电动汽车无线充电系统耦合线圈仿真分析

电动汽车无线充电技术以其运行安全、方便灵活等优点受到了越来越多的关注,为电动汽车发展提供了新鲜活力。耦合线圈是无线充电系统中电能场能转换、能量传输的关键部件,从根本上影响整个系统的性能。文章首先在有限元仿真软件Ansys Maxwell中建立耦合线圈模型,包括只有耦合线圈、带磁芯铝板的耦合线圈两种;然后针对两种模型进行仿真,分析磁芯铝板对磁场分布、互感和耦合系数的影响,同时仿真得出互感、耦合系数与耦合线圈的传输距离、偏移距离之间的关系。     

汽车磁流变减振器设计中值得注意的若干技术问题

汽车磁流变减振器利用磁流变液的流变特性可受外加磁场控制的特性，实现减振器的阻尼系数的可控，从而实现阻尼力的控制，基于磁流变换的磁流变减振器的特性是由多种因素所决定的，如磁流变液、工作模式、磁路结构、导磁材料、线圈和机械结构等。对磁流变液的性能、阻尼通道的设计、磁路中磁芯材料的选用以及磁流变减振器的体积补偿等在磁流变减振器设计中值得注意的一些问题进行了探讨。     

智能道路无线充电系统耦合线圈互操作性分析

无线充电线圈的互操作性是智能道路无线充电系统的关键性能指标。为分析耦合线圈的互操作性，首先建立了无线充电系统及耦合线圈的仿真模型，选取了3种不同形状和对应尺寸的线圈作为发射线圈和接收线圈，利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件，分别分析了不同形状和尺寸以及不同组合形式线圈对无线电能传输系统效率和耦合线圈互操作性的影响。另外，采用MATLAB/Simulink对无线充电系统的传输效率进行了仿真分析。为验证仿真结果的准确性，对无线电能传输的试验装置进行了测试验证。研究结果表明：随着线圈传输间距的不断增加，线圈的自感不变而互感不断降低，同时其耦合系数和系统的输出效率也会随之减小；圆形线圈的互操作性优于方形线圈，其中方形-方形耦合线圈互操作性最差，圆形-圆形耦合线圈互操作性最优，其最大传输间距提升9%~12%；大尺寸线圈的互操作性优于小尺寸线圈，且线圈尺寸的变化对于互操作性的影响大于线圈形状。研究结果为智能道路无线充电系统设计提供了理论依据。     

基于最小二乘法的无线充电线圈自感辨识

提出了一种基于最小二乘法的新型线圈自感辨识方法,以发射端和接收端电路串联的电压型无线能量传输(即充电)系统为例,建立其非线性高阶微分方程并构建数据矩阵,通过最小二乘法获得系统的过程参数矢量,将线圈的自感辨识问题转换为系统参数辨识问题,完成无线充电系统发射端和接收端线圈的自感辨识,最后通过仿真和实验,验证了该方法的可行性。     

复合功率分流式e-CVT结构优化及验证

为了提升传统自动变速箱的运行效率,基于拉威挪行星齿轮系设计了结构紧凑的新型复合功率分流装置,推导了该功率分流装置的运动学和动力学关系式。通过集成并匹配两电机,构成了新型电子式无极变速器,应用杠杆法对其进行结构等效简化,并对其电功率分流特性和系统传动效率进行了分析,提出了增加两制动器的结构优化方案。建立了搭载该变速箱的混合动力系统数学方程,应用等效杠杆模型对系统的工作模式和控制策略进行分析,并利用离线仿真对结构优化前后的整车动力性和燃油经济性进行了对比验证。研究结果表明:采用优化方案后,系统增添了发动机直驱模式和3种纯电动模式,使得其动力性和经济性分别提升了8.6%和5.6%。     

基于模糊理论的沥青路面热风加热多参数优化

为了优化就地热再生热风加热参数，提高热风加热沥青路面的加热效果，基于有限元方法，建立了热风加热装置加热沥青路面的模型，模拟计算了热风加热沥青路面的过程，通过试验验证了仿真模型及参数设置的正确性。采用正交试验设计方法研究了热风温度、热风速度、出风孔离地高度对加热效果的影响。提出了基于模糊理论的热风加热效果评价方法，引入综合模糊评价指标代替沥青路面温度场、对流换热系数和加热过程中的能量利用率等单一评价指标对沥青路面加热效果进行评价，采用独立性权系数法确定了各指标的权重系数，仿真分析验证了综合模糊指标评价方法的有效性。结果表明：在加热装置的设计参数范围内，热风温度对沥青路面表面温度及分布均匀性影响最大，热风速度对换热系数影响最大，出风孔离地高度对能量利用率影响最大。以沥青路面温度场、对流换热系数和能量利用率等单一指标为优化目标获得的最佳加热参数组合，仅能保证各自指标最优，但其他指标较差；以综合模糊评价指标E_CFI为优化目标得到的最佳热风加热参数组合，可以同时获得较好的沥青路面温度场、对流换热系数和能量利用率。研究方法和结论为沥青路面热风加热参数的选择和加热效果的评价提供了一种有效可行的途径。     

电动汽车用内置式永磁同步电机气隙磁场解析建模与多目标优化

为提高电动汽车用内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算精度和优化效率，利用混合解析法建立考虑转子铁心磁桥饱和效应的电机气隙磁场参数化解析模型。首先利用联合等效磁路法的子域法建立内置式永磁同步电机开路气隙磁场解析模型；然后利用同样方法建立转子磁桥虚拟磁场解析模型，从而得到考虑转子磁桥饱和效应的电枢反应磁场解析模型；最后通过叠加原理建立内置式永磁同步电机合成气隙磁场解析模型。通过有限元仿真和转矩测试验证内置式永磁同步电机气隙磁场解析模型的准确性。基于所建立的解析模型，以永磁体极弧宽度、定子槽口宽度和转子端部磁桥厚度为优化变量，以特定阶次频率的径向力波、转矩和效率为优化目标，利用带精英策略的非支配排序遗传算法，对一台电动汽车用内置式永磁同步电机样机进行多变量多目标优化。研究结果表明：与试验结果相比，解析计算误差小于5%,而计算时间较有限元仿真缩短90%以上；优化后，电机特定阶次频率的径向力波减小了9.2%,最大转矩提升了2.49%,最大效率提升了0.69%,高效区面积扩大了约54.46%;所提方法既解决了内置式永磁同步电机强非线性和高饱和的解析建模共性难点，又极大提高了电机多目标优化效率；研究可...     

钢锚箱嵌固型索塔锚固结构受力机理分析

为提高钢锚箱型组合索塔锚固区传力可靠性,提出了一种将钢锚箱端部嵌固在索塔锚固区的新型结构;基于混合有限元模型,比较分析了该新型结构与现有内置型、外露型钢锚箱索塔锚固区的钢锚箱钢材利用率、塔壁混凝土应力以及钢-混凝土结合面受力机理;进一步探讨了嵌固端侧板厚度、连接件布置方式对钢锚箱嵌固型索塔锚固区受力机理的影响。结果表明:钢锚箱嵌固型索塔锚固结构具有较高的钢材利用率;端塔壁外侧混凝土主拉应力较内置型降低约1.5 MPa且外包钢板;钢锚箱与混凝土塔壁结合面连接件作用单方向均匀剪力;侧板厚度、连接件布置方式对连接件剪力影响较大;该新型构造传力可靠性高,可用于更大跨径斜拉桥拉索塔端锚固结构。     

盾构隧道结构纵向优化设计方法研究

目前的纵向设计方法均假定盾构隧道结构纵向刚度不变。在此基础上进行的盾构隧道纵向结构设计,无法达到结构纵向的变形受力协调,也无法实现结构纵向优化设计。在传统的纵向等效连续化模型的基础上,提出纵向刚度非均匀等效连续模型。模型最大的优点是可以实现盾构隧道纵向刚度分配的非均匀性,从而为纵向设计优化以及隧道结构纵向变形和受力协调的实现打下基础。在该等效纵向模型的基础上,建立2种优化设计模型,其一是以变形为目标、受力为约束的优化模型,其二是以受力为目标、变形为约束的优化模型。利用2种模型对盾构隧道穿过软弱夹层等工况进行分析,验证了模型的正确性。另外,利用优化的结果可以得到较为合理的隧道结构纵向刚度分布方式,以及纵向受力和变形协调的刚度取值范围,从而最终实现变形和受力协调。     

电动汽车无线供电系统电能发射与接收线圈优化

为解决基于感应耦合电能传输(ICPT)技术的电动汽车无线充电过程中,能量获取线圈经过发射线圈连接处时互感显著下降的问题,提出了一种多阶梯形与相嵌式相结合的无线电能发射线圈结构,并通过理论分析获得了线圈的规格参数,搭建了基于COMSOL Multiphysics与MATLAB/Simulink的仿真和试验平台,仿真及试验结果表明:能量获取线圈经过新结构发射线圈切换域时线圈互感波动率≤6%,其电压波动在±8%范围内,并能在横向偏移±5 cm范围内保持电压稳定,有效地解决了互感显著下降的问题。     

考虑燃料电池衰退的FCHEV反馈优化控制策略

为了提高插电式燃料电池混合动力汽车的经济性和燃料电池耐久性，在构建燃料电池衰退模型的基础上，制定等效氢气消耗最小（ECMS）的反馈优化控制策略。ECMS反馈优化控制策略中目标价值函数的等效氢气消耗除包括燃料电池氢气消耗和动力电池等效氢气消耗外，还将燃料电池开路电压衰退转化成等效的氢气消耗加入到目标价值函数之中，以电机需求功率P_m、动力电池SOC值为状态变量，动力电池目标功率为控制变量，取使目标价值函数最小的动力电池目标功率作为参考动力电池目标功率输出，并根据反馈的燃料电池电压衰退速率对燃料电池系统输出功率限制变化值ΔP_f进行动态调整，最终得到燃料电池目标功率。通过MATLAB/Simulink建立插电式燃料电池汽车前向仿真模型，采用城市道路循环（UDDS）工况进行验证。研究结果表明：相比基于规则的能量管理策略，电量保持（CS）阶段采用ECMS反馈优化控制策略，氢气消耗量降低2.6%，同时燃料电池的开路电压衰退降低4.1%，基于ECMS的反馈优化控制策略相比基于规则的能量管理策略在高效区间的工作点占比更高；与ΔP_f分别为1，2，3 kW时相比，采用燃料电池系统电压衰退速率反馈调节ΔP_f策略的氢气消耗量为0.105 3 kg，相比ΔP_f为1，2 kW的氢气消耗量（0.121 3，0.110 2 kg）有明显优化，接近ΔP_f为3 kW的氢气消耗量（0.102 9 kg），同时燃料电池电压衰退速率有明显的减小，整车经济性与燃料电池耐久性都得到了改善。     

新能源车用永磁同步电机散热分析及散热结构优化

以一台额定功率70 kW的车用水冷永磁同步电机作为研究对象,分析了电机的损耗来源,并基于流体力学与传热理论建立了电机的热模型。在处理仿真模型时对绕组及气隙域进行了等效处理,考虑了铁芯导热系数的各向异性,并使用STAR-CCM+软件仿真获取得到电机在额定工况下的温度分布。通过在轴向水道内壁增加凸起特征对冷却水道结构进行优化,对优化后水道模型进行了仿真分析,仿真结果显示优化后的水道模型具有更好的散热效果。最后,在电机测试台架上对优化水道后的电机进行了温升测试,将测试数据与仿真数据进行对比,对比结果显示绕组温度两者几乎一致,永磁体温度偏差2.95%,这表明了仿真结果的准确性。     

基于多目标优化的混合动力城市物流车制动能量回收控制策略研究

针对混合动力城市物流车制动能量回收的安全与效率问题，提出了基于多目标优化的制动能量回收控制策略。建立了载荷估计和质心位置解析模型，使控制策略适应各种载荷变化。控制策略以制动安全性和能量回收性为优化目标，以制动力分配系数和电机制动力矩比例系数为控制变量，采用多目标遗传算法和基于模糊控制器的理想解决策法得到决策解。驾驶循环分析结果显示，所提控制策略具有较好的制动安全性和更高的制动能量回收性。     

FSAE赛车差速器支撑架可靠性与轻量化协同优化设计

为提高FSAE赛车传动系统差速器支撑架的结构强度并减小其质量,采用协同优化与可靠性分析方法,以安全系数、最大应力和质量作为协同优化目标,选取支撑架的疲劳寿命和最小安全系数为可靠性约束,建立可靠性优化设计模型;基于有限元分析的样本点数据进行求解,对有限元仿真结果进行拓扑优化并设置结构参数变量。结果表明,优化后结构满足工程设计所需强度和安全要求,在最小安全系数仅减小3.61%的情况下支撑架质量减少7.14%,达到了优化目标。     

基于等效静载荷法的挤压铝门槛梁非线性结构优化

针对侧面柱碰撞工况下的挤压铝门槛梁截面正向设计问题,分析了基于等效静载荷（ESL）原理的非线性优化技术和传统优化技术的优缺点。研究显示：概念设计阶段基于等效静载荷法的非线性拓扑优化技术相比传统的线性拓扑优化技术,能得到更加贴近碰撞安全结构变形策略要求的拓扑路径;详细设计阶段,基于等效静载荷法的非线性料厚优化技术,在优化效率和优化方案性能方面都优于传统的近似模型数值优化技术。     

客车车顶结构拓扑优化设计

用ANSYS软件对某客车车身进行静态有限元分析。在此基础上，采用均匀化方法，以车架总柔度为目标函数，以体积作为约束条件。对几种工况下的车顶进行了拓扑优化设计。探讨了拓扑优化设计过程中基本模型建立、优化区域选择、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题。实现了拓扑优化在汽车结构的初始设计过程中的应用。     

电动汽车用扁线电机定子绕组损耗分析与优化设计

为了提升扁线绕组电动机的效率，建立了绕组损耗的数学计算模型，分析了不同绕组层数与并联支路数对电机性能的影响，根据损耗产生原理提出绕组换位和改进绕组结构的损耗抑制方法，并分析了不同线型对绕组损耗的影响规律。针对电机常用工况，对不同方案的电机性能和效率进行对比，仿真结果表明，所提出的优化方法可以降低绕组损耗并提高扁线电动机的效率，最后通过试验验证了仿真分析的正确性。     

基于增益功率燃油系数的HEV能量管理策略

为了优化等效燃油最小能量管理策略的节油效果，以适用于工程批量应用为导向，制定基于增益功率燃油系数的混合动力汽车(HEV)能量管理策略。基于瞬时优化原理，提出基于增益功率燃油系数的工作模式决策机制，根据电机发电或电动引起的发动机功率与燃油消耗率的变化关系，分别给出电机充电和放电模式下增益功率燃油系数的计算方法。考虑发动机扭矩瞬态快速变化对油耗的影响和电机及电池包充放电效率特性，提出发动机高效区域扭矩滞回控制方法，建立基于增益功率燃油系数的能量管理策略算法架构。基于MATLAB/Simulink搭建控制策略软件模型，通过转鼓试验台进行实车试验验证。研究结果表明：相对于等效燃油最小能量管理策略，基于增益功率燃油系数的能量管理策略提升了节油率和舒适性，在全球轻型汽车测试循环(WLTC)工况下的百公里油耗降低了约4.8%，发动机的启停次数降低了约53%；相对于有效燃油消耗率(BSFC)最优工作点控制方法，发动机高效区域滞回控制方法降低百公里油耗约1.8%；与采用基于动态规划的全局优化能量管理策略的仿真结果对比，在不能提前预知工况的条件下，制定的能量管理策略在WLTC工况与新标欧洲测试循环(NEDC)工况下的油耗与理论最优值差距均较小。     

基于响应曲面法的DPF捕集性能多目标优化

以提高整体捕集性能为目的开展柴油机颗粒捕集器(DPF)结构参数多目标优化设计，利用GT-Power建立DPF捕集模型，通过发动机台架试验验证了仿真模型的可靠性。以最大压降和初始过滤效率为优化目标，以孔隙率、孔直径、壁厚、过滤体长度和直径5个结构参数为优化变量，基于Box-Behnken试验设计方法构建了DPF捕集性能二阶响应面模型，通过三维响应面图对结构参数显著性与交互作用进行仿真分析，采用满意度函数法进行多目标参数优化。结果表明，孔直径对最大压降的影响较小，较小的孔隙率与壁厚、较大的过滤体直径有利于降低DPF最大压降，而适当增大过滤体直径与壁厚可提升DPF初始捕集效率。协同优化后的DPF压降较优化前下降51.34%,优化后的DPF初始过滤效率趋近于100%。     

约束系统匹配对车-车斜角碰撞中驾驶员损伤影响

在汽车斜角碰撞过程中,前部车体会发生严重变形从而危害乘员安全,而约束系统的有效匹配可有效降低乘员的损伤。基于不同斜角度碰撞下车-车碰撞相容性的研究,建立了30°斜角碰撞下被撞车辆的多刚体-有限元模型及约束系统模型。同时选取安全带预紧时间、气囊起爆时间、气囊质量流率缩放系数、安全带刚度系数、气囊织物泄气系数、安全带初始松弛量及气囊体积缩放系数为研究变量,通过拉丁超立方试验设计方法,以加权损伤指标WIC为目标函数,建立了二阶响应面近似模型,对约束系统参数进行最优设计。研究结果表明,优化后的加权损伤指标WIC值比优化前减小了8.33%,驾驶员安全性获得提高。