汽车工程

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铝合金车体的有限元分析和结构评估方法研究^*

王万林, 徐从昌, 王震虎, 王哲阳, 李落星

2019 (6): 607-614. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.001

摘要 ( 630 )

PDF(3949KB) ( 609 )

为探究新型轻质铝合金车身的设计方法,本文中以铝合金下车体为例,重点探讨铝合金车体的有限元分析方法和结构的整体评估方法。首先采用shell单元模拟铝合金焊缝,建立车体的有限元模型,并对其基础性能进行仿真,其结果与弯扭刚度和模态实验的对比,弯曲刚度、扭转刚度、1阶弯曲模态和1阶扭转模态的误差分别为-2.45%,-3.59%,-3.43%和-2.73%,验证了铝合金车体有限元模型的正确性。然后为评估车体的传力性能,引入广义结构刚度的概念,通过对车体传力路径的识别,确定车体结构中的薄弱区域,并进行结构改进。改进后,在质量稍有增加(0.19 kg)的情况下,车体的弯曲刚度、扭转刚度、1阶弯曲模态和1阶扭转模态分别提升了5.59%,1.99%,2.42%和0.65%,表明了基于广义结构刚度的车体整体结构评估方法的有效性。

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基于多模糊控制的电电混合汽车能量管理策略^*

姚堤照, 谢长君, 曾甜, 黄亮

2019 (6): 615-624. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.002

摘要 ( 345 )

PDF(5226KB) ( 467 )

针对目前锂电池超级电容复合能源电动汽车在单一模糊控制策略上的不足,提出并设计了多模糊联合控制的能量管理策略。结合实验台架实际参数,在MATLAB环境下搭建整车模型,通过ECE和UDDS工况对模糊方波调节控制策略、功率分配因子模糊控制策略和改进的基于模糊方波调节的联合控制策略对比分析,最后选择效果最优的基于模糊方波调节的联合控制策略嵌入实验台架进行验证。实验结果表明,本文中提出的控制策略在两种测试工况下均可实现锂电池在不同SOC下充放电电流平滑控制在1C以内,有利于锂电池组安全运行并有效降低整车行驶成本。

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基于Radau伪谱法的复合电源电动汽车能量管理策略优化^*

刘延伟, 朱云学, 林子越, 赵克刚, 叶杰

2019 (6): 625-633. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.003

摘要 ( 614 )

PDF(781KB) ( 387 )

本文中提出一种基于Radau伪谱法的能量管理策略优化法,利用全局插值多项式对系统中状态变量与控制变量进行逼近,由插值多项式的导数近似动力学方程中状态变量的微分方程,将最优控制问题(OCP)转化为待优化变量的非线性规划(NLP)问题进行求解。以加入惩罚因子的电池寿命模型为目标函数,将复合电源电动汽车中的电池使用寿命(电池可循环次数)与单一电池能量源在NEDC循环工况下对比分析,结果表明,伪谱法优化的复合电源可减小电池组的安时流通,缩小电流、功率波动范围,其电池组功率、超级功率均与需求功率出现了分段的线性关系,且复合电源中电池等效寿命较单一电池能量源提高25.61%,本文中为复合电源的能量管理策略提供了一种快速、稳定的优化方法,为匹配最优系统参数奠定基础,还可作为其他优化策略的评估基准。

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EGR废气组分和温度对柴油机颗粒力学特征的影响^*

赵洋, 李铭迪, 王志浩, 许广举, 袁银男, 吴斌

2019 (6): 634-640. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.004

摘要 ( 286 )

PDF(2990KB) ( 501 )

围绕柴油机颗粒的微观力学性能,针对不同EGR废气组分和温度条件下产生的颗粒,采用颗粒粒径分析仪和原子力显微镜等分析手段,研究了颗粒粒径、数量和质量浓度的变化规律,探讨了EGR废气组分和温度对颗粒弹性模量、团聚力大小和主要作用形式等微观力学性能的影响。研究结果表明,随着EGR废气温度升高,核模态颗粒总数量浓度变化不大,积聚态颗粒总数量浓度有较大幅度增加,颗粒的弹性模量逐渐增大,结构刚性逐渐增强,颗粒间的团聚力逐渐增加,团聚力作用的主要形式由液桥力逐渐向范德华引力转变;与引入废气时相比,分别引入N₂和CO₂时,颗粒间的团聚力分别主要以范德华力和液桥力形式存在;废气中的N₂是导致采用EGR后积聚态颗粒粒径增加、数量和质量浓度升高、结构刚性和团聚力增强的主要气体成分,废气中的CO₂可以显著降低积聚态颗粒排放数量和质量浓度、降低颗粒的结构刚性和团聚力。

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纯电动矿车复合能源系统研究^*

张卫, 杨珏, 张文明, 马飞

2019 (6): 641-646. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.005

摘要 ( 161 )

PDF(1144KB) ( 375 )

针对纯电动矿车蓄电池在高功率大电流反复充放电的冲击下效率降低,寿命缩短的问题,以某载质量55 t纯电动矿车为研究对象,建立大容量磷酸铁锂电池寿命预测模型,在满足车辆动力性能和能量需求条件下以提高车辆经济性和蓄电池使用寿命为目标,对磷酸铁锂电池超级电容复合能源进行参数匹配。运用基于规则的复合能源控制策略,在Matlab/Simulink平台上,采用ADVISOR2002进行仿真。结果表明,复合能源能有效提高纯电动矿车车载能源效率,延长蓄电池使用寿命,提升纯电动矿车的经济性能和动力性能。

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接地特性参数对轮胎抓地性能的影响研究^*

王国林, 陈幸鹏, 周海超

2019 (6): 647-653. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.006

摘要 ( 282 )

PDF(1110KB) ( 623 )

为从轮胎接地特性的角度来评价轮胎干湿抓地性能,以10条不同厂家生产的205/55R16型子午线轮胎作为研究对象,将轮胎总体接地区域划分为胎肩区、过渡区和中心区3个分区,通过轮胎接地试验获取其接地特性参数,并采用相关分析法筛选出与干湿抓地性能相关性较高的接地特性参数,再利用主成分法揭示了各接地参数与干湿抓地性能之间的定量关系。结果表明,基于轮胎接地特性参数表征干湿抓地性能的回归方程拟合效果良好,研究结果对高性能轮胎结构设计具有良好的指导作用。

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基于Pareto最优均衡理论的商用车路径跟踪与抗侧倾协同控制研究^*

李玉善, 迟元欣, 季学武, 刘玉龙, 武健

2019 (6): 654-661. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.007

摘要 ( 151 )

PDF(1031KB) ( 369 )

针对商用车路径跟踪横向控制与抗侧倾控制相互耦合的问题,将横向控制和抗侧倾控制视为动态博弈过程中的参与者,提出一种基于Pareto最优均衡理论的横向抗侧倾协同控制策略。首先,建立商用车横摆侧倾耦合模型,并利用车辆的横向位置、航向角和道路预瞄信息将其增广为智能车道路闭环模型;其次,基于线性二次型最优(LQR)控制理论设计了分散式横向抗侧倾控制器作为对比,在分散式最优控制器基础上,进一步充分考虑博弈参与者之间的控制交互,设计了一种基于合作式Pareto最优均衡理论的横向抗侧倾协同控制策略;最后,选取蛇形线工况对两种控制策略进行仿真验证,结果表明,相比于分散式最优控制器,本文中提出的基于Pareto最优均衡理论的协同控制器能在有效提高路径跟踪精度的同时保证较好的侧倾和操纵稳定性。

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基于LuGre模型的商用车转向盘操纵阻力矩研究

朱先民, 宋健, 程帅

2019 (6): 662-667. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.008

摘要 ( 233 )

PDF(1038KB) ( 487 )

为研究商用车转向盘阻力矩,在商用车转向动力学分析中引入了LuGre模型,建立了轮胎回正力矩和转向摩擦阻力矩模型以及转向盘阻力矩模型。借助该模型对CA1045轻型货车转向盘操纵阻力矩与转向角、车速的关系进行了分析,仿真与实车试验结果对比表明,仿真与试验得到的转向阻力矩差异在5 N·m以内。

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基于弧长预瞄的车辆侧向跟踪控制研究^*

李爽, 徐延海, 陈静, 朱鹏兴

2019 (6): 668-675. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.009

摘要 ( 489 )

PDF(1484KB) ( 748 )

为提高基于预瞄理论的路径跟踪控制算法的计算效率与适应性,本文中在预瞄最优曲率模型的基础上,提出了一种依据车辆实际行驶路程获取预瞄点侧向位移的弧长预瞄方法。并在该方法下,推导了预瞄点侧向位移与车辆前轮转角之间的关系,之后通过侧向跟踪闭环系统方框图,建立了路径跟踪的侧向控制模型。最后,在CarSim/Simulink联合仿真环境下,通过建立若干典型仿真工况,对该模型的有效性和人-车-路闭环系统转向盘稳定性影响因素进行了仿真分析。结果表明,该方法在侧向路径跟踪控制方面具有跟踪精度高、计算速度快和适应性好的特点。并且,当闭环系统同时满足期望路径点方向连续和预瞄距离大于临界前视距两个条件时转向盘趋于稳定。

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量产车型噪声主动控制系统性能实测与分析^*

刘锋, 吴鸣, 杨军

2019 (6): 676-681. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.010

摘要 ( 280 )

PDF(2092KB) ( 452 )

车内噪声控制是汽车NVH (noise, vibration and harshness) 研究的重要内容之一。传统的被动控制技术对中高频 (≥500 Hz) 噪声非常有效,但对低频噪声效果不明显。主动噪声控制 (active noise control, ANC) 基于相消干涉原理,非常适合控制低频噪声,已被众多车型全系标配。目前,学术界关于主动噪声控制的研究主要集中在新型控制算法的开发和性能优化上,而工业界对于主动噪声控制效果的报道比较片面,公开、全面的实测结果较少。为给学术研究提供参考,同时让更多主机厂了解主动噪声控制系统的实际效果,以某全系标配发动机噪声主动控制系统的量产车型为研究对象,分别在定置和行驶工况下对其主动噪声控制系统的性能和系统鲁棒性进行了全面的测试。测试结果表明:该系统较好地控制了发动机噪声且鲁棒性良好。

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电动汽车电驱动高频啸叫噪声评价方法研究

康强, 顾鹏云, 李洁, 左曙光

2019 (6): 682-687. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.011

摘要 ( 961 )

PDF(2810KB) ( 1419 )

相比于内燃机的低频点火、机械和燃烧噪声,电动汽车的主要噪声变为电磁力和齿轮啮合导致的更高频的啸叫声,令人烦躁。且由于没有内燃机工作噪声的掩蔽,这些高频单调噪声在许多工况下会很显著。同时,纯电动汽车行驶时也还有路噪、胎噪和风噪等噪声。因此,既要考虑单调噪声的声压级,也应计及其它噪声的掩蔽效应。本文中对7款纯电动汽车车内噪声的声压级、TNR和主观评分进行了对比。结果表明,TNR与主观感受的趋势一致,而声压级的大小并不能直接用来评价啸叫声的显著度。根据电驱动总成主要阶次的TNR分布,得出对应于电动汽车啸叫声显著度的TNR数值范围。最后总结了电驱动总成的NVH目标设定方法与建议。

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厢式货车气动减阻装置的减阻效果研究^*

许建民, 范健明

2019 (6): 688-695. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.012

摘要 ( 309 )

PDF(3742KB) ( 340 )

为降低某厢式货车的气动阻力系数,设计了不同形状的仿生导流罩、尾部减阻装置和仿生非光滑表面结构,分析不同单一减阻装置对整车风阻系数的影响,详细探讨了不同单一减阻装置的减阻机理。最后研究了不同单一减阻装置同时加装在同一货车模型的综合减阻效果。结果表明:仿生导流罩的减阻效果要好于传统导流罩,随着导流罩侧裙延伸长度的增加,货车整车阻力系数逐渐变小。当底部导流板倾角θ=45°时模型的阻力系数获得最小值。基于生物表面仿生减阻理论在货车侧面布置半球面凹坑和半椭球面凹坑均具有较好的减阻效果。复合减阻装置货车模型的最大减阻率达22.7%。

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纯电动汽车直流动力电缆儿童电磁暴露安全评估^*

董绪伟, 逯迈

2019 (6): 696-702. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.013

摘要 ( 392 )

PDF(2095KB) ( 282 )

为评估纯电动汽车直流动力电缆对儿童乘员的电磁暴露水平,基于电磁剂量学的基本原理,利用Comsol Multiphysics有限元软件,建立了车厢、儿童人体和动力电缆的电磁模型,仿真分析了儿童乘员坐在不同位置时,其身体不同组织中的磁通密度,并将结果与国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的标准进行比较。结果表明:普通低速驱动电流为27 A时,不同乘坐位置的儿童体内磁通密度的最大值分别为:0.18 μT(副驾位),0.182 μT(后排左),1.26 μT(后排中),17.8 μT(后排右);匀速高速驱动电流为150 A时,对应的最大磁通密度约增大至低速时的5.5倍左右。但这一暴露水平仍远低于ICNIRP推荐的限值,说明直流动力电缆在车厢内产生的电磁辐射不会对儿童乘员构成健康风险。

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重型车辆W-ECHPS中绕组式永磁耦合器的稳态性能研究^*

夏磊, 江浩斌, 耿国庆

2019 (6): 703-710. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.014

摘要 ( 355 )

PDF(2799KB) ( 454 )

为解决重型车辆液压助力转向系统在转向路感差和能耗高的问题,提出了基于绕组式永磁耦合器(WTPMC)的电控液压助力转向系统(W-ECHPS)。文中介绍W-ECHPS系统和WTPMC的结构原理;确定不同行驶工况下WTPMC的运行参数,为WTPMC的设计和基于行驶工况的性能研究提供依据;采用Ansoft Maxwell软件对WTPMC进行有限元仿真,以研究其稳态性能,包括电磁性能、调速器性能和转差功率回收性能;在仿真结果满足要求的基础上,试制WTPMC样机并进行台架试验,并与空载时线反电动势、IGBT占空比和超级电容端电压的仿真结果对比。结果表明:仿真结果与试验数据基本一致,WTPMC具有良好的电磁性能,能满足运行极限点的要求,通过调节IGBT的占空比,能在不同行驶工况下运行,同时,其具有良好的转差功率回收性能,在不同行驶工况下的转差功率回收率在67.4%～72.5%之间。

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基于时间硬化理论的聚乳酸结构件尺寸稳定性分析^*

马芳武, 韩露, 陈实现, 蒲永锋, 沈亮

2019 (6): 711-716. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.015

摘要 ( 165 )

PDF(3025KB) ( 393 )

基于等刚度理论设计了以聚乳酸为材料的某款电动车蓄电池托盘。通过拓扑优化,在使托盘质量减轻8.5%的同时,托盘的最大应力和最大位移分别减小了26.5%和19.7%。考虑到非金属材料的蠕变特性,以时间硬化理论为基础建立材料蠕变模型,通过有限元分析,得到零件在长期受载情况下的蠕变应变值。结果表明,聚乳酸材料零件满足产品在尺寸稳定性上的设计要求,验证了聚乳酸材料在汽车产品应用中的可行性。

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滑移门保持件结构布置多目标优化^*

周巧英, 薛志刚, 周五峰, 林启权, 李落星

2019 (6): 717-722. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.016

摘要 ( 292 )

PDF(2564KB) ( 485 )

采用LSDYNA软件对某标杆车的滑移门保持件进行仿真分析,并根据国家法规GB15086—2013的要求进行了试验验证。对滑移门系统的中导轨、挂钩和后锁结构布置进行参数化设计,并结合最优拉丁超立方采样方法和径向基函数神经网络模型构建车门与门框最大分离距离的近似模型。最后,采用第二代非支配遗传算法(NSGA-II)对中导轨、挂钩和后锁高度方向的距离进行多目标优化。结果表明:车门与门框上端和下端最大分离距离分别为65.42和65.99 mm,导轮未从导轨中脱开,且B柱和C柱侧加载板总位移量均小于300 mm,保持件性能满足国家标准的要求。

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基于人体热调节模型的乘员舱热舒适性分析^*

陈吉清, 郑习娇, 兰凤崇, 彭睿

2019 (6): 723-730. doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2019.06.017

摘要 ( 261 )

PDF(3370KB) ( 662 )

为研究乘员的动态热反应规律,以提高乘员舱内的热舒适性,综合考虑环境参数、人体调节、代谢水平、服装热阻等因素,建立车内热环境与人体热调节模型耦合计算方法,计算乘员重要热感应部位头部、胸部和四肢的皮肤平均温度动态变化情况,并分析人体热调节反应和热舒适性变化规律。结果表明,乘员舱热环境与人体热调节模型的耦合计算方法可较可靠地分析乘员动态热反应和热舒适性;在暖风系统开启时,车内热环境瞬态变化,在不同乘坐位置乘员不同身体部位的皮肤温度变化存在差异;在热环境中,乘员皮肤温度上升,人体的热调节参数血管舒张量和出汗量增加,从而带走体内热量,维持体温恒定。

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