新能源汽车与智能控制技术的创新教学实践

阐述新能源汽车与智能控制技术方向的相关课程在研究生新和实践能力培养中占有重要地位。从新能源汽车与智能控制技术的发展现状出发,探讨存在的问题,结合研究生教育中,缺乏创新性思维以及实践经验的问题,提出提高研究生创新和实践能力培养的措施,制定新的教改方案,从而实现培养方式、企业合作、实践基地的建设。

改进CS优化支持向量回归的汽车热舒适性预测

热舒适性指标PMV参数间互相迭代、计算复杂、不易实时预测,而采用支持向量回归(SVR)进行数据拟合时,预测效果易受SVR参数的影响。针对以上问题,提出一种改进布谷鸟算法(CS)优化SVR参数的PMV预测模型。改进CS算法采用自适应步长对Lévy全局随机游动的步长进行调节,并用非洲野狗算法(DOA)的生存行为替换CS算法偏好局部随机游动行为,以提高CS算法寻优能力。实验结果表明,CS优化SVR模型预测值的RMSE为0.00742,比DOA优化SVR模型的RMSE低0.00481;使用自适应步长或DOA算法改进CS优化SVR模型比CS优化SVR模型的RMSE分别降低了32.34%和40.83%;融合两种策略改进CS优化SVR模型预测值的RMSE整体降低了60.52%。融合两种策略改进CS算法优化SVR预测模型具有更高的PMV预测精度。

二维复杂弹性空腔的边光滑有限元建模及分析

在弹性空腔结构上敷设被动约束层阻尼(passive constraint layer damping, PCLD)可达到减振降噪的效果,针对这类复杂结构建立了二维复合弹性空腔的边光滑有限元耦合动力学模型。其中,PCLD结构采用两节点四自由度的PCLD梁单元,声场采用边光滑有限元模型。以二维全敷设复合矩形空腔模型为数值算例,以精细网格下的有限元法结果作为参考解,对比研究了在相同背景网格下,边光滑有限元法和有限元法的频响结果,发现前者更接近参考解,说明同样的计算成本下,边光滑有限元法具有更高的精确性,特别是在中频计算中。最后,分析了PCLD结构对某汽车驾驶舱的降噪效果,以及黏弹层和约束层厚度参数的影响规律,发现黏弹层厚度增大,可一定程度上降低空腔噪声,而约束层厚度增大,并不能在整个频段得到很好的降噪效果。

耦合边界元法和等效源法的稳健CHIEF法

针对声学边界元法中解的非唯一性和奇异积分问题,基于组合亥姆霍兹积分方程公式(combined helmholtz integral equation formulation,CHIEF)法思想,将常规边界元方程和等效源方程进行联立,并利用两者方程系数矩阵间的耦合等价关系,间接替换计算常规边界元法中的奇异系数矩阵,进而提出一种具有全频域唯一解、高计算精度和高稳定性的耦合CHIEF法。该方法将等效源方程作为补充方程,不仅解决了传统CHIEF法内点补充方程失效的问题,而且矩阵的间接替换计算避免了直接计算奇异积分,显著提高了计算效率和精度。通过声辐射和声散射的典型算例对比了所提方法、常规边界元法、常规Burton-Miller法和等效源法的计算效果。结果表明,所提方法不仅在全波数域内均能获得唯一解,且其计算精度和效率均优于常规边界元法和常规Burton-Miller方法,其系数矩阵条件数远低于等效源法。

热处理对高真空压铸AlSi10MnMg合金拉伸性能的影响

分别对高真空压铸AlSi10MnMg合金进行T5(180℃×2 h)、T6(515℃×1 h空冷+175℃×2 h)和T7(460℃×1 h水冷+175℃×2.5 h)热处理,研究了不同热处理条件下该合金的显微组织和拉伸性能。结果表明:经过T5热处理后的铸态试验合金铝基体相长大,圆整度较高,晶粒尺寸主要集中在20~80μm,硅相仍呈细长状,与铸态试验合金相比,试验合金的抗拉强度提高了8.9%,断后伸长率降低了9.1%;经过T6和T7热处理后,铝基体相形状不规则程度降低,晶粒尺寸分别为2~50,2~30μm,组织更均匀致密,硅相由铸态时的细长状演变为规则的圆形,试验合金的抗拉强度分别降低了26.0%和23.9%,断后伸长率分别提高了54.5%和72.7%;铸态和T5态试验合金的拉伸断裂方式均为韧脆混合断裂,T6和T7态试验合金的断裂方式则以韧性断裂为主,其中T7态试验合金拉伸断口中的韧窝细密且深,塑性更好。

矩形单元声场波函数构造及其应用

在波叠加法中,结构外部声场是在离散边界上对Green函数进行积分并叠加得到,但数值积分的计算效率较低。而等效源法虽然提高了计算效率,但其面源简化为点源的过程中存在较大的积分近似误差。针对上述两种方法的缺陷,构造了一种波函数以替代离散单元关于Green函数积分的声场。首先,利用球坐标系下Helmholtz方程的解,推导了替代矩形单元积分的一般形式波函数及效率更高的内推波函数。其次,当离散单元为正方形时,将其近似成圆形域,进一步简化了内推波函数的表达式。最后,将所构造的波函数应用于声场计算。数值结果表明,在计算单个矩形单元外部辐射声场时,构造的波函数不仅保证了计算精度,而且相比于直接积分大幅度提高了计算效率。其中,矩形域一般形式和内推形式的波函数计算效率是直接积分的5∼6倍,圆形域内推波函数计算效率达到了直接积分的12∼13倍。在简支板声源和立方箱体辐射声源数值算例中,圆形域内推波函数在整个计算频段的声场计算精度均高于等效源法。

轧后退火时间对轧制ZK60镁合金显微组织及力学和阻尼性能的影响

对大应变轧制态ZK60镁合金进行350℃退火处理,研究了退火时间(0~3 h)对其显微组织、阻尼性能和力学性能的影响。结果表明:随着轧后退火时间由0延长到3 h,ZK60镁合金发生静态再结晶的程度增大,平均晶粒尺寸由6.86μm增大至23.35μm,位错密度由3.5391×10^(15) m^(-2)减小至1.3368×10^(15) m^(-2),(0002)基面织构强度由12.782弱化至1.715,抗拉强度由309 MPa降低到291 MPa,断后伸长率由22.60%增大到28.60%。在应变振幅小于0.01时,轧后退火处理对合金阻尼性能的影响较小;在应变振幅大于0.01时,随着退火时间的延长,轧后退火态合金的阻尼性能提升。

复合材料易碎弹实验测试与仿真分析研究

基于分离式霍普金森压杆(SHPB)实验获取复合材料易碎弹及航空有机玻璃的材料动态力学参数,选择合理描述易碎弹与有机玻璃材料的本构模型;采用显示动力学分析软件LS-DYNA中的光滑粒子流体动力学(SPH)方法对易碎弹侵彻靶板全过程进行仿真分析。通过仿真分析研究易碎弹着靶速度、入射角度对弹体破碎和靶板毁伤的影响规律,对比不同工况下子弹的破碎效果及毁伤性能,分析总结相关规律。结果表明:子弹的破碎效果及毁伤性能随着入射速度的增大提高明显;相同速度下,子弹垂直入射靶板其破碎与毁伤效果均要优于倾斜入射靶板。数值模拟方法及结果为易碎弹的研制提供了一定的理论参考依据。

汽车非线性悬架系统的最优模糊复合控制策略研究

建立1/4车辆非线性悬架模型,分别设计非线性悬架系统的最优控制器和模糊控制器,提出一种具有耦合环节,最优控制与模糊控制并联结合的复合控制策略。该复合控制策略能实现不同控制方法优势互补,提高悬架系统的控制性能。仿真结果表明,在不同车速和等级道路行驶工况条件下,相比单一控制方法,该复合控制策略具有更好的控制效果,在提高车辆行驶平顺性和操纵稳定性方面具有明显优势。研究结果为汽车悬架系统的控制策略研究提供了一定的理论方法参考。

汽车非线性悬架系统的分数阶PDμ控制研究

根据1/4车辆非线性悬架系统动力学模型,采用频域分析和控制性能优化方法设计出可控悬架系统的分数阶PDμ控制器。仿真结果表明:相比传统的整数阶PD控制情形,即使汽车在不同车速和等级道路行驶工况条件下,分数阶PDμ控制器对非线性悬架系统均能获得更优的控制效果,能进一步降低车身垂直振动位移、速度和加速度数值,有效提高了车辆的行驶平顺性。研究结果可为设计汽车可控悬架系统提高乘坐舒适性提供了有用的控制方法参考。

汽车主动悬架系统舒适性的分数阶ID优化控制

为提高汽车的乘坐舒适性,研究提出一种分数阶积分-微分(ID)优化控制方法。根据1/4车非线性主动悬架系统数学模型,采用控制系统频域方法设计出控制器参数,并分析了控制系统的稳定性和鲁棒性。为抑制实际悬架非线性环节和随机路面激励对控制性能影响,仅对控制器的分数阶阶次参数进行离线优化搜索。上述方法能避免悬架系统在线优化控制方法中因存在控制延迟而导致实时控制效果不佳的问题,具有简单有效、易于工程实现的特点。主动悬架系统的控制仿真结果表明,在不同路面及车速工况下,相比整数阶比例-微分(PD)控制情形,上述控制方法均能获得更好的控制效果,且进一步减少人体敏感频率范围内的车身垂直振动加速度,提高了汽车乘坐舒适性。

汽车车身焊点质量智能检测系统设计

为提高汽车车身焊点质量的自动检测效率,研究基于机器视觉技术的自动检测系统;设计了以TMS320DM648DSP为处理器的系统硬件框图,针对传统的以局部灰度特性作为分类特征检测效果不佳的问题,提出采用具有生物视觉特性的Gabor滤波器对待测图像进行多方向和多尺度滤波,将滤波结果进行特征融合后降维的特征提取方法,将文章提取的各不同维度特征与传统方法提取的特征,分别采用支持向量机(SVM)与BP神经网络、AdaBoost分类器进行检测对比研究;实验结果表明,文章采用的SVM分类器平均检测率达97.73%,具有较好的鲁棒性。

自由曲面的高精度匹配技术研究

研究自由曲面的高精度匹配技术。采用两步法即粗匹配和精匹配对曲面匹配进行逐步求精:采用微分进化算法进行粗匹配,获得下一步精匹配迭代过程的初始点,解决了迭代最近点算法(ICP)存在的容易收敛于局部最优点的问题,并克服了遗传算法收敛速度较慢的缺陷;基于最小二乘准则和最小条件原则,分别采用单纯形法和坐标轮换法循环计算进行精匹配,同时对设计变量进行尺度变换,改善了优化设计数学模型的性态。以Visual C++6.0为开发工具,编程实现了自由曲面的高精度匹配。运行实例表明,上述算法是可行和有效的。

汽车塑料保险杠蒙皮多目标拓扑优化

为实现汽车保险杠蒙皮的轻量化设计,综合考虑动静态特性,将多目标拓扑优化的方法引入保险杠的结构设计中。为实现保险杠蒙皮的多目标拓扑优化,应用折衷规划法建立了保险杠蒙皮多目标拓扑优化数学模型,采用平均频率法建立了动态振动频率数学模型,进行了多目标拓扑优化。根据优化结果得到了材料的理想分布,结合塑料件薄壁化技术采用局部区域变薄的方式减少材料用量达到轻量化的目的。结果表明：局部区域变薄的保险杠的刚度和固有频率均明显优于保险杠整体壁厚变薄,最终得到了同时满足刚度和低阶振动频率最高的保险杠蒙皮局部区域厚度变薄结构。

复合能源电动汽车直流变换器电磁屏蔽优化

为了改善复合能源电动汽车电气设备工作时的电磁环境,降低直流变换器高频率开关管产生的强电磁干扰,提高整车电磁兼容特性,采用理论分析和仿真运算的方法,分析了直流变换器箱体模型特点、孔洞天线效应及表面屏蔽效能,优化了屏蔽箱体孔缝接口连接器及其布局方法,仿真验证了改进后的箱体屏蔽效果。结果表明:弯折的接口连接器引脚阵和交错布置方法降低了箱体对外的电磁干扰.研究结论为改善直流变换器箱体电磁兼容性提供了一种有效的实施方法,并提供了理论支持.

基于模态分析的汽车塑料保险杠拓扑优化

为了实现汽车塑料保险杠的轻量化设计,结合保险杠的动态特性,采用拓扑优化的方法进行塑料保险杠的结构设计。以某国产SUV汽车的塑料保险杠为例,应用Altair的Optistruct模块,对塑料保险杠进行有限元建模和模态分析,得到了保险杠的有限元分析模型,然后对其进行模态分析,通过计算得到了其固有频率。在保证保险杠模态性能不降低的前提下,以保险杠的体积最小化为目标,应用拓扑优化理论优化了保险杠主要厚度区域的局部区域厚度,得到了材料的理想分布,根据拓扑优化厚度结果云图,结合制造与加工生产的实际情况,确定保险杠的轻量化设计方案。最终保险杠的重量减轻了11%,其主要模态频率变化在1 Hz以内。

异步电机间接矢量控制系统虚拟实验分析

将Matlab/Simulink用于电机控制技术课程虚拟实验教学中。利用Simulink建立了异步电机间接矢量控制系统仿真模型,并给出了相关仿真参数;针对异步电机起动、参考转速变化及突增负载转矩等动态过程进行了仿真实验和结果分析,验证了控制系统仿真模型的正确性。通过仿真实验教学可激发学生学习兴趣,加强学生独立思考能力和创新实践能力的培养,在教学实践中取得了较好的应用效果。

异步电机S函数建模及矢量控制仿真实验设计

在分析异步电机数学模型及矢量控制原理的基础上,采用S函数建立了异步电机仿真模型,并将其应用于异步电机矢量控制系统的仿真建模中。针对异步电机起动及突增负载转矩的动态过程,利用Matlab/Simulink仿真平台对矢量控制系统进行了仿真实验和分析,验证了所建立电机模型和矢量控制系统仿真模型的正确性。通过仿真实验教学改善了课堂教学效果,有利于培养学生分析问题和解决问题的能力。

基于EKF算法的小地块SLAM技术研究与分析

针对小地块环境GPS信号弱、精度不足,难以形成精确地图及定位以实现农用智能机械自主作业的问题,课题组提出一种基于扩展卡尔曼滤波算法的同步定位与建图技术。首先,建立了机器人的运动方程和观测方程,并基于扩展卡尔曼滤波和同步定位与建图技术原理,提出了机器人作业过程的信息预测和更新理论基础。其次,通过数值仿真实现农用小车在未知小地块果园中的定位与建图,并在转弯处设置路标点稠密对比实验,分析了算法的性能和精度。仿真实验表明,本课题算法可有效地应用于小地块果园环境,通过在转弯处增加路标点,可提高算法在小地块的位置估计精度。

压缩感知等效源法对板件近场重构精度改进的研究

为改进目前板件压缩感知等效源法近场声全息中存在的稀疏基稀疏度不足、适用范围小等问题,提出一种优化等效源面范围的方法。使用板件振动模态与声辐射模态对板件倏逝波分布区域进行联合研究。利用板件振动模态得到高波数倏逝波分布情况,结合声辐射模态得到等效源向量在波数域分布情况,提出减小等效源范围从而达到过滤高波数倏逝波,减小重建误差的效果。数值模拟实验结果表明,该方法增加了等效源向量的稀疏度,对重建精度有大幅度的改善作用,扩大了压缩感知等效源法的使用范围。