本期目录

• 2023年 第14卷 第5期
  刊出日期：2023-10-31 上一期    下一期
  综述与展望

  甲醇燃料的应用现状及其展望

  姚春德, 姚安仁

  2023, 14(5):  521-535.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.001

  摘要 ( 143 )   HTML ( 20)   PDF (4727KB) ( 115 )  

  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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  汽车安全

  基于CART决策树的车辆与行人碰撞中头部损伤风险预测

  韩勇, 罗金镕, 何勇, 吴贺, 林旭洁, 蔡鸿瑜

  2023, 14(5):  536-543.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.002

  摘要 ( 88 )   HTML ( 5)   PDF (1176KB) ( 91 )  

  为快速预测汽车碰撞行人头部损伤风险，建立了一种基于多刚体系统动力学仿真方法和分类回归决策树（CART）的预测模型。参考欧洲新车评价规程（Euro-NCAP），开发了具有精细化刚度特征的车辆前部结构多体模型；以行人尺寸、初始车辆速度和行人速度、人车碰撞位置、相对角度为变量，通过全因子设计试验方法，建立了4 500组多体仿真模型；采用CART模型，挖掘变量与动力学响应参数的关联性。结果表明：车辆初始碰撞速度是影响行人头部动力学响应的关键因素；该模型对于碰撞速度和头部损伤准则（HIC₁₅）值的预测精度分别为87.5%和86.8%，平均预测耗时为42.7 ms，两者均具有较高的预测精度和决策能力。该结果可为制定行人头部损伤风险评估实验和损伤防护研究提供理论参考依据。

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  车辆碰撞中驾驶员手部主动响应对人体损伤的特性

  杨欣, 秦豪毅, 马帅, 宋家锋, 朱勇, 王瑞祥, 许述财

  2023, 14(5):  544-554.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.003

  摘要 ( 62 )   HTML ( 4)   PDF (3352KB) ( 47 )  

  研究了车辆碰撞环境下驾驶员手部在方向盘上的主动响应及对人体损伤的影响，以便对于人体损伤标准完善及车辆安全防护设计，提供参考数据。将假人手部结构重建，使手部具备抓握能力。利用关节约束力矩模拟抓握力，设置手部具有抓握力及抓握方向盘不同位置的仿真模型，计算获得假人各部位损伤数值，与标准假人损伤对比。结果显示：抓握状态下，头部伤害指标（HIC）峰值增加37.5%，颈部伸张力矩最大值减少22.3%，胸部压缩量最大值减少3%，大腿压缩力峰值减少36.5%。将方向盘划分为表盘的位置方位，手部位置在11点和4点方位时，头部HIC峰值最大；手部位置在8点和4点方位时，胸部压缩量和大腿压缩力峰值最大。碰撞中驾驶员手部主动响应对人体损伤影响较大。

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  事故工况下行人胸部与车辆碰撞的边界条件特征分析

  高文博, 吕晓江, 肖志, 莫富灏, 李桂兵

  2023, 14(5):  555-562.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.004

  摘要 ( 43 )   HTML ( 1)   PDF (1462KB) ( 35 )  

  研究了行人胸部与车辆碰撞边界条件特征。建立了基于中国道路事故工况的车辆与行人碰撞多体仿真矩阵，进行了仿真数据统计分析。结果表明：成年行人胸部绕转距离 （WAD）范围为0.957~1.808 m； 6岁儿童行人胸部绕转距离（WAD）为0.760~0.910 m；对于轿车、运动型多功能车（SUV）、多用途汽车（MPV）等3种车型碰撞，成年行人胸部中值碰撞角度为17°、34°、32°，中值速度为12.5、19.8、17.3 km/h； 6岁儿童速度 为20.5、38.4、25.4 km/h，胸部碰撞角度49°、90°、81°。轿车碰撞中的行人胸部绕转距离WAD高于SUV和MPV碰撞工况，但行人胸部与车辆碰撞速度和碰撞角度明显低于SUV和MPV碰撞工况。因而，本文作者建议：根据车辆WAD区域，分别开展成年和儿童行人胸部防护测评，并在测试中根据车型合理设定胸部冲击加载边界条件。

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  载人机动两轮车事故及骑乘人员损伤特征分析

  刘朱紫, 刘阳阳, 邹铁方, 曹太山

  2023, 14(5):  563-569.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.005

  摘要 ( 64 )   HTML ( 4)   PDF (1345KB) ( 31 )  

  研究了载人机动两轮车（含摩托车和电动自行车）事故特征。分析了170例具有视频的载人机动两轮车事故，统计了一般事故特征,采用系统聚类法，提取了典型事故场景,挖掘不同场景下的人体损伤特征。结果表明：载人机动两轮车事故主要发生在不需照明且路面干燥的十字路口或直线路段；碰撞前的汽车速度多集中在10~50 km/h之间，机动两轮车速度多集中在10~40 km/h之间；所提取的8类典型事故场景,涵盖了全部样本的78.9%，78%以上不同场景间人体头部、胸部损伤之间有显著性差异，这表明所选场景具有代表性；总体上场景内骑乘人员损伤有显著差异，骑车人损伤重于乘员损伤；但当汽车速度为50 km/h直行与摩托车20~40 km/h直行侧面碰撞的场景中，乘员胸部损伤比骑车人更严重。这些结果可为载人机动两轮车事故特征提供先验知识。

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  基于弹性FA算法的混凝土罐车自适应液压驱动优化控制

  徐珊珊, 赵娜

  2023, 14(5):  570-579.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.006

  摘要 ( 32 )   HTML ( 2)   PDF (1805KB) ( 20 )  

  混凝土罐车在行驶过程中罐内流体晃动引起的非轴对称问题受到复杂路面对车辆的激励影响，使得流体晃动与车身动态出现耦合。传统的液压驱动比例积分微分（PID） 控制方法在应对此类问题时效果欠佳，容易导致倾覆等事故的发生。为提升液压驱动控制系统的精度和稳定性，该文提出了基于弹性萤火虫（FA）算法的优化粒子滤波器PID自适应控制方法，加速控制参数优化的收敛速度，并分析其液压驱动控制特点和结构上的应用。结果表明：提出的自适应控制方法与传统PID控制相比，能够显著降低液压驱动控制平均速度误差至0.06 km/h，最大速度误差降至0.29 km/h，同时还提高了控制跟踪性能和稳定性，对混凝土罐车液压驱动控制优化的实际应用具有重要的参考价值。

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  智能驾驶与智慧交通

  智能汽车主动避撞工况的高实时预测控制

  段京良, 陈良发, 王文轩, 焦春绚, 刘征宇, 马飞, 李升波

  2023, 14(5):  580-590.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.007

  摘要 ( 70 )   HTML ( 6)   PDF (3744KB) ( 95 )  

  为满足复杂交通场景下智能汽车轨迹跟踪避撞控制的高实时性要求，该文采用了一种循环模型预测控制算法（RMPC）将在线优化问题转化为循环策略参数的离线求解，并进行了仿真试验。根据车辆主动避撞的约束条件，引入惩罚函数将约束型主动避撞优化控制问题转化为无约束有限时域最优控制问题；进而利用循环函数逼近得到不同预测步长控制问题的最优解；最后将算法部署到原型控制器，结合CarSim平台验证了算法的避撞性能以及在线计算的高效性。结果表明：预测步数从12增加到20步，避撞过程最小车距由0.34 m提升至1.38 m，千次实验碰撞次数由44下降到0；与常用在线优化求解器相比，该算法在预测步数为15时，其计算效率提升超过5.6倍。

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  云支持的分层式车辆队列预测性巡航控制

  王宙, 褚端峰, 高博麟, 梅润, 钟薇

  2023, 14(5):  591-599.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.008

  摘要 ( 33 )   HTML ( 2)   PDF (2059KB) ( 45 )  

  为了提升队列行驶的经济性，提出了一种高速公路场景下的云支持的队列预测性巡航控制方法（CPPCC），并进行真实道路和车辆数据模型的仿真实验。该方法采用了分层式结构，上层为云端的队列速度规划层，下层为队列稳定控制层。云端的速度规划层，考虑了道路坡度的滚动域的动态规划（RDP）算法，实现队列行驶的经济性目标。下层的车端队列稳定控制层，搭载了分布式模型预测控制器（DMPC），来跟踪云端发送速度，同时考虑了队列的稳定控制。结果表明：与传统的前车与领航车跟随的定速巡航队列（PLF-CC）方法相比，在行驶时间减小0.24%的前提下，本文所提出的方法节省6.04%的能源。

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  神经网络识别和Markov链预测的商用车APU控制策略

  王君琦, 李勇滔, 郑伟光, 张彦会, 陈子邮, 许恩永, 李育方, 王善超

  2023, 14(5):  600-608.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.009

  摘要 ( 29 )   HTML ( 3)   PDF (1355KB) ( 37 )  

  为改善商用车空气处理系统的燃油经济性，提出一种以基于电磁阀控制的电控空气处理单元（APU）控制策略，进行了Simulink系统仿真实验。该策略具有基础、低压和高压等3种工作模式；基于发动机工况识别和预测方法；利用Matlab/Simulink搭建车辆模型和空气处理系统模型；并构建了神经网络模式识别和Markov链预测控制模型对发动机的运行工况进行识别分类和需求扭矩百分比预测。结果表明：仿真实验验证了工况分类和电磁阀控制策略的有效性。在中国重型商用车瞬态工况（C-WTVC）下，与相同储气筒初始气压条件的机械APU相比较，应用该控制策略的电控APU的功率消耗下降480 Wh，下降比率34.7%，燃油经济性显著改善。

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  高速多车多驾驶行为的冲突协同决策方法

  张新锋, 吴琳, 李致远, 柳欢

  2023, 14(5):  609-617.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.010

  摘要 ( 38 )   HTML ( 4)   PDF (1594KB) ( 32 )  

  为解决高速公路场景下多车多驾驶行为车辆空间位置冲突的问题，提出了一种基于二分图最优匹配的驾驶行为冲突协同决策方法。根据静态交通信息，创建车辆可行候选驾驶行为集，依据车道平均车速、车辆密度、行进空间、即碰时间（TTC）、行驶负担等5种评价指标构建效用函数，对候选驾驶行为定量评价；以车辆实施驾驶行为结束时刻的潜在空间位置为目标集合，驾驶行为评价效用为权值，构建基于车辆集合与目标集合的二分图；以全局总效用值最大为决策目标，采用Kuhn-Munkres（KM）算法求解最优匹配；搭建仿真场景，来验证该方法的有效性。结果表明：该协同决策方法可有效解决多车多驾驶行为冲突，保证车辆行车安全，提高道路上初末时刻车辆2%的效用值和8%的平均车速，增加了通行效率，且驾驶行为决策的准确性相比于遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）分别提高了11%和9%，同时KM算法的实时性远高于GA算法和PSO算法。

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  汽车节能与环保

  氨气影响乙烯层流扩散火焰颗粒微观结构的试验研究

  钱伟伟, 石秀勇, 李松, 帅石金

  2023, 14(5):  618-627.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.011

  摘要 ( 42 )   HTML ( 3)   PDF (2400KB) ( 29 )  

  为分析双燃料燃烧下氨气燃烧对所产生颗粒微观结构性质的影响，该文以乙烯和氨气/乙烯层流扩散火焰为研究对象，借助同轴扩散火焰设备和高倍透射电镜，通过探针取样的方法对层流扩散火焰中不同火焰高度（15 mm和30 mm）进行颗粒微观结构性质分析。结果表明：较于乙烯火焰，添加氨气后，火焰着火高度从7 mm上升至12 mm，颗粒形貌呈现葡萄状或者链状的团聚体结构；在火焰高度15 mm处，团聚体的分形维数由1.85增加至2.15左右，上升约16.2%，颗粒物堆叠程度增大；团聚体由数十至数百个基本碳粒子组成，平均直径分布在20~25 nm，使用氨气后，基本碳粒子平均直径增大约6%，同时其微晶间距减小，微晶长度增大，曲率减小，颗粒物更加稳定。

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  基于三维光线投射算法的全车太阳辐照度的细致分析

  龚友康, 许盛之, 王丽朝, 宁静, 马勍, 徐雨濛

  2023, 14(5):  628-636.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.012.012

  摘要 ( 21 )   HTML ( 2)   PDF (2053KB) ( 85 )  

  车载集成光伏可有效减少汽车对化石燃料的依赖，有助于减少二氧化碳的排放，是推动可持续交通发展的一项重要措施。为了评估汽车全车的太阳能资源以及优化车上集成光伏系统的设计，该文分析了全车的辐照度，并计算出汽车的全年累计辐射。基于其三角网格面模型，依据Kasten晴空模型计算得到静态车辆特定时刻和位置的水平面辐射，利用三维空间中的光线投射算法分析倾斜面上的直射辐射，结合Perez模型计算其散射辐射，获得每个三角形网格上的总辐射，得出全车的辐照度分布；并计算分析了车辆在不同地区、不同行驶情况下所受到的辐射能量情况，以便为车载高效光伏系统的精细设计提供参考依据。结果表明：汽车各部分所受辐照度差异较大，引擎盖、车顶、前后挡风玻璃、左右侧车身以及车窗各部分的全年累计辐射差别为15.8%~42.5%；全年汽车全车的平均辐射能量约为水平面的75%，且在汽车处于不同朝向时的辐射能量差异不超过5%。

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  仿生四叶草型翅片液冷板与传热特性

  赵浩东, 张甫仁, 路兴隆, 黄郅凯, 李雪, 孙世政

  2023, 14(5):  637-647.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.013

  摘要 ( 34 )   HTML ( 2)   PDF (4517KB) ( 26 )  

  温度和压降作为电池热管理的2个重要影响因素，对改善电池散热性能具有十分重要的意义。为进一步改善电池的散热性能，降低压降的同时使温度分布更加均匀，该文提出了一种仿生四叶草型翅片模型，并基于计算流体动力学（CFD）对基础模型进行了优化。分析冷板的进出口设计结构及基础模型中圆形翅片的尺寸的作用，并将基础模型四叶草化，探讨了优化后模型四叶草弧度以及翅片列数带来的影响；最后分析了3种模型的Nusselt数、压降以及综合评价指标（HTPF）随Reynolds数的变化趋势。结果表明：当四叶草型翅片的弧度为37.5°，翅片的行列数为5行11列时，与圆形翅片直径为4 mm的模型相比，综合性能达到最高，提高了1.54%；采用正交实验得出4片四叶草翅片的角度以及四叶草内圆半径的最优解，该优化模型综合性能提高了4.56%。随着雷诺数的增加，液冷板在经过正交实验优化后，Nusselt、压降，以及HTPF均达到最优。

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