基于模型预测控制的电动汽车起步工况仿真与性能评价

为提高电动汽车起步工况时的性能,设计了基于模型预测控制的驾驶员模型,建立了纯电动汽车整车模型和驾驶员模型。将驾驶员意图转化为加速踏板和制动踏板的开度变化,利用基于模型预测控制方法的上层控制器得到期望加速度,下层控制器根据期望加速度得到加速指令和减速指令,从而对车辆进行起步工况的加、减速控制。利用起步时间、驱动电机电压电流和冲击度3个评价指标对提出的模型预测控制方法和常规PID控制方法进行起步工况仿真的控制性能比较。分析了不同坡度(0%、10%和20%)和加速踏板开度下电驱动系统的性能。仿真结果验证了模型预测控制方法的有效性。     

串联式复合电源的电动汽车驱动研究

介绍了串联式复合电源的电动汽车驱动模式,根据超级电容端电压采取不同的驱动模式。搭建试验台架,进行了串联式复合电源的驱动试验,对车速进行控制获得ECE城市工况0～32 km/h段车速曲线,实验表明该系统能够将超级电容中所储存的能量用到电动汽车的驱动过程之中。串联式复合电源系统可以有效地减少动力电池的能耗情况,提高电池效率。     

电动汽车减速器冲击疲劳试验方法研究

为满足电动汽车减速器在冲击工况下的疲劳寿命试验需求,开发了一套电动汽车减速器冲击疲劳试验系统与加载方法。根据电动汽车减速器冲击载荷特征,设计并组建了冲击疲劳试验系统。试验系统采用锁死差速器左右两输出端传动轴的方案,利用液压扭转作动器模拟电动汽车减速器的冲击载荷输入,以减速器主要零部件的应变响应为评价指标。通过改变扭转作动器输出扭矩的波形、幅值及频率对冲击载荷加载方法进行了详细研究,制定了电动汽车减速器冲击疲劳试验方法。结果表明:试验系统和方法能够模拟电动汽车减速器在冲击工况中的实际受载并缩短试验时间,为考核电动汽车减速器在冲击工况下的疲劳寿命与制定电动汽车减速器冲击疲劳试验规范提供了参考。     

紧凑型驾驶员在环EMT换挡试验平台开发

常见的变速器换挡试验台架注重对换挡的动力学过程进行研究,而没有把驾驶员以及交通场景带来的外界随机扰动考虑在内。为了提升变速器换挡试验的真实性和可靠性,在原有电驱动机械变速器(EMT)换挡试验台架的基础上增加了紧凑型驾驶模拟仿真系统,集成了虚拟交通场景、驾驶操作部件以及基于模型预测控制方法的自动驾驶算法。在Lab VIEW环境下开发了数据采集与处理软件来实现驾驶模拟信息采集和处理、驾驶模拟仿真系统与变速器控制器通信、车辆运行状态以及换挡过程监控等功能。大量试验结果表明:该试验平台能够模拟车辆在不同路况和驾驶员风格下的运行状态,实现驾驶员和交通场景在环的EMT换挡试验。     

R1234yf纯电动汽车双热源热泵仿真研究

为降低电动汽车冬季低温取暖的能耗,课题组提出以环境空气和驱动电机冷却水为双热源的热泵空调系统方案。课题组设计了一种以R1234yf为制冷剂的双热源热泵空调系统,使用MATLAB/Simulink和ADVISOR软件对设计的热泵系统进行了建模仿真。模拟外界环境温度在-10~0 ℃时电动汽车在城市工况条件下热泵系统的采暖效果,并与PTC加热器的采暖效果进行比较,分析了热泵系统对电动汽车能耗的影响。结果表明：该双热源热泵空调系统能够降低电动汽车冬季采暖的功耗,且能够满足冬季-10~0 ℃环境下的采暖需求。设计的R1234yf双热源热泵空调系统在制热及节能效果方面优于PTC电加热系统。     

电动汽车电驱动系统机电耦合动态特性研究

为研究典型工况下电动汽车电驱动系统机电耦合作用机理,考虑永磁同步电机动态特性及齿轮传动系统非线性时变啮合特性,建立包括永磁同步电机动态模型和齿轮传动系统动力学模型的电动汽车电驱动系统机电耦合动力学模型。在此基础上,仿真分析稳态工况、冲击载荷工况、起伏路面工况等典型工况下电动汽车电驱动系统齿轮系统扭转特性和电机定子电流的动态响应特性。仿真结果表明:驱动电机与传动系统之间存在明显的机电耦合效应;电机定子电流会受到机械传动系统啮频和转频的调制;可以通过电机定子电流监测电驱动系统齿轮传动系统的啮合振动状态。研究结果可为电动汽车电驱动系统主动减振控制策略研究提供参考。     

汽车电动助力转向系统性能测试系统设计

根据汽车电动助力转向系统性能测试台架试验要求,采用VB6.0作为测试系统软件开发平台,以MPC08SP运动控制器作为交流伺服电机的上位控制单元对输入端转角、转速等进行控制,采用电液比例控制方式对输出端力、速度等进行加载,实现不同工况下转向阻力矩的模拟加载。最后对某技术成熟的电动助力转向系统进行性能测试。试验结果表明:该测试台架能稳定运行、测试精度高,可快速地实现电动助力转向系统自动化测试。     

迎面风速对电动汽车热泵系统蒸发器除霜特性影响的实验研究

针对电动汽车热泵空调系统在冬季室外换热器结霜后除霜效率低的问题,课题组设计并搭建了电动汽车热泵空调系统的实验台架,研究了在环境温度2.0 ℃和相对湿度85%下,电动汽车热泵空调系统中的蒸发器结霜后,蒸发器迎面风速对除霜特性的影响。实验结果表明：在实验工况下,室外换热器所结霜层呈间隔式分布;在系统逆循环除霜过程中,压缩机吸排气压力和换热器进出口温度逐渐升高,但随着蒸发器迎面风速的增高而降低,同时系统的制冷量出现波动现象;在相同的结霜工况下,较高的蒸发器迎面风速能缩短除霜时间,蒸发器迎面风速从0.8 m/s增加至2.3 m/s,除霜时间缩短37.4%,但此时的HVAC出风温度降低3.8 ℃,因此较低的蒸发器迎面风速则能提高HVAC出风温度,提高乘员舱舒适度。     

轮毂电机电动汽车再生-液压复合制动系统协调控制策略

为保证制动过程中轮毂电机电动汽车的制动控制效果,充分利用电机再生制动控制精准高、响应迅速的优势,对再生-液压复合制动系统的制动性能进行了数学建模与仿真分析。首先,建立了包含再生-液压制动复合制动系统的单轮纵向动力学模型;其次,考虑驾驶员制动需求和路面条件,提出可用于3种典型制动工况(轻度、中度和重度制动工况)下的复合制动系统协调控制策略;最后,在Matlab/Simulink软件中模拟3种典型制动工况下采用所提出协调控制策略的汽车制动过程。仿真结果表明:所提出的控制策略能满足驾驶员制动意图,在充分利用电机控制精度高和响应时间短的优势的前提下,保证轮毂电机电动汽车的制动控制效果。     

电动汽车空调系统中的电子膨胀阀性能研究

为了对比研究电子膨胀阀与H型热力膨胀阀对电动汽车空调性能的影响,课题组搭建了电动汽车空调性能试验台。在制冷工况下对采用2种膨胀阀的空调系统进行了变工况、变压缩机转速试验。结果表明：在不同的工况下,采用电子膨胀阀能使空调系统获得更低的出风温度,且在高温工况下,电子膨胀阀有更佳的调节性能;对过热度的控制方面,采用电子膨胀阀过热度稳定更快且波动范围小;系统采用电子膨胀阀时制冷量更大,且环境温度越高对制冷量影响越显著;变压缩机转速下,采用电子膨胀阀的系统制冷量和能效比CCOP均高于采用H型热力膨胀阀的系统,且在低转速时效果更加显著。电子膨胀阀结合变转速压缩机,能够提高系统制冷量和能效比CCOP,使系统更加高效运转。     

纯电动汽车高速齿轮传动NVH性能优化研究

汽车进入电气时代后带来了高速传动,纯电动汽车(BEV)驱动电机的输出转速超过了10 000 r/min,随后带来的高速噪音问题也成为了行业难题,因此高速齿轮传动NVH性能优化攻关作为纯电动汽车减速器核心技术备受海内外学者和研究机构关注。借助SMT/MASTA软件对变速器设计参数进行优化与仿真分析,通过不同扭矩下的齿面接触斑点试验对软件仿真的齿面接触应力分布进行标定,优化仿真模型,通过仿真数据和优化算法求解出最佳宏观参数和微观参数的组合,零件试制完装配后进行吊装试车主观评价测试,再通过西门子LMS/NVH便携式测试仪对NVH性能优化结果进行验证。     

轮毂电机电动汽车空气悬架阻尼GA-LQR控制研究

针对轮毂电机驱动电动汽车因电机内部不平衡电磁力引起的负面振动加剧等问题,提出一种基于遗传算法的线性二次型调节器(GA-LQR)的空气悬架阻尼控制方法。建立包含轮毂电机和空气悬架系统的轮毂电机驱动电动汽车8自由度半车动力学模型,并进行实车试验验证模型;仿真分析路面激励和不平衡电磁力两者对电动汽车垂向振动的影响;根据最优控制理论提出LQR控制策略,并通过遗传算法对LQR控制中的加权矩阵Q和R进行全局搜索优化,构建了GA-LQR阻尼控制器。仿真结果表明：相较于被动悬架和LQR控制的空气悬架,基于GA-LQR控制的空气悬架对电动汽车各评价指标的改善效果明显,可有效抑制轮毂电机因偏心引起的不良振动,极大地提高车辆的乘坐舒适性。     

液力变矩器流道设计及液力损失机理分析

为探究液力变矩器的性能,基于计算流体动力学(CFD)和三维流动理论,借助Realizable k-ε湍流模型,针对由非均匀有理B样条曲线(NURBS)和保角映射原理优化后的扁平化液力变矩器,展开数值模拟分析,并采用定转速台架试验,验证该数值模拟方法的可行性。在此基础上,针对循环圆扁平化造成液力损失严重的问题,对典型循环工况下,各叶轮的流场特性进行对比分析,并深入探究各恶化流动现象的成因,为液力变矩器的流道改进、叶片优化等指明方向。     

某特种车辆车内噪声声品质分析

针对某特种车辆驾驶室声品质问题进行分析。通过试验采集不同行驶工况下的驾驶室内不同测点的噪声,对心理声学客观评价参数(响度、尖锐度、波动度和粗糙度)进行了分析。在特种车辆驾驶室室内噪声综合评价基础上,得到该特种车辆在各工况下响度值过高的结论。最后通过频段滤波分析找到该特种车辆驾驶室主要噪声频段。     

具有功率因数校正能力的驱动充电一体化拓扑研究

针对目前电动汽车永磁同步电机牵引系统和锂电池组充电系统相互独立的问题,提出了一种电动汽车驱动充电一体化拓扑结构。驱动模式下的电机驱动系统等效为一个三相逆变器,在充电模式下将永磁同步电机驱动模块和电机重构成锂电池组充电系统中具有功率因数校正能力的升压/降压变换器,即PFC(power factor correction capability)变换器,其中IPM(interior permanent magnet)电机绕组充当滤波电感。分析一体化拓扑驱动和充电工作状态以及IPM电机绕组在不同充电模态的数学模型、IPM电机转子位置角与电机绕组电感值的关系。采用功率控制方式,根据输入功率设定值,控制输入功率跟随输入功率设定值,使功率因数达到1。仿真及实验结果表明:本文所提出的一体化拓扑结构及控制策略在充电过程中具有良好的功率因数校正能力。     

混合动力电动汽车动力学模型仿真

为了减少汽车开发和生产成本,提高生产效率,利用Matlab/Simulink软件建立混合动力汽车动力学模型,并在FU505和Schedule Boston Cab循环工况下进行仿真分析。根据混合动力汽车结构特点,研究了电池、电机、发动机等机械模型,同时对控制系统和驱动系统进行了详细分析,通过控制系统确定电池状态,探讨了电机驱动扭矩和循环工况对模型的影响。结果表明:建立的模型满足汽车动力性要求;动力学模型能在较小制动强度时通过电机实现再生制动;建立的混合动力电动汽车模型符合实际汽车运行状况,具有可操作性。可见混合动力汽车模型满足研发需求,达到预期效果。     

基于DOE的二冲程汽油机Wiebe燃烧参数优化研究

对于在GT-Power一维性能仿真建模中难以准确选取燃烧参数的问题,以1台二冲程汽油机为研究对象,利用DOE方法对SI Wiebe燃烧模型参数进行拟合优化研究。研究结果表明:Wiebe燃烧特性参数在不同转速范围内有很大变化;在小负荷工况下,发动机缸内燃烧持续期会较长,而在大负荷工况时,缸内进气量充足,燃烧速率变快,因此燃烧持续期较短。最终绘制出各个负荷范围内燃烧参数变化MAP图,并通过验证可知:数值模拟结果与台架试验数据对比误差降低到4%左右。由此得到准确的一维整机性能模型。     

电机效率最优的双电机汽车驱动扭矩分配控制策略

为提高前后轴分布式双电机电驱动汽车(DDEV)行驶中的经济效能,以某款双电机汽车作为研究对象,以前后电机效率最优为目标,提出了一种驱动扭矩分配策略,针对2电机工作时的协调控制进行研究。在Cruise软件中建立DDEV整车模型,与Simulink软件中搭建的策略模型进行联合仿真,在NEDC和WLTC循环工况下进行仿真测试。仿真结果表明,与前后电机驱动扭矩平分策略相比,使用文中提出的驱动扭矩分配策略的双电机汽车在2种循环工况下的电能消耗分别降低6.7%和4.5%,2电机在高效区间工作的占比分别提升12.4%和47.3%,整车电机在2种循环工况下的平均效率相应提升14.2%和17.8%,验证所提策略对提高车辆经济性能的有效性。     

基于城市干道十字路口场景下的纯电动汽车多目标优化研究

基于城市双向六车道十字路口的场景下对某款纯电动汽车的9种运行轨迹进行分析,研究其安全性、节能性和舒适性等问题。首先建立纯电动汽车安全、节能和舒适多目标模型,对车速、加速度、总加权加速度均方根等条件进行约束;再利用含有精英策略的NSGA-Ⅱ算法对车速、加速度、总加权加速度均方根值等约束条件下进行优化求解,得到Pareto最优解;最后结合Advisor中的欧洲驱动工况NEDC仿真验证纯电动汽车多目标优化模型的准确性。结果表明:目标函数兼顾了纯电动汽车安全性、节能性和舒适性等因素,得到了纯电动汽车在双向六车道十字路口下的最优运行轨迹和最佳道路宽度。本研究不仅弥补了纯电动汽车在城市干道十字路口场景的学术空白,还为纯电动汽车在安全性、经济性、舒适性的通行方面提供了理论依据和参考。     

混动汽车机电耦合系统效率影响因素分析及优化研究

研究了机电耦合系统传动效率主要影响因素,分析了机电耦合系统机械损耗、电控损耗和电机损耗3部分损耗的组成及影响因子,分析得出机械损耗与摩擦条件密切相关,电控损耗包括IGBT损耗和FWD损耗,二者均受开关频率影响,电机损耗与磁场强度和电流大小有关。提出通过改善摩擦条件和调整IGBT开关频率来优化机电耦合系统综合效率,开发了机电耦合系统传动效率测试台架,依托自主开发的测试台架分别测得了纯电模式下机械损耗、电控损耗和电机损耗在不同工况下的结果,分析了机械损耗、电控损耗和电机损耗随工况条件变化的规律。结果表明：采用低摩擦轴承和低黏度油品改善摩擦条件后可以有效降低机械损耗,最高效率提升了0.9%;IGBT开关频率从10 kHz调整为5 kHz,在低速段传动效率有明显提升。因此,提出了基于传动效率的IGBT开关频率动态调整策略。