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当期目录

    2024年, 第46卷, 第5期 刊出日期:2024-05-25 上一期    下一期
    基于场景划分的智能网联汽车协同换道避障方法
    周俊宇,李克强,任晗啸,于杰,罗禹贡
    2024 (5):  745-753.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.001
    摘要 ( 521 )   HTML ( 51 )   PDF(3398KB) ( 713 )  

    为解决传统基于V2V通信的两车协同换道对于前方交通存在未知交通情况,及周围车辆信息获知不准确情况下换道成功率低且无法保证交通效率最优的问题,本文提出了一种基于场景划分的ICV两阶段协同换道避障方法。首先,将换道过程划分为纵向间距调整阶段与横向换道阶段,分别使用四次多项式与五次多项式描述两个阶段ICV的轨迹;其次,根据纵向间距调整结束时刻车辆的相对位置设计了4种场景,并设计以车辆调整末速度、距离与换道时间为目标函数的换道模型,在保证换道成功率的同时减少换道行为对上游交通产生的影响;最后,为了验证算法的有效性,在4种场景下分别设计可行工况,并对间距调整过程进行速度-时间与距离-时间关系图进行分析,证明间距调整过程均满足安全约束;同时,本文通过遍历循环计算换道避障算法的边界值,说明了ICV换道避障成功率与车间距、车辆与障碍物间距之间具有相关性。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    高速公路混合交通环境下的智能网联汽车换道策略研究
    刘永涛,孙斐然,袁诗泉,高隆鑫,曹莹,陈轶嵩,乔洁
    2024 (5):  754-765.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.002
    摘要 ( 300 )   HTML ( 26 )   PDF(4013KB) ( 586 )  

    为推动智能网联汽车应用落地,提出高速公路混合交通环境下智能网联汽车换道策略。首先,改进NaSch元胞自动机模型,并采用马尔科夫链算法计算道路通行能力;其次,针对目标车道为专用车道和普通车道分别建立基于车速引导的决策模型和基于博弈论的双矩阵决策模型;最后,采用多目标轨迹优化算法优化换道轨迹。结果表明:目标车道为专用车道和普通车道时,所提出的策略可分别提高换道效率6%、3.38%。

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    考虑风险时空分布特征的跟驰工况行车风险预测
    宋东鉴,赵健,朱冰,佟静,韩嘉懿,刘斌
    2024 (5):  766-775.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.003
    摘要 ( 218 )   HTML ( 17 )   PDF(4461KB) ( 464 )  

    行车风险预测对提升智能汽车行车安全性至关重要,为此本文提出了一种跟驰工况下的行车风险预测模型(car-following risk prediction model, CRPM)。跟驰中车辆的减速能够反映驾驶人的认知风险,故根据车辆纵向加速度标注跟驰风险等级,并构建基于各向异性行车风险场的风险时空分布特征以用作CRPM的输入。CRPM通过卷积神经网络提取风险的空间分布特性,利用双向长短期记忆网络和注意力机制处理风险的时序依赖关系,最终输出跟驰风险等级。CRPM在航拍数据集AD4CHE上进行训练和测试。结果表明,CRPM具有良好的预测精度和提前预测时间,预测准确率达99.67%,在风险发生前2 s预测准确率为96.73%。

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    动态场景下基于3D多目标追踪的实时视觉SLAM方法研究
    陈吉清,车宇翔,田小强,兰凤崇,周云郊
    2024 (5):  776-783.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.004
    摘要 ( 298 )   HTML ( 29 )   PDF(2443KB) ( 350 )  

    近年来一些解决动态场景下的SLAM技术被提出,其中SLAM与MOT结合的技术路线不仅可解决动态场景问题,还可以提高系统对周围场景的理解,获得了更大关注。本文介绍了一种高效的实时在线视觉SLAMMOT融合系统,以双目视觉或RGBD作为输入,只须借助2D目标检测网络,便能高效、准确、鲁棒地跟踪相机以及动态目标的位姿,并生成稀疏点云地图。为提高多动态目标追踪的精度与准确度,引入了级联匹配与IOU匹配结合的策略;利用阿克曼转向模型来简化追踪目标的运动,减少求解动态目标位姿所需匹配点的数量;利用因子图将相机与动态目标的追踪结果进行联合优化,同时提高相机、追踪目标的位姿和地图点的精度。最后在KITTI跟踪数据集上与其他方法进行比较。结果表明,在满足实时性要求的前提下,该方法仍能准确地追踪相机以及动态目标位姿。

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    智能汽车轨迹跟踪多目标显式模型预测控制
    赵树恩,王盛,冷姚
    2024 (5):  784-794.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.005
    摘要 ( 242 )   HTML ( 24 )   PDF(6967KB) ( 1342 )  

    针对现有智能汽车轨迹跟踪控制算法难以同时保证跟踪精确性、横向稳定性、舒适性以及控制实时性的问题,提出了一种基于多目标优化和显式模型预测控制理论的轨迹跟踪控制策略(MO-EMPC)。首先,建立考虑跟踪精确性、横向稳定性、舒适性的多目标函数及约束。然后,针对传统MPC控制实时性低的问题,设计基于EMPC的多目标优化轨迹跟踪控制器,通过引入多参数二次规划(MPQP)理论,将反复在线优化求解过程转化为等价的分段仿射系统(PPWA),离线计算得到最优显式控制律以供实时控制调用,减少在线运算时间。最后,基于CarSim/Simlink联合仿真方法,将所设计控制器的轨迹跟踪多目标优化效果与MPC控制效果进行对比验证。研究结果表明,所提出的轨迹跟踪策略在保证良好的跟踪精度前提下,横向稳定性、舒适性方面的表现更优于MPC控制器,且算法在线运行速度提高56.63%。

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    面向人机共驾模式下驾驶人接管过程的视觉转移特性研究
    李梦凡,冯忠祥,张卫华,李靖宇
    2024 (5):  795-804.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.006
    摘要 ( 229 )   HTML ( 12 )   PDF(3391KB) ( 697 )  

    当在L3级自动驾驶系统操作期间,驾驶人无须时刻监管车辆,往往会处于脱离驾驶任务的状态,并可能从事各种与驾驶无关的任务。当自动驾驶系统遇到突发状况并发出接管请求时,驾驶人是否能安全及时地进行人机交互操作并顺利接管车辆是目前L3级自动驾驶所面临的重要问题。本文针对驾驶人接管操作过程,根据道路线形的差异性,设计了5种不同道路场景进行L3级自动驾驶接管试验,分析了驾驶人在不同道路场景下的注视熵,构建了驾驶人接管行为的马尔可夫链注视模型,探讨了自动驾驶人机交互过程中驾驶人的视觉转移特性。结果表明,驾驶人在接管操作期间表现出明显的注视行为规律,重点关注道路前方、次任务区域和人机交互区域。随着道路曲率半径的减小,驾驶人的视觉特性呈现出明显的变化,对道路前方和右侧区域的关注增加,而对次任务区域的关注减少。结果可为自动驾驶人机界面的优化研究提供科学依据,从而提高驾驶员接管绩效和驾驶安全。

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    ADAS系统视觉与毫米波雷达分布式抗差卡尔曼滤波融合算法
    邓云红,赵治国,杨一飞,于勤
    2024 (5):  805-815.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.007
    摘要 ( 214 )   HTML ( 17 )   PDF(4094KB) ( 394 )  

    自动驾驶车辆常常利用多传感器对周围目标进行检测和跟踪,但受限于传感器多源异构特性和复杂多变的驾驶环境,准确的多目标检测和跟踪仍是实现自动驾驶的一大困难和挑战。本文面向高级驾驶辅助系统(ADAS)的多目标检测与跟踪任务,采用了基于1个视觉传感器和5个毫米波雷达(1V5R)的传感器配置方案,且设计了基于分布式抗差卡尔曼滤波器的多传感器信息融合算法以实现对周围目标的准确感知。首先,针对不同传感器数据特征,采用不同的线性卡尔曼滤波器和扩展卡尔曼滤波器进行数据融合,并基于分布式卡尔曼滤波建立了1V5R多传感器信息融合框架。其次,为降低传感器动态误差对于融合精度的影响,在卡尔曼加权观测融合的基础上,引入抗差估计方法,实现了对传感器动态误差的实时估计和修正。最后,通过离线仿真和实车道路试验对所提出的基于分布式抗差卡尔曼滤波的多传感器融合算法进行了验证。试验结果表明,与单一传感器的测量值相比,所提出的算法能有效融合多个传感器的信息以提升目标的检测与跟踪精度,且鲁棒性较好。

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    商用车电控转向系统的发展现状与趋势
    董梒,季学武,陶书鑫,蒋体通,何祥坤,王恒,刘亚辉
    2024 (5):  816-829.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.008
    摘要 ( 420 )   HTML ( 25 )   PDF(1806KB) ( 1284 )  

    商用车转向系统的电控化是实现商用车节能化和智能化的必由之路,为此商用车转向系统从传统的液压助力转向系统发展到以电液耦合助力转向系统为代表的电控转向系统。本文将对商用车电控转向技术进行综述,从电控转向系统的典型构型、智能转向控制和功能安全设计3个方面对商用车电控转向技术的研究进行梳理,总结电控转向技术的重点研究领域和未来发展方向。梳理总结发现:(1) 在系统构型方面,商用车电控转向系统以电液耦合转向助力技术为主,着重于实现商用车智能转向功能,同时兼顾节能化需求;商用车电动助力转向系统是未来理想的电控转向技术方案。(2) 在智能控制方面,为了适应商用车智能化的发展,转向执行控制着重于解决液压系统所造成的非线性与时滞性问题以及轨迹跟随过程中的横向动力学控制难题;辅助驾驶功能着重于克服液压系统的非线性导致的转向力矩不连续以及人机控制权的分配;自动驾驶功能着重于提升安全性与燃油经济性。(3)在系统功能安全设计方面,商用车电控转向系统着重于设计符合功能安全标准的故障诊断与容错控制策略。

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    轻型车制动颗粒排放研究现状
    王昌钰,李家琛,谭丹,葛蕴珊
    2024 (5):  830-841.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.009
    摘要 ( 188 )   HTML ( 7 )   PDF(3755KB) ( 1128 )  

    随着汽车排气颗粒物排放标准的日益严格化,制动、轮胎磨损等产生的非排气颗粒物已经超过排气颗粒物成为汽车颗粒排放的主要来源。本文综述了制动颗粒物的研究现状,已有研究表明轻型车实际驾驶条件下制动产生的颗粒物PN排放能够达到1012#/km级别,PM排放最高可达21 mg/km,均超过国六尾气排放限值,并且有相当一部分集中在极细颗粒物水平(<100 nm),且颗粒物中含有PAHs等致癌物质。未来应制定相应的标准,规范制动颗粒物测量和控制方法。

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    车用燃料电池空气系统供气协同控制策略研究
    胡宾飞,周雅夫,连静,李琳辉
    2024 (5):  842-851.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.010
    摘要 ( 160 )   HTML ( 4 )   PDF(5265KB) ( 330 )  

    针对车用燃料电池系统的“氧饥饿”和压力波动影响其动态性能与使用寿命的问题,本文提出了一种基于过氧比补偿的空气系统流量与压力协同控制策略。首先,建立120 kW级的车用燃料电池空气系统模型,通过台架实验确定其参数,并根据实验数据拟合出其传递函数模型。其次,基于扩张状态观测器间接获取电堆阴极压力,采用前馈+PI建立串级控制中外环过氧比控制模型,用以修正目标流量。最后,采用反向解耦与自抗扰控制器对空气流量和压力解耦内环控制,对模型不确定性和外部扰动构成的总扰动进行估计和补偿。仿真与实验研究表明,提出的基于过氧比补偿的串级控制策略能够快速跟踪过氧比、提升电堆功率和精确地控制压力,同时证实了该方案的协同性和鲁棒性。这有助于提升车用燃料电池系统的动态性能,延长其使用寿命。

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    热膨胀影响下的电池模组结构优化
    邓桦坤,刘爽,胡林,张耿,Berecibar Maitane,Hosen Md Sazzad
    2024 (5):  852-861.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.ep.002
    摘要 ( 199 )   HTML ( 13 )   PDF(4022KB) ( 268 )  

    为了降低电芯膨胀对电池模组结构的危害,针对传统方形电池模组抑制膨胀效果的不足性,本文提出了一种方形电芯呈H形排布的新型电池模组优化结构。首先进行了方形电芯热膨胀实验,获得了电芯温度场和膨胀位移数据,结果表明电芯顶部发热最多,产生的膨胀变形相对于初始厚度增加了0.63 mm。然后基于实验数据依次建立了电芯热膨胀模型、传统方形电池模组和新型电池模组的热膨胀模型,并分析了不同充电倍率下的膨胀。最后通过仿真分析发现新型电池模组端板膨胀力最大降低了36.2%,模组膨胀变形最大减少了21%,端板与侧板应力最大分别减少了61.5%和37.4%。本文的研究能够提高电池模组的可靠性,为电池模组设计提供了新思路和参考依据。

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    考虑工作记忆容量和时间压力影响的驾驶绩效分析
    袁伟,张会明,赵天欣,郭应时,王畅
    2024 (5):  862-873.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.012
    摘要 ( 175 )   HTML ( 9 )   PDF(3351KB) ( 209 )  

    随着风险驾驶机理研究的不断完善,外部情境因素和驾驶人内部认知差异逐渐成为当前研究的热点和难点。本文为研究时间压力、工作记忆容量与驾驶绩效之间的关系,采用时间约束和动机等主客观相结合的方法实现时间压力的施加,采用复杂跨度范式测量驾驶人工作记忆容量。基于驾驶模拟器系统构建相关驾驶场景,开展心理学与模拟驾驶行为试验,采集驾驶人心理、操作和车辆运行数据,分别就时间压力、工作记忆容量及其组合对驾驶绩效的影响进行分析。结果表明:时间压力对超速比例、碰撞概率、制动反应时间、左转选择间隙皆有显著的影响效应,且时间压力越高,超速比例越大、碰撞概率越高、制动反应时间越快、左转选择间隙越小的频次越多;工作记忆容量仅对制动反应时间有影响,工作记忆容量越高,制动反应时间越快;时间压力与工作记忆容量对制动反应时间无交互影响,但随着时间压力的增大,高工作记忆容量人群与低工作记忆容量人群在制动反应时间上的差异逐渐变小。这些发现为研究时间压力下的驾驶绩效提供了驾驶人认知方面的新见解。

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    MPDB工况下驾驶员姿态对损伤风险的研究
    韩勇,李明旺,张悦苁,徐国超,潘迪
    2024 (5):  874-881.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.013
    摘要 ( 193 )   HTML ( 6 )   PDF(3551KB) ( 315 )  

    为研究MPDB工况下驾驶员不同姿态的运动学响应及损伤风险,首先搭建了雅阁整车50%重叠移动渐进变形壁障(mobile progressive deformable barrier,MPDB)碰撞仿真模型,采用THUMS(Ver 6.1)人体有限元模型模拟了4种驾驶姿态:头部正常(HN)、头部后仰(HR)、头部前倾(HF)、身体前倾(BF)。对比分析了碰撞速度为50 km/h时,4种驾驶姿态下驾驶员头部线性加速度、颅内压力、最大主应变以及胸部最大压缩量、肋骨塑性应变、心肺压力分布等参数。结果表明:HF和BF姿态下的头部损伤风险更高,其中颅内压力分别为474和744 kPa,超过重度颅脑损伤阈值235 kPa。4种驾驶姿态的心肺压力均超过严重损伤阈值170 kPa,心肺产生严重损伤概率较大。该研究结果理清了MPDB工况下驾驶员不同姿态的损伤风险,为汽车安全技术研究提供重要参考依据。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于混合专家模型的智能网联汽车换道决策方法
    姚福星,孙超,兰云港,卢兵,王博,于海洋
    2024 (5):  882-892.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.ep.001
    摘要 ( 366 )   HTML ( 8 )   PDF(2420KB) ( 308 )  

    高速公路换道决策问题场景复杂、不确定性强、实时性要求高,是国内外自动驾驶领域的研究热点和难点。深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)具有良好的决策实时性和面向复杂场景的适应性,然而,在训练样本与成本有限的条件下学习效果有限,其难以保证最优的驾驶效率和完全的行驶安全性。本文提出了一种基于改进DRL的混合专家模型(DRL-mixture of expert,DRL-MOE)换道决策方法。首先,模型的上层分类器根据输入状态特征动态地决定下层DRL专家或启发式专家的激活状态。为提高DRL专家的学习效果,本方法通过行为克隆(behavior cloning,BC)对神经网络参数进行初始化,对传统深度确定性策略梯度算法(deep deterministic policy gradient,DDPG)进行了改进。将智能驾驶员模型和最小化换道引起的总制动策略设计为启发式专家,以确保行驶安全性。仿真结果表明,本文所提出的DRL-MOE模型方法与非混合专家型DRL方法相比,在驾驶效率方面提高了15.04%,并确保了零碰撞和零出界,具有较高的鲁棒性和更优的效果。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    考虑道路可用宽度的自适应避撞控制
    周兵,郑康强,王茹,吴晓建,柴天
    2024 (5):  893-905.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.015
    摘要 ( 115 )   HTML ( 2 )   PDF(5268KB) ( 229 )  

    针对紧急避撞中车辆避开障碍物后回归直线行驶时容易出现过多转向性失控问题,提出一种利用道路空间换取车辆稳定性的解决方案——考虑道路可用宽度的自适应避撞控制方法。首先搭建7自由度车辆模型,基于最优控制和MPC理论设计避撞控制器,并通过大量仿真再现过多转向失控工况,进而对失控工况的车辆输入与车辆状态进行剖析,明晰车辆失控机理。接着基于失控机理设计考虑道路可用宽度的自适应避撞控制系统,其中包括基于深度神经网络的参数自适应控制,基于启动车速的介入准则以及基于Lyapunov保守稳定域的切出时机。仿真实验证明,所提出的自适应避撞控制策略可以充分利用当前道路可用宽度,在避撞后回归直线行驶时提高车辆稳定性,从而达到避免事故发生的效果,弥补了传统定参数控制器无法适应复杂多变工况的缺陷。最后,基于dSPACE硬件在环实验,验证了所提出控制策略的实时性能够满足紧急工况避撞要求。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    不同肩带力、夹紧锁舌或限力插锁对正面刚性墙碰撞中二排HIII-5F假人响应影响研究
    赵庆波,伏小龙,吴志国,张晓乾,韩帅,吴思
    2024 (5):  906-912.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.016
    摘要 ( 145 )   HTML ( 4 )   PDF(3128KB) ( 255 )  

    C-NCAP 2024版 FRB工况速度增加至56 km/h后,二排HIII-5F假人得分降低。基于ISO模型和试验数据分析乘员响应过程,明确降低肩带力、采用夹紧锁舌或限力插锁的潜在效果并开展滑台对标与验证。滑台结果表明:降低肩带力时头、颈和胸部受益均很小;夹紧锁舌时胸部受益大而头或颈部无不利影响,限力插锁时头和颈部受益大而胸部未受益,组合低肩带力后胸部受益均明显。碰撞结果表明:夹紧锁舌组合低肩带力得分为94%;限力插锁组合低肩带力得分为87%,头部前移量超限通过HIII-50M假人滑台试验被豁免。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    考虑CDC系统时滞的半主动悬架控制器设计研究
    李靖玮,罗建南,黄震
    2024 (5):  913-922.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.017
    摘要 ( 354 )   HTML ( 14 )   PDF(3668KB) ( 616 )  

    针对某高级轿车研制的CDC减振器原理样机,通过实验测试及其数据分析,建立了考虑CDC系统时滞影响的非线性系统模型。分别对单、双电磁阀两种模式CDC减振器进行了研究。充分考虑复杂多变的车辆实际运行工况及系统非线性因素(包括路面激励较大时可能导致的悬架缓冲块撞击,以及轮胎跳离地面等情况),基于建立的非线性车辆系统模型及不同激励水平输入下的非线性系统仿真,研究了减振器系统时滞对车辆性能的影响。结合NSGA-Ⅱ算法优化结果,设计了一个改进的天棚控制算法,分别对单、双阀减振器进行了车辆性能分析与对比。研究结果表明,采用最优天棚控制的双阀CDC减振器相比于单阀CDC减振器有更好的控制效果,且对CDC系统时滞适应能力更强。研究结果可为自主研发的减振器设计和改进提供指导,并为CDC半主动悬架控制算法设计提供重要依据。

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    计及参数摄动的EMB电机改进型高阶线性自抗扰控制
    王国栋,王丽芳,吴艳,张俊智
    2024 (5):  923-934.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.018
    摘要 ( 159 )   HTML ( 10 )   PDF(6386KB) ( 896 )  

    为了提高EMB的安全性和可靠性,提高EMB驱动系统的容错性和抗扰能力,提出一种基于改进型高阶线性自抗扰控制器的串级矢量控制系统。首先,提出改进型高阶线性自抗扰控制器的设计方法,通过改进型高阶线性自抗扰控制器提高系统低频抗扰能力,同时降低对高频噪声的敏感度;其次,分析归纳EMB驱动系统内存在的扰动类型,并理论分析改进型高阶线性自抗扰控制器对电机参数摄动的鲁棒性。仿真和实验结果表明:该控制策略和控制算法可以实现对EMB驱动系统内电机参数变化、负载扰动、电流交叉耦合和宽频域扰动等多种扰动类型的抑制,验证了其有效性。最终,EMB驱动系统实现了5倍电机参数摄动下的抗扰控制。通过动态解耦,提高了EMB驱动系统在高速时的动态性能。该控制策略和控制算法显著提高了EMB驱动系统的容错性和鲁棒性。

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    低黏度润滑油对重型商用柴油机节能减排和可靠性的影响研究
    崔永,刘军,王超,王意宝,刘建卫,张林川
    2024 (5):  935-944.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.05.019
    摘要 ( 119 )   HTML ( 1 )   PDF(6151KB) ( 294 )  

    从摩擦损失和泵送功耗两个方向论证了低黏度润滑油的有效性;从仿真计算和摩擦学试验两个手段探测了低黏度润滑油的可行性;从经济性、排放性、可靠性3个维度验证了低黏度润滑油对重型商用柴油机的影响。经济性主要通过倒拖摩擦功和万有油耗进行对比评价;排放性主要通过WHTC排放循环和机油耗进行对比评价;可靠性主要通过台架耐久和路试验证进行对比评价。结果表明:摩擦功可降低3.6%~12.5%;燃油经济性受负荷影响显著,常用工况区可节油(1~2) g/(kW?h);NO x 和PM排放几无影响;24 h机油耗影响差异在5%以内;耐久过程中机油压力及漏气量波动率符合限值要求、油液监测数据正常;耐久后关键摩擦副表观正常,磨损变化量小,在可靠性接受范围内;市场验证节油效果在6.41%左右,且换油期未受影响。研究结论对于双碳目标的完成和低黏度润滑油的推介应用尤其是在售成熟机型切换提供了数据依据。

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