汽车安全与节能学报

氨氢融合零碳内燃机燃烧过程综述

王志, 齐运亮, 陈清楚, 李骏

2024, 15(4): 443-466. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.001

摘要 ( 383 )

HTML ( 817)

PDF (11029KB) ( 155 )

随着中国“碳达峰”与“碳中和”目标的提出，内燃机低碳化、零碳化势在必行。氨作为零碳燃料和氢的高能量密度载体，是实现碳中和有潜力的替代燃料。研发氨氢燃烧技术，实现氨高效清洁融合燃料零碳大功率内燃机高效近零排放对全球气候治理具有重大意义。该文在分析氨作为未来绿色能源的潜力及其在内燃机中实际应用的基础上，从氨氢内燃机的燃烧模式、氨氢燃料的燃烧化学反应动力学、氨氢燃料供给方式等方面综述了氨氢内燃机的燃烧的最新进展，对比分析了火花点燃/均质压燃/射流引燃3种燃烧模式、氨气道喷射/液氨缸内直喷2种燃料供给方式、主动射流/被动射流2种点火方式，提出并论述了基于氨在线裂解制氢实现基于单一液氨燃料油箱的氨氢融合燃烧，是内燃机实现碳中和的极具潜力的技术路线，指出了氨氢内燃机喷雾、燃烧和氮基排放控制三方面需要解决的关键技术和科学问题。研究表明：氨氢融合内燃机采用微量氢气（小于3%）引燃氨混合气，可以获得稳定燃烧和高热效率，并拓展稀然极限。氨氢融合零碳大功率内燃机作为氨燃料高效可靠的应用载体，在重型车辆、工程机械、远洋船舶、发电等多个领域具备广泛的应用潜力与价值，氨氢内燃机的研发可推动基础燃烧理论的进步，也可以促进中国内燃机产业迈上新的台阶。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

轮毂电机失效下分布式驱动电动汽车主动转向容错控制策略

卢彦博, 梁晋豪, 殷国栋, 冯吉伟, 王凡勋

2024, 15(4): 467-476. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.002

摘要 ( 173 )

HTML ( 134)

PDF (6444KB) ( 299 )

为提高分布式驱动电动汽车在单轮或单边轮毂电机失效时的稳定性，提出了一种基于事件触发机制的主动转向容错控制策略。设计了基于线性矩阵不等式的故障状态观测器，建立了基于残差评估函数的容错切换机制；采用了Pareto最优理论的分布式模型预测协同控制策略，以实现车辆底盘主动转向系统和横摆力矩控制系统的容错控制最优分配机制。基于Matlab/Simulink软件和CarSim软件在硬件在环平台展开实验。结果表明：当轮毂电机发生恒偏差或变增益故障时，所设计的容错控制算法在低路面附着系数的双移线工况下，横摆角速度跟踪误差降低14.9%，侧向位移跟踪误差降低28.2%。因而，实现了分布式驱动电动汽车在轮毂电机失效下的容错性能和稳定性能。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

参数扰动对一种先前的车辆制动控制和防护方法的影响

邹铁方, 江碟, 周靖, 袁湘婷

2024, 15(4): 477-483. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.003

摘要 ( 104 )

HTML ( 67)

PDF (1206KB) ( 73 )

探究了作者早先提出的一种车辆制动控制防护方法在参数扰动下的防护效果。用MADYMO虚拟仿真软件，对4种形状的典型车头开展了仿真，分析了以下参数：人体头部与车体首次接触时间、制动系统协调时间、路面附着因数：扰动时，对该制动控制防护方法的影响。结果显示：在人体头部与车体首次接触时间时为80~100 ms时，对加权伤害费用（WIC）降幅的影响最显著，但不同车型下的参数敏感性排序存在差异。在路面附着因数扰动为0.45~0.80时，人车碰撞损伤未增加；但地面所致WIC降幅均大于零，可有效降低人地碰撞损伤。在制动系统协调时间参数扰动区间为80~350 ms时，该车辆制动控制防护方法仍然保持有效。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

不同坐姿乘员在自动驾驶汽车碰撞中的损伤仿真实验

武和全, 李羿辉, 刘瑾, 张申奥

2024, 15(4): 484-491. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.004

摘要 ( 163 )

HTML ( 71)

PDF (2733KB) ( 59 )

为研究不同坐姿乘员在自动驾驶汽车中的碰撞安全性，筛选了7种具有代表性的乘员姿态（包括头部、上肢和躯干的变化）进行正面碰撞的仿真实验，对其乘员运动学和所受载荷进行了对比分析，研究其姿态对乘员碰撞损伤的影响。结果表明：在正面碰撞仿真实验中，倚靠姿态乘员的综合损伤风险与其他姿态相比更高，较交谈姿态，倚靠姿态乘员胸部压缩量增大了45.5%，肋骨骨折严重，内脏器官应变提高了48.8%，左倾姿态乘员损伤风险则明显降低，其头部损伤风险减少了49.1%，胸部损伤降低了14.4%。基于此，提出乘员在碰撞前可通过调整自身姿态来规避部分损伤的策略，以提高乘员在自动驾驶汽车中的碰撞安全性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

风雨耦合环境下驾驶队列的气动特性研究

许建民, 杨炜, 龚晓岩, 武颂, 李洛楠

2024, 15(4): 492-502. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.005

摘要 ( 101 )

HTML ( 64)

PDF (3625KB) ( 63 )

为了探究风雨环境下驾驶队列的气动载荷特性和流场特性，该文基于Euler-Lagrange法，考虑雨滴和气流的相互作用，建立风雨耦合环境下的驾驶队列模型，并对比试验数据验证模型的准确性，进而研究降雨量、侧向风风速、车辆间距对队列中车辆的气动载荷特性和流场特性的影响。研究表明：随着降雨量和侧向风风速的增大，驾驶队列中车辆受到的力和力矩不断增大，当降雨量为50~250 mm/h时，队列中第1辆车阻力从27.21 N增大到28.49 N；当侧向风为4.4~15.5 m/s时，第1辆车的侧向力从101 N增大到554.3 N。随着队列间距的增大，队列中车辆受到的气动阻力先增大后减小，侧向力和侧倾力矩不断增大，横摆力矩不断减小；当队列间距为0.25~0.75倍时，尾车（第5辆车）的侧向力从137.6 N增大到174.74 N，横摆力矩从39.29 Nm降低到12.47 Nm。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

货车-两轮车碰撞事故典型场景提取及关联规则分析

聂进, 张翔, 张越, 王丙雨, 易向贤, 周伍

2024, 15(4): 503-510. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.006

摘要 ( 121 )

HTML ( 67)

PDF (1069KB) ( 92 )

基于视频信息提取了货车-两轮车碰撞典型事故场景，对事故场景中不同事故因素间的相关性进行了挖掘以补充代表事故遗漏的事故特征。应用210例带视频信息的货车-两轮车碰撞事故案例获取相关事故信息，采用 K-modes聚类方法对事故案例进行聚类得到典型事故场景，采用关联规则方法对每个事故场景中事故因素之间的关联度进行分析。结果表明：货车-两轮车事故可分为4种典型场景，即2种十字路口事故，1种直行道路事故以及1种丁字路口事故。十字路口事故场景中事故特征与存在视觉障碍关联度较高，且在十字路口事故中“货车左转”所带来的风险也比较高；直行道路事故中货车制动规避与道路上是否有信号灯存在关联性；丁字路口事故中型货车转向规避与骑车人遭到碾压之间存在关联性。该研究结果可以为两轮车骑车人安全对策和安全测试场景提供参考。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

融合注意力机制的残差型双向LSTM汽车电机轴承诊断

姜健, 王平

2024, 15(4): 511-519. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.007

摘要 ( 82 )

HTML ( 5)

PDF (1879KB) ( 446 )

为保障汽车的安全行驶，准确诊断和监测电机轴承故障，该文提出一种融合注意力机制的残差型双向长短期记忆网络（LSTM）汽车电机轴承故障诊断方法。利用特征提取模块结合正反向移动的LSTM组以充分感知汽车电机轴承故障特征；信号诊断模块采用残差型双向LSTM架构，并结合局部增强注意力机制优化权值，获得隐藏状态量；通过故障分类模块采用全局平均池化（GAP）方法与SoftMax模型，有效完成故障检测。结果表明：该方法汽车电机轴承故障检测准确率可达93.1%；在训练样本仅为30的条件下，准确率可达66.3%；当测试集的信噪比从10 dB降低至2 dB时，准确率仅下降8.5%。因此，该方法具有更高的准确性和更强的鲁棒性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

不同环境背压和环境温度下的液氨喷雾微观特性

刘潇, 姚晓新, 王泽, 汤成龙

2024, 15(4): 520-525. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.008

摘要 ( 81 )

HTML ( 3)

PDF (1379KB) ( 332 )

为以液氨为内燃机燃料来实现低碳化和零碳化，实验研究了液氨喷雾的微观雾化特性。采用激光粒径微观成像（PDIA）方法，使用单孔喷油器，在低喷射压力（1 MPa）、环境背压100、200、400、600 kPa、环境温度293、313、333 K下，进行喷雾实验。获得了液滴概率密度分布函数（PDF）、累计体积分布函数（CDF）、Sault平均直径（SMD）和液滴数量密度等微观参数。结果表明：液氨喷雾在低环境背压下雾化效果好，喷雾中小液滴数量多，SMD较小，增大环境背压，喷雾概率密度分布和累计体积分布曲线向大粒径方向移动，大液滴数量增加，液滴数量密度减小；液氨液滴概率密度分布、累计体积分布和SMD几乎不会随环境温度的变化而变化，但增加环境温度可以增强液氨喷雾的蒸发，环境温度高的时候液氨喷雾蒸发增强。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

各向异性膨胀石墨双极板对燃料电池性能的影响

丁玉杰, 甘全全, 邵扬斌, 徐梁飞, 李建秋, 欧阳明高

2024, 15(4): 526-535. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.009

摘要 ( 89 )

HTML ( 3)

PDF (1750KB) ( 35 )

该文分析了膨胀石墨双极板（EGBPs）各向异性结构对燃料电池水热管理与输出性能的影响。建立了三维两相非等温数值模型，对比了4种典型复合材料结构下温度、电流密度、水含量等参数的分布特征，揭示了双极板传热特性与输出性能的耦合效应。结果表明：沿质子传递方向热导率（k_z）对燃料电池性能具有显著影响，在2.2 A cm^-2电流密度下，将k_z从常规结构的5 W·m^-1·K^-1提升至280 W·m^-1·K^-1，可以使输出性能提高22 mV；沿流道气体流动方向的热导率（k_y）是影响散热能力的关键因素，将k_y与k_z提高至280 W·m^-1·K^-1，或者实现各向同性结构（k_x = k_y = k_z = 20 W·m^-1·K^-1），均能够使膜电极组件（MEA）核心区域的温度降低2 ℃左右。因此，提高k_y与k_z并实现各向同性结构是膨胀石墨双极板技术的未来发展目标之一。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

低比例甲醇掺混下氨/甲醇燃烧的化学机制和N₂O生成分析

靳广杰, 陆明飞, 刘行, 隆武强, 王鹏

2024, 15(4): 536-544. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.010

摘要 ( 131 )

HTML ( 6)

PDF (4621KB) ( 347 )

为探究氨燃料减少温室气体（GHG）排放的效益，克服氨点火能量较高、层流火焰速度较慢的缺点, 使用Chemkin构建化学反应器网格（CRN）仿真模型对低比例甲醇（0~10%）与氨掺混燃烧进行组分演化、产物生成速率和敏感性分析, 利用化学反应动力学，分析N₂O生成和还原机理。结果表明：纯氨燃烧在当量比为1.1~1.2时，可同时降低NO、未燃NH₃和N₂O的排放，较纯甲醇燃烧可减少70%以上的温室气体排放；当量比超过0.9时，氨燃烧的GHG排放始终低于纯甲醇燃烧。加入甲醇能有效控制N₂O生成，进一步降低GHG排放。在富燃条件下，甲醇的添加促进了H的生成，使N₂O消耗增加；在贫燃条件下，甲醇的增强抑制了NH的生产，使N₂O生成降低。另外，提高压力和温度也能有效降低温室气体排放。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

PEM燃料电池凸台流道性能三维仿真分析及结构参数优化

张硌, 蒲东义, 胡松, 樊芷君, 陈东方, 徐晓明

2024, 15(4): 545-552. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.011

摘要 ( 168 )

HTML ( 3)

PDF (1304KB) ( 60 )

在氢能技术快速发展的背景下，作为关键应用之一的质子交换膜燃料电池（PEMFC）的流道设计受到重点研究。该研究通过构建基于实际尺寸的PEMFC全尺寸单流道模型，并在模型中嵌入不同形状的凸台结构，使用Comsol仿真分析探究凸台几何参数对电池性能的影响。结果表明：凸台结构能显著提升功率输出，电流密度增幅达到10%至31.25%，功率提高3%至9.2%；气体流速与功率输出与凸台高度呈正相关，0.2 mm高的矩形凸台性能最佳，显示适宜的凸台高度能有效提升PEMFC效率；通过增强传质效果、优化工质在燃料电池内部的分布，尤其改善流道后半段的水淹，凸台的设置可进一步增强电池功率。与凸台长度相比，凸台高度是主要的优化方向。该研究为全尺寸的PEMFC流道优化提供了理论上的支持，对提高氢能源效率具有指导意义。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

重型车底盘测功机油耗的测试和统计

仝畅, 任烁今, 李腾腾, 刘栋, 刘麟, 张朋, 刘志伟, 景晓军, 杨正军

2024, 15(4): 553-560. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.012

摘要 ( 115 )

HTML ( 6)

PDF (1324KB) ( 146 )

为实施国Ⅳ油耗标准对重型车的策略，针对中国大陆目前重型车的油耗水平，研究了车辆轻量化对100 kmt体积油耗的影响。统计分析了1 408辆满足国Ⅲ油耗标准重型车的底盘测功机认证数据，采用100 kmt体积油耗来衡量重型车的燃油经济性。结果表明：半挂牵引车的平均油耗与国Ⅳ限值之间的偏差最大，约为8.0%；货车的平均油耗与国Ⅳ限值之间的偏差为3.0%；对于最大设计总质量(GVM)超过20 t的货车，城市工况是油耗优化的主要策略。车辆100 kmt体积油耗与载质量成负相关；随着GVM的增加，货车和自卸汽车的100 kmt体积油耗呈下降趋势；半挂牵引车的100 kmt体积油耗基本不变，约为1.0 L。因而，采用车辆轻量化技术有利于降低100 kmt体积油耗。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于整车转毂的轻型车油耗特征研究

兰云飞, 郭淑雯, 杨博涵, 曾乐薇, 罗明婧, 王凤滨, 李昕瞳, 郑轩

2024, 15(4): 561-568. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.013

摘要 ( 116 )

HTML ( 2)

PDF (4136KB) ( 157 )

为探究影响轻型汽油车油耗的因素和车载诊断系统（OBD）油耗数据的修正方法，以促进机动车油耗的精细化控制和管理，该文对不同轻型汽油车的油耗测量值进行了详细分析。以满足国V和国VIb排放标准的轻型汽油车（LDGVs）为研究对象，在全球统一轻型车测试循环（WLTC）工况下进行冷、热启动测试，同时用OBD读取发动机和整车的瞬态运行参数，再分别用碳平衡法和OBD空燃比法计算被测车辆在不同启动温度和不同速度段下的油耗，分析温度和速度对不同车辆的油耗影响。利用均值法补齐了OBD参数读取过程中的数据损失，提高了2种油耗计算方法在瞬时油耗上的线性相关性，并分析了OBD油耗计算的误差来源。结果表明：与国V车辆相比，国VIb车辆油耗受启动温度的影响更小，其冷启动油耗仅比热启动高2.02%~2.27%；加装了汽油车颗粒捕集器（GPF）的车辆比未加装车辆的100 km油耗高出约0.48 L，且由GPF导致的油耗增幅与行驶速度有关；发动机在低速段的反复启停会导致该阶段的油耗达到全阶段的1.46倍；OBD的油耗测量误差更多来自车辆减速阶段。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

考虑耐久性的PEM燃料电池有轨电车自适应优化控制策略

高锋阳, 刘嘉, 韩国鹏, 齐丰旭, 刘庆寅

2024, 15(4): 569-578. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.014

摘要 ( 99 )

HTML ( 5)

PDF (1898KB) ( 77 )

针对燃料电池/锂电池/超级电容混合储能有轨电车在动态负载、启停循环、怠速循环、大功率运行时质子交换膜（PEM）燃料电池寿命衰减情况，提出Pontryagin极小值原理（PMP）与耐久性结合的能量管理策略。通过启停控制策略控制燃料电池的启动与停止，有效降低燃料电池启动次数；利用储能系统总体氢气消耗为经济性代价，燃料电池性能衰退指数为耐久性代价，构建联合代价函数；在满足期望条件下，实现协态变量随荷电状态实时变化的在线适应；将所提策略与传统极小值策略和状态机策略进行仿真对比。结果表明：城市循环工况中所提策略较于传统Pontryagin策略燃料电池峰值电流降低了33.2%，氢气消耗下降了12.50%；郊区循环工况中所提策略较传统Pontryagin策略峰值电流降低了21.88%，氢气消耗下降了40.39%。所提管理策略在不同工况下均有良好的适应能力，解决了传统PMP只能离线应用的缺点，将启停次数控制在较低水平，具有延寿燃料电池的能力。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

无人驾驶公交车基于循迹误差观测和目标测量误差观测的避障路径规划算法

李玉龙, 谢辉, 宋康

2024, 15(4): 579-590. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.015

摘要 ( 109 )

HTML ( 3)

PDF (2637KB) ( 69 )

为了提高无人驾驶公交车的避障安全，针对循迹控制不确定性和目标测量不确定性导致地碰撞风险问题，提出了一种基于循迹误差观测和目标测量误差观测的避障路径规划算法。首先利用均值方差模型描述循迹误差，并引入Gaussian 过程回归量化目标测量误差。随后，建立了目标横向空间概率分布模型，为安全横向偏移值的求解提供理论支持。最后，通过Bézier路径模型实现避障路径规划, 并建立综合评价体系对避障规划性能进行评价。在仿真环境下，探究了循迹误差以及测量误差等不确定因素对避障品质的影响, 并在天津大学无人驾驶智能公交的测试道路上进行了实车数据仿真验证，对3种算法的效果进行评价。结果表明：实际行驶中，避障安全性提高了17.61%，具有较好的鲁棒性，提出的算法平均耗时7.43 ms，具有良好的实时性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于多尺度注意力机制的实时激光雷达点云语义的分割

张晨, 刘畅, 赵津, 王广玮, 许庆

2024, 15(4): 591-601. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.016

摘要 ( 119 )

HTML ( 5)

PDF (2891KB) ( 97 )

为既能提高分割精度，又能克服车载计算资源局限，提出一种面向移动机器人平台的车载实时点云语义分割方法，并进行了综合实验。该方法采用基于投影的激光雷达语义分割方法，将三维点云投影到球面图像，并结合二维卷积进行分割。引入多头注意力机制（MHSA），实现轻量级语义分割模型，以一种全新的方式，将一种深度学习模型架构Transformer映射到卷积。将Transformer的MHSA迁移至卷积，以形成多尺度自注意力机制（MSSA）。结果表明：与当前主流方法CENet、FIDNet 、PolarNet相比，本方法在NVIDIA JETSON AGX Xavier计算平台上保持了较高的分割精度（平均交并比为63.9%）及较高的检测速率（41 帧/s），从而证明了其对移动机器人平台的适用性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

全触屏人机交互模式下驾驶人视觉分心时长预测

王畅, 牛津, 王一飞, 张雅丽, 马万良

2024, 15(4): 602-609. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.04.017

摘要 ( 129 )

HTML ( 6)

PDF (1671KB) ( 70 )

为了准确预测全触屏人机交互模式下驾驶人视觉分心时长，建立了考虑驾驶人分心风格的视觉分心时长预测模型。采用实车道路试验所采集的多车速视觉分心数据，基于击键水平模型（KLM）建立一组适用于全触屏车载设备的基本操作单元，以及以各基本操作单元数量与车速作为输入特征的视觉分心时长预测随机森林模型（RF），并采用自组织映射（SOM）算法将驾驶人聚类为谨慎型、正常型、激进型3类分心风格表征驾驶人视觉分心特性差异，将该参数作为输入特征添加至原模型实现优化。结果表明：优化后模型具有最良好的预测精度，测试集的均方误差、平均绝对误差和决定系数R²分别为2.4148 s²、1.0371 s、0.9345，较原模型分别提升30.52%、11.8%、3.18%；模型性能显著优于线性回归模型与XGBoost模型。研究结果可用于协助车载辅助驾驶系统适时警示或实施干预以降低分心所致的追尾风险，并为交互界面设计提供指导意见。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

本期目录

期刊信息

在线期刊

作者中心

审稿中心

联系我们