本期目录

• 2024年 第15卷 第6期
  刊出日期：2024-12-31 上一期    下一期
  综述与展望

  智能网联汽车标准体系及重点标准研究与展望

  孙航, 张路, 季国田

  2024, 15(6):  795-812.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.001

  摘要 ( 610 )   HTML ( 1950)   PDF (1482KB) ( 1069 )  

  该文基于《国家车联网产业标准体系建设指南（智能网联汽车）（2023版）》，在全面分析智能网联汽车标准体系的基础上，提出了以汽车智能化、网联化、汽车电子及综合安全为核心的智能网联领域标准研制路径以及国际标准法规协调方向。通过研究驾驶自动化系统的技术体系以及典型产品和应用场景，提出了先进驾驶辅助系统和自动驾驶系统的标准体系框架及标准制定路线；通过梳理车载网联通信技术及应用场景，提出网联功能与应用标准体系及标准制定路线；重点分析了汽车电磁兼容、电子环境及可靠性评价、汽车芯片以及车载电子各子领域当前的技术及产品研究现状，提出了汽车电子的标准制定路线；针对综合安全提出了面向智能网联汽车的四维安全概念，包括功能安全、预期功能安全、网络安全和数据安全，并分别论述了各类安全标准体系研究的重点内容，提出各类安全标准的制定路线；最后论述了智能网联汽车国际标准法规研制思路及中国标准制定与国际标准法规的协同关系。结合中国智能网联汽车技术及标准发展需求和国际标准法规协调趋势，对中国智能网联汽车标准体系建设及重点标准制定提供了思考方向和建议。

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  汽车安全

  某电动汽车侧面柱碰工况门槛梁截面参数优化

  荣海, 蒋建中, 姚再起, 马凯

  2024, 15(6):  813-820.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.002

  摘要 ( 216 )   HTML ( 29)   PDF (2616KB) ( 122 )  

  某电动汽车侧面柱碰工况电池模组截面峰值力（F_max）超标，为提升电池碰撞安全性，同时实现车身轻量化，开展门槛梁截面参数优化。选取26个厚度及位置参数作为优化变量，以减小F_max和门槛梁质量作为目标，以电池模组最大挤压变形量（d_max）和塑性应变（ε_pmax）作为约束。首先通过最优Latin超立方生成样本，基于样本建立全连接神经网络近似模型，然后运用NSGA-Ⅱ算法开展多目标优化，最后将优化结果代入仿真进行验证。结果表明：优化后电池模组F_max由21.8 kN降低至20 kN以下，达到了安全要求；同时，门槛梁减重1.41%~4.02%，实现了轻量化效果。进一步分析表明，部分方案电池模组d_max和ε_pmax也同步降低，在减重的同时更全面地提升了电池的碰撞安全性。

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  基于力学性能安全的ATV桁架式车身轻量化设计

  包宏立, 陆思思, 刘曾禹, 闫凯波, 朱文青, 舒洋

  2024, 15(6):  821-829.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.003

  摘要 ( 91 )   HTML ( 8)   PDF (1989KB) ( 393 )  

  针对特种全地形车（ATV）桁架式车身安全与轻量化需求，该文提出协同静动态力学性能轻量化方法，开展某特种ATV桁架式车身轻量化设计。通过有限元分析获取车身结构静动态力学特性，建立基于力学性能安全的ATV桁架式车身轻量化优化模型；结合灵敏度分析和主效应分析提取桁架式车身关键设计变量，开展试验设计获取轻量化设计样本点，构建最小二乘法（LSR） -径向基函数（RBF）混合代理模型，提出协同静动态力学性能轻量化优化策略，通过序列二次规划（SQP）算法优化获取ATV桁架式车身轻量化设计方案。结果表明，在保证静动态力学性能条件下，该方法能有效降低ATV桁架式车身质量3.82%。

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  基于整车动力学的EMB线控制动系统功能安全概念设计

  狄亚格, 周健, 陆杰, 秦嘉, 魏妤沁, 王淙进, 郝朝阳, 缪雪龙

  2024, 15(6):  830-838.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.004

  摘要 ( 160 )   HTML ( 8)   PDF (1799KB) ( 567 )  

  为了提高面向智能车辆的电子机械制动（EMB）系统的安全性与鲁棒性，开展了相应的功能安全概念设计。在ISO 26262标准的基础上，并结合产品开发现状，采用故障注入的仿真方法，获得了车身在EMB失效时的运行规律，为故障发生时危害的严重度和可控性评判提供了数据支撑，有效解决了EMB系统数据库不足的问题，并实现了严重度和可控性的量化分析。开展了危害分析与风险评估（HARA），得到了10个功能安全目标及其对应的汽车安全完整性等级（ASIL），制定了EMB系统的功能安全架构和需求。结果表明：本概念分析方法，可为其它全新智能驾驶电子系统的功能安全开发，提供参考。

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  纯电车型侧面柱碰近端乘员损伤特征及保护

  郭建保, 康巍, 鞠春贤, 王刚, 刘闯

  2024, 15(6):  839-847.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.005

  摘要 ( 93 )   HTML ( 3)   PDF (4308KB) ( 217 )  

  针对纯电车型在侧面柱碰工况中近端WorldSID 50^th假人手臂不易抬起导致胸部伤害高的问题，提出了侧面柱碰撞手臂运动理论分析方法，然后结合整车碰撞中乘员和车体运动响应及车体变形模式分析，揭示了纯电车型近端假人不易抬手臂原因，确定了侧气囊抬手臂的关键设计参数。制定使假人各部位受力分布均衡保护策略，并通过整车试验验证了策略有效性。结果表明：经优化后，侧面柱碰近端乘员总体得分提升22.24%，假人的胸部、腹部、髋部伤害分别降低68.89%、3.62%、8.53%，头部和肩部伤害增加3.75%和5.33%（满分余量仍大于20%）。这些结果，将为纯电车型开发中侧面柱碰的乘员保护，提供一定的参考。

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  汽车节能与环保

  质子交换膜水电解流道结构优化研究

  蒲东义, 张硌, 胡松, 陈东方, 李跃华, 徐晓明

  2024, 15(6):  848-855.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.006

  摘要 ( 95 )   HTML ( 6)   PDF (2020KB) ( 51 )  

  研究了质子交换膜电解电池（PEMEC）内流场结构对于水电解反应物质的传输与转移的影响。通过仿真软件COMSOL 建模，改变PEMEC流道宽度与流道脊宽度之比 （流道脊宽比， γ）与流道数目（λ），研究在流道宽度固定为1 mm的情况下，γ与λ变化对PEMEC 性能的影响。结果表明：当γ = 1时的电解质电流密度最高，比γ = 2时的电池电流密度高6.9%，比γ = 3时的电流密度高13.8%；当λ增加时，PEMEC性能会发生较大变化。当固定γ = 1时，流道数目λ的增加会增大PEMEC流道压降，有利于电流密度与氧气的均匀分布，从而提升PEMEC性能，增大电流密度；但增加流道数目，也会增大流阻，影响氧气排出。

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  基于全样本数据的三轴货车外廓分布特征与比功率分析

  侯珊珊, 陶超, 杜江, 胡祖敏, 徐进

  2024, 15(6):  856-865.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.007

  摘要 ( 60 )   HTML ( 2)   PDF (2583KB) ( 63 )  

  为提升交通安全，减少重大交通事故的发生率，并为公路相关设计标准/规范的载货汽车设计车辆参数修订提供依据，研究了中国载货汽车的比功率（功率与车辆总质量的比率）分布特征。运用统计学，分析了“卡车之家”网站上中国大陆三轴货车的外廓尺寸和比功率的分布，确定了三轴货车的外廓尺寸和比功率最低值的推荐值。结果表明：自卸车和载货车的车身宽度比较接近，都是分布在2.5~2.55 m，但自卸车的车身长度和轴距均比载货车低2 m左右，高度比载货车低0.5 m左右。比功率与最大扭矩的相关性强，与排量的相关性一般。根据统计结果，建议载货汽车设计车辆外廓尺寸值应修正为12.00 m×2.55 m×4.00 m，轴距为8 m，前悬为1.6 m，后悬为4 m；同时，建议载货汽车比功率值取8.6 kW·t^-1。

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  杂化氮化硼复合相变微胶囊悬浮液的设计及在PEM燃料电池冷却中的应用

  周怡彬, 唐爱坤, 王贞涛, 蔡涛

  2024, 15(6):  866-874.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.008

  摘要 ( 49 )   HTML ( 2)   PDF (7866KB) ( 557 )  

  为解决燃料电池液冷介质热电性能的兼容问题，该文设计制备了一种基于杂化氮化硼复合相变微胶囊的潜热型功能流体。通过系统的测试和表征对比了多种相变微胶囊和悬浮液样品的物性和换热能力，并将功能流体应用于质子交换膜（PEM）燃料电池冷却过程中，分析了相变微胶囊的掺混浓度对电堆输出特性的影响。 结果表明:相变微胶囊的加入最高可以使基液的换热能力提高3.61倍，而对PEM燃料电池输出性能的提升可高达8.6%。相比之下，20 %重量百分比浓度的悬浮液综合性能最优，在恒流工况中可将电压变化幅值控制在0.02 V，在变载工况下能有效将电压过冲量以及恢复时长分别减少23.1%和13 s。

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  考虑驾驶意图的P2.5-PHPS纯电与发动机切换协调控制

  罗勇, 李莉莎, 韦永恒, 李豪, 孙强

  2024, 15(6):  875-885.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.009

  摘要 ( 65 )   HTML ( 6)   PDF (3510KB) ( 106 )  

  为保证P2.5插电式混合动力系统（PHPS）由纯电驱动模式向发动机驱动模式切换过程的平稳性，对该模式切换过程中双动力源和双离合器（DCT）动态协调控制策略开展研究，并搭建系统模型对控制效果进行仿真分析。将P2.5-PHPS纯电至发动机驱动模式切换过程划分为不同阶段，建立系统多阶段模式切换过程动力学模型。利用P2.5驱动电机扭矩响应快速的优势，补偿发动机和离合器扭矩响应滞后引起的波动，结合驾驶员操作意图，制定模式切换过程各阶段的发动机、电机及离合器动态协调控制策略。搭建系统模型进行仿真分析，结果表明：在纯电至发动机模式切换过程中，整车最大纵向冲击度不超过5 m/s³，离合器滑磨功控制在3 kJ内，满足平顺性要求。

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  基于Gauss过程分数位回归模型的锂电池SOH估计

  张金秀, 闫彩红, 任桂周

  2024, 15(6):  886-894.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.010

  摘要 ( 67 )   HTML ( 5)   PDF (1580KB) ( 153 )  

  为了提升锂电池使用安全性，延缓其寿命退化，提出了一种Gauss过程分位数回归模型的锂电池健康状态（SOH）方法。该模型结合了准Gauss过程回归与非平稳时间序列分析以及分位数回归的优点，可有效处理健康特征数据非线性及时变性问题，具有模型参数的自适应调节能力，从而提升SOH估计的精确性和鲁棒性；通过美国国家航空航天局的电池数据集，基于不同温度的数据验证了所提出模型的有效性。结果表明：该模型的SOH估计结果的平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）分别为0.002 8、0.003 8、0.003 4，模型运行时间为0.008 1 s，与灰狼优化Guass过程回归模型以及文献中3种典型模型估计对比，其RMSE结果精度分别提高了0.019 9、0.003 0、0.019 6、0.002 0，证明所提出模型具有较好的鲁棒性和估计结果的高精确性。

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  考虑交叉口启停波的智能网联车混行生态驾驶策略

  李昕光, 孙崇效, 曲大义, 于文昌, 胡含

  2024, 15(6):  895-904.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.011

  摘要 ( 124 )   HTML ( 5)   PDF (1557KB) ( 50 )  

  为了避免车辆在交叉口频繁停车启动的现象，减少车辆的燃油消耗与污染排放，该文提出了考虑交叉口启停波的智能网联车混行生态驾驶策略。对交叉口启停波影响范围进行分析，划分车辆通过交叉口的通行方式；通过混合交通流基本图模型计算饱和速度，根据饱和速度创建并选择车辆通过时间点，结合交叉口启停波计算智能网联车轨迹优化终点时刻和位置；根据三段式速度规划曲线模型优化智能网联车行驶轨迹，并将驾驶策略与自由驾驶在不同交通流量与渗透率条件下进行对比仿真实验。结果表明：随着渗透率的增大，采用生态驾驶策略车辆所产生的平均燃油消耗、污染物排放与延误时间逐渐降低；在相同渗透率条件下，低交通流量的油耗增益幅度始终大于高交通流量的油耗增益幅度。在600 pcu/h交通流量与100%渗透率的情况下，采用生态驾驶策略车辆油耗减少15.57%，延误减少23.57%。

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  基于多目标优化的液冷板散热性能分析

  邱帅帅, 张甫仁, 孙世政, 陶远兵, 陶佳辉, 谭海坤

  2024, 15(6):  905-914.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.012

  摘要 ( 177 )   HTML ( 5)   PDF (2780KB) ( 34 )  

  为了提高冷却板的冷却性能和解决压力损失大的问题，采用一种复合 X 型通道液冷板结构来研究锂离子电池的散热性能。以通道倾斜角、通道位置及入口通道上下夹角为设计变量，通过目标函数（平均温度、温度标准差、压降）得到液冷板的综合冷却性能，进而确定液冷板的最优结构参数；通过单体电池实验，得到电池在不同放电倍率下的产热量及温升特性；采用 Latin 超立方体（LHS）在设计空间内抽取 70 组样本点，基于近似模型（RSA）建立设计变量与目标函数之间的关系，采用非支配排序遗传算法Ⅱ（NSGA-Ⅱ）对RSA进行寻优，利用计算流体力学（CFD）验证寻优结果的合理性。结果表明：液冷板的泵送功率得到有效改善，与初始模型相比，压降降低了37.9%， 综合冷却性能提升了 55.3%。

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  减阻装置对平头货车气动特性影响的分析及优化

  吴素珍, 丁祺睿

  2024, 15(6):  915-922.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.013

  摘要 ( 90 )   HTML ( 4)   PDF (1852KB) ( 50 )  

  为减低侧风环境下平头货车的气动阻力系数，提高行驶稳定性，提出安装减阻装置和优化造型参数的减阻方案。采用空气动力学数值模拟技术，在0°~15°间6种横摆角下分别研究了安装导流罩、尾流板、复合减阻装置的平头货车简化模型的气动特性，并基于自适应协同优化算法（SHERPA）对安装复合减阻装置的模型进行参数优化。结果表明：导流罩在横摆角为12°时减阻效果最佳，减阻率为17.0%；尾流板的减阻率在无侧风时达到最大为5.7%；复合减阻装置的平均减阻率为19.0%，最大减阻率为22.9%；经 SHERPA算法优化后，安装复合减阻装置的货车模型平均气动阻力系数进一步降低4.3%。此项研究为侧风环境下货车气动特性优化提供了理论基础。

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  智能驾驶与智慧交通

  基于MADDPG算法的匝道合流区多车协同控制

  蔡田茂, 孔伟伟, 罗禹贡, 石佳, 姬鹏霄, 李聪民

  2024, 15(6):  923-933.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.014

  摘要 ( 83 )   HTML ( 3)   PDF (4040KB) ( 475 )  

  为了保障匝道合流区的安全高效通行，提出了一种基于多智能体强化学习算法的多车协同控制方法。以提升系统计算效率为目标，设计了基于多智能体确定性策略梯度算法（MADDPG）的分布式训练框架；针对智能体模型难以应对连续车流场景的问题，通过构建相对静止环境，改进策略更新梯度，保障智能体面向连续车流环境的平稳性；拆分匝道合流区场景为准备区和汇入区，分别依据两区域控制目标设计了状态、动作空间及奖励函数。 结果表明：在不同交通流量下，与基于规则的方法相比，该方法通行合流区的总延误时间平均缩短25.46%；与全局优化方法相比，延误时间相差8.47%，但控制时长上不会随车辆数量增加而增长。该文所提出匝道合流区多车协同控制方法能够更好地兼顾通行效率提升与系统实时性。

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  面向自动驾驶的远程多维信息实时交互系统设计

  曹莉凌, 刘君丽, 金升烨, 曹守启, 周国峰

  2024, 15(6):  934-942.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.015

  摘要 ( 80 )   HTML ( 5)   PDF (2733KB) ( 159 )  

  为了提高低速、半封闭场景下自动驾驶车辆的安全性和运行效率，该文设计了一个基于第2代机器人操作系统（ROS2）框架的客户端/服务器（C/S）模式远程多维信息实时交互系统。采用数据传输融合技术，即配合多种数据预处理算法和统一的网络传输协议，实现了图像、点云和车辆状态信息的高效传输和实时交互。结果表明:在优良网络条件下，该系统的平均延时低于0.063 s，接收频率与发送频率几乎相等，丢包率不超过3.5%；集成的远程控制模块确保了操作的精确性; 在长时间稳定运行下系统的性能仍保持2.7%的中央处理器（CPU）低占用率，体现了出色的资源效率。该系统在确保实时性、可靠性和低资源消耗方面显示出有效性，可为自动驾驶领域的信息交互提供有力支持。

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  高负载场景中考虑噪声及隐藏终端的C-V2X模式4性能分析

  窦祖芳, 王鹏, 杨乔礼, 杨喜娟

  2024, 15(6):  943-951.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.016

  摘要 ( 60 )   HTML ( 4)   PDF (1947KB) ( 523 )  

  为深入探究基于蜂窝通信的车联网（C-V2X）模式4在高负载场景中的数据传输性能，提出了一个综合考虑随机噪声、随机阴影衰落及隐藏终端影响的数据传输分析模型。建立了一个融合噪声与阴影衰落的双重随机信噪比和信干噪比模型，并采用Cauchy分布对该模型进行求解；推导出数据传输过程中4种典型错误概率的解析式，揭示噪声、阴影衰落与数据冲突之间的耦合关系；基于4种错误类型，进一步构建集噪声、阴影衰落和隐藏终端影响于一体的数据包传输成功率（PDR）解析模型; 最后，利用数值仿真深入分析影响通信效率的关键参数，并探讨各个参数对PDR的影响规律。结果表明：在高噪声、高移速、高负载环境下，PDR较前期文献降低了16.7%，验证了随机噪声和隐藏终端对通信造成的不良影响。

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  基于行车风险场的高速公路交织区车辆轨迹预测方法

  秦雅琴, 董帅, 谢济铭, 陈亮, 刘拥华, 郭淼

  2024, 15(6):  952-961.  doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2024.06.017

  摘要 ( 117 )   HTML ( 7)   PDF (2544KB) ( 169 )  

  为提高交织区车辆轨迹预测精度，该文提出了一种融合行车风险场和车辆换道意图的车辆轨迹预测方法。分析交织区驾驶人驾驶需求变化，利用行车风险场模型统一表示车辆行驶时的交互风险；采用隐Markov模型识别车辆换道意图；通过深度置信网络在线学习机（DBN_OSELM）模型对输入特征进行多维度扩展和融合，提高交织区轨迹预测的准确率；最后，基于CitySim 数据集对所提方法进行评估。结果表明：模型能以较高的准确率预测高速公路交织区的车辆轨迹，交织区驾驶人3类驾驶需求（汇入、保持、驶出）的车辆轨迹预测均方根误差（RMSE）分别为0.6835、0.2574、0.6315，平均位移误差（ADE）分别为0.46、0.21、0.48 m。该研究成果有助于提高复杂场景下的车辆轨迹预测精度，改善交织区的交通安全。

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