清华大学苏州汽车研究院产业创新孵化模式研究

清华大学苏州汽车研究院是以汽车应用技术研发、科技成果转化为基础的应用型研究院。经过多年实践,累计孵化汽车产业相关企业50余家,逐步形成了特色鲜明的产业创新孵化模式,本文从科技创新、科技金融、科技产业三个方向介绍工作思路与做法。

基于流固耦合的轮胎花纹滑水性能研究

以205/55 R16型号轮胎为研究对象,基于Abaqus CEL流固耦合方法构建轮胎滑水有限元模型。将模拟得到的轮胎垂直刚度与实验数据进行对比,验证轮胎模型可靠性的前提下,优化欧拉域,更好地捕捉并分析轮胎滑水时水流印迹特征。结合NASA经验公式评估模拟得到的临界滑水速度,验证轮胎滑水模型可靠性,分析不同充气压力和水膜厚度对轮胎临界滑水速度的影响。通过引入V型横向花纹和增加F1 Nose结构优化轮胎花纹结构,验证花纹沟槽子模型优化合理性,对比优化前、后轮胎临界滑水速度和水流压力。结果表明:此优化方法能有效提高轮胎的滑水性能。

仿枪虾虾螯纵向混合负泊松比结构设计与耐撞性研究

为提高汽车安全防护结构耐撞性,以枪虾虾螯(大螯)作为仿生原型,通过生物实验提取虾螯微观结构,设计了24种仿生混合负泊松比吸能结构。以质量比吸能(SEA)、结构平均压溃效率(CFE)、初始峰值载荷(IPF)作为评价结构耐撞性的主要指标,借助经过验证的有限元模型对设计结构仿真模拟,经过结果数据分析确定影响结构耐撞性指标的关键参数a(胞元内凹深度),结合实际工况利用加权组合综合评价方法选出最优耐撞性结构。结果显示,当a=6.80 mm时的BCDA型混合结构耐撞性能最优,优化后SEA=3.21 kJ/kg,IPF=8.58 kN,CFE=31.29%。与单一胞元结构相比,优化后混合模型IPF最高降低35.24%,SEA最高提升35.72%,CFE有所下降,最多降低47.20%。

数据驱动下小型纯电动汽车充电策略研究

随着能源危机和环境污染的日益加剧,电动汽车凭借自身低碳环保的特性使得纯电动汽车市场得到广泛关注并迅速扩张。然而,有限的电池容量、多样化的出行需求、充电设施的服务与需求不匹配等诸多问题逐渐成为电动汽车发展的瓶颈问题。考虑用户日常出行需求,优化电动汽车的续驶里程是解决这一问题的可行途径之一。通过对驾驶和充电行为进行建模,提出了一种用于电池电动汽车(BEV)最佳行驶里程的仿真方法。BEV用户的驾驶和充电模式是通过从中国上海收集的实际数据来重构日常出行链。同时,在日常出行链中定义了日常出行和每次出行的相互依赖的行为变量。为满足练习场的适应度目标,采用蒙特卡罗方法建立了一个随机模拟框架。最后,在考虑用户异质性的情况下,分析了不同充电场景下的最优续航里程。结果表明:通过每日出行和每次出行的行为变量可以重构每日出行链,Copula函数检测的变量之间存在相关性;不同日常出行需求的用户有不同的最优续航里程;在选择纯电动汽车时,建议用户考虑每天行驶的车辆公里数不超过电池续航里程的34%;增加充电次数和充电功率更有利于日常出行需求高的用户;在满足出行需求的前提下,增加快充功率的有益效果将逐渐减弱。

自主车辆前馈NMPC路径跟踪控制方法研究

在弯道等大曲率场景中,车辆转向系统的迟滞和车辆模型的线性化会导致转向不足和稳态误差,从而影响自主车辆路径跟踪精度和响应速度。为了解决这一问题,提出了一种路径跟踪框架。该框架在弯道等大曲率场景,触发前馈控制控制器,输出理想转角序列,提前使转向机构到达最优转角附近;随后将引入排斥目标函数的非线性模型预测控制器优化求解出的最优控制序列作用于车辆,刷新理想转角序列。搭建自主车辆实验平台,在不同场景下进行仿真验证,结果表明,与忽略滞后的传统模型预测控制相比,前馈非线性模型预测控制器跟踪精度和响应速度方面的性能有所提高。特别是在弯道等大曲率场景中,所提出的框架将横向均方根误差降低了近30%。

采用柴油机颗粒捕集器的最大碳载量性能试验研究

大碳载量下,不正常再生导致的催化型柴油机颗粒捕集器(catalytic diesel particulate filter, CDPF)载体高温烧熔或开裂是CDPF失效的主要原因。针对这一问题,采用燃烧器台架对CDPF进行最大碳载量测试。对堇青石CDPF和碳化硅CDPF进行不同碳载量的降怠速测试,不断提升碳载量直至CDPF失效。通过对CDPF内部温度分布、颗粒物数量(particulate number, PN)排放特性及失效程度进行分析,得到CDPF的最大碳载量。结果表明:在5 g/L碳载量下再生时,堇青石内部最高温度为1 163℃,超过安全再生温度,碳化硅内部最高温度为1 050℃;随着碳载量的提升,最高温度及最大温度梯度变大,虽然在超过安全再生温度下,载体存在某种程度的开裂,但不影响PN过滤性能,堇青石的开裂是从边缘向中心移动,碳化硅开裂是从中心向四周移动;当碳载量持续增加至8 g/L时,碳化硅载体的PN排放值相比全新载体提升了6倍,达到14.0×10^(11)(kW·h)^(-1),已不具备过滤能力。试验得到了CDPF再生时的安全碳载量限值,可为实际CDPF应用中安全再生提供参考。

基于ABAQUS的积水路面轮胎滑水性能研究

随着道路交通网络的不断发展,行车安全已经成为当今社会关注的焦点之一。特别是在恶劣天气条件下,如:雨天,车辆在积水路面上高速行驶时,由于动水升力的存在,很容易出现“滑水”现象,从而导致事故的发生。文章深入分析了轮胎在积水路面上的滑水性能,以提高车辆的行驶稳定性和安全性。首先,使用ABAQUS建立205/55R16子午线轮胎有限元模型,并且对其进行了静力学分析。接着,基于流固耦合方法,构建了一个包含轮胎、水层和路面的复杂耦合模型。在这个模型中,考虑了轮胎充气压力、水层厚度、轮胎垂向负载以及胎面磨损4个关键因素。有限元模拟分析结果表明,轮胎充气压力和垂向载荷的增大都会导致车辆在积水道路上的极限滑水速度增大;相反,胎面磨损和水层厚度的增大,则会导致车辆在积水道路上的极限滑水速度减小。其中,充气压力对滑水性能影响较大,相同条件下,车辆的极限滑水速度从1.7 bar下的72.43 km/h上升到了2.9 bar下的102.23 km/h。所以,雨天适当增大轮胎充气压力更有利于车辆行驶安全。

润滑油发动机试验中部件评分项目与方法研究

用于润滑油评价的发动机试验结束后,拆解发动机并对核心部件进行评分的方法,已在润滑油性能评价中得到广泛应用。由于部件评分具有主观性,故需要通过标准方法规范部件评价项目与评分计算方法,实现主观评分的客观化,从而保证部分评分的一致性。通过部件评分结合客观的部件测量以及油样理化测试分析,可以更全面的反映发动机状态及润滑油性能水平。文章回顾了国内外润滑油发动机试验中部件评分方法、分类和项目,重点介绍了活塞沉积物评分和油泥评分,分析了汽油机油和柴油机油产品规格中的部件评分考核项目的质量指标,为我国自主润滑油标准体系的发动机台架测试提供参考。

2020年江苏省机动车排放污染分布特征及与大气质量耦合性研究

依据生态环境部2021年6月发布的《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》,结合本地实测数据,在对汽油车颗粒物(PM)排放系数进行测算的基础上,核算了2020年江苏省机动车PM、氮氧化物(NO_(X))、挥发性有机物(VOC_(S))的排放总量,分析了机动车排放污染分布特征及与大气质量的耦合关系。结果表明:2020年江苏省机动车PM、NO_(X)、VOC_(S)排放量分别为0.5×10^(4),3.71×10^(5),1.17×10^(5) t。从区域分布来看,苏州、南京、无锡3市的3项污染物排放总量及NO_(X)、VOC_(S)排放量均位列前3位,PM排放量位列前3位的是苏州、徐州、无锡。从车型、燃料类型和排放阶段来看,国Ⅳ及以下排放标准的汽油小型客车是机动车VOC_(S)排放控制的重点,国Ⅲ排放标准的重型柴油货车是机动车PM和NO_(X)排放控制的重点。分析区域机动车PM排放量与大气中PM_(2.5)来源解析结果的耦合关系,其间存在不同程度的正相关性,控制机动车污染对改善大气环境会产生积极成效,南京、徐州和盐城3市的成效会尤为明显。

润滑油灰分对 GPF 过滤效率影响的试验研究

基于润滑油掺烧快速老化方法,在发动机台架上研究灰分对GPF背压和发动机动力性的影响;基于世界统一的轻型车测试循(WLTC)整车试验和实际道路测试(RDE)研究了灰分对GPF过滤效率的影响。结果表明:灰分沉积会提高发动机的排气背压,降低发动机的动力性,60 g灰分量时背压最大升高8.8 kPa,扭矩下降3.7 N·m;WLTC工况第一阶段PN排放贡献率大于90%,且WLTC和RDE工况少量灰分即可显著提高GPF对PN的过滤效率,3 g灰分量下过滤效率可达96.6%;过滤效率随着灰分量的增加而增大,60 g灰分样件的PN过滤效率达到99.6%。

新能源汽车换电技术研究

为了解决新能源汽车的里程焦虑,提出了一种方便快捷的底盘换电方案。首先,通过分析现有换电方案的优劣确定了换电方案的研究方向;其次,设计了一种新的换电方案,对换电电池包设计、换电小车设计、电池包拆除与安装机构进行了重点阐述;最后,试制了原理样机并对原理样机进行了测试与主观评价。结果表明,新的换电方案可以实现换电的功能,换电时间短、投入少、方便便捷,有降本增效作用。

润滑油灰分对直喷汽油车GPF性能影响的试验研究

为开发汽油车颗粒捕集器(GPF)快速老化方法,评价GPF的耐久特性,分别在发动机与整车转鼓台架上试验研究了GPF的快速积灰方法和GPF对缸内直喷(GDI)汽油车颗粒物排放、背压、油耗的影响,最后用CT与XRF对灰分的分布与成分进行了分析。结果表明:GPF的积灰效率会随着时间变化逐步上升,最终达到30%左右的稳定值;装有GPF的整车在世界统一的轻型车测试循环(WLTC)下可满足国六颗粒物排放限值要求;随着灰分的不断积累,GPF对颗粒物质量(PM)与数量(PN)仍旧可以保持较高的过滤效率,分别为82%和99%;灰分累积对GPF的背压上升会有一定的影响,最大为6.5 kPa;在WLTC循环测试下GPF内的灰分增加对整车油耗影响并不明显,最大为1.25%;灰分主要组成物质为CaO和P_2O_5,主要沉积在GPF末端特别是在中心区域,为总含量的71.2%。

机械外载下新能源汽车高压线束失效风险试验研究

新能源汽车的普及和发展急需解决电池系统的碰撞安全问题。文中选取动力电池系统的典型碰撞失效工况,设计了高压线束剪切和穿刺试验装置,使用万能试验机进行不同速度的加载和失效载荷测量,使用数字图像相关法(DIC,Digital Image Correlation)测量线束变形及失效位移,获得了高压线束在不同载荷工况下的力学特性和失效行为。研究结果表明:电池高压线束的失效特性与载荷工况、加载速度及加载接触面积高度相关。剪切试验中随着加载速度的增大,失效载荷也不断增大;穿刺试验失效载荷随着冲头直径增大而显著增加。

重型柴油机燃用改性柴油的排放污染物研究

在一台重型柴油机上燃用3种不同理化特性的柴油,分别为国五柴油与2种改性柴油,用来探明改性柴油对排放污染物的影响。分析了工况、空燃比及改性柴油对重型柴油机常规污染物NO_(x)、CO_(2)、THC的影响;用XAD-2吸附管采集气相多环芳香烃污染物,活性炭吸附管采集单环芳香烃污染物,DNPH吸附管采集醛酮类化合物,探讨工况、空燃比与改性柴油对非常规污染物排放影响;用石英滤膜采集颗粒物进行碳质组分分析,讨论了工况、空燃比与改性柴油对颗粒物碳质组分的影响。结果表明:相比于低转速25%负荷工况,额定转速25%负荷工况下空燃比更高,常规污染物排放更低,醛酮类化合物与芳香烃排放更高,醛酮类化合物上升约13%,有机碳与元素碳排放略微升高;相比于国五柴油,在较高空燃比工况下,低芳香烃的柴油NO_(x)排放上升15%左右,CO_(2)排放略微上升,THC排放略微降低,较低汽化潜热的柴油NO_(x)排放上升30%左右,CO_(2)排放上升13%左右,THC排放降低28%左右,较低芳香烃的柴油多环芳香烃排放下降约50%,较低汽化潜热的柴油多环芳香烃排放下降约25%;2种改性柴油相比国五柴油的醛酮类化合物排放量均下降15%左右,2种改性柴油的有机碳与元素碳排放都小于国五柴油15%左右。

基于遗传算法的智能粒子滤波重采样策略研究

智能粒子滤波通过借鉴遗传算法思想能够减轻粒子退化现象。在基于遗传算法的智能粒子滤波基础上,该文提出对低权值粒子的改进的智能粒子滤波(IIPF)处理策略。在对粒子进行分离、交叉后,优化遗传算子,对低权值粒子进行自适应处理。低权值粒子根据权值大小自行判断是否为底层粒子;底层粒子将直接进行变异,其余低权值粒子将根据变异概率随机变异。仿真结果表明,改进的智能粒子滤波(IIPF)性能优于智能粒子滤波、一般粒子滤波算法和拓展卡尔曼滤波。在1维仿真实验中,改进的智能粒子滤波误差较一般粒子滤波算法和智能粒子滤波分别降低了10.5%和8.5%,且具有更好的收敛性;在多维仿真实验中,改进的智能粒子滤波较智能粒子滤波在高度均方根误差和平均误差上分别降低了8.5%和7.5%,在速度均方根误差和平均误差上分别降低了11.5%和7.6%;在乘性噪声和非高斯随机噪声中,改进的智能粒子滤波依旧有10%以上的性能优势。

危险品运输车辆自主紧急制动控制策略研究

自主紧急制动(AEB)系统作为车辆主动避撞的有效手段之一,必将成为我国重型商用车辆强制性配备装置。在分析AEB系统工作原理的基础上,以实现危险品运输车辆AEB系统的预警和自主制动干预为目的,提出了一种基于安全距离模型的AEB系统预警算法,建立了基于危险状态因子的分级控制策略,采用Trucksim软件对提出的危险品运输车辆的AEB控制策略进行了两种仿真测试场景下制动效果的验证。仿真结果表明:所提出的AEB控制策略是有效的,满足AEB系统的相关法规及性能要求。

汽油机颗粒捕集器再生时载体温度特性研究

基于某款1.5 L汽油机配备催化型汽油机颗粒捕集器(GPF)的台架试验,进行下一代GPF在不同碳载量和GPF入口温度下的减速断油再生特性研究,并与现阶段在用GPF进行对比.结果表明:再生过程断油后,载体的中心温度呈指数式上升,随着再生时间延长,温度逐渐趋于平缓;载体内部的温度分布为轴向位置上入口温度较低,靠近出口温度高;径向位置出现中间高、边缘低的趋势,边缘与载体中心温度差异较大;GPF载体内部最高温度随着颗粒物质量的增加而升高,最大温度梯度也随之增加;在碳载量为6 g/L、GPF入口温度为650℃下进行断油再生时,载体内部的的最高温度和最大温度梯度超过载体耐受限值,应予以关注.

基于氨存储特性修正的Urea-SCR喷射控制策略研究

以柴油机SCR后处理系统为研究对象,基于NH_3存储特性对基础控制策略进行补偿修正,根据不同工况下催化剂的NH_3存储限值对尿素喷射量进行调整。当催化剂NH_3存储量大于存储限值时停止尿素喷射;当催化剂NH_3存储量低于存储限值、催化器在低温时根据NH_3存储量对尿素喷射量进行修正,当催化器在高温时根据NO_x传感器检测信号对其修正。ETC对比结果表明,修正控制策略使NO_x达到国Ⅴ排放标准,并有效降低NH_3泄漏量。

儿童安全座椅侧面碰撞头部保护研究

根据欧洲儿童乘员约束系统法规(ECE R129)要求,建立台车座椅约束系统模型,施加法规中规定的速度曲线,以模拟汽车在侧面碰撞事故中后排儿童乘员的头部损伤情况。通过台车侧撞试验,验证了所建有限元仿真模型的有效性。通过压缩试验,对30倍发泡率EPP材料力学性能进行测定,确定采用包含应变率效应的MAT83材料卡片,以模拟EPP材料头枕在碰撞工况下的力学响应。以儿童乘员头部3 ms加速度和HPC作为评价指标,对比分析EPP材料和普通材料对儿童乘员头部的保护效果。结果表明:与普通材料相比,采用EPP材料后,Q3假人模型HPC降低24.9%,头部3 ms加速度降低8.1%,有效降低了汽车侧面碰撞对儿童头部的损伤。

基于层次分析法的公路潜伏风险评价方法研究

对公路潜伏风险进行定量评价能够有效降低交通安全的风险。为对公路潜伏风险进行定量评价,文章采用多目标决策分析理论,结合层次分析法建立风险评价模型,并将模型运用于汕昆高速昆石路段,对昆石路段道路潜伏风险进行评价分析。通过该模型对道路潜伏风险进行定量评价,评价内容包括:风险暴露程度、事故产生风险以及事故严重程度。文章将模型输出的评价结果与汕昆高速昆石路段累计五年的事故率进行分析对比,评价结果与真实事故率具有较好的一致性,斯皮尔曼相关系数达到0.6418。