汽车安全与节能学报

全固态电池安全性研究进展与展望

郭春丽, 唐圣凯, 崔煜, 毛玉琼

2025, 16(5): 657-678. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.001

摘要 ( 547 )

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PDF (3718KB) ( 3008 )

全固态电池（ASSBs）具有高安全性、高能量密度等性能优势，是全球动力电池技术竞争的制高点，已被列入中美日韩等主要国家的发展战略。当前，ASSBs 技术发展已进入关键突破期，以丰田、比亚迪、宁德时代为代表的主流厂商预计将在 2027 年开展 ASSBs 的装车应用。然而，在大规模应用前，ASSBs 仍需进行全面的性能评估与失效分析，以保障其在新能能源汽车等各种使用工况下的安全可靠运行。值得注意的是，现有研究表明，ASSBs 仍存在热失控风险，并不等于绝对安全，其在复杂工况下的安全失效机理仍有待探究。有鉴于此，该文从材料、界面及电芯等方面系统梳理了 ASSBs潜在的安全问题，包括正极、负极与固态电解质等关键材料的本征热稳定性、正负极-电解质界面的高温热化学反应、锂枝晶生长及其导致的电池内短路，以及电池失效过程中的产气毒性与环境灾害。并且该文进一步从失效机理深入解析、关键材料与界面稳定性优化，以及系统层级气体管理与热防护等角度，分析并提出了 ASSBs 安全性未来的研究策略，为其安全评估和工程化应用提供系统化的理论支撑与实践指导。

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基于膜式空气弹簧性能退化机理的有效面积预测方法

邬明宇, 王亚飞, 陈俊杰, 钟弘, 李耀超, 危银涛, 刘向, 张翼飞

2025, 16(5): 679-687. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.002

摘要 ( 209 )

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PDF (1860KB) ( 114 )

构建了一种膜式空气弹簧的有效面积预测模型，以便研究膜式空气弹簧的退化机理，预测在全生命周期内膜式空气弹簧的动态响应。引入了帘线和橡胶材料疲劳特性的演化机制，建立了空气弹簧有效面积随疲劳加载周期与受力形变的激励振幅的多物理耦合映射关系；在不同疲劳周期和形变的激励振幅下，进行了动态试验验证。结果表明：在不同退化阶段下，本模型的有效面积计算误差在1%以内；空气弹簧有效面积与疲劳加载次数、形变的激励振幅均呈正相关关系，而与帘线和橡胶材料的弹性模量呈负相关关系；在50 ℃时有效面积的增长趋势加快，呈现非线性特征。

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基于混合神经网络的交织区危险驾驶与风格的识别

程泽阳, 段奕阳, 杨蒙蒙, 冯忠祥, 王鹤, 朱晓俊, 保丽霞

2025, 16(5): 688-697. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.003

摘要 ( 149 )

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PDF (4543KB) ( 72 )

为辨识和预测交织区危险驾驶行为及驾驶风格，提出了一种基于历史轨迹数据的混合神经网络分析方法。利用k-means++算法，对不同危险驾驶行为进行聚类分析，提取纵向速度、横向与纵向加速度的关键特征，以表征不同类型的驾驶风格；基于长短期记忆网络（LSTM） -卷积神经网络（CNN） -知识注意机制（KAN），构建驾驶风格预测模型；进行了仿真与消融对比实验。结果显示：该模型的受试者操作特征（ROC）曲线下面积（AUC）为0.846；相较于使用LSTM、CNN-LSTM、LSTM-KAN的模型，该模型危险驾驶行为及驾驶风格分类预测的精度提升了6.73%、3.12%、4.72%; 泛化性验证精度分别提升了6.3%、2.5%、3.9%。

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汽车碰撞强度和先进约束系统参数对乘员损伤的影响

邓功勋, 蔡娅妮, 雷飞兵, 刘恒金, 漆露霖, 樊瑜波

2025, 16(5): 698-706. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.004

摘要 ( 193 )

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PDF (2668KB) ( 248 )

针对整车碰撞中先进约束系统匹配问题，统计分析某公司近3年整车正面刚性墙碰撞试验车辆乘员载荷准则（OLC）和先进约束系统参数分布频率；建立有限元仿真矩阵；采用Kruskal-Wallis非参数检验和Spearman相关分析方法，研究OLC和约束系统参数对乘员损伤的影响机制。结果显示：OLC的增大能显著增加乘员各部位损伤严重度（相关性系数ρ = 0.66，显著性p < 0.01），气囊泄气孔径和卷收器点火时间（TTF）均不会显著影响乘员损伤风险。安全带第一级限力水平和头部损伤为负相关，但和胸部压缩量为强正相关。使用腰部预紧（PLP）预紧腰带和动态锁舌（CLT）切断安全带力的传递，能轻微减小胸部压缩量，并且能加强乘员髋部约束，减少髋部及下肢前移，减轻下肢和内饰的碰撞强度，显著降低乘员下肢损伤风险。

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适用绊倒及非绊倒侧翻的改进二次预测型预警算法

田阳, 李相澎, 范义红, 李钊男, 李亮

2025, 16(5): 707-715. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.005

摘要 ( 89 )

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PDF (1804KB) ( 181 )

为辨识车辆侧倾状态并准确预警侧翻，设计了基于新侧翻指标（NRI）的改进二次预测型侧翻预警算法。基于6自由度模型，导出适用于绊倒和非绊倒侧翻的新侧翻指标。提出了一次预测型和二次预测型相结合的改进二次预测型侧翻预警算法，将其与NRI相结合，通过Carsim软件与Matlab/Simulink软件的联合仿真及硬件，进行在环试验验证。结果表明：本算法在保留准确性的基础上提高了平稳性；在车辆未发生侧翻时，本算法的预警启停次数较二次预测型侧翻预警减少了39.5%，较一次预测型侧翻预警减小了47.3%；在车辆发生侧翻时，预警时间最大峰值较一次预测型侧翻预警减少了77.2%。从而，该算法能够对路面激励做出准确的响应，增强了适用范围。

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基于协同仿真的汽车机构耐久性仿真系统设计与应用

邵龙飞, 孟焱, 庞欢, 王道成, 宋攀琨, 叶志强

2025, 16(5): 716-724. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.006

摘要 ( 109 )

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PDF (1722KB) ( 38 )

为了提高汽车机构耐久性评估的效率和精度，针对汽车机构耐久性评估中零部件渐变损伤累积与性能退化的非线性耦合难题，设计了基于协同仿真的汽车机构耐久性仿真系统。通过构建动力学响应提取-损伤建模-参数更新的闭环迭代机制，实现了损伤演化与机构性能退化的动态耦合分析；设计了包含数据库、协同仿真和耐久性评估等核心功能模块，对某型汽车悬架机构进行了耐久性评估。结果表明：相较于定步长迭代计算方式，该系统采用变步长迭代计算得到的故障车辆悬架机构下球碗磨损深度评估精度提高了 21.2% ~ 28.3%，该系统可为汽车机构耐久性设计提供高精度、高效率的数字化解决方案。

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重型车辆串联式混动系统机电状态稳定性评价方法

钟昊, 王伟达, 杨超, 杨刘权, 曾根, 李同辉

2025, 16(5): 725-735. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.007

摘要 ( 65 )

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PDF (5479KB) ( 37 )

为安全平稳地运行重型车辆“串联混合动力系统（S-HEP）”，研究了一种机电状态稳定性评价方法。基于串联混合动力系统的机械与电气特性，提出了发动机发电机转矩协调性、主副动力源供能协调性等8种动态指标；使用层次分析法，设计了评价指标的权重，实现了多指标的综合；结合模糊理论，设计了模糊综合评价法；通过隶属度函数，将主观的模糊评价映射为量化评分。对某车辆在11个工况下的实车试验数据的机电状态稳定性进行评价。结果表明：在低速匀速（18 km/h）、高速匀速（73 km/h）、中速循环（0~40 km/h）、急加速（0~40 km/h）等工况下的综合评分分别为1.11、2.45、3.13、3.6。这证明了本法的有效性与可重复性。这些评价结果可以量化系统机电状态稳定性的优劣。

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基于分段SOC轨迹预测的PHEV分层能量管理策略

代立宏, 金妮妮, 莫宗华, 胡鹏, 万文俊, 刘浩业, 王天友

2025, 16(5): 736-746. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.008

摘要 ( 166 )

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PDF (5607KB) ( 73 )

为了在实际驾驶条件下实现接近全局的最佳能量分配，该文提出了一种分层能量管理-自适应初始等效因子策略（HEMS-AIEFS）。HEMS-AIEFS采用了 2 层结构：上层实施分段的电池荷电状态（SOC）规划方法，利用动态规划（DP）算法生成的数据训练神经网络模型，再利用该模型在线规划SOC 节点轨迹；下层采用预测等效消耗最小化策略（P-ECMS）跟踪上层规划的 SOC 轨迹，并加入自适应初始等效因子策略（AIEFS）改善跟踪效果。结果表明：相比于传统确定初始等效因子的方法，所提 AIEFS 降低 2.36%~7.69% 油耗；与电量消耗-电量维持策略（CD-CS）相比，HEMS-AIEFS 在不同工况下可节省 1.56%~9.13% 的燃油消耗，所需计算时间是 DP 算法的 4.9%~5.6%。该研究展示了基于速度信息分段 SOC 规划的HEMS-AIEFS在插电式混合动力车（PHEV）能量管理优化方面的巨大潜力。

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基于车辆动力学和改进的FFRLS算法在线估算电动公交能耗

张馨方, 闫艺萍, 张哲, 徐志刚, 张立成

2025, 16(5): 747-756. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.009

摘要 ( 88 )

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为提高电动公交汽车能耗预测模型在实时性、精度和可解释性方面的表现，该文提出了一种融合车辆动力学模型和数据驱动参数辨识的分工况能耗预测模型。该模型根据加速、匀速和减速3种工况，分别建立瞬时功率方程，并通过驾驶段划分计算累计能耗；通过引入带遗忘因子的递推最小二乘法（FFRLS）对模型参数进行在线识别，并结合粒子群优化算法（PSO）优化初始参数和遗忘因子，构建了具备实时在线预测能力的能耗模型IFFRLS。结果表明：所提模型的预测能力优异，最高决定系数（R²）达0.977，平均绝对百分比误差（MAPE）为11.16%，明显优于未改进的模型。

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基于气动与热平衡特性的混动轻卡主动进气格栅技术

郑松峰, 钱多德, 龚震, 钱叶剑

2025, 16(5): 757-765. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.010

摘要 ( 162 )

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为解决混合动力商用车双重热源耦合工况下固定格栅难以动态匹配差异化散热需求的难题，该文以混动轻卡车型为例，采用计算流体力学方法（CFD）探究主动进气格栅（AGS）偏转方向和角度对其气动及热平衡性能的影响，进而提出AGS控制策略。结果表明：AGS全开显著增加冷却组件进气量，改善热平衡性能；AGS叶片下偏较上偏可引导气流至冷却组件，避开复杂底盘零件，在强化换热的同时还能降低前舱风阻；冷却组件进气量受前舱流场结构与AGS偏角的协同影响；在50 km/h爬坡和110 km/h高速工况下将AGS下偏角分别设置为60°和75°，既能满足前舱换热需求，还能分别降低风阻系数约3.21%和3.88%。因此，对混动轻卡车型进行AGS优化匹配设计，并关联AGS控制策略，是改善热平衡与能耗的重要手段。

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多场耦合抑制锌电沉积中的枝晶生长

陈云祥, 赵佳辉, 王克亮, 刘汉超, 王恒威, 张天福, 裴普成

2025, 16(5): 766-772. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.011

摘要 ( 113 )

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PDF (6023KB) ( 53 )

为了有效解决传统锌金属电池因不可控的枝晶生长所引发的安全风险和循环寿命下降等关键问题，对不同外场作用下锌金属的电沉积形貌进行了研究，重点探究了电流密度与外场条件对枝晶生长的协同作用机制。通过分别外加磁场、超声和温度场的方式，对锌金属在不同电流密度下的枝晶生长状况进行了测试。结果表明：3种外场均能改善锌沉积形貌，其中磁场通过Lorentz力作用促进电解液对流，温度场通过降低溶液粘度增强离子迁移率，超声波则通过空化效应实现微区搅拌，这些机制共同强化了电解液中的传质过程。特别是在外加超声的情况下，在15 mA/cm²的电流密度下仍能保证无树状枝晶沉积。

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基于自适应预测时域MPC的轨迹跟踪控制

郑讯佳, 曹泽义, 陈星, 刘辉, 高建杰

2025, 16(5): 773-783. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.012

摘要 ( 142 )

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PDF (2467KB) ( 99 )

针对自动驾驶车辆轨迹跟踪控制中通常未考虑道路曲率和车速信息的问题，为抑制车辆轨迹跟踪过程中的横向偏差并增强控制系统的抗干扰性，提出了一种结合模糊控制策略的时域自适应调整模型预测控制（MPC）轨迹跟踪控制算法。通过建立车辆的运动学模型以及模型预测控制器，设计不同速度工况，将道路曲率和期望车速作为模糊控制输入，利用模糊控制器优化模型预测控制算法的预测时域参数；采用Carsim和Simulink联合仿真，分别在2个不同曲率的轨迹上进行不同速度的轨迹跟踪控制。结果表明：自适应时域模型预测控制器（MPC）在双移线工况下，相比固定时域控制器和线性二次型调节器（LQR），低速（30 km/h）和高速（90 km/h）时横向误差最大降低85.81%和78.86%；在多弯道工况下，低速和高速时横向误差最大降低96.32%和86.4%。该控制策略能显著提升系统跟踪性能，在不同速度工况下能够有效降低轨迹偏差并维持车辆动态稳定性。

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考虑车道约束的骨架引导分层自主代客泊车路径规划方法

彭千龙, 金别树, 王建强, 王广玮

2025, 16(5): 784-792. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.013

摘要 ( 94 )

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PDF (2689KB) ( 58 )

针对复杂泊车场景下自主代客泊车路径规划面临的实时性与安全性挑战，该文提出一种车道级骨架引导的RS（Reeds-Shepp）曲线分层路径规划方法(LCSA-RS)。采用 5 层架构：泊位决策层基于停车场地图确定最优泊入/泊出点；地图抽象层融合骨架化提取算法与车道约束构建稀疏拓扑地图；全局引导层基于A*算法生成关键引导点序列；路径优化层在关键点约束圆内生成满足运动学特性的平滑路径；碰撞检测层实时评估风险并触发路径重规划。结果表明：与混合A*算法相比，LCSA-RS方法将全局规划阶段搜索节点数减少到前者的千分之一，总规划时间缩短 95.5%；该方法将规划路径限制在各自车道内，能有效避免多车潜在路径冲突，为复杂环境下泊车路径的实时规划提供了新的解决方案。

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基于双重池化注意力机制和竖直特征融合的DV-PointPillars三维目标检测模型

潘玉恒, 任晨, 鲁维佳, 李洋

2025, 16(5): 793-801. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.014

摘要 ( 147 )

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PDF (3417KB) ( 54 )

为了改善柱体化三维目标检测模型中存在的柱体特征表征能力不足、误检漏检的问题，提出一种基于双重池化注意力机制和竖直特征融合的DV-PointPillars模型。在编码网络中引入最大和平均双重池化注意力机制，充分利用柱体内的点云信息，提升柱体特征的表征能力；设计竖直区域特征提取网络，获取柱体在竖直方向上的特征信息，并在主干网络融合特征，改善编码方式导致的信息压缩问题，减少误判并提升遮挡情况的识别能力。采用KITTI数据集对汽车、行人、骑行者3个类别从简单、中等、困难3个难度进行实验。结果表明: 相较于PointPillars模型，DV-PointPillars模型在增加3个模块后对车辆、行人、骑行者3个类别的3D平均检测准确度分别提升4.02%、5.17%、5.09%，显示出该模型的有效性。

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基于电子机械制动系统的夹紧力估计与控制策略

董作民, 刘丰祎, 李金志, 王志坚, 刘兆勇

2025, 16(5): 802-811. doi:10.3969/j.issn.1674-8484.2025.05.015

摘要 ( 110 )

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为满足自动驾驶车辆对制动系统高精度和快速响应的需求，该文提出一种电子机械制动系统的夹紧力估计与控制策略。采用双 7 次多项式实现夹紧力的包络线估计，通过拟合夹紧和释放过程中的多项式曲线，引入一阶惯性环节来描述不同释放点处的迟滞特性，并且设计了前馈双环比例-积分-微分（PID）的夹紧力控制方法，以实现夹紧力的高精度和快速响应。结果表明：夹紧力估计的最大误差在528.17 N，估计误差< 4.40%；在 4 种典型信号下控制误差在270 N，误差< 2.25%。因此，该估计和控制策略在复杂工况下具有良好的估计精度和控制精度，快速的响应速度也提升了电子机械制动系统的可靠性。

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