汽车工程

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一种多功能燃料电池堆实验台的研发^*

方川, 黄海燕, 徐梁飞, 李建秋, 洪坡, 江宏亮, 赵兴旺, 胡尊严

2019 (4): 361-365. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.001

摘要 ( 393 )

PDF(2198KB) ( 487 )

针对目前商业化燃料电池堆测试平台难以满足研发测试要求的现状,如空气和氢气供应系统不能实现车用燃料电池堆供气湿度和电压主动调节等功能,基于清华团队多年燃料电池系统研究成果,研发了多功能燃料电池堆测试平台。该平台不仅能较准确地为燃料电池堆提供接近车用实际运行工况的宽范围工作条件,且因增添了集成阳极和阴极出口背压主动调节功能和阴阳极双循环功能,实现了研究所需的燃料电池堆输出特性。

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多自由度球形感应电机创新设计及其参数化仿真分析^*

邓涛, 苏振华, 唐鹏, 姜路

2019 (4): 366-372. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.002

摘要 ( 173 )

PDF(2818KB) ( 517 )

为满足多自由度驱动单元对全向汽车车轮、智能车多方位摄像头的功能需求,弥补集成多个传统电机来实现多自由度驱动所带来的结构复杂、控制困难和动态性能差等不足,在直线感应电机理论的基础上,提出一种多自由度球形感应电机,由3个弧面定子和球形转子组成,可实现两个自由度的驱动;与传统电机通过主轴输出转矩不同,球形感应电机因其特有的定子结构,直接由转子表面输出转矩。首先,对多自由度球形感应电机的尺寸参数进行设计;然后采用ANSYS Maxwell软件对多自由度球形感应电机进行建模和电磁瞬态仿真;同时对多自由度球形感应电机进行参数化分析,获得其在不同电压、不同频率下的特性曲线,揭示电机的转矩和转速控制机理。结果表明:多自由度球形感应电机的转矩和功率随着电压的升高而增大,而随着频率的升高,其转矩和功率下降,但转速范围变宽;所设计的球形感应电机,各项性能满足预期要求。

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整车运行环境下油冷对外转子轮毂电机温度特性的影响^*

赵兰萍, 江从喜, 徐鑫, 杨志刚

2019 (4): 373-380. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.003

摘要 ( 253 )

PDF(4662KB) ( 572 )

鉴于电动汽车用外转子轮毂电机特殊的结构形式,在整车运行环境下对轮毂电机的温度特性进行研究,以对比自然风冷和油冷两种方式下电机各部位的温度场。在此基础上,研究不同冷却油介质对电机各部位最高温度的影响。结果表明:CFD仿真结果与整车热环境风洞实验结果基本吻合;油冷冷却可有效降低轮毂电机内部最高温度,同时起到良好的温度均衡作用;4种冷却油均使绕组最高温度显著下降,导热系数越高,冷却油的热量传递和均温能力越强,电机冷却效果越好。

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发动机缓速器经发动机冷却系统散热比例的计算方法^*

闫晟煜, 肖润谋, 赵峻, 王聪

2019 (4): 381-387. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.004

摘要 ( 211 )

PDF(769KB) ( 455 )

为合理分配有限的发动机冷却系统散热功率,建立了发动机缓速器的热平衡计算模型,提出了发动机缓速器通过冷却系统散热功率的测试方法,对比了发动机驱动车辆行驶和车辆滑行制动两种状态下的功率平衡。通过场地试验确定了滚动阻力系数和空气阻力系数,从而获得了发动机缓速器的制动力特性。通过在G312国道和G5高速公路上的道路试验,验证了热平衡计算模型的有效性。结果表明:采用的散热比例模型可简化运算过程;冷却系统是发动机缓速器散热的主要途径,发动机缓速器通过冷却系统散热的功率比例与变速器传动比、散热器出入水口温差值、车速和整车制动力密切相关。

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汽车进气格栅角度与冷却风扇转速的匹配研究^*

刘传波, 张若楠, 段茂, 刘康, 王伟

2019 (4): 388-394. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.005

摘要 ( 307 )

PDF(2250KB) ( 675 )

汽车冷却系统前端进气量直接影响发动机舱的散热性能和气动阻力。针对某安装主动进气格栅(AGS)的乘用车在高速与低速行驶工况下,发动机存在过度冷却与过热等问题,采用计算流体力学(CFD)方法,分析了不同工况下,格栅进气角度与风扇转速对前发动机舱流场的影响;建立了格栅角度与风扇转速优化匹配的准则与方案,并通过匹配实例仿真和实车实验,对匹配方案的实际效果进行验证,结果表明,该进气模块匹配方案能满足极限工况下的散热需求,百公里油耗降低0.166 L。

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基于制动转向协同控制的智能车紧急避障研究^*

王其东, 李印祥, 陈无畏, 赵林峰, 谢有浩

2019 (4): 395-403. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.006

摘要 ( 299 )

PDF(1990KB) ( 589 )

为使车辆在紧急情况下能够快速稳定地完成换道避障,本文中将车辆纵向控制和侧向控制结合在一起,综合考虑车辆在紧急制动转向避障的过程中由于路面附着条件的限制可能会造成车辆失稳问题,在上层进行避障规划过程中加入基于哈密顿能量函数的理想纵向力和侧向力分配,并搭建稳态预测动态校正驾驶员模型跟踪规划的期望路径。然后利用Matlab/Simulink搭建3自由度车辆动力学模型,并基于Carsim和Labview的硬件在环试验对理想纵向力和侧向力的分配进行验证,仿真结果表明,所计算的纵、侧向力分配规律能够在车辆紧急制动转向避障时,在较短的时间和纵向距离条件下行驶到相邻车道。最后通过实车试验进一步验证了所提出方法的有效性。

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基于模型预测控制的智能车辆主动避撞控制研究^*

任玥, 郑玲, 张巍, 杨威, 熊周兵

2019 (4): 404-410. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.007

摘要 ( 801 )

PDF(1987KB) ( 1651 )

针对自主驾驶车辆的转向避撞问题,提出了一种分层避撞控制方法。上层路径规划控制器基于车辆运动学模型,引入人工势场函数,采用障碍物与车辆的相对状态描述车辆碰撞风险。基于模型预测控制理论,构建优化目标函数,规划最优避撞路线,并采用五次多项式拟合局部避撞路径。对于下层路径跟踪控制器,则建立车辆非线性动力学模型,构建基于最优转向盘转角输入的路径跟踪优化函数,实现局部避撞路径跟踪。最后搭建了Carsim/Matlab联合仿真平台,对被控车辆在不同路面、不同车速情况下的避障路径规划和跟踪效果进行了仿真。结果表明:上层控制器能根据障碍物信息实时规划局部避撞路径,下层控制器能控制车辆平滑、稳定地跟踪参考路径,从而实现车辆的主动避撞功能。

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正面碰撞前后双气室气囊的设计与优化^*

葛如海, 顾瑶芝, 蔡朝阳, 黄可鑫, 陈宇航

2019 (4): 411-416. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.008

摘要 ( 222 )

PDF(1663KB) ( 422 )

针对大体型乘员易击穿气囊的问题,设计了一款新型的前后双气室安全气囊,提高对大体型乘员的保护效果。首先基于MADYMO建立某A级车的乘员约束系统模型,通过仿真和试验验证其有效性。接着以经验证的汽车正面碰撞模型为基础,建立一个装有前后双气室气囊的正面碰撞模型,并对该模型进行正面碰撞仿真。最后利用正交试验对双气室气囊的参数进行优化。结果表明:优化后双气室气囊的大体型乘员加权伤害指标值WIC较传统单气囊降低了30.7%,显著提高了约束系统的安全性能。

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分段刚度双质量飞轮非线性振动特性研究^*

史文库, 陈龙, 陈志勇, 丁吉

2019 (4): 417-425. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.009

摘要 ( 359 )

PDF(2473KB) ( 429 )

本文中研究了具有分段线刚度的双质量飞轮在扭转振动过程中的非线性振动特性。首先建立双质量飞轮分段线性系统的数学模型,利用平均法得到系统响应在周期激励下的一次近似解,以及系统幅频特性函数;然后以实际双质量飞轮参数为例,分析各参数对幅频特性的影响;最后利用AMEsim软件对单级刚度和两级刚度双质量飞轮在不同工况下的减振性能进行对比分析。结果表明,平均法适用于双质量飞轮的非线性振动分析,同时系统幅频特性曲线在分段处具有向高频拐弯的特性,非线性特性可以降低系统共振峰值,仿真结果也表明两级刚度双质量飞轮在点火、熄火工况下第二质量转速波动和角加速度值要比单级刚度小。

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基于竞争失效的综合传动剩余寿命预测^*

闫书法, 马彪, 郑长松

2019 (4): 426-431. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.010

摘要 ( 377 )

PDF(717KB) ( 373 )

剩余寿命预测是机械传动系统故障诊断和健康管理的关键。车辆综合传动装置作为复杂时变的机电系统,在高速重载的运行过程中,常存在多种失效形式和失效过程,不同失效模式间竞争失效。然而,现有综合传动装置剩余寿命预测研究中,没有将劣化失效与突发失效同时考虑。鉴于此,本文中研究基于劣化失效和突发失效竞争失效模式的综合传动装置寿命预测方法。首先,针对综合传动装置的多维监测数据,采用鲁棒核主元分析与状态空间模型融合得到整机劣化程度指标。然后,采用随机过程Wiener模型建立装置的劣化失效模型,采用Weibull分布模型建立装置突发失效模型,进一步在考虑劣化失效与突发失效相关的基础上建立了综合传动装置竞争失效模型。最后,采用最大似然估计方法估计了模型的参数,实现了综合传动装置的剩余寿命预测。实验研究验证了本文方法的有效性,能够客观描述装置的可靠度变化规律,提高剩余寿命预测的准确性。

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商用车全车质量EPS系统助力特性仿真分析^*

李耀华, 冯乾隆, 张洋森, 南友飞, 欧鹏飞

2019 (4): 432-439. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.011

摘要 ( 232 )

PDF(4401KB) ( 603 )

为提高载荷变化较大的工况下商用车的转向性能,本文中提出了一种商用车全车质量助力特性电动助力转向系统(electric power steering, EPS),对其助力特性和控制策略进行了研究,并通过TruckSim与Simulink联合仿真,对比了全车质量助力特性EPS系统、单一车质量助力特性EPS系统和无EPS系统的性能。结果表明:全车质量助力特性EPS系统可使商用车具有良好的转向轻便性,改善了操纵稳定性,并且减小了车质量变化对转向性能的影响,从而使驾驶员获得更清晰的路感。

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基于驾驶人特性的自适应换道预警算法研究^*

刘志强, 韩静文, 倪捷

2019 (4): 440-446. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.012

摘要 ( 294 )

PDF(2367KB) ( 553 )

本文中建立了基于驾驶人行为特性的换道危险感知模型,提出一种参数在线辨识、阈值可调的换道预警算法。通过模糊逻辑方法,以速度关联度、换道安全系数及横向偏移为指标确定周围车辆对自车换道的影响程度,修正换道参数;利用递推极大似然估计对模型参数进行在线辨识,获得实时危险评估值;并基于信息熵搜索最佳报警阈值,将实时评估值与报警阈值进行比较,判断系统的报警状态。采用实车试验的自然驾驶行为数据进行验证,结果表明,自适应预警模型的准确率达92.1%,预测危险状态的时间可提前0.3~1 s,符合驾驶员的心理预期,具备可操作性。

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履带车辆试验台架负载模拟技术标定方法研究^*

吕浩亮, 王喆, 吴鹏辉, 周晓军, 杨辰龙

2019 (4): 447-454. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.013

摘要 ( 235 )

PDF(3617KB) ( 392 )

为在履带车辆整车试验台架上精确复现车辆行驶过程中所受路面负载及惯性负载,本文中对台架负载模拟的精度开展了标定研究。首先分析了履带车辆在复杂行驶工况下的动力学模型,对整车进行了等效惯量建模,并利用速度跟踪法建立了加载模型。为研究该模型下系统惯量模拟的误差,提出了以标准惯量飞轮组标定电模拟惯量的方法对系统模拟精度进行了标定。标定过程中考虑了系统阻力矩和原有机械惯量对结果的影响,并在稳态和动态两种状态下对惯量模拟的响应时间进行了分析。标定结果表明该系统具有较高的模拟精度。经标定的系统整车试验结果表明了标定方法的有效性。

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汽车双转鼓惯性试验台等效路面附着机理研究^*

邢智超, 王国业, 何畅然, 龚章鹏, 周立洋, 徐东鑫

2019 (4): 455-461. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.014

摘要 ( 173 )

PDF(1504KB) ( 722 )

本文中针对一种双转鼓惯性试验台,基于CAN/PCI总线建立机电一体化分布式测控系统,用于车辆安全性、动力性试验检测。基于所设计惯性试验台提出通过改变车轮与双转鼓间安置角等效不同路面峰值附着系数的算法,基于制动过程单轮动力学分析,建立单轮试验台系统动力学模型,根据动力学模型获得可变安置角与路面峰值附着系数等效路面附着机理,基于Matlab/Simulink建立单轮试验台系统仿真模型,验证了等效路面附着系数算法。通过所建单轮试验台系统进行了试验,在小滑动区实时获取车轮所受纵向力及滑动率,基于Slip-slope理论实时估算等效峰值附着系数。结果表明,双转鼓惯性试验台等效路面附着机理正确,等效路面附着系数算法准确可行。

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基于证据理论的多模型事故再现结果融合^*

邹铁方, 刘勇, 何枫林, 李华

2019 (4): 462-467. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.015

摘要 ( 199 )

PDF(769KB) ( 467 )

本研究通过引入证据理论对多个模型结果进行融合,探讨了2种基本概率分配(BPA)的赋值方法,同时给出了模型结果为区间时的融合方案。通过一个真实案例的演示表明,选用第一种BPA赋值方法进行融合时本质上是对模型结果取均值,第二种赋值方法则因引入了专家意见而使融合结果更客观;当结果为区间时融合后的结果虽复杂但可获得更多信息。本研究为科学描述多模型结果提供了解决方案,可为进一步提升再现结果的客观性提供支持。

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棱边强化薄壁方管静动态轴压理论和仿真研究^*

郑玉卿, 朱西产, 马志雄

2019 (4): 468-474. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.016

摘要 ( 196 )

PDF(2601KB) ( 417 )

本文旨在对棱边强化薄壁方管的静动态轴向压溃进行研究。首先分析了方管静态平均压溃力公式中的能量等效流动应力选取方法及其对理论预测结果的影响,之后结合Cowper-Symonds经验公式,导出了动态平均压溃力公式。同时基于Hypermesh 9.0建立了440A原始和棱边强化薄壁方管静动态轴向压溃有限元模型,仿真再现了塑性变形过程和压溃力波动状况,仿真值与理论值吻合得较好,最大偏差不超过4.0%。最后,制作若干个棱边塑性应变强化的35钢方管,进行压溃试验,验证了静态轴向压溃理论的有效性,理论值与试验值之间偏差仅为7.1%。本研究为棱边强化薄壁部件的强度设计及其在车身结构中的应用提供了参考。

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面向电动客车的新型涡流缓速制热系统研究^*

叶乐志, 梁宸, 李德胜, 刘增岗

2019 (4): 475-480. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.04.017

摘要 ( 170 )

PDF(2036KB) ( 342 )

针对纯电动客车冬季取暖时续航里程大幅下降问题,提出一种制动能量高效利用新方法,设计了面向电动客车的新型涡流缓速制热系统。通过机电磁集成制动系统制动稳定性和涡流缓速制热机理等的研究,建立了该系统的制动控制策略,对涡流缓速器进行了仿真和台架试验,为提升电动客车的续驶里程和行驶安全提供了一种新思路。

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