汽车安全与节能学报

氨氢融合燃料内燃机排放特性与近零排放控制

李理光, 商权波, 唐泳健, 邓俊

2025, 16(3): 345-366. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.001

摘要 ( 335 )

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PDF (3877KB) ( 2093 )

在全球化石能源消耗与气候变化引发的碳减排需求和能源低碳化与零碳化转型的背景下，氨氢融合燃料内燃机(ICEs)因其零碳排放潜力成为交通运输领域的关注热点和重要研究方向之一。氨燃料具有高携氢能量密度、易储运和高抗爆性等优势，但其燃烧速度低，燃料含氮特性使其污染物排放具有高氮氧化物（NO_x）、未燃氨（NH₃）和氧化亚氮（N₂O）的特点，在内燃机领域的氨氢融合燃料燃烧优化与近零排放控制是一项全新研究，面临艰巨的挑战。本文综述了氨氢融合燃料内燃机的排放特性及近零排放控制技术的最新研究进展。首先，在排放机理方面，氨燃料燃烧过程中NO_x的生成路径复杂，受当量比、压力和温度等因素影响，早期的机理研究主要聚焦在低压和中高温范围，但与内燃机高压高温差距较大，是当前研究的重点。其次，缸内污染物生成与控制是降低排放的重要措施，通过优化燃料喷射策略、点火时刻和进气条件，能够有效平衡污染物排放与热效率关系。研究表明，氨氢融合，即氢气助燃可提升燃烧效率，减少未燃氨和N₂O排放，但会增加NO_x生成。最后，缸外后处理技术是实现近零排放的关键。由于氨氢燃料燃烧排放的特殊性，需要开发全新的专用后处理系统，包括选择性催化还原（SCR）技术处理NO_x，氨泄漏氧化催化器（ASC）和针对高温室效应的N₂O抑制生成与还原的新型催化剂。此外，氢气选择性催化还原（H₂-SCR）技术为处理氨氢发动机中的氢气排放提供了新思路。未来研究需进一步优化缸内燃烧与后处理系统的协同控制，开发低温高效催化剂，并探索组合式后处理方案，以满足日益严格的排放法规和近零排放。氨氢融合燃料内燃机在实现碳中和目标中具有广阔应用前景，但其广泛应用仍需解决包括排放控制等技术瓶颈问题。

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基于复合深度Gauss回归网络的汽车ORS优化设计

王文捷, 孙奕, 刘钊, 朱平

2025, 16(3): 367-375. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.002

摘要 ( 121 )

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为了提升汽车乘员约束系统（ORS）的安全性能和开发效率，提出了一种基于复合深度Gauss回归网络的汽车ORS优化设计方法。面向假人伤害值预测，将神经网络架构与Gauss过程回归相结合，提出了改进的复合深度Gauss回归网络作为预测模型；根据假人伤害预测值构建优化目标函数，基于多组群乌鸦搜索算法开展ORS参数优化；使用工程仿真数据，验证方法的有效性。结果表明：相较于原始方案，本设计方案的假人伤害最高降低了30.77%，平均降低12.11%；用本方法可以预测假人多个部位的伤害值，并获取高质量的ORS设计方案。

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多种碰撞工况下的中国与西方体征驾驶员响应对比分析

刘煜, 张辉达, 邬晓凡, 蒋韩, 李桂兵

2025, 16(3): 376-385. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.003

摘要 ( 121 )

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对比分析车辆碰撞工况下的中国和西方体征差异影响下的车辆乘员动态响应。以现有西方男性体征乘员模型为基础，参考中国男性志愿者体征，通过分肢体节段比例缩放建立了中国50百分位体征男性乘员有限元模型；采用乘员舱子系统模型和人体模型，仿真、对比分析了4种碰撞工况下驾驶员受载。结果表明：相比于西方人体模型响应，中国人体模型在小重叠壁障（SOB）和全宽刚性壁障（FRB）工况下的头部损伤准则（HIC）值低15.48%和26.2%，而移动渐进式可变形壁障（MPDB）工况下的HIC值高50%；FRB工况下的胸部压缩率低31.44%，但呈现出更高的肋骨应变；远端侧碰（FarSide）工况下的头部最大侧向位移接近，但颅脑应变明显更低，且颈部侧向剪切、轴向力及胸部压缩率低20%以上。因此，针对西方体征的车辆驾乘人员约束系统设计难以实现对中国人群的最优防护。

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基于自组织K-means的城市道路VRU事故场景复杂度评价

程瑞, 卢春成, 袁泉, 崔涛, 王涛

2025, 16(3): 386-395. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.004

摘要 ( 117 )

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为了满足智能汽车避撞系统验证中高风险测试环境的需要，同时丰富面向弱势道路使用者（VRU）的自动驾驶场景评价内容和方法，该文通过对广西桂林市2016—2020年交通事故案例收集整理，筛选得到1 429例汽车与VRU碰撞事故数据；依据事故调查经验选取了13种风险因素，基于自组织K-means聚类分析构建了10类适用于中国城市交通状况的汽车与VRU碰撞的典型场景；利用信息熵理论建立了VRU典型场景复杂度评价模型，通过联合logistic模型与反向神经（BP）网络确定变量状态及各维度权重，计算得到各类场景复杂度；运用Guass混合模型对复杂度进行聚类，最终获得4个场景复杂度等级。结果表明：在限速30 km/h的道路上，夜间直行汽车与横穿马路的电动自行车在非人行横道区域发生侧面碰撞的场景复杂度最高。该文的研究成果可为智能汽车安全性测试提供具备中国城市道路特征的实验场景，同时为车外VRU避撞方案和决策的制定提供一定的依据。

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基于视频的电动两轮车-行人碰撞事故特征和场景分析

杨垚, 王丙雨, 张翔, 张越

2025, 16(3): 396-404. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.005

摘要 ( 132 )

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为了获取电动两轮车-行人碰撞事故中的特征变量和提取典型危险场景，该文通过互联网收集了 273 例带视频信息的电动两轮车-行人碰撞事故案例，对事故中的碰撞速度、碰撞角度、行人第 1 碰撞部位、行人第 1 触地部位等 13 个事故特征变量进行统计分析；使用描述性统计分析和 K-modes 聚类方法对事故中 13 个特征变量进行聚类分析。结果显示：事故发生时，电动两轮车行驶速度一般低于 30 km/h，且碰撞位置大多集中在电动两轮车前部位置；电动两轮车-行人碰撞事故可分为 5 种典型场景，分别是垂直碰撞场景、夜间同向碰撞场景、同向侧碰场景、骑车人戴有头盔夜间碰撞场景和对向碰撞场景。该研究结果可为电动两轮车与行人碰撞事故中行人的安全对策和安全测试场景的研究提供参考。

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基于投影警示的智能汽车分级预警制动系统

邹铁方, 付玺郡, 李艳春

2025, 16(3): 405-413. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.006

摘要 ( 129 )

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为提升车辆的主动安全性能，降低盲区遮挡场景下人车碰撞事故数量，提出一种基于投影警示的智能汽车分级预警制动系统，专注于智能汽车与行人事故风险预警。利用分层策略分析制动系统：上层为分级预警制动系统安全决策方法，通过车辆与行人运动位置的变化探索盲区安全速度，根据盲区安全速度与当前车速的对比进行一级制动，与行人有碰撞风险时进行二级制动；下层执行控制模块搭建车辆逆纵向动力学模型，根据上层安全决策方法的期望减速度，搭建车辆节气门开度模型和制动压力控制模型，实现当前车速维持或减速运行。同时，该系统通过智能汽车的道路投影技术向前方地面投射警示信息，计算合理的投影长度与行人进行信息交互；并以传统经典的马自达（MAZDA）模型为参照，验证此系统的安全性及可行性，经630次仿真后发现分级预警制动系统未避免事故14例。针对未避免案例，进一步通过336次深度行人交互仿真模拟行人看到投影警示后的真实反应。结果表明：在行人正常反应能力范围内，分级预警制动系统可避免全部事故案例。研究结果可为自动紧急制动系统保护行人安全的相关研究提供支持，进一步提升其安全性。

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考虑噪声和初始状态不确定性的车辆状态UKF估计

张志勇, 杜宸胄, 易晟, 于辉

2025, 16(3): 414-424. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.007

摘要 ( 95 )

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为提高车辆在噪声协方差矩阵和初始状态存在不确定性时的状态估计精度，提出了改进无迹Kalman滤波（UKF）车辆状态估计方法。该方法基于最大后验概率估计（MAP）策略引入加窗处理，实现对噪声协方差矩阵的动态估计；同时结合静态粒子滤波（SPF）算法，对车辆初始状态进行估计。利用CarSim与MATLAB/Simulink的联合仿真平台，对改进UKF的车辆状态估计精度进行验证。结果表明：在量测噪声偏离真实值的情况下，采用加窗MAP噪声协方差矩阵动态估计方法相比标准UKF，纵向与横向车速的估计精度分别提升了90%和80%；与噪声协方差矩阵自适应调整的UKF相比，估计精度分别提高了75%和56%。在初始状态不确定的情况下，SPF方法分别提高了纵向和横向车速的估计精度为94%和90%。因此提出的改进UKF估计方法在噪声协方差矩阵和初始状态存在不确定性时，显著提升了估计精度和鲁棒性。

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基于MOVES模型的太原市道路机动车氨气排放特征

杨阳, 王奕淳, 张义, 于谦, 张涛

2025, 16(3): 425-433. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.008

摘要 ( 84 )

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为研究道路机动车氨气排放特征，利用机动车排放模拟器（MOVES）模型以太原市为研究对象进行参数本地化处理，在提高参数本地化精度的同时提出了不同车型排放标准占比的计算方法，最终得到太原市机动车氨气排放清单，并分别从车型、时间、速度和空间4个角度分析了太原市机动车氨气的排放特征。结果表明：太原市2021年摩托车、私家车、大型客车、小型货车和大型货车的氨气排放量分别为4.2、441.8、5.05、130.4、49.4 t；不同车型单车平均单位里程氨气排放量的顺序依次为大型客车>大型货车>小型货车>私家车>摩托车；当车速处于25~65 km/h时，氨气的排放量较低。研究结果可以为道路机动车氨气排放监管提供理论参考。

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纯电动公路客车车身骨架高刚度轻量化设计

张逍, 何锋, 刘定一, 龚成平

2025, 16(3): 434-442. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.009

摘要 ( 102 )

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为了提高纯电动公路客车车身骨架刚度并降低质量，对该车身骨架进行多目标结构优化设计。以某纯电动公路客车为研究对象，在HyperMesh软件中，建立客车车身骨架有限元模型；通过层次分析法，确定静态、动态等工况的权重系数；对改进后的骨架结构进行变量分组，并进行多工况多目标尺寸优化；对车身骨架进行静力学分析和模态分析。结果表明：优化后的车身骨架综合平均刚度至少提高了4%，前四阶平均动态频率提高7%，车身骨架减重1%。从而，在提升车身骨架性能的前提下，本优化设计能使车身骨架质量保持不变或达到一定的轻量化效果。

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锂离子电池新型分支通道翅片液体冷却板的设计优化

谢元鹏, 张甫仁, 谭海坤, 肖康, 邱帅帅, 孙世政

2025, 16(3): 443-451. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.010

摘要 ( 130 )

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为了提升电池热管理系统的综合性能，该文提出一种基于翅片式的新型液冷板结构。选取菱形翅片液冷板为实验对象，讨论了不同的翅片结构和翅片排列方式对液冷板散热性能的影响；基于选优后的翅片液冷板提出了新型的翅片结构；采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化，分析结构参数（翅片的开口宽度、翅片外轮廓厚度、翅片内腔体宽度）对平均温度和压降的影响。结果表明：排列方式为3×8的椭圆形翅片液冷板相较于菱形翅片液冷板综合性能提高了9%，平均温度下降了约0.1 ℃，压降降低了0.43 Pa。在椭圆型翅片内部添加分支通道后，经过多目标优化后的新型翅片结构平均温度下降了0.257 ℃（0.7%），压降下降0.784 Pa（16.31%），表明液冷板的散热性能得到了有效提升；该研究为散热器的设计与分析提供了新的方法和理论依据。

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基于深度生成网络的夜间车道线检测方法

刘国盛, 苏欣儿, 王建锋, 刘臻玮

2025, 16(3): 452-462. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.011

摘要 ( 174 )

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为保障夜间车辆的安全行驶，准确识别夜间车道线并做出车道偏离预警，提出了用于夜间图像增强的深度生成网络EnhanceGAN和基于Transformer的端到端车道线检测网络AttentiveLSTR的夜间车道线检测方法，并进行实车实验。深度生成网络EnhanceGAN将改进后的UNet作为网络的生成器，采用两层嵌套的U形结构扩大感受野，添加Markov局部判别器和组合损失函数增强车道线边缘、纹理等细节信息；车道线检测网络AttentiveLSTR使用ResNeXt作为特征提取网络来保证网络深度和降低模型参数量，引入特征金字塔网络（FPN）提取车道线边缘和形状信息。结果表明：与主流方法CycleGAN和Gamma校正相比，该方法在BDD100k数据集上的夜间图像增强的效果更好，车道线和周围环境对比度高，结构相似性（SSIM）为0.8834，图像整体自然逼真，峰值信噪比（PSNR）为40.2654, 自然图像质量评估指标（NIQE）为3.4233；在CULane数据集上检测精度（Acc）为 90.12%，处理速度较快，每秒帧数（FPS）为82帧。该研究结果可以为夜间行驶车道线偏离场景提供参考。

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基于多维注意力机制的高速公路交通流量预测方法

虞安军, 励英迪, 杨哲懿, 付崇宇, 童蔚苹, 余佳, 刘云海, 刘志远

2025, 16(3): 463-469. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.012

摘要 ( 125 )

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PDF (1378KB) ( 84 )

为了实现精准的交通流量预测，提高高速公路智慧管理水平，该文构建了一种基于多维注意力机制的交通流量预测模型，并在樟吉高速公路真实交通数据集上开展对比实验，以验证模型的准确性及预测精度。模型基于图神经网络（GNN）和时间卷积网络（TCN）提取交通流空间和时间维度的特征，结合多维注意力机制挖掘时空数据中的关键信息，同时引入多任务学习架构，通过基于同方差不确定性的损失函数来平衡不同任务共同学习，以提高模型的泛化能力和鲁棒性。结果表明：该模型在测试集上的均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）分别为7.467和5.133，相较基准模型有更好的预测精度；提出的该交通流量预测方法可有效地挖掘交通流的时空特性，描述真实交通运行状态，对高速公路交通流量做出精准预测。

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基于深度强化学习的智能网联车辆盲区通行策略

黎子源, 刘强, 李鼎立, 李子龙

2025, 16(3): 470-477. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.013

摘要 ( 93 )

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为防止车辆通过视觉盲区时与盲区窜出的行人发生交通事故，提出了一种基于深度强化学习的智能网联车辆（ICV）盲区通行策略方法。针对典型的盲区场景建立了数学描述模型；兼顾车辆通行安全，效率和舒适3个指标，基于“深度双Q网络”（DDQN）计了深度强化学习模型，该模型采用即碰时间（TTC）的指标，建立了一套具有物理可解释性的奖励函数，模型输出为车辆的油门和刹车踏板深度。在3个典型场景中开展了车辆通行仿真实验，验证算法的有效性。结果表明：与传统的DQN方法相比，本方法提高了决策精度，舒适性平均提升50%以上。因此，本方法能够实现安全、高效且舒适的纵向决策。

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基于自适应分割网络的隧道车道线检测

王一飞, 李勇杭, 张雅丽, 王畅, 王泰琪, 袁华智

2025, 16(3): 478-486. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.014

摘要 ( 106 )

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PDF (3525KB) ( 94 )

针对隧道场景中传统图像分割方案存在依赖先验知识、适应性差等问题，提出一种基于自适应分割网络的车道线检测方法。首先设计了一种基于光照特征的子区域规划方法，通过提取光照特征信号来自适应地判断多区域分割必要性并实时给出对应的子区域配置方案；其次，提出一种基于改进Otsu的车道线区域分割方法，各子区域可独立地根据光照程度调节分割阈值，实现对车道线区域的精确分割；最后设计了一种动态感兴趣区域更新方法，根据前一帧检测结果更新当前帧的感兴趣区域（ROI）。结果表明：在复杂光照、低照度、车道线间断等隧道典型场景下，所提出的算法检测准确率达到96.73%，平均每帧处理时间为24.77 ms；该方法在检测准确率、检测效率与鲁棒性均表现出优势，满足实时性的需求。

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基于组合博弈的高速作业区人机共驾切换策略决策

周倩西, 巫诚诚, 胡政, 石亮亮

2025, 16(3): 487-495. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.015

摘要 ( 88 )

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为有效缓解高速公路作业区路段混合交通流所导致的瓶颈效应，提升路段行车安全性，针对高速公路作业区行驶路段的人机共驾车辆控制权分配决策，提出了基于Stackelberg博弈和非合作Nash博弈组成的动态组合博弈模型。利用VISSIM软件构建作业区路段微观混合交通流仿真场景，验证决策模型有效性并分析模型对交通流安全性和通行效率的影响。结果表明：作业区路段仿真试验中所提出的决策模型有效性超过66%，平均降低冲突发生率34.15%，低流量下冲突发生率最高降低70.77%，该模型显著提升了作业区路段的安全性，并在91.67%的行车场景中有效提高了通行效率。未来在作业区路段的交通管制中，考虑进一步应用和优化该模型，以实现更高效的交通安全保障。

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考虑能耗及稳定性的无人驾驶车辆越野环境路径规划

陈晓峰, 王兰文, 马果, 张垒, 鲍家定, 景晖

2025, 16(3): 496-503. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.03.016

摘要 ( 127 )

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在无人驾驶车辆越野环境下的路径规划中，为减少能耗，提高侧向行驶稳定性，对传统A*算法的环境建模方式及代价函数进行改进。对数字高程地图（DEM）数据进行Kriging插值及坡度计算，根据车辆性能生成车辆可通行地图；在传统A*算法代价函数中加入车辆俯仰角、侧倾角影响因子，设计新的代价函数；在真实环境地图上，仿真对比了本文算法、传统A*算法及考虑高度的A*算法（HA*算法）。结果表明：在越野环境中，与传统A*算法及HA*算法规划路径相比，本文算法规划路径的路径长度最多增加7.3%，能耗最多降低10.1%；针对一般性能车辆，行驶俯仰角低于40%；针对高性能车辆，行驶俯仰角低于60%；且两种性能车辆侧倾角均低于36%。因此，应用本文算法可以减少能量消耗，提高车辆侧向行驶稳定性。

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