车用燃料电池空气系统供气协同控制策略研究

针对车用燃料电池系统的“氧饥饿”和压力波动影响其动态性能与使用寿命的问题,本文提出了一种基于过氧比补偿的空气系统流量与压力协同控制策略。首先,建立120 kW级的车用燃料电池空气系统模型,通过台架实验确定其参数,并根据实验数据拟合出其传递函数模型。其次,基于扩张状态观测器间接获取电堆阴极压力,采用前馈+PI建立串级控制中外环过氧比控制模型,用以修正目标流量。最后,采用反向解耦与自抗扰控制器对空气流量和压力解耦内环控制,对模型不确定性和外部扰动构成的总扰动进行估计和补偿。仿真与实验研究表明,提出的基于过氧比补偿的串级控制策略能够快速跟踪过氧比、提升电堆功率和精确地控制压力,同时证实了该方案的协同性和鲁棒性。这有助于提升车用燃料电池系统的动态性能,延长其使用寿命。

旁通阀结构对燃料电池系统阴极压力控制效果的分析

为减小压力波动对燃料电池寿命的不利影响,通过仿真及对比试验,探究增加旁通阀对阴极供给系统压力波动的改善效果。根据对燃料电池输出特性与各组件工作原理的分析,建立机理与控制模型;采用基于自抗扰的反向解耦方法实现流量与压力的解耦控制;运用模糊PI方法实现压力波动控制。通过Matlab/Simulink仿真验证了解耦方法在该系统结构下的控制效果,在对比试验中,压力波动峰值分别为无旁通阀1.82kPa与有旁通阀1.09kPa,旁通阀的增加减小了压力波动,使阴极流道压力的稳定性得到了更有效的控制,对提升燃料电池寿命有重要意义。

基于A柱后视镜车内气动噪声数值模拟与预测

针对后视镜引起的前侧窗与车内气动噪声问题,采用计算流体力学(CFD)方法对某商用车进行车外后视镜区域数值模拟和车内噪声预测的研究。稳态分析采用RANS模型中SST(Menter)k-ω模型,瞬态分析采用基于SST(Menter)k-ω的分离涡模拟(DES);通过分析后视镜侧窗区域的稳态静压力与瞬态动压力、速度和涡量云图,揭示了因A柱后视镜而产生车窗表面的湍流压力脉动的机理;同时求解瞬态流场获得两侧车窗表面湍流压力脉动载荷。采用声学FEM方法将车窗表面湍流压力脉动作为边界条件来计算气动噪声的传播,基于车内声学空间不同频率的声压级云图分布规律,说明了车内气动噪声主要集中在中低频段和声压级最大的分布区域;驾驶员左耳旁声压级曲线展示了20-2500 Hz频段内声压级变化规律。最后进行实车道路滑行测试,证实了气动噪声在车速80-110 km/h时较为明显的结论;采用CFD结合声学有限元的方法可较为准确地预测车内100-2500 Hz气动噪声的声压级,为优化后视镜、降低驾驶室内气动噪声提供仿真和试验的技术方案。

基于CFD和试验的商用车高位引气管预滤性能的分析与优化

为延长恶劣工况下某商用车进气系统空气滤清器滤芯的使用寿命,避免频繁更换滤芯,提出了增加旋流扇的高位引气管方案,并通过优化旋流扇夹角来提高进气系统预滤灰尘和液雾的效率,达到降低成本的目的。首先,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,对进气过程中高位引气管的内部流场进行数值模拟,分析了3款高位引气管的速度流线图和速度梯度云图,得到了高位引气管预滤灰尘和液雾的机理,并基于高位引气管速度流场的变化规律,提出了旋流扇夹角优化方向;其次,利用台架试验对优化后的高位引气管进行灰尘和液雾的预滤试验,并计算出灰尘和液雾的预滤效率;最后,对比不同高位引气管预滤灰尘和液雾的效率,根据两预滤效率的变化趋势,选择旋流扇最优夹角为75°。仿真和试验结果表明:旋流扇夹角对进气系统工作过程中高位引气管的流场及预滤效率有重要影响,优化旋流扇夹角有助于提高进气系统的预滤性能,从而减少进入空气滤清器的灰尘和液雾,达到延长空气滤清器滤芯寿命的目的。

商用车冷却系统风扇噪声控制与散热优化

针对某型商用车冷却系统风扇噪声与散热匹配问题,提出了通过改变风扇结构降低噪声和增加挡风板阻挡热风回流的改进方案。通过改变叶片数量、轮毂比、叶片弯曲角度等风扇性能参数,以及对冷却风扇的质量流率和气动噪声进行计算流体动力学(CFD)仿真,对风扇各性能参数进行了优选;对发动机舱流场和温度场进行分析,发现散热器存在热风回流问题,通过在散热器上部和左、右两侧增加挡风板阻挡回流。试验结果表明,改进后风扇噪声降低了2.7dB(A),发动机舱内最高温度由417K下降至392 K。

商用车车身底部尘土污染分析及优化

针对某商用车发动机舱冷却气流导致严重的扬尘问题进行分析研究,通过风扇不同转速下的车底扬尘模拟实验来确定导致扬尘的最低转速,对车底风速进行测试,确定扬尘风速的临界点。通过计算流体动力学仿真,在保证散热性能的前提下,比较了延长护风圈和加导流板两种方案,发现延长50 mm的护风圈和增加10°的导流板扬尘效果最为显著。在两者共同作用下,车底风速降至扬尘临界点以下以及扬尘颗粒数减少75%。通过实车道路测试验证优化方案效果。

商用车高位引气管进气特性数值仿真与优化

针对商用车高位引气管进气阻力大和预滤尘、水效率低的问题,采用计算流体力学(CFD)的方法,分析了高位引气管的进气特性,发现了影响进气阻力和预滤尘、水的效率的因素。仿真和试验的进气阻力相差0.1kPa左右,验证了仿真模型的准确性。分析阻力流场和速度场可知:高位引气管因旋流扇角度和减振波纹管结构改善了其内部湍流压力和速度梯度的分布,降低了进气阻力,提高了预滤尘、水的效率。据此,优化了高位引气管结构。优化后的模型在出口处进气阻力降低到1.15kPa。有效地改善了高位引气管的进气和预滤尘、水的性能。