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    2025年, 第47卷, 第9期 刊出日期:2025-09-25 上一期   
    自动驾驶汽车车速跟随空间预瞄跟随方法研究
    管欣,李思深,贾鑫
    2025 (9):  1647-1654.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.001
    摘要 ( 394 )   HTML ( 36 )   PDF(2911KB) ( 197 )  

    车速跟随是自动驾驶汽车的重要功能之一,为了提高自动驾驶汽车在指定空间位置处的速度跟随精度,本文提出了一种自动驾驶汽车车速跟随空间预瞄跟随方法。与其它方法相比,本文重点研究如何在空间域而非时间域进行汽车车速预瞄跟随。首先,建立基于运动基元的空间多段车速预瞄方法,本方法以运动基元对目标车速进行空间预瞄,根据误差确定分段点,动态调整每段的距离,保证预瞄误差处于容许误差范围内。根据预瞄结果确定预期纵向加速度。然后,建立纵向加速度跟随方法对预期纵向加速度进行跟随。最后,在仿真环境下,验证本文提出的方法的有效性,并与多种方法进行对比。试验结果表明,本文提出的方法与其他对比方法相比具有更高的空间跟随精度。

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    自动驾驶车辆模型预测路径跟踪控制的FPGA硬件加速实现
    李文昌,赵治国,梁凯冲,赵坤,于勤
    2025 (9):  1655-1664.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.002
    摘要 ( 286 )   HTML ( 17 )   PDF(4301KB) ( 80 )  

    针对模型预测控制(model predictive control,MPC)在线求解复杂度高、难以在既有自动驾驶车载控制器上实时应用的问题,本文提出一种基于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)的MPC路径跟踪硬件加速实现方法。首先,设计了自动驾驶车辆MPC路径跟踪控制器;其次,为便于算法的简化求解,将MPC问题转化为约束二次规划优化问题,并引入了Hildreth方法进行求解;之后,为提升控制算法的实时性及硬件部署效率,基于Xilinx System Generator工具,提出了MPC路径跟踪算法的FPGA便捷部署方案;最后,在不同工况下,开展了MATLAB/Simulink-CarSim联合仿真及硬件在环测试。结果表明,该方法可实现自动驾驶车辆精准跟踪期望路径,且FPGA平均计算时间低于0.1 ms,验证了其有效性和实时性。

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    基于跨域时空特征匹配的路端3D目标检测无监督学习方法研究
    龚伟,王亚飞,汪博文,李泽星,孙家铭
    2025 (9):  1665-1673.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.003
    摘要 ( 192 )   HTML ( 8 )   PDF(4742KB) ( 58 )  

    路端3D目标检测能提供广域交通参与者信息,可有效赋能单车自动驾驶。一般而言,在新的路口部署感知系统需要采集大量数据并进行人工标注以保证训练模型的检测精度,部署耗时长且成本高。针对上述问题,本文提出了一种面向路侧端的无监督域自适应算法,通过现有高质量标注路端数据与未知路端场景数据的跨域时空特征匹配,实现高效网络知识迁移与高准确率3D目标检测。首先,构建了考虑跨域训练数据分布均衡的源域训练模型(RoadPillars),能有效减少模型对原有数据分布的过拟合,提升模型泛化性。其次,设计了考虑连续序列信息空间一致性的跨域迁移框架,确保迁移过程稳定鲁棒。在3个不同路端场景和雷达类型的公开数据集展开的两组迁移测试结果显示,本文无监督域适应算法相较于目前最新方法的平均精度提升了24.2%和8.0%,有效增强了路端感知中目标检测模型的泛化性与可靠性。

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    融合鸟瞰图的端到端强化学习决策规划模型
    汤白雪,蔡英凤,陈龙,王海,饶中钰,刘泽
    2025 (9):  1674-1685.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.004
    摘要 ( 197 )   HTML ( 1 )   PDF(4012KB) ( 66 )  

    端到端自动驾驶决策规划模型是行业的热点研究方向,传感器信号与动作输出的空间、时序不统一以及端到端模型的收敛问题,极大制约了模型的实际应用效果。为此,本文提出一种融合鸟瞰图预测的端到端强化学习模型FB-Roach,通过鸟瞰图预测模型建立环境信息表征,设计了以静态查询表为核心的前向投影模块,以及融合时序信息、深度嵌入和语义嵌入的多任务后向投影模块,保证输入信号与输出动作的一致性;进一步结合注意力机制创新性地提出一种无循环的深度网络架构,有效融合鸟瞰图和车辆状态信息,并使用强化学习PPO算法优化模型的动作输出,实现自动驾驶车辆的智能决策控制。基于CARLA模拟器,构建了不同基准下多样性的量化评估指标。实验结果表明,所提出算法在模型收敛速度和驾驶决策安全性方面均优于目前主流算法。

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    越野车辆多维耦合稳定性深度强化学习控制
    夏光,吴士标,张洋,魏恒,刘贤阳
    2025 (9):  1686-1699.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.005
    摘要 ( 255 )   HTML ( 13 )   PDF(5727KB) ( 108 )  

    越野车辆在极限工况下易发生整车侧滑、纵滑和侧倾的多维失稳,且难以用具体的数学模型表征整车稳定性状态,因此本文提出了极限工况下越野车辆多维耦合稳定性深度强化学习协同控制策略。首先建立不同维度稳定性评价指标,同时构建多维耦合稳定域,根据轮胎纵横垂向力耦合关系进行稳定域划分,并通过离线轮胎模型训练确定各稳定域的边界参数;其次通过DDPG(deep deterministic policy gradient)深度强化学习算法构建越野车辆与环境交互下的控制策略,输出各维度最优权重系数表征越野车辆稳定性状态;再基于汽车底盘解耦的协同控制策略设计纵滑、侧滑和侧倾控制器进行稳定性控制;最后,通过CarSim与Simulink联合仿真验证和硬件在环平台验证,结果表明基于DDPG算法下多维耦合稳定性控制策略显著提升整车综合稳定性。

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    基于场景流不确定性模型的MOT SLAM算法研究
    苏家靖,朱元,陆科
    2025 (9):  1700-1711.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.006
    摘要 ( 115 )   HTML ( 2 )   PDF(3421KB) ( 17 )  

    多目标跟踪(multi-object tracking,MOT)结合同时定位与建图(simultaneous localization and mapping,SLAM)能够充分运用场景中动静态信息,可提升定位精度和鲁棒性而受到关注。本文提出了一种基于场景流不确定性模型的3D目标跟踪SLAM算法,以双目或RGB-D图像作为输入,结合实例掩膜和IMU信息,精确检测动态特征并联合估计自身和物体的位姿变换。针对动、静态和临时静态特征无法准确识别的问题,结合实例信息和场景流不确定性建模剔除误差干扰,实现精准的动态特征检测;针对运动物体特征点稀少和跟踪困难的问题,结合KLT光流和实例信息进行鲁棒的多层级数据关联;通过构建因子图并引入车辆运动学约束,实现了自身和运动物体位姿以及地图点坐标的紧耦合优化。最后,在公开数据集上进行对比实验。结果表明,所提算法能够准确跟踪自身和运动物体的位姿变换。

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    一种高动态场景下视觉激光融合SLAM系统
    周云水,高澄宇,黄圣杰,张润邦,陈新,边有钢,秦洪懋
    2025 (9):  1712-1720.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.007
    摘要 ( 200 )   HTML ( 1 )   PDF(2913KB) ( 41 )  

    精确的定位与建图是无人驾驶系统的关键,依赖于单一传感器的同时定位与建图(SLAM)系统很难在不同的环境中稳定运行,特别是高动态场景,容易受动态障碍物影响导致精度下降甚至失效。为此,本文提出了一种激光视觉融合SLAM框架解决高动态场景下高精度建图与定位问题。首先,设计了一种稀疏激光点云与稠密图像融合的里程计,充分利用激光的高精度测距特性和图像信息丰富的特点,提高了里程计精度。针对高动态场景,基于实时图像语义分割网络BiSeNetV2与基于帧间与连续多帧的运动特征检测技术,精确高效地检测图像激光融合后的3D特征点中的动态点,将其从地图中去除,消除动态障碍物的影响。在无人驾驶数据集nuScenes上进行测试,测试结果表明所提出系统大幅提高了动态场景下定位建图的精度和鲁棒性。

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    十字路口视觉障碍下车辆-VRUs碰撞风险量化评估方法
    韩勇,张佳乐,潘迪,吴贺,徐莉
    2025 (9):  1721-1730.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.008
    摘要 ( 186 )   HTML ( 1 )   PDF(3429KB) ( 35 )  

    针对十字路口视觉障碍场景下车辆与弱势道路使用者(VRUs)的碰撞风险,本文提出了一种融合道路环境特征的行车风险评估方法。基于VRU-TRAVi(vulnerable road users traffic accident database with video)数据库中的831例事故视频,通过K-modes聚类提取3类典型场景:通行信号灯、无信号灯及警示信号灯交叉口。通过差异性分析,揭示了车辆与障碍物的速度(VSpd、OSpd)、加速度(VAcc、OAcc)与道路环境特征的显著性关联。基于聚类场景中运动学参数的中位数设定安全阈值,并结合道路特征权重构建了风险评估模型(Urfr)。结果表明:在通行信号灯交叉口,当障碍物速度OSpd=0,车辆速度VSpd≥45 km?h-1、加速度VAcc≥0时行车风险最高。在无信号灯交叉口,当障碍物OSpd=0、车辆VSpd≥35 km?h-1VAcc≥0时行车风险最高。在警示信号灯交叉口,当障碍物速度OSpd≤10.29 km?h-1、加速度OAcc≤0、车辆VSpd≥38 km?h-1VAcc≥3.74 m?s-2时行车风险最高。模型量化了道路环境特征对运动学参数的差异化影响,可为自动驾驶车辆在复杂视觉障碍场景下的风险预测与主动控制提供理论支持。

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    基于路面分级的悬架参数自适应状态估计
    时佳伟,陈浩,张志飞,徐中明,谭侃伦,杨励
    2025 (9):  1731-1741.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.009
    摘要 ( 206 )   HTML ( 7 )   PDF(2927KB) ( 52 )  

    准确地获取悬架相对速度信息对于提升车辆的行驶平顺性和舒适性至关重要。路面等级识别可以为悬架状态估计及控制提供先验信息,从而提高悬架状态的估计精度。因此,本文提出基于路面分级的悬架参数自适应卡尔曼滤波算法,根据路面分级结果调整模型参数和卡尔曼滤波器的协方差矩阵,获取准确的悬架相对速度估计信息。首先,基于车身惯性测量单元信号,利用长短期记忆神经网络设计路面等级分类器。其次,构建以路面不平度为输入的7自由度整车悬架模型,通过遗传算法分别辨识不同路面等级对应的弹簧刚度和减振器阻尼系数,获得悬架参数自适应模型,进一步确定不同参数下模型的过程噪声协方差矩阵。最终,在路面等级识别结果的基础上,采用相应的悬架参数和过程噪声协方差矩阵,通过卡尔曼滤波器估计整车悬架相对速度。MATLAB-ADMAS/Car联合仿真结果表明,相比自适应卡尔曼滤波方法,所提出的方法在ISO-A、ISO-B、ISO-C、ISO-D等级路面与实测路面激励下,悬架相对速度估计的均方根误差分别优化28.4%、22.8%、19.7%、7.3%和24.1%,悬架相对速度估计的相关系数分别优化11.8%、5.8%、2.8%、1.1%和7.2%,验证了方法的有效性和可行性。

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    基于特征熵奇异值分解的振动传递路径分析方法
    孔令琛,袁晓磊,赵轩,余强,周辰雨,黄榕
    2025 (9):  1742-1751.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.010
    摘要 ( 149 )   HTML ( 2 )   PDF(4002KB) ( 30 )  

    工况传递路径分析(OTPA)是识别复杂机械系统关键振动传递路径的重要手段,但是结构间的信号串扰严重影响了OTPA的分析精度。本文基于特征熵理论改进了传统截断奇异值分解(TSVD)方法,构建了基于特征熵奇异值分解理论的工况传递路径分析(OTPA-ESVD)模型,该模型首先利用奇异值熵对该特征值包含的信息进行量化评价,再遵循高贡献配对原则设计了更为全面的奇异值选取方法,克服了传统TSVD过于依赖工程经验的问题。本文设计了以某款电动汽车为对象的实车试验,并以基于中值奇异值分解的工况传递路径分析模型(OTPA-MSVD)为对比,对OTPA-ESVD模型的有效性开展验证。结果表明,在不同工况下,OTPA-ESVD模型分析效果均优于OTPA-MSVD模型,OTPA-ESVD模型的重构目标信号更加接近真实测量信号,在误差均方根值和关键频率幅值对比方面分别有不低于13.8%和8.1%的优化效果。

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    湍流模型参数对气动力仿真精度影响研究
    尚文强,张风利,王文江,罗秋丽,周鹏
    2025 (9):  1752-1762.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.011
    摘要 ( 158 )   HTML ( 7 )   PDF(6872KB) ( 53 )  

    剪切应力输运(shear-stress-transport, SST) k-ω湍流模型是目前综合性能最佳的双方程湍流模型之一,广泛应用于汽车空气动力学研究。已有研究表明,SST?k-ω湍流模型参数对车辆的气动力仿真精度具有显著的影响。然而,大多数研究大多局限于简化模型。为此,本文研究了在车轮静止条件下,湍流模型参数对某三厢轿车气动力仿真精度的影响。研究发现,湍流模型参数σw1σw2β*CT与气动阻力、气动升力均呈线性关系,而a1与气动阻力、气动升力呈近似二次关系。进一步地,本文揭示了这些参数对汽车外流场的影响机理,并给出了改善气动力仿真精度的湍流模型参数推荐值:σω1=0.3σω2=0.7β*=0.06a1=0.5CT=1.0。本文为汽车更准确、更可靠的气动力仿真提供了理论与工程指导。

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    液力缓速器充排油系统的建模与特性分析
    薛茂翰,付尧,耿小虎,孙少华,雷雨龙
    2025 (9):  1763-1772.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.012
    摘要 ( 158 )   HTML ( 3 )   PDF(6474KB) ( 21 )  

    并联式液力缓速器作为商用车重载长时间下坡过程中的辅助制动装置,工作腔内部复杂且难以解析的物理变化过程决定着制动响应时间以及制动转矩。本文建立等效液压模型来描述充排油系统的输入控制压力与输出制动特性间的非线性耦合关系,明确了中间变量“充液率”在输入量和输出量间的关系。研究发现随着车速的增加,工作腔充油量减少并最终降低制动转矩。当气压为2.5 bar时,输出轴在1 290 r/min时的制动转矩达到最大为4 044 N·m,随后制动转矩随转速的增加而下降。同时该模型能够有效预测液力缓速器的充排油响应时间,仿真与试验的误差最大为16.12%。本文准确解析了充排油系统的变化过程并获取相关特性,能够辅助液力缓速器的结构设计和车辆制动过程控制。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    准晶体基固态热二极管及其热管理应用研究
    张晋嘉,文晗,刘勇,汪轲
    2025 (9):  1773-1781.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.013
    摘要 ( 156 )   HTML ( 6 )   PDF(3095KB) ( 21 )  

    作为一种具有单向传热特性的材料,热二极管在新能源汽车整车热管理系统中具有广阔的应用前景。本研究基于大型材料物性数据库,筛选并优化材料组合,以构建高性能复合固态热二极管。通过一维模型分析与有限元模拟结果表明,优化后的准晶体基固态热二极管可实现3.2的热整流比,显著提升热管理效率。该研究为固态热二极管在新能源汽车热管理领域的应用提供了重要的理论支撑与实践指导。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    电动汽车大功率快充线缆单相液冷特性研究
    周志龙,梁刚涛
    2025 (9):  1782-1789.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.014
    摘要 ( 194 )   HTML ( 0 )   PDF(3717KB) ( 29 )  

    伴随电动汽车保有量的飞速增加,电动汽车充电慢、充电难的行业痛点愈加明显。为满足电动汽车快速充电的需求,大功率快充技术应运而生,然而充电电流的不断增加会引发充电线缆温度的急剧升高,其冷却问题已成为电动汽车大功率快充技术的主要难点之一。本研究通过数值模拟的方法,对比分析了液冷通道布置方式、冷却液质量流速、冷却液入口过冷度等因素对线缆温度分布的影响。结果表明,在相同缆芯截面积和相同液冷通道截面积的条件下,液冷通道外置布置方式对充电线缆的冷却效果优于内置布置;提高入口过冷度可在一定程度上降低线缆温度,但冷却液在液冷通道内存在最佳质量流速500 kg/(m2·s)。在本文工况下,液冷线缆可承受的最大电流为1 250 A,是标准线缆额定电流的10倍。

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    车载TSN流量调度系统设计及验证
    曲婧瑶,赵森,赵立金,杨莉华,黄俊,尹鸿苇,常伟
    2025 (9):  1790-1802.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.015
    摘要 ( 201 )   HTML ( 0 )   PDF(7710KB) ( 28 )  

    随着汽车行业智能化和网联化的不断推进,整车功能越来越复杂,促使区域电子电气架构逐渐成为主流。在这种复杂的区域架构下,确保数据交互的可靠性、实时性和确定性变得尤为关键。时间敏感网络(time sensitive network,TSN)协议簇因保证在非确定性的以太网中实现确定性的最小时间延时而被广泛关注。为解决传统以太网无法满足的确定性低时延问题,本文引入TSN技术中IEEE802.1Qbv协议定义的时间门调度关键性机制,采用RTaW网络仿真和S32G硬件系统搭建的方式,适配第三代汽车电子电气架构,通过区域控制器+TSN交换机实现分布式流量调度,通过门控列表实现多类型周期性数据的错峰发送与协同调度。仿真结果表明,在时间门调度机制的保障下,车载网络应用中的关键流量的平均端到端延迟降低了17%,抖动降低了99.2%,最大等待延迟提升了86%。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于多相流模型的油冷电机内部流动及散热特性研究
    朱益琛,孙宇薇,刘思华,晏江昊宇,翟丽,张敏弟
    2025 (9):  1803-1813.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.016
    摘要 ( 160 )   HTML ( 5 )   PDF(8124KB) ( 31 )  

    油冷电机因其设计紧凑、冷却性能好,近几年来备受关注。为了提高电机散热效果,本文基于VOF多相流模型,针对两种采用不同方式油冷的永磁同步电机进行数值模拟研究。首先,通过将额定工况下两种电机仿真结果与实验结果相对比,可知最高温度相对误差均小于5%,证明了数值方法准确、可靠。进而,开展了额定工况下电机冷却系统内部油液流动与冷却散热特性研究。研究表明:电机Ⅰ绕组和定子的最高温度分别为98 、93.8 ℃,温度不均匀度分别为4.28%、5.48%;电机Ⅱ绕组和定子的最高温度分别为93.0、92.5 ℃,温度不均匀度分别为3.62%、5.08%,同时发现转子甩油冷却方式虽然可以使油液分布更均匀,提高冷却油的冷却效率,但会增加电机冷却系统的启动时间。这些研究为后续高效高可靠油冷散热系统的优化设计提供理论依据。

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于机器视觉的铝蜂窝扩胞CAE模型参数自动化标定技术研究
    何恩泽,王国杰,符志,史爱民
    2025 (9):  1814-1825.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.017
    摘要 ( 132 )   HTML ( 4 )   PDF(5590KB) ( 24 )  

    本文针对铝蜂窝扩胞CAE模型参数标定场景中,因变形模式难以被量化而导致的试错法流程效率低下问题,提出一种基于塑性应变云图视觉的变形模式判据。将新方法与传统的刚度特性判据相结合,使用python开发了自动化脚本,在ACMDB壁障铝蜂窝扩胞CAE模型参数标定中开展了应用研究。结果显示,本文提出的变形模式判据与铝蜂窝压溃变形模式相关性较好,开发的自动化脚本可有效降低参数标定过程对工程师的依赖。

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    3D打印Voronoi梯度泡沫材料动态力学特性研究
    罗耿,祝召飞,肖尧之,陈轶嵩
    2025 (9):  1826-1839.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.018
    摘要 ( 176 )   HTML ( 4 )   PDF(11080KB) ( 39 )  

    对泡沫材料引入梯度设计,可以有效调控其力学特性,提升能量吸收。本文基于Voronoi图形与3D打印技术,设计并制备了分层梯度与连续梯度泡沫材料,构建了考虑基体材料应变率的有限元模型,并基于准静态压缩试验验证了有限元模型,进而研究了梯度泡沫材料的动态力学特性及其变形模式。研究结果表明:对于正梯度泡沫,在不同的加载速度下,加载端即密度较低端一般首先变形,并向支撑端传播,形成一条明显的塑性冲击波,为正向单波模式;对于负梯度泡沫,随着加载速度的增加,其依次呈现出反向单波模式,双波模式,正向单波模式,分层梯度与连续梯度泡沫具有相似的变形模式,当分层数增加,其差异越小;基于应力波理论建立的梯度泡沫的单波与双波理论模型,可以准确预测梯度泡沫在不同冲击速度下冲击端与支撑端的应力;对于负梯度泡沫临界速度的分析表明,当梯度率较小时,拥有较大胞元的支撑端将更容易变形,从而削弱加载速度增加引发的惯性效应,使得双波模式会在更高的速度区间出现,即第2临界速度升高,而第1临界速度对于梯度率的变化表现出较低的敏感性;随着冲击速度的增加,负梯度泡沫的能量吸收效果显著提升。

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    超声-铸挤一体化成形高强Mg-4Y-3Zn-2Al合金研究
    李世龙,李建宇,肖培杰,徐世伟,向渴望,吴树森,吕书林
    2025 (9):  1840-1846.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.09.019
    摘要 ( 171 )   HTML ( 2 )   PDF(155526KB) ( 75 )  

    研究了熔体超声处理对铸挤一体成形Mg-4Y-3Zn-2Al(wt.%)镁合金组织及性能的影响。通过XRD、DSC、SEM、EBSD、准静态拉伸试验等方法研究了超声处理前后铸态、变形态合金显微组织和力学性能的变化。结果表明,超声处理显著细化了初生Al2Y相的尺寸,消除了初生相的团聚。经过铸挤一体成形后,晶粒尺寸被细化至2 μm,为完全再结晶的等轴晶组织。经过超声处理后,挤压态合金屈服强度和抗拉强度分别为246.8和307.5MPa,延伸率达到17%。相比于未超声-热挤压成形的合金,其延伸率大幅提高(提升了95%)的同时强度也有所增加,实现了良好的强-塑性匹配。

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