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当期目录

    2025年, 第47卷, 第10期 刊出日期:2025-10-25 上一期   
    考虑执行器特性的自适应预测时域MPC轨迹跟踪控制
    许男,尹卓,张岳韬,郭孔辉
    2025 (10):  1847-1860.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.001
    摘要 ( 461 )   HTML ( 55 )   PDF(7908KB) ( 256 )  

    为了充分发挥多执行器底盘在自动驾驶车辆轨迹跟踪控制中的动力学性能,本文提出了一种考虑执行器特性对车辆动力学状态影响的稳定性分析方法,并据此设计了预测时域随稳定裕度自适应变化的模型预测(model predictive control, MPC)轨迹跟踪控制器。针对集成了前后轮主动转向(active front wheel steering- active rear wheel steering, AFS-ARS)的自动驾驶车辆,首先在能量相平面中分析了在执行器影响下的车辆动力学状态变化趋势,结合李雅普诺夫第二法,根据执行器作用下动力学状态变化矢量与前后轮胎力饱和约束的关系确定了一种新型稳定包络边界。然后基于车辆在轨迹跟踪过程中稳定裕度的变化设计了一种自适应预测时域计算方法,结合面向控制的非线性轮胎模型UniTire-Ctrl建立了MPC轨迹跟踪控制器。CarSim-Simulink的联合仿真结果表明,本文提出的新型稳定包络边界更适合考虑执行器特性的车辆稳定边界的估计,并且据此设计的自适应预测时域MPC轨迹跟踪控制器能较好地平衡轨迹跟踪精度与车辆操纵稳定性的关系。

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    基于动态注意目标导向的车辆轨迹预测方法
    韩悦,蔡英凤,陈龙,孙晓强,王海,刘泽,饶中钰
    2025 (10):  1861-1871.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.002
    摘要 ( 304 )   HTML ( 21 )   PDF(1964KB) ( 122 )  

    在复杂的交通场景中,可靠且有效地预测周边车辆的轨迹对于自动驾驶汽车的安全运行至关重要。然而,现有的预测方法往往面临高计算开销的挑战,难以在不牺牲精度的情况下实现实时高效的轨迹预测。为此,本文提出了一种结合动态注意力和目标引导的创新方法DAGG,该方法可以精确捕捉动态场景的变化并捕获终点目标。针对连续预测中存在的冗余编码问题和推理延迟,本文构建了一个本地时空参照框架,用于解耦场景实例之间的内在特征和相对信息。进一步设计了高效且紧凑的三重因子化注意力融合模块,用于聚合本地上下文特征,从而捕获场景中丰富的时空背景信息。为了实现多模态预测并更好地利用场景编码,本文将场景融合特征注入地图信息,并采用多模态运动预测解码模块来指导目标选择,以捕获高质量的预测目标,同时降低基于目标轨迹生成的计算成本。在公开数据集Argoverse上的验证结果表示,本文所提的方法最小平均位移误差为0.84 m,最小最终位移误差为1.26 m,显著优于主流基线模型,展现了其在复杂动态场景中的优异预测能力。

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    基于改进PointNet++的非铺装路面凹凸不平识别和行车风险建模
    伍文广,邱松江,胡林,张晓强,邱增华,汪嘉凯
    2025 (10):  1872-1884.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.003
    摘要 ( 211 )   HTML ( 16 )   PDF(12285KB) ( 70 )  

    非铺装路面的凹坑和凸起对车辆行驶安全性有重要影响,但是这些不平特征既不能视作障碍物,也不能当作路面粗糙度,给非铺装道路下车辆的路径规划和行驶安全性评估带来挑战。为此,本文根据路面凹凸不平的高度/深度、面积和形状等对车辆行驶安全性的影响,提出一种基于激光雷达点云的车辆行驶风险模型构建方法。首先,针对非铺装道路凹坑凸起不平特征数据特点,提出改进PointNet++模型,对凹凸不平进行识别并提升点云语义分割性能;然后,根据语义分割结果和感兴趣点云类别定义,采用3种聚类算法对点云数据进行聚类对比,确定采用DBSCAN算法实现非铺装道路下的最高效率技术路线;最后,根据不同凹坑和凸起对车辆行驶安全性的影响,引入地形类别系数和地形密度风险,基于二维高斯函数构建了凹凸不平对车辆的安全风险模型,实现对非铺装道路场景驾驶风险的参数化表达。通过实验和仿真数据对比,结果表明,本文改进的PointNet++语义分割模型平均联合交集提高了5.7%,准确率和召回率分别提升5.3%和6.4%,实现了非铺装路面凹凸不平高精度识别和行驶风险建模,在不同点云密度、路面范围和道路场景下均具有较高的鲁棒性。

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    基于BiLSTM-Transformer的人车多维参数融合的晕动症评估模型研究
    蔺昱鹏,马利,兰婷婷,付锐
    2025 (10):  1885-1894.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.004
    摘要 ( 210 )   HTML ( 3 )   PDF(2371KB) ( 70 )  

    为克服现有方法在评估单一车辆运动工况引起的晕动症时准确率不足的局限性,本文旨在构建一种多维度晕动症评估模型。首先,设计了包含加速、减速等4种典型工况的实车实验,同步采集车辆以及乘客姿态的三轴加速度、角速度等数据,构建多源数据集。其次,采用经验模态分解(EMD)去趋势化方法处理晕动主观评价量级,消除暴露时间累积趋势,揭示单一运动工况的晕动症影响机制。最后,构建BiLSTM-Transformer混合模型,利用BiLSTM捕获长序列时序动态特征,利用Transformer自注意力机制提取全局依赖关系,并进行多维数据集组合对比和消融实验。人车融合参数结合BiLSTM-Transformer模型在测试集上取得92.6%的准确率,测试损失低至0.23。结果表明,该模型能够有效评估晕动症的发生,相较于单一BiLSTM和Transformer模型,准确率分别提升4.3%和9.9%,证明了人车运动参数融合及BiLSTM-Transformer模型在晕动症评估方面的优势。

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    基于图像显著性特征融合的弱势道路使用者检测算法
    王欢欢,金立生,张也,符旭朋
    2025 (10):  1895-1904.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.005
    摘要 ( 178 )   HTML ( 7 )   PDF(5888KB) ( 62 )  

    针对复杂场景中弱势道路使用者检测面临的目标遮挡、特征冲突和前景背景模糊的问题,本文提出一种基于图像显著性特征融合的轻量化弱势道路使用者检测算法。首先,基于重构的方法提取图像的显著性特征,将其与彩色图像分别输入卷积神经网络。其次,构建轻量化非权重共享特征提取融合网络,实现特征深度融合。在此基础上,引入混合注意力机制,提出高效注意力层聚模块,提高关键特征利用效率。最后,在构建的复杂场景多类别弱势道路使用者数据集进行训练和测试。结果表明:提出的模型能够在复杂交通场景下高效准确地检测弱势道路使用者,平均度达到94.3%,精确率达到94.6%,FPS达到23.25 Hz,相比于基线网络YOLOv7平均精度提高了2.1%,精确率提高了3.5%。

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    基于双分支实例分割网络的复杂环境车道线检测方法
    王平,罗哲,查云飞,张义,唐友名
    2025 (10):  1905-1913.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.006
    摘要 ( 156 )   HTML ( 3 )   PDF(2760KB) ( 41 )  

    针对自动驾驶汽车在车道线数量识别缺失、复杂环境下车道线分割精度不足的问题,提出一种双分支实例分割网络结构的车道线检测方法。首先,该方法使用编码-解码框架提高细节恢复能力,支持多层次特征融合;其次,融合特征金字塔网络与高级残差网络,提升模型对上下文信息和深层次语义的理解,有效提取复杂车道线中的语义特征;然后,引入SE模块和加权最小二乘拟合模块,加强模型整体特征表达能力和泛化能力,提高模型的灵活度与准确率,并在不损失模型计算性能的前提下,增强车道线的几何形态预测;最后,该算法在CULane和TuSimple数据集进行实验测试的F1分别达到76.0%和96.9%。实验结果表明,该方法在光照变化、遮挡和道路损伤、多车道等复杂环境中可获得良好的检测性能,有效提高车道线检测精度。

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    面向非匹配语义数据的高保真度图像翻译方法
    李卓,曹立波,廖家才,崔昊巍,张月
    2025 (10):  1914-1922.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.007
    摘要 ( 130 )   HTML ( 2 )   PDF(3561KB) ( 19 )  

    在智能驾驶环境感知领域,图像翻译模型在源域与目标域语义不匹配时常导致语义翻转和细节丢失问题,为此提出一种面向非对称域数据的高保真图像翻译方法。基于扩散模型的生成器结构,提出多重自适应跳跃连接模块MASC和高维向量一致性损失HVC loss。MASC通过动态归一化与注意力机制,自适应处理跳跃连接中的语义信息与风格信息;HVC loss在高维向量空间约束语义映射关系。相比于最优结果,模型的 FID和KID指标在自制数据集上分别降低了15.36和0.003 4,在公开数据集中降低了1.44和0.000 8。

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    共视场车载激光雷达下线标定设计与实现
    付伟龙,王晶,雷正潮,赵峻,谢欢
    2025 (10):  1923-1932.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.008
    摘要 ( 157 )   HTML ( 1 )   PDF(5331KB) ( 42 )  

    智能驾驶汽车量产过程中激光雷达的装配存在不可避免的误差,为了确保激光雷达能够提供准确可靠的感知信息,本文提出了一种针对智能驾驶汽车激光雷达下线标定方法及工位建设方案。构建标定工位,包含车辆停放区与具备空间特性标靶的标靶放置区;结合工位提取基准激光雷达地平面点云,与设计参考平面点云建立平面约束,同时利用基准激光雷达与标靶间的空间位置构建约束关系,完成基准激光雷达的标定;通过标靶检测建立基准激光雷达与左、右侧激光雷达间刚体变换标定模型,完成左、右侧激光雷达标定。建立联合仿真标定环境,设计开展仿真实验,验证了算法的有效性。通过实车实验对比分析,在稳定性与准确性方面,三轴旋转量、平移量的标定结果与手动标定相近。相比文献方案旋转量相对误差率明显降低,横滚量、俯仰量、偏航量较其分别降低约11.7%、3%、0.03%;标准差分别降低0.48、0.68、0.11。在标定效率方面,较手动标定提升约16倍,相比于文献方案提升约8倍。结果表明本文方案在精确性、稳定性和效率方面均展现出明显优势,为激光雷达下线标定提供了有力支撑与坚实保障。

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    基于离线路径规划与iLQR控制的汽车自动紧急转向研究
    涂宁宁,曹安,袁沐,侯明洋,梁盛平
    2025 (10):  1933-1941.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.009
    摘要 ( 181 )   HTML ( 2 )   PDF(1976KB) ( 41 )  

    本文针对自动紧急转向场景,基于最短逃逸时间,离线生成的贝塞尔轨迹作为实时的避障路径,并结合迭代线性二次调节器(iLQR)方法,进行轨迹跟踪和控制。使用仿真环境,对上述方法进行验证,相比传统的基于五次多项式生成的轨迹,“最速轨迹”更符合自动紧急转向要求。此外,结合离线生成的方式,其算力消耗较小,且充分利用了车辆的转向性能,减少了大量的参数标定。对于自动紧急转向,其控制误差变化更为剧烈,相应的控制输入较大,需要考虑系统的非线性。iLQR通过迭代的方式,在定义的预测空间内,得到最优控制输入,满足系统快速响应的要求。

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    基于小样本WPRBF-MEVO车用电机转矩脉动优化抑制研究
    陈龙,李飞鸿,陈晓斌,卢传浩,赵肖楠,刘巧斌
    2025 (10):  1942-1952.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.010
    摘要 ( 152 )   HTML ( 6 )   PDF(5923KB) ( 20 )  

    驱动电机转矩脉动直接影响整车NVH性能,针对其优化抑制难题,提出融合多项式增强平均权重径向基函数(weighted average and polynomial augmented radial basis function, WPRBF)代理模型与多目标能量谷优化算法(multi-objective energy valley optimizer, MEVO)的协同优化框架。首先建立电机参数化有限元模型并进行台架实验验证;其次采用拉丁超立方抽样开展实验设计获取样本,提出WPRBF方法构建高精度代理模型;最后采用MEVO算法开展多目标优化设计,并引入熵权-模糊集理论综合决策机制获取Pareto前沿最优解。结果表明:(1)WPRBF模型在相同建模精度的前提下,较传统KRG代理模型减少约40%的样本需求;(2)优化后电机转矩输出均值提升6.83%,转矩脉动系数降低20.00%,齿槽转矩峰值削减23.80%。验证了本文方法的有效性。

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    海豚状肋片仿生流场的PEMFC性能研究
    张拴羊,徐洪涛,张国宾,陈晓平,袁泉,陈冠一
    2025 (10):  1953-1962.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.011
    摘要 ( 172 )   HTML ( 4 )   PDF(5063KB) ( 33 )  

    为了提升质子交换膜燃料电池(PEMFC)的输出性能及水热管理能力,本文受海豚减阻外形的启发,设计了一种海豚状肋片仿生流场(DSB-FF),通过Fluent对非等温的三维仿生流场模型进行模拟分析。结果表明,DSB-FF与三角形肋片流场(TB-FF)的极化曲线几乎一致。尽管TB-FF的峰值功率密度比平行流场(PFF)和DSB-FF高2.06%和0.61%,但其27.978 Pa的高压降导致净输出功率降低至0.720 W。而DSB-FF凭借更优的减阻设计实现了0.986 W的最高净输出功率,有效平衡了功率密度与压降,并在大部分区域保持了较高的氧气摩尔浓度。此外,与PFF相比,DSB-FF能够加速流道内反应气体的速度,将排水时间缩短了约5 ms,并且接触角递减型流道以11 ms的最短时间表现出比均值型流道和递增型流道更优秀的排水能力。最后,配备冷却流道的DSB-FF能够有效减少高温区域,展现出优于PFF的热管理能力。

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    容量增量与弛豫电压特征融合的钠离子电池SOH估计
    顾辰言,彭俊,王辉,赵轩,马建,孟杰伦,颜思骞
    2025 (10):  1963-1972.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.012
    摘要 ( 178 )   HTML ( 1 )   PDF(5358KB) ( 31 )  

    电池健康状态(SOH)作为衡量电池老化程度与性能衰退的核心指标,其精准估计是保障电池系统安全运行和寿命管理的关键。相较于成熟的锂离子电池体系,钠离子电池老化机制和容量衰减机理尚未明晰。本文提出一种容量增量(IC)与弛豫电压(RV)特征融合的钠离子电池SOH估计方法,通过IC曲线解析充放电过程中的相变动力学特性,结合RV特征提取电池静置期的电极极化恢复规律,从多维度揭示电池老化机制;在此基础上构建特征融合模型,增强健康因子的敏感性与抗干扰能力。采用机器学习算法建立IC和RV数据特征与SOH的映射关系,构建基于长短记忆网络结合注意力机制(LSTM-Attention)的SOH估计模型。实验结果表明:该模型的SOH估计误差(RMSE<0.51%,MAE<0.40%)显著优于单一特征模型,为钠离子电池健康管理及工程化应用提供了可靠解决方案。

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    基于输出反馈观测器的主动悬架鲁棒模型预测抗扰控制
    朱冰,李海乔,赵健,陈志成,侯杰,王仕伟,丁树伟
    2025 (10):  1973-1984.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.013
    摘要 ( 190 )   HTML ( 0 )   PDF(3169KB) ( 54 )  

    为克服主动悬架系统 (active suspension system, ASS) 执行器时滞与外界随机输入等非线性扰动问题,减少其对高成本传感器的依赖,提出一种基于输出反馈观测器的鲁棒模型预测抗扰控制 (observer-based robust model predictive anti-disturbance control, OB-RMPAC) 策略。首先,建立考虑执行器时滞扰动的半车主动悬架系统动力学模型;其次,通过二次有界性条件构建可在外界随机输入扰动下精确估计ASS状态的输出反馈观测器;再次,综合应用不变集理论、线性矩阵不等式与凸优化技术,设计满足ASS多约束的鲁棒模型预测抗扰控制策略;最后,分析并证明闭环控制系统的递推可行性与鲁棒稳定性。测试结果表明,OB-RMPAC可在精确估计系统状态的基础上显著改善装配ASS车辆的动态性能。

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    基于Chaboche混合硬化模型的铝合金保险杠碰撞分析及准确性研究
    孔德瑜,孟德建,高云凯
    2025 (10):  1985-1993.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.014
    摘要 ( 155 )   HTML ( 4 )   PDF(5145KB) ( 29 )  

    本文旨在探究Chaboche混合硬化模型在铝合金保险杠横梁碰撞响应预测中的性能。为此,本文通过准静态/动态拉伸试验及循环三点弯曲试验,系统分析6082-T6铝合金的力学性能,并完成Johnson-Cook模型和Chaboche混合硬化模型的参数标定。基于100%重叠率台车正面碰撞试验,构建了铝合金保险杠的有限元模型,对比研究不同材料模型对碰撞响应预测的差异。结果表明:两种模型均能有效模拟结构变形特征,但引入运动硬化机制的Chaboche混合硬化模型相较于Johnson-Cook模型,其预测的最大塑性变形量增加6.4%,更接近试验结果。在加速度响应预测方面,Johnson-Cook模型的预测值与试验值存在明显的幅值误差,而Chaboche混合硬化模型的预测值则与试验值吻合较好,误差均小于10%。研究表明,引入运动硬化模型来考虑实际碰撞问题中的复杂加载条件是具有一定意义的。

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    中国体征95th百分位男性数字化测评模型开发及验证
    贺丽娟,赵康伟,李海岩,崔世海,吕文乐
    2025 (10):  1994-2003.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.015
    摘要 ( 210 )   HTML ( 5 )   PDF(5084KB) ( 56 )  

    数字化测评模型作为汽车主被动安全一体化研究的关键工具,其生物逼真度与人体体征适配性直接影响虚拟测评的可靠性。目前对于大身材男性乘员在汽车碰撞时的运动学及生物力学响应研究存在局限性。本研究依据中国标准化研究院95th百分位男性体征数据,基于志愿者CT医学影像,开发一款具有高生物逼真度的中国体征95th百分位男性数字化测评模型(TUST IBMs M95-O)。通过重构人体肩部、胸部、腹部、骨盆以及膝关节这5个区域的尸体试验,从多个角度对模型的有效性进行评估。同时应用其与现有5th百分位女性(TUST IBMs F05-O)和50th百分位男性(TUST IBMs M50-O)人体有限元模型进行后碰撞滑车试验对比。结果表明:15组仿真试验的预测结果与尸体试验数据趋势相同,均在相应的尸体试验通道内,接触力与压缩量平均差异在10%以内,验证了模型的有效性。后碰撞滑车试验中,3种体征模型均与志愿者试验运动学响应保持一致。该模型作为中国体征系列人体生物力学模型,填补了对大身材男性乘员损伤预测的技术空白,可为汽车碰撞安全虚拟测评体系的建立提供技术支持。

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    基于误差概率模型的汽车座舱声场分区鲁棒性控制方法
    唐泽曦,廖祥凝,白富生,罗浩,李捷
    2025 (10):  2004-2015.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.016
    摘要 ( 134 )   HTML ( 2 )   PDF(3613KB) ( 39 )  

    汽车座舱的个人声区 (PSZ) 技术是一种利用扬声器阵列在座舱内创建独立声区的空间声场再现技术。在设计扬声器控制信号时,须准确地获取控制区域内扬声器与控制点之间的声传递函数 (ATFs)。然而在实际应用中,存在诸多干扰,导致无法获取理想的 ATFs,造成声场重建性能下降。处理此问题的传统鲁棒性控制方法通常在优化问题中添加正则项,但该方法面临正则化参数难以选取的问题。针对该问题,本文提出一种基于传递函数误差概率模型的鲁棒 ACC-LD 方法。该方法通过混合高斯模型(GMM)拟合 ATFs 的误差,利用期望最大化算法训练模型得到分布参数,采用将误差代入ACC-LD优化问题并以求期望的方式进行求解,从而避免正则化方法中的调参问题。在汽车座舱仿真环境下进行的对比实验表明,本文提出的方法在明暗区对比度和声场一致性方面均优于传统的正则化鲁棒性控制方法。

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    智能轮胎磨损敏感区域信号特征及估算方法
    王国林,王鑫,荆哲铖,李相良,张宇
    2025 (10):  2016-2026.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.017
    摘要 ( 235 )   HTML ( 5 )   PDF(4287KB) ( 83 )  

    轮胎磨损不仅关乎车辆行驶安全,还对轮胎物理模型参数优化具有重要影响。本文提出了一种可应用于应变型智能轮胎的轮胎磨损状态估算方法。首先,借助有限元技术获取运动轮胎内衬层周向应变,并分析磨损对其影响机理,提出4个与轮胎磨损密切相关的信号特征指标。接着,基于全局灵敏度理论,探究了这些磨损特征指标对轮胎使用状态(磨损、胎压、车速和载荷)的敏感程度及内衬层敏感区域。结果表明,轮胎内衬层中心点对周向应变1阶导数的磨损特征指标最为敏感,而中心点两侧17~27 mm处对周向应变的磨损特征指标最为敏感,此结论可用于指导传感器安装。在此基础上利用高斯过程回归建立轮胎磨损状态估算模型,考虑轮胎使用状态开发的模型估算结果的平均RMSE为0.166 mm,此方法不仅确保了估算精度,还充分利用了车辆行驶过程中的既有数据资源,实现了对轮胎磨损状态的有效监控与管理。

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    特种车辆乘员舱分布式送风对人体热舒适改善效果的仿真研究
    周吉安,凌亮,焦婷婷,纪文杰,杜巍
    2025 (10):  2027-2036.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.018
    摘要 ( 186 )   HTML ( 7 )   PDF(4515KB) ( 53 )  

    承担特殊作业任务的特种车辆乘员舱普遍存在热环境分布不均匀问题。为进一步改善乘员舱的热环境,提升人体舒适性与工效,本文针对某特种车辆舱室建立CFD模型,通过简化环境试验舱降温试验验证CFD模型合理性;以乘员平均体表温度、头足温差以及平均PMV(predicted mean vote)作为热舒适指标,对单送、三送、五送单回风口3种分布式送风方案在制冷模式下进行仿真分析。研究发现,在每个乘员头顶上方100 mm设置个性化送风口的五送单回风口结构,可以有效提高制冷效果,使乘员平均体表温度最大温差下降2.9 ℃,增强乘员舱温度均匀性,头足温差减小0.3 ℃,同时改善乘员舱的热舒适性,PMV降低1.9。本研究成果可为后续特种车辆乘员舱送、回风口优化提供参考,能够指导健康舒适的高品质乘员舱环境设计与营造。

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    新型车用R290间接式热管理系统及其性能研究
    华菁阳,俞彬彬,余力,张云龙,许梦笛,施骏业,陈江平
    2025 (10):  2037-2048.  doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.019
    摘要 ( 189 )   HTML ( 10 )   PDF(5377KB) ( 70 )  

    随着环保制冷剂R290在车用热管理系统中的推广应用,提升其系统性能与能效成为研究重点。本文创新性地提出了一种采用双芯体逆流串联换热架构的车用R290间接式热管理双二次回路系统,通过实验测试了系统的边界性能,建立了该电动汽车热管理系统仿真模型,并对比分析了该系统与单芯体换热方案、双芯体顺流串联换热方案的性能差异。研究表明,在夏季49 ℃极端制冷工况下,逆流式布置方案较单芯体方案制冷量提升11.62%,COP值可达到1.67;在冬季-20 ℃极端制热工况下,系统COP值相较于顺流串联式换热方案提升超过9.5%。本研究为R290制冷剂在车用热管理系统中的高效应用提供了重要技术支撑。

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