基于载荷谱的电池包疲劳试验与计算方法

电池包作为电动汽车的核心部件之一,对电动汽车的整车性能有着关键性的影响。而在电动汽车的运行过程中,电池包会不断受到来自路面的持续性冲击力,造成电池包的疲劳损坏,对驾驶员和乘客的安全以及整车性能造成一定的影响。本文以电动汽车电池包为研究对象,建立了电池包随机振动试验方法与疲劳寿命的计算方法。先对振动台、工装夹具和电池包进行扫频分析,得到振动台台面、夹具空载端板、电池包与工装夹具连接端板处的加速度传感器的测量数值与输入扫频加速度值保持一致,验证振动信号的有效传递,确保输入的振动信号能够准确传递至电池包,然后开展电池包随机振动试验。并对电池包进行了电芯性能检测、气密性检查、绝缘电阻检查和共振频率检查,得出电池包的损伤部位。研究了电池包疲劳损伤计算方法,对电池箱、电池模组和电池包内各连接方式进行了精细化建模。基于精细化模型,进行了电池包频响特性的计算。基于计算得到的频响特性和实车路谱采集试验得到电池包随机振动载荷谱曲线,采用Goodman疲劳寿命估算方法和Miner线性累积损伤法则,并结合电池包材料S-N曲线,对电池包进行了随机振动疲劳损伤分析。试验得到的电池包结构损伤部位与分析得到的失效部位具有较好的一致性,证实了本文提出的疲劳损伤计算方法的准确性。

汽车座椅发泡材料乘坐压力评估模型的构建

座椅发泡材料的特性是影响座椅舒适性的主要因素之一。本文利用拉压试验机对座椅发泡材料进行乘坐压力测量,设计乘坐压力与发泡密度、硬度和回弹率的单因素实验,实验分析了乘坐压力与物理参数的相关性和显著性。在40组实验数据的基础上,通过HyperStudy多学科优化软件,利用最小二乘回归法进行拟合得到了座椅发泡材料乘坐压力评估模型。利用此模型计算出乘坐压力的大小,从而在产品的设计阶段评估座椅舒适性的程度。

基于多传感器信息的汽车低速车速估计方法

为解决低速工况下轮速传感器测量精度低、更新周期长的问题,利用现有的底盘域传感器的信号,本文提出了一种基于多传感器信号的电驱动汽车低速车速估计方法。为准确估计车速,建立了基于多轮速脉冲信号的车速估算模型(模型I)和基于电机转速信号的车速估算模型(模型II)。在估算轮速时,模型I可以有效地避免噪声干扰,但在极低速的情况下,其更新周期较长;而模型II估算得到的轮速信息更新周期短、精度高,但其无法克服传动系统中由于齿隙所产生的冲击干扰。为充分发挥两种估算模型的优势,本文采用交互多模型融合算法对两个模型的输出结果进行加权融合,并通过实车对比测试,验证了所提出的低速车速估计算法在不同行驶路面下的准确性和可靠性。结果表明,相较于传统轮速估算方法,该方法在低速工况下具有更高的估计精度和实时性。

基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及应用

针对汽车结构系统中不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题,开展了基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及其应用研究。首先,通过划分多维平行六面体模型的边界区间提出了一种多维子平行六面体模型,并将其用于描述系统的大不确定度参数;然后,将1阶摄动法与多维子平行六面体模型相结合,提出了一种适用于处理系统参数同时具有大不确定度和相关性的非概率不确定性分析方法;接着,基于不确定性分析方法,建立了系统可靠性分析模型并进行可靠性分析研究;最后,以汽车声固耦合系统、盘式制动器系统和电动车动力总成悬置系统为研究对象开展算例分析,分析了系统响应的不确定性和可靠性,验证了方法的有效性。相关分析结果表明:所提出的方法可有效地处理汽车结构不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题,并具有较高的计算精度和效率。

汽车动力总成悬置系统的不确定性分析与优化研究综述

在实际工程中,受测量、制造、装配、疲劳老化、工程经验、认知程度和系统复杂性等主观和客观因素的影响,汽车动力总成悬置系统(Powertrain Mounting Systems,PMS)不可避免地存在着一定的不确定性因素。相关不确定性情形主要概括为PMS参数信息充足的概率情形、PMS参数信息匮乏的非概率情形、系统部分参数信息充足而部分参数信息匮乏的概率-非概率混合情形。针对三大类不确定性情形下的汽车PMS研究,围绕不确定性建模、不确定性分析和不确定性优化等3个方面的研究方法进行了系统性的分析和总结,并指出了相关分析模型和研究方法的分析特点和适用范围等。对汽车PMS不确定性分析与优化方法的未来研究方向进行了展望。

硅油风扇离合器的散热特性

以一款硅油风扇离合器为研究对象,考虑不同剪切半径处硅油生热量不同,建立了计算硅油风扇离合器散热特性的有限元分析模型与解析计算模型,测量了不同转速下硅油离合器壳体表面监测点的温度,并与计算结果进行了对比,结果表明,文中建立的硅油离合器散热计算有限元模型是正确的。然后对硅油离合器进行结构改进,并对改进后的硅油离合器进行有限元分析,结果表明,改进后的结构具有更好的散热特性。

动力总成-副车架悬置系统的刚体模态和位移控制计算方法

将悬置简化为沿其3个弹性主轴方向具有非线性力与位移关系的元件,针对动力总成-副车架悬置系统建立了一个12自由度计算模型。利用建立的模型计算了一电动汽车上动力总成-副车架悬置系统的刚体模态和能量分布,以及一种极限载荷下的动力总成质心位移、副车架质心位移、悬置位移和悬置载荷。通过ADAMS模型验证了所提出的计算模型的正确性。文中模型为刚体模态优化和悬置力-位移特性设计提供了方法。

车用多层平板材料吸隔声特性的测试与计算分析

开展了双层棉毡、ABA(absorber-barrier-absorber)和dissipative三种多层平板材料的吸隔声的测试与计算分析工作。首先利用Alpha cabin吸声系数测试设备,测试了三种多层平板材料吸声系数,在混响室-全消室中测试了三种多层平板材料隔声量。为了计算得到多层平板材料吸隔声特性,测试了单层材料的吸声系数、流阻率和孔隙率。利用软件计算材料吸隔声,计算得到了三种多层平板材料的吸声与隔声特性,并与测试结果进行了对比分析。分析结果表明,隔声量计算结果与实验数据吻合较好,文中分析了吸声系数的计算值与实测值误差的原因。

基于麦弗逊悬架的1/4汽车模型建模及其控制研究

综合考虑悬架几何结构、控制臂转动惯量、轮胎转动惯量、轮胎阻尼以及轮胎侧向刚度等因素的影响,建立了一种新型的基于麦弗逊悬架的1/4汽车模型.利用文中所建模型、Adams三维模型和经典二自由度模型计算并对比了不同路面激励下车身加速度和轮胎动载荷的频率响应曲线.结果表明:相比经典二自由度模型,文中所建模型与Adams三维模型一致性更好.利用文中所建模型计算轮胎外倾角和轮距变化量随路面输入位移的变化,将计算结果与Adams三维模型所得结果进行对比,验证了文中模型的正确性.分别将PID控制和开关天棚控制应用于文中模型,结果表明:在簧载质量固有频率附近,PID控制和开关天棚控制均能起到衰减振动的作用;在非簧载质量固有频率附近,开关天棚控制加剧了非簧载质量的振动,而PID控制对系统影响不大.

轿车窗台外侧密封条装配性能的分析与优化方法

轿车窗台外侧密封条起防水、隔声和美观装饰等作用,装配性能和压缩变形特性是评价其设计效果的重要指标.文中提出了窗台外侧密封条装配性能的计算方法,计算了其装配性能指标,并进行了密封条样品装配性能测试,结果证实了计算方法的正确性.文中还以夹持齿的长度、厚度及干涉量等因素为设计变量,建立了窗台外侧密封条的优化模型.基于响应面模型和多目标粒子群算法,给出了窗台外侧密封条装配性能的优化方法和最大改善选解法.

发动机启停时动力总成悬置系统的设计方法研究

在对发动机启停时激励源分析的基础上,提出了启停时动力总成悬置系统的动态响应评价指标和计算方法。考虑增加悬置系统的阻尼可以减小发动机启停时的振动,设计并制造了一款半主动阻尼拉杆,其特点是:当发动机启动时,半主动阻尼拉杆给悬置系统提供很大的阻尼,而当发动机正常工作时,半主动阻尼拉杆提供小阻尼,隔离发动机的高频振动。同时分析了不同的发动机的启动扭矩对动力总成振动的影响。在较大的启动扭矩激励下,对比了添加半主动阻尼拉杆后,通电和不通电时动力总成的纵向加速度,冲击度,悬置动态支反力和VDV四个指标的变化。研究表明添加半主动阻尼拉杆可以很大程度改善汽车启停时的振动,达到节油的目的。

自动张紧器迟滞特性计算与试验分析

以发动机前端附件驱动系统的自动张紧器为研究对象,分析张紧器摩擦副摩擦力矩的产生机理,建立张紧器在动静态激励下迟滞特性的计算模型,分析了各个摩擦副对张紧器摩擦力矩的贡献和区别了双阻尼件的作用。开展张紧器的耐久试验和在不同激励下的迟滞特性试验,验证了模型的正确性。研究张紧器在准静态激励下不同工作位置的输出力矩的计算结果和试验结果的误差与动摩擦因数的关系,提供用于优化计算结果的动摩擦因数的取值方法,分析了不同激励参数对张紧器迟滞特性的影响。该模型可有效预测张紧器的迟滞特性,获得张紧器的输出力矩、阻尼比等性能参数,对张紧器的设计开发具有工程意义。

动力总成悬置系统隔振率的计算方法

基于动力总成为刚体的假设,根据A车型悬上、悬下点的加速度的实测值,建立了动力总成激励力的识别方法。由动力总成激励力计算结果,和悬下点IPI数据,给出了悬上、悬下点加速度和悬置的隔振率的计算方法。B车型的动力总成与A车型相同,但悬置系统与车身不同。由建立的模型计算了B车型悬置系统悬上点加速度,与实测值进行了对比分析,证明了动力总成激励力识别模型的有效性。利用识别的动力总成激励力,和测试得到的B车型悬下点的IPI参数,计算得到了B车型各个悬置的隔振率,与实测结果的对比分析证明了该研究建立的悬置隔振率计算方法的有效性。该研究识别得到的动力总成的激励力,可以用于评价动力总成振动。根据动力总成的激励力和悬下点的IPI参数,计算得到的悬置的隔振率,为悬置系统的优化设计提供了分析方法。

基于多维平行六面体模型的动力总成悬置系统固有特性分析

工程实际中,汽车动力总成悬置系统不可避免地存在着一定的参数不确定性,且不确定参数间往往同时存在一定的相关性与独立性。本文中引入多维平行六面体模型处理系统参数相关性和独立性并存的情形,结合蒙特卡洛法提出了一种悬置系统固有特性的不确定性分析方法,并给出了方法的分析步骤。对某悬置系统的数值分析结果表明:该方法能有效处理系统不确定参数的相关性和独立性,与未考虑参数相关性的区间方法相比,该方法能获得更为合理的固有频率和解耦率区间范围;对于给定的研究模型,其左右悬置点的刚度相关性对系统固有特性的影响比较明显,在设计和研究过程中应给予重点关注。

基于天棚模型和扰动观测器的主动悬架滑模控制研究

以非线性二自由度主动悬架系统为研究对象,将天棚模型和扰动观测器的滑模控制算法相结合,提出了基于天棚模型和扰动观测器的滑模控制算法,并证明了系统的一致有界和一致最终有界。天棚模型中的簧载质量位移和速度给主动悬架系统中的簧载质量位移和速度提供参考轨迹;扰动观测器用于估计由悬架系统中悬架弹簧力、减振器阻尼力和作用在簧载质量上的外界干扰引起的簧载质量的扰动量。文中还在阶跃路面激励和随机路面激励下,根据主动悬架系统实验结果,验证了提出的控制算法的可行性;并在阶跃路面激励下,基于非线性二自由度主动悬架模型,计算了线性二次型最优控制(LQR)、具有扰动观测器的滑模控制(DOSMC)和基于天棚模型和扰动观测器的滑模控制(RMDOSMC)下主动悬架系统中簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的性能指标。与LQR和DOSMC控制相比,采用RMDOSMC控制时,主动悬架系统可以获得更优的性能指标。

基于证据理论的汽车制动器系统稳定性分析

针对汽车制动器系统可能存在不完整信息或冲突信息的情形,提出了一种基于证据理论的盘式制动器稳定性研究方法.该方法将参数不确定性分析引入制动器系统的稳定性研究中,采用证据变量对系统不确定性参数的不完整信息或冲突信息进行整合,并对系统参数的大不确定区间信息进行处理;建立了基于证据理论的不确定汽车盘式制动器系统的稳定性分析模型,采用关于系统复特征值阻尼比的信任函数和似真函数对系统的稳定性进行不确定性度量和评估,并给出了方法的具体研究步骤;通过分析不确定性条件下系统稳定性达到设计要求的概率区间,研究了各不确定参数对系统稳定性的影响.研究方法对抑制汽车制动噪声具有一定的工程指导意义.

发动机正时带传动系统动态特性建模与分析

建立了适用于任意布局形式的发动机正时带传动系统模型,通过数值方法求解出系统的动态响应,得到各轮的角位移波动、张紧臂的摆角波动和各带段张力等参数.考虑带与轮的啮合作用和张紧器的迟滞特性,分析了不同温度工况、不同加速度激励下系统的动态响应.结果表明:正时带将曲轴的角位移波动同步传动至从动轮,张紧臂摆角、各带段张力的波动与凸轮轴负载相关;同时,激励加速度与工况温度直接影响张紧臂的摆角.给出一个实例,验证提出的模型和计算方法的有效性.

随机与区间混合不确定情形下动力总成悬置系统的固有特性分析

工程实际中,汽车动力总成悬置系统(Powertrain Mount System,PMS)不可避免地存在着各种不确定因素。针对PMS一部分参数信息充足而另一部分参数信息匮乏的情形:将样本信息充足的参数视为随机变量,而将信息匮乏的参数处理为区间变量;提出了一种求解PMS固有特性混合响应的混合蒙特卡洛法;进一步,结合泰勒展开、随机矩法和中心差分法提出了一种快速求解PMS固有特性混合响应的混合摄动-中心差分法;通过算例验证了方法的有效性,并分析了混合不确定性对PMS固有特性的影响。

基于涡量分析方法的轴流风扇结构优化设计

为研究涡量分析方法在轴流式冷却风扇优化设计中的应用,首先建立轴流风扇气动性能参数与周向涡量的直接数学物理关系,发现叶片表面平均周向涡量与风扇静压呈正相关;然后基于一款实例轴流冷却风扇,详细阐述了涡量分析方法步骤,建立了风扇管道数值计算模型,并从涡量角度指出了该款风扇的优化设计思路.结果表明:根据负周向涡量的分布,在风扇叶片表面增加导向筋,可以有效隔断负周向涡量的发展,提高平均周向涡量;利用涡量分析方法,合理设计风扇叶片压力面空气导向筋的形状、轴向高度及其厚度,可有效提高风扇气动性能;优化前后实例风扇测试结果最终验证了涡量分析方法可辅助于轴流冷却风扇的优化设计.

诱导结构对泡沫铝填充薄壁方管轴向压溃特性影响的研究

建立了泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型,利用试验对泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型的准确性进行了验证。研究了诱导结构的类型和数量对泡沫铝填充薄壁方管的轴向压溃变形模式、初始峰值力、压溃力效率和能量吸收能力的影响,结果表明:设计诱导结构可以提高能量吸收能力、减小初始峰值力、增加压溃力效率,甚至可以改变压溃变形模式。沿薄壁方管的轴向方向合理地增加诱导结构的数量,可以进一步的减小初始峰值力、增加压溃力效率、提高结构的能量吸收能力。通过等级评价方法,确定沿薄壁方管的轴向方向设计4组诱导四角方孔可以使泡沫铝填充薄壁方管获得最佳的综合吸能特性。