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• 2024年 第15卷 第2期
  刊出日期：2024-04-30 上一期    下一期
  综述与展望

  欧洲汽车动力系统多元化的发展趋势和展望

  徐宏明

  2024, 15(2):  137-153.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.001

  摘要 ( 454 )   HTML ( 50)   PDF (3142KB) ( 271 )  

  当前，全球能源结构处在变革时期，低碳和零碳化是包括汽车行业在内的所有经济运行和规划活动中的重中之重。汽车动力系统的能源呈现多元化的发展趋势，始于轻型车的电动化已成为不可逆转的总体方向，而氢时代在到来之前面临各种技术和非技术类等诸多问题的挑战。电动化带来的一个更为广泛应用的新技术是人工智能（AI），从而使得汽车动力系统逐步突破传统设计方法的局限得以适应更加复杂的环境条件并获得高效率。该文介绍欧洲汽车动力系统电动化和多元化的发展趋势， 针对欧盟正在考虑中的电力合成燃料等问题并结合动力系统智能化等发展趋势，对欧洲汽车技术领域在2035年前的研发动向作出相关思考以及展望。

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  汽车安全

  基于中国汽车-行人事故数据的老龄人与青壮年行人损伤特征对比分析

  刘贽, 林淼, 代兵, 王文霞, 孟庆南, 莫富灏

  2024, 15(2):  154-160.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.002

  摘要 ( 247 )   HTML ( 23)   PDF (1260KB) ( 134 )  

  为明确老龄与青壮年行人事故损伤特征及损伤风险之间的差异并为行人碰撞安全法规提升提供理论基础，对中国交通事故深度调查（CIDAS）数据库中提取的496例老龄行人和431例青壮年行人事故样本进行了研究。对比分析了老龄与青壮年行人损伤部位分布及具体部位损伤类型的异同；建立了基于车辆碰撞速度的老龄与青壮年行人头部AIS3+、胸部AIS3+及下肢AIS2+的损伤风险曲线。结果表明：老龄与青壮年行人胸部损伤比例差异高达20.9%；在40 km/h碰撞车速时，2类行人头部、胸部和下肢损伤风险差异分别为38.9%，39%、21.2%。因此，中国行人碰撞安全法规的提升可差异性考虑老龄人与青壮年行人的测试方法或损伤准则，尤为必要考虑纳入汽车-老龄人胸部碰撞测试评价方法。

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  面向新法规的的卡车驾驶室顶压性能提升

  朱海芸, 柳青云, 李奇, 宋慧斌, 郭瑞武, 赵杨

  2024, 15(2):  161-168.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.003

  摘要 ( 102 )   HTML ( 17)   PDF (3425KB) ( 289 )  

  某重卡驾驶室在碰撞摸底试验中生存空间、顶部承载力均无法满足《商用车驾驶室乘员保护》（GB26512-2021）的要求。为了提高顶部承载力，增大乘员的头部生存空间，建立该驾驶室的侧压-顶压碰撞有限元分析（FEA）模型，并通过仿真与试验对标验证模型的有效性。根据车身框架结构能量传递和闭合腔体传力特点精准锁定A柱、后围、顶盖的薄弱部位并制定有效优化方案。结果表明：疏通A柱、顶盖和后围等关键传力路径，形成闭合腔体截面能有效提升顶部承压力，使驾驶室在满足生存空间的前提下，顶压承载力由70 kN提升至102 kN，承载性能提升了31.3%。该结构优化思路可为白车身结构设计开发提供理论指导。

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  在侧面碰撞中电动汽车电池模块破损的预测

  王居闯, 曹清林, 邱睿, 宋刘伟, 郭平安, 赵港

  2024, 15(2):  169-177.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.004

  摘要 ( 112 )   HTML ( 16)   PDF (2553KB) ( 260 )  

  为增强电动汽车在侧面碰撞事故中的电池安全性，以某新能源汽车电池箱为研究对象，创建侧面碰撞情况下的有限元模型。通过LS-DYNA进行5种速度侧面碰撞仿真，提取电池箱侧壁几何中心点的应力曲线以及电池模块破损情况，根据两者之间的相关关系，建立预测电池模块碰撞破损的反向传播（BP）神经网络模型。模型的输入量为应力曲线，输出向量为模块破损情况。结果表明：5种速度碰撞后预测错误3块，其余177块预测均正确；准确率达到98.33%。因而，通过对算法的设计可预测出电动汽车在受到侧面碰撞时将要破损的具体模块，有利于提高电动汽车安全性。

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  基于交通事故重建的行人过街安全岛高度设计

  张晨, 魏嵬, 陈家星, 马正伟

  2024, 15(2):  178-187.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.005

  摘要 ( 111 )   HTML ( 10)   PDF (2374KB) ( 330 )  

  为了研究道路交通安全岛高度设计对于碰撞事故中行人和车内人员的防护效果，调研并选取典型的安全岛事故案例，运用PC-CRASH软件进行事故过程重建。在事故重建的基础上，基于LS-DYNA软件，研究不同车辆碰撞速度、不同安全岛高度对行人和车内人员安全防护的影响。结果表明：安全岛高度过低是导致汽车碰撞安全岛行人伤亡的主要原因。在城市道路的常见车速（30~50 km/h）范围内，350 mm以上的安全岛高度设计可以有效防止车辆驶上安全岛，起到行人保护效果；但车辆3 ms峰值减速度远超72 g，会导致较高的车内人员头部损伤风险。未来安全岛设计应兼顾岛内行人和车内人员的双重防护，可以考虑在提升安全岛高度的同时，通过安全岛外围设计吸能缓冲装置实现对车内人员的安全防护。

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  24 Model在道路运输事故成因中的应用

  刘晓露, 梁志星, 吴君安, 严玉琼, 张苏

  2024, 15(2):  185-195.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.006

  摘要 ( 96 )   HTML ( 7)   PDF (846KB) ( 719 )  

  为预防道路运输事故，基于事故致因“2-4”（24 Model）模型，对2015—2021年发生的215起道路运输事故的行为原因进行研究。从个人层面和组织层面分析导致事故发生的直接原因、间接原因、根本原因及其根源原因。结果表明：发生频次最多的不安全动作是驾驶员超速行驶（占10.67%）；22.33%的道路运输事故存在管理者违章安排无资质员工上岗作业；管理者和领导者对57.67%的道路运输事故的发生有重要影响；由人为因素产生的不安全物态占比达71.53%；驾驶员、车辆安全生产管理制度欠缺或执行不到位在根本原因中尤为突出（占20.92%）。基于此，提出道路运输事故预防对策并构建出道路运输系统各因素关系图。

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  汽车节能与环保

  基于钴酸锂/镍酸锂体系的18650锂离子电池针刺滥用热失控颗粒喷发物特性

  薛耀, 刘洁, 李伟峰, 高镇海, 王贺武

  2024, 15(2):  193-198.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.007

  摘要 ( 89 )   HTML ( 8)   PDF (1618KB) ( 152 )  

  为揭示锂离子电池热失控颗粒喷发物特性，以钴酸锂/镍酸锂体系的圆柱型18650锂离子电池为研究对象，在满电状态下进行了针刺滥用实验研究。收集颗粒喷发物并按照粒径区间0~0.1、0.10~0.25、0.25~0.5和>0.5 mm分成4份样品，表征和分析颗粒喷发物质量、形貌、粒径和元素组成等理化特性。结果表明：热失控后电池质量损失了40.22%，颗粒喷发物占电池损失质量的40.64%；粒径区间为0~0.1 mm的颗粒喷发物主要为球形或不规则状的黑色固体粉末，表面粗糙有裂痕；累计体积百分比为10%、50%和90%的颗粒喷发物分别对应的颗粒直径为15.66、131.46和481.64 μm；颗粒喷发物中主要金属元素为镍、铝、钴、铜和锂，共占总元素含量的49.98%。该研究为揭示圆柱型18650锂离子电池颗粒喷发物形成机理以及合理处置提供参考。

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  锂电池与燃料电池混合观光车动力系统的优化设计

  关权, 涂正凯

  2024, 15(2):  199-207.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.008

  摘要 ( 81 )   HTML ( 11)   PDF (2158KB) ( 97 )  

  为了解决传统电动车续航焦虑的问题，对燃料电池观光车进行了功率匹配设计与仿真验证，提出了一种功率跟随型能量管理策略。对比了纯锂电池观光车（LI）、纯燃料电池观光车（FC）、LI 与FC的混合动力观光车（LI-FC）的输出特性，并仿真试验。结果表明：LI-FC的爬坡度与纯锂电池观光车不相上下，续航里程较纯锂电池观光车提升了15%，等效氢耗较纯锂电池观光车减少了53%，动力电池荷电状态（SOC）能保持在0.5~0.9之间稳定工作，燃料电池也会在额定工况与怠速工况下稳定切换。因此，燃料电池锂电池混合动力观光车具有这3种观光车中最优续航能力、较好的使用经济性、最好的使用稳定性，燃料电池与动力电池都能在期望工况下稳定工作，有较好的竞争力。

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  水轮型翅片组耦合均温板的多目标及拓扑优化

  李龙辉, 张甫仁, 黄郅凯, 李雪, 赵浩东, 史亚洲, 孙世政, 赵海波

  2024, 15(2):  208-217.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.009

  摘要 ( 91 )   HTML ( 8)   PDF (3529KB) ( 115 )  

  为解决传统通道型液冷板功耗高、散热效率低等问题，提出了用于电动车的一种异形化的水轮形扰流翅片组耦合均温板电池热管理系统。水轮组的组合方式、布置位置和数量等因素确定基础模型后，使用多目标优化方法，分析了翅片长度、翅片倾角、中心距离出口边距离和两出口间距离。为了进一步提升液冷板均温性，在液冷板外侧添加均温板，以温度为目标函数对其进行拓扑优化。结果表明：与初始模型相比平均温度和标准差分别降低了1.83 ℃和0.45，综合评价指标—热性能因子（TPF）提升77.8%。翅片长度、倾角、出口位置及其附件扰流对液冷板各项性能有着显著影响。在流体通道所占体积分数为0.8时，液冷板的平均温度进一步下降2.6 ℃，温度标准差下降0.206，TPF相较添加前继续提升18.9%。

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  21700锂离子电池在不同SOC下的热失控实验研究

  朱亚宁, 张振东, 盛雷, 陈龙, 朱泽华, 付林祥, 毕青

  2024, 15(2):  218-225.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.010

  摘要 ( 107 )   HTML ( 8)   PDF (3114KB) ( 95 )  

  为提升电池热安全、减少新能源汽车热灾害，揭示不同荷电状态（SOC）下对电池热失控危害的影响机制。在SOC为100%~0%几个荷电状态下研究了21700锂电池的热失控特性，包括电池在热失控当中的表面温度、工作电压、质量损失、能量、TNT当量和破坏半径等。结果表明：电池的温升幅度随SOC的增大而升高，高电量电池热失控触发所需的时间更短，100%SOC电池在603 s触发热失控，相比于25%SOC缩短了59.1%，其危险系数更大；SOC越大，电池热失控后的质量损失也越大；电池热失控过程释放的能量、TNT当量与破坏半径均随SOC的增加而增大，电池的热失控危害性与SOC之间呈现出正相关关系。

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  二硝酰胺铵液滴微爆特性的试验研究

  何帆, 赵锦胜, 宁智, 吕明

  2024, 15(2):  226-234.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.011

  摘要 ( 55 )   HTML ( 5)   PDF (3324KB) ( 68 )  

  该研究旨在揭示绿色无毒航天推进剂二硝酰胺铵（ADN）液滴在燃烧室内的微爆特性，以期提高发动机燃烧效率并减少污染物排放。通过建立挂滴式试验系统，研究了ADN液滴微爆过程中的形态变化，并分析了环境温度和液滴初始直径对微爆特性的影响。结果表明：环境温度升高并未缩短微爆延迟时间，但导致微爆强度和持续时间减小；液滴微爆持续时间与环境温度无显著负相关性，而当量蒸发速率随温度升高而增加，增加速率逐渐减缓；着火时刻随环境温度升高而提前；液滴初始直径的增大导致微爆延迟时间增加，微爆强度、持续时间和当量蒸发速率与初始直径无明显正相关关系，着火时刻则随之延迟，但趋势逐渐减弱。研究表明，环境温度和液滴初始直径是影响ADN液滴微爆特性的关键因素，对优化ADN作为航天推进剂的使用具有重要理论和工程意义。

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  智能驾驶与智慧交通

  基于DMPC的无信控交叉口智能网联车辆多车协同轨迹规划

  金立生, 魏青嵩, 谢宪毅, 石业玮, 雒国凤, 李克强

  2024, 15(2):  235-241.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.012

  摘要 ( 152 )   HTML ( 10)   PDF (2198KB) ( 54 )  

  为了解决智能网联自动驾驶环境下无信控十字交叉口多车协同通行的冲突问题，该文提出了一种基于分布式模型预测控制（DMPC）的多车协同轨迹规划方法。采用分布式模型预测框架实现多车协同轨迹规划的分布式独立计算，利用滚动时域预测周车轨迹实现车-车未来状态交互，基于智能网联环境车-车交互通信功能实现规划结果共享；引入道路边界约束、加速度约束与碰撞约束等车辆安全约束条件，通过二次规划求解可以安全通行十字路口的多车轨迹；基于MATLAB驾驶场景生成模块建立无信控十字交叉口环境，并在2种场景下验证了该方法的有效性。结果表明：在直行工况和左转工况下多车间最小距离分别为2.58 m和2.99 m，均满足避撞的安全距离约束，实现了多车之间的协同避撞并且能够保证通行效率。

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  基于KL散度工况识别的混合动力汽车队列的分层控制

  尹燕莉, 王福振, 詹森, 黄学江, 张鑫新, 张富椿

  2024, 15(2):  242-252.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.013

  摘要 ( 81 )   HTML ( 9)   PDF (40253KB) ( 30 )  

  针对混合动力汽车队列行驶过程中工况的适应性问题，提出了一种基于KL（Kullback- Leibler）散度工况识别的分层控制方法。上层控制器利用车—车通信技术，获取队列中前车状态信息，采用模型预测控制（MPC）算法，实现队列纵向控制，并计算出最优跟车车速；下层控制器基于典型工况，离线求解需求功率的转移概率矩阵，并通过Q-Learning算法训练最优Q表嵌入整车模型中；在行驶中以固定时间长度在线更新转移概率矩阵，采用KL散度进行工况识别，根据识别的工况类型，结合当前时刻车速、需求功率和电池荷电状态（SOC），通过在线查表实现转矩分配。结果表明：与未考虑工况识别策略相比，本策略的油耗降低了8.6%；与作为基准的动态规划（DP）相比，增加了4.8%；在与DP油耗基本保持相同的前提下，该策略离线仿真时间缩短21%，不仅能够在线应用，还能实时适应工况变化。

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  基于图搜索的陆空两栖平台3D路径规划算法

  孟庆京, 司俊德, 张新钰, 孙弘麟, 王小宇, 荣松松

  2024, 15(2):  253-260.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.014

  摘要 ( 81 )   HTML ( 8)   PDF (3452KB) ( 63 )  

  为了解决陆空两栖平台路径规划能效与寻径效率问题，提出了一种基于图搜索算法的全局路径规划算法。考虑了空中飞行能耗与地面行驶能耗模型的不同，结合起飞阈值、地面移动成本系数、空中移动成本系数等参数决定模态切换机制，在遇到难以越过的障碍时使用逃脱算法脱困，当允许地面通过时优先采用地面行驶的方式到达目标点以提升寻径效率与能效。为验证该算法，分别建立了针对陆空2种模式下的能耗模型，在现有交通规则约束下完成城市场景和虚拟迷宫测试。结果表明：本算法的搜索效率相较于对照组算法提升了30%以上，有效提升搜寻效率的同时降低了能量消耗。

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  一种基于目标点云分布特性的动态聚类算法

  李彩虹, 何晨阳, 高锋, 陈佳欣

  2024, 15(2):  261-267.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.02.015

  摘要 ( 85 )   HTML ( 5)   PDF (1819KB) ( 188 )  

  激光雷达在自动驾驶系统的目标检测任务中发挥着重要作用，但其扫描机理会使得点云分布不均匀，常规聚类算法由于参数固定会导致较多的错误聚类。为解决该问题，该文以椭圆形状作为邻域空间，设计基于采样点位置的邻域自适应调整策略，提出一种基于目标点云分布特性的动态聚类算法。通过正确聚类、过聚类等综合结果评估算法的性能，在KITTI数据集上进行了数值分析得到算法参数，并在校园环境中进行了实车对比实验。结果表明：所提算法能减少基于密度的噪声应用空间聚类（DBSCAN）中固定邻域所造成的70.60%过聚类、49.76%欠聚类等错误结果，从而有效提高算法的综合聚类性能。

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