电动汽车永磁同步电机最优制动能量回馈控制

永磁同步电机具有高效率、高转矩密度等优点,被广泛地用作电动汽车牵引电机。永磁同步电机通常采用磁场定向(field oriented control,FOC)控制算法实现最大效率控制。该文研究永磁同步电机在磁场定向控制下的制动原理,结合电动汽车驱动系统(包括永磁同步电机、逆变器和电池)模型,进而分析电动汽车最优制动能量回馈控制策略。根据现有的电动汽车电气和机械耦合制动方案,对比分析常用的并联制动控制策略和串联制动控制策略,得出串联制动控制策略可实现最优的能量回馈制动,并联制动控制策略通过改变机械制动的自由行程可实现较好的能量回馈制动。

中国氢燃料电池汽车技术路线选择与实践进展

中国在2016年制定了氢燃料电池汽车发展路线图,规划了2020、2025和2030年的里程碑,并在随后的5年开展了进一步的技术研发和区域性示范推广应用,在2022北京冬奥会大规模使用了氢燃料电池汽车;2020年又对路线图和里程碑进行了修订,时间节点延展到2035年。该文对这一过程进行了全面回顾,并总结了代表性的进展。研究结果表明:中国氢燃料电池汽车和基础设置规模以及燃料电池系统和燃料电池堆关键性能技术指标超过2020年预期,部分接近2025年里程碑;在以张家口为代表的可再生能源丰富的寒冷区域,绿氢的制储运加注和氢燃料电池的推广应用取得了具有可借鉴性的成功经验,进一步可结合京津冀和河北省氢燃料电池汽车示范区的具体情况,开展氢燃料电池重型卡车的推广应用。

专利视角下中美电动汽车技术发展比较分析

为深入分析中国电动汽车技术的发展现状,基于中美两国公开发表的与电动汽车直接相关的专利数据,采用面板数据分析方法,针对年新增专利数量、主要专利权人和专利所属技术领域,从技术和产业的角度对中美两国电动汽车技术发展历程、研发热点和创新主体进行了比较分析,并选择两国典型汽车企业进行了案例分析.结果表明:由于政府重视以及政策支持,中国电动汽车技术在2001年后得到了高速发展,与美国的整体技术差距显著缩小;动力电池及其与内燃机的协同控制等相关技术是电动汽车发展的核心技术和重点研究领域;在车辆子系统联合控制和电数字数据处理等相关技术方面,中国与美国还存在明显差距.国家应继续支持电动汽车技术和产业发展,企业应抓住政府创造出的机会窗口快速发展,在促进产销量提升的同时提升技术能力和技术水平.

不同温湿度对质子交换膜燃料电池性能的影响

为研究不同温湿度对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)性能的影响,提出了一个温湿度-电流(temperature and relative humidity-current,TRH-C)模型。该模型纳入阴阳极流道的水流量和膜水含量,揭示了电流阶跃变化条件下温湿度对电流密度分布和膜水含量分布的影响规律。根据实验单电池真实的流道构型,建立了简化的PEMFC几何模型并划分计算网格,将TRH-C模型耦合至多物理场计算软件COMSOL中;建立了PEMFC测试平台,对不同温湿度工况下的PEMFC进行了测试,PEMFC的运行温度为65℃和70℃、进气湿度为50%和75%;分析讨论了不同工况下的极化曲线、膜电流密度分布和膜水含量分布云图。研究结果显示:TRH-C模型对PEMFC输出性能的预测较为精准,其对电压和功率密度的相对误差在运行温度为70℃、进气湿度为50%、电流密度为0.018 A/cm2时最大,最大值分别为7.306%和8.837%;提升运行温度和进气湿度均有助于改善PEMFC的性能,运行温度升高,膜电流密度分布均匀性波动较小,膜水含量有轻微降低;进气湿度升高,膜电流密度分布更均匀,膜水含量升高。研究为优化进气策略控制以及提高输出性能提供了新的理论方法。

一种动力电池动态特性建模

为了对动力电池进行有效管理,首先需要准确地建立动力电池的动态特性模型。提出了一种动力电池动态特性的工程性建模方法。该方法基于电池内部物理化学动态机理及非线性恒流特性,核心为一个由恒流特性曲线和等效电路模型组成的动态特性模型以及一套获取该模型参函数的实验方法和数据处理方法。实验结果表明,相比于已有方法,该文方法具有准确度高、适应性广及更加易于工程实施的特点。

基于ESHB系统的自适应自动紧急制动控制策略

为降低汽车碰撞风险,提升安全性与舒适性,提出一种基于电动伺服液压制动(ESHB)系统的自适应自动紧急制动(AEB)的分层控制策略。考虑了路面附着因数和车辆行驶状态,构建车辆模型、轮胎模型及路面峰值附着因数观测器;进行台架测试和实车实验。结果表明:路面附着因数观测稳态误差小于3%;制动压力跟随稳态误差小于100 kPa;在相对车速70 km/h以内实现有效避撞;在兼备舒适性前提下,相较于固定即碰时间(TTC)阈值的多级制动控制策略,本策略的一级和二级制动请求分别提前了0.2 s和0.1 s。因此,本策略能适应路面附着条件的变化,实现避撞控制。

两级式半主动磁流变抗冲击座椅悬架系统设计与仿真

为在爆炸冲击下保护特种车辆内乘员安全,利用自建的四自由度集中参数人体模型,提出了一种两级式半主动抗冲击软着陆控制座椅概念设计。通过垂向冲击动力学仿真,验证了模型的有效性;基于磁流变阻尼器Hysteretic模型,建立了阻尼器力学模型;通过振动测试台,辨识了阻尼器力学模型相关系数;用自建的两级式半主动座椅悬架系统仿真模型,研究了抗冲击座椅的抗冲击和减振性能。结果表明:相比原有设计,本文座椅可使乘员头部加速度峰值降低42.5%;使最大有效幅值传递率下降了19.4%。从而,提高了舒适性,降低了乘员头部损伤风险,满足抗爆性能要求。

融合电网和交通网信息的电动车辆最优充电路径推荐策略

目前关于电动汽车充电路径推荐的研究大多从电动汽车与电网间的交互,以及电动汽车与交通网间的交互两个方面独立开展工作,很少将大规模电动汽车、配电网与道路交通网三方面作为一个整体开展研究,为此该文提出"车–网–路"系统概念,并进行初步研究。在此基础上,对"道路交通网–配电网–大规模电动汽车"系统模型进行完善,该模型包括含有3种拓扑结构的10 k V配电网模型、基于北京市三环以内实际道路情况的道路交通网模型和以快速充电方式充电的大规模纯电动汽车(battery electric vehicle,BEV)模型,并建立配电网评价体系。基于路段权值思想和Dijkstra最短路径算法,提出一种大规模电动汽车最优充电站推荐和路径规划方法。在此基础上,利用Matlab和MATPOWER软件,对12 000辆纯电动汽车从上午6点到中午12点在路网中的行驶和充电情况进行仿真。结果表明,采用所提最优充电路径推荐策略,可一定程度上解决大规模电动汽车的充电行为带来局部道路交通拥堵以及配电网节点压降过大、线路功率损耗过多等安全、经济问题。

基于改进等效电路模型的高比能量储能锂电池系统功率状态估计

针对高比能量电池大倍率下的电化学特性特殊性,用传统的等效电路模型(equivalent circuit model,ECM)估计功率状态(state of power,SOP)存在精度较低的问题,提出一种拓展的等效电路模型(extended equivalent circuit model,E-ECM)进行SOP估计。分析锂离子动力电池负载电流对极化内阻的影响,基于不同倍率测试和最小二乘的方法建立极化内阻与电流的关系;通过引入SOC偏差△z的概念,来描述电池内部的固相扩散反应引起的扩散压降,对部分SOC区间的△z进行了拟合预测;构建了考虑极化内阻电流依赖性和扩散压降的E-ECM模型,基于E-ECM模型进行电压限制下的10s和180s的SOP估计。搭建了面向单体电池的基本性能实验和SOP最大电流实验平台,分析结果表明,基于模型的最大电流平均误差不超过0.41%、最大误差0.51%左右,基于拟合预测△SOC处的最大电流误差为1.47%,验证了E-ECM模型对SOP估计的有效性和准确性,为锂离子动力电池管理系统功率状态估计与控制提供了理论支撑。

计及老化路径的锂离子电池加速寿命工况自动生成方法

为了验证锂离子电池在长期使用中的性能,需要对锂离子电池进行寿命测试。现阶段锂离子电池寿命一般长达数千循环,进行常规寿命测试十分耗时,需要开发加速寿命的实验方法。由于锂离子电池寿命衰减具有对使用路径的依赖性,因此设计该加速寿命实验方法的约束是:既要保证加速前后总容量衰减的等价性,还要保证内部衰减机理即老化路径的不变性。该文提出一套基于模型的可保证上述约束的加速寿命工况自动生成方法。方法设计了综合考虑加速因子(加速时间倍率)和老化路径相对误差两个指标的目标函数,并采用双闭环构架求取符合该目标函数的加速工况最优解。双闭环的外环为加速因子优化算法,旨在寻找最优的加速时间倍率;内环为加速工况搜索算法,旨在搜索对应于加速因子和上述约束的最优加速工况。针对中国轻型汽车行驶工况中的乘用车行驶工况,该文方法基于作者研发的考虑锂离子电池主导衰减机理的半经验分数阶模型进行仿真,仿真结果证明了方法的有效性。

基于视觉的高速公路施工区车路协同系统的驾驶分心

为明确车路协同系统(CVIS)对驾驶分心的影响,提升车路协同系统在高速公路施工区场景下的安全应用水平,该文基于驾驶模拟技术搭建车路协同仿真测试平台并开展实验,从注视分配和分心程度两个层面构建指标体系,采用配对T检验和非参数检验比较有无车路协同系统条件下各指标的差异。车路协同车载终端人机交互界面(HMI)使用后,驾驶人前方道路注视时间比例与注视次数比显著降低,分心指数及单位分心指数显著升高。结果表明:车路协同HMI会占用驾驶人视觉资源并具有分心隐患。因而,车路协同安全评估及HMI设计优化是必要的。

考虑PEMFC动态降载特性的FCV制动能量回收协调控制

为使燃料电池汽车(FCV)更大程度回收制动能量,基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态降载特性,研究了一种FCV制动能量回收控制策略。建立燃料电池汽车动态特性模型,提出考虑PEMFC动态降载特性时基于协调的制动能量回收控制策略,用自行搭建燃料电池汽车制动能量回收硬件在环(HIL)仿真平台进行仿真。结果表明:与基于规则的控制策略相比,本文提出的基于协调的控制策略下,动力电池荷电状态(SOC)在城市工况下提高1.3%,在高速工况下,提高2.0%;对应的最大冲击度分别降低3.2%、2.1%。因而,燃料电池汽车回收更多的制动能量的同时,制动舒适性有一定程度的提高。

基于DRL的四轮独立驱动电动车辆的侧向车速估计

为精确估计车辆行驶状态,提出了一种四轮独立驱动电动车辆侧向车速估计方法。基于深度强化学习(DRL)范式,设计了侧向车速估计方法的架构;基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法,设计了DRL智能体;采用循环神经网络,搭建了DDPG算法中的Actor网络和Critic网络。基于设计的奖励函数和训练场景,借助Matlab/Simulink软件,完成了算法的实现和训练;并通过在车辆双车道变换等实际行驶工况的仿真,进行了验证。结果表明:在经过了630次的学习训练之后,与扩展Kalman滤波方法相比,本文方法的估计精度提升40%。因而,本文方法能够在常用行驶工况中对车辆侧向车速进行估计。

基于高温煤矿环境的人体热反应模型研究

根据高温煤矿环境下作业人员的人体生理反应,综合考虑人体与环境之间的热量交换,建立适用于高温煤矿环境的人体热反应模型,预测人体生理参数变化。利用Matlab软件对所建立的模型进行数值仿真,并进行相关实验对模型预测的准确性进行验证,根据仿真结果及实验数据的对比分析,模型可准确的预测人体在高温煤矿环境中的热反应过程,有效的预测高温工况下作业人员的生理参数信息变化,快速分析高温环境对人体的影响,为矿井热害防护提供理论基础和支持。