP）控制策略的耗氢量，且SOC保持在合理的范围内，验证了该策略的有效性；在西宁市实际工况下，验证了本文所提控制策略的适应性。

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  搭配低温散热器的PHEV电池冷却系统的节能效果

  雍安姣, 项阳, 付永宏, 汪爽, 郭廷, 王勇

  2022, 13(4):  796-803.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2022.04.021

  摘要 ( 57 )   HTML ( 8)   PDF (2524KB) ( 307 )  

  评价了插电式混合动力车(PHEV)搭配电池低温散热器(LTR)的节能效果与投入成本。设计了配备LTR与不配备LTR的2种电池冷却架构及其控制逻辑，提出了通勤、差旅、郊游3种用户实际行车工况，分析了这2种电池冷却架构单一用户工况收益以及中国大陆典型城市年均节能量，对比了这2种电池冷却架构的性价比。结果表明：单一用户低负荷行车工况下，搭配电池低温散热器LTR具备收益的工作区间为24~27 ℃。在所讨论的用车频率下，配搭配电池低温散热器的电池冷却系统的年收益低于3.14元，这与其成本投入不匹配。建议取消在PHEV上电池冷却系统的LTR。

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