基于效率优化的增程式电动环卫车控制策略

为了提高增程式电动汽车在增程阶段的能量转换效率及整车的等效燃油经济性,以一款增程式电动环卫车为例,对增程器的3种不同控制策略进行了对比分析。首先基于台架试验的发动机油耗特性和发电机效率特性,合成得到增程器整体效率特性及其最优效率曲线,并在MATLAB/Simulink/Stateflow平台搭建整车正向动力系统仿真模型;然后对增程式电动汽车的等效能耗进行了推导,将所消耗燃油和电能全部换算为单一的燃油量;在此基础上基于中国典型城市客车运转工况,分别应用增程器定点发电、增程器沿最优效率曲线功率随动和增程器恒定转速随动输出功率这3种控制策略进行车辆行驶仿真试验。研究结果表明:增程器在定点发电模式下,能够始终工作于最高效率点,从而达到最优的能量转换效率,此时整车等效百公里油耗为29.22L;増程器在恒转速功率随动模式下效率最低,其等效百公里油耗为33.41L;增程器沿最优效率曲线的功率随动模式下比恒转速功率随动模式下的等效百公里油耗降低了约2.78L,达到30.63L。通过对比3种增程器控制策略的仿真结果发现,在增程式电动汽车増程器的电量消耗-电量维持工作模式下,定点发电模式能够使增程器达到最佳的工作效率并实现最小的整车等效百公里燃油消耗,可将其作为增程式电动汽车增程器的最佳控制策略。     

电动公交车用增程器起停及切换过程优化

基于半实物仿真平台,对增程器起停及切换过程控制策略进行了优化.结果表明:倒拖转矩增大和倒拖终了转速提高后,增程器起动时间降至1.01s;暖机起动过程发动机颗粒排放数量浓度峰值达2.0×10~8个·cm~(-3);停机过程通过发电机加载转矩实现负载停机,转速波动得以明显抑制;采用快速起动和增大增程器输出电功率上升率限值后,整车动力性有所改善;切换过程发动机颗粒排放数量浓度峰值达2.5×10~8个·cm~(-3);发动机调速模式相对发电机调速模式,增程器电功率输出较平缓,但发动机更易偏离最佳油耗曲线.     

增程式电动汽车规则型能量管理策略对比

针对增程器小型化后的串联式增程式电动汽车能量管理策略问题,从发动机参数匹配角度对增程器小型化的方法进行了研究,采用逐步优化的方法提出了4种规则型能量管理策略.基于搭建的整车动力系统仿真平台,分别从发动机工作点分布、增程器效率以及动力电池充放电能量损失等方面对比分析了各控制策略燃油经济性存在差异的原因.离线及硬件在环仿真试验结果表明:增程器平均效率和动力电池充放电能量损失是影响车辆燃油经济性的主要因素;配置了小型化增程器的电动汽车,不适合照搬发动机开/关和功率跟随控制策略,采用最优曲线控制策略可获得较好的燃油经济性和控制效果.     

两种行驶模式下增程器启停时刻优化

增程器作为E-REV的核心部件,其启停控制决定了汽车运行的工作模式。提出了在短途和长途两种行驶模式下减少增程器运行时间,尽可能利用电能驱动E-REV的控制策略。以目标里程和电池SOC变化范围为约束条件,利用Cruise/Simulink对增程器启停时刻仿真优化。结果表明,通过减少增程器启停次数和运行时间,目标里程下纯电动里程增加,有效降低了燃油消耗和排放。     

基于动态规划的E-REV能量管理策略研究

增程式电动汽车动力来源于增程器与动力电池,车辆运行过程中如何在两者之间分配需求功率,使得整车在行驶过程中燃油经济性最好,是增程式电动汽车能量管理策略核心的问题.提出一种基于动态规划的增程式电动汽车能量管理策略,运用动态规划对整个工况增程器与动力电池输出功率分配比例进行优化.欧洲标准行驶工况(NEDC)组合行驶工况的仿真结果表明:相比实车采用的恒温器式控制策略,基于动态规划的能量管理策略整车燃油经济性提高12.6%.     

飞行汽车混动系统动力电池和增程器的协调控制

城市空中交通（UAM）,是近期解决当前地面交通拥堵困境的有效方法。因此,研究飞行汽车典型飞行任务剖面下的动力系统工作特性至关重要。由于电池能量密度的限制以及纯电动飞行汽车的里程限制,因此使用油电混合作为飞行汽车的动力系统更为合理。本文总结了垂直起降飞行汽车（VTOL）任务剖面下混动系统运行性能的相关研究。基于MATLAB Simulink,提出一种混合动力的协调方法,其中同时考虑了两种操作模式。根据实际操作条件,预设了垂直起降和平飞两种工况下不同的操作模式。在此基础上,研究了作为主要电源的增程器调节功率流和提高增程器工作效率的电池的协调。直流母线电压则由DC/DC转换器调节。为了有利于电池组的整体寿命,实现了充电和放电状态期间的功率共享。仿真结果表明,可以很好地控制直流母线电压,并且增程器和电池之间的功率共享遵循设计。     

带有V2G并网的电动汽车用增程器控制策略

增程器能够扩展电动汽车的续驶里程,但增程器的并网发电尚属研究空白. 为此,重点研究了增程器的并网方案和控制策略. 首先,提出了一种基于解耦双同步参考系锁相环的电气位置估算方法,并引入霍尔前馈提高其响应速度和估算精度,在此基础上设计了电网锁相环和电网电压的协调控制逻辑. 其次,采用多目标优化方法对增程器的控制参数进行了优化,减少了增程器的油耗和非必要的机械启停. 此外,对增程器的启停及工况点切换过程进行了深入探究. 最后,搭建了具有发动机、发电机及并网设备的增程器试验平台,进行了增程器电气角度算法验证试验、并网发电试验及工况协调验证试验等. 结果证明了提出的带有V2G并网的增程器控制策略的可行性和有效性.      

基于阿特金森发动机的增程式电动汽车控制策略匹配设计

能量管理控制策略是增程式电动汽车降低油耗和排放的关键,为了使增程式电动汽车获得较好的燃油经济性和控制效果,对采用阿特金森循环发动机的增程式电动汽车的结构特点和工作模式进行了分析.基于阿特金森循环发动机的工作特点,对传统的恒功率控制策略、功率跟随控制策略进行了匹配优化,并提出了发动机三工作点控制策略和基于转速切换的功率跟随控制策略.利用Cruise和Matlab软件建立了联合仿真模型.仿真结果表明:三工作点控制策略与恒功率控制策略相比,有效地防止动力电池大电流充电,有利于缓解电池寿命衰减.基于转速切换的功率跟随控制策略能有效减小发动机转速的频繁波动并且显著提高了燃油经济性,为采用阿特金森循环发动机的增程式电动汽车实用型控制策略的开发提供参考.     

并列式混合励磁复合电机的设计及其磁场调节特性

基于磁场调制原理与混合励磁同步电机的设计理念与技术,提出了一种新型并列式混合励磁复合电机。介绍了该电机的基本结构与工作原理,给出其定转子槽/极匹配原则。通过三维有限元法分析,得到了电机空载运行处于不同励磁电流下的电枢绕组磁链、空载反电势、电机输出转矩等特性,验证了电机并列运行时满足叠加定理的特点;给出了电机空载等效磁路模型,推导了电机的磁场调节比例公式,并计算得到了磁场调节范围。根据理论分析加工制作了一台样机,测试获取了电机处于不同励磁电流时额定转速下的空载反电势,进而分析了电机的磁场调节特性,仿真计算与实验结果均表明,通过调节励磁电流可以实现气隙磁通的双向变化,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于支持向量回归机的同步发电机励磁电流预测方法

为了能更准确、容易地在线诊断出同步发电机转子绕组匝间短路故障,提出了一种基于支持向量回归机的励磁电流预测方法.利用同步发电机正常运行时不同工况下的机端电压、有功功率、无功功率和励磁电流来建立发电机励磁电流的支持向量回归机预测方法.利用该方法预测正常运行时所需励磁电流,并与在线实测的励磁电流进行比较,误差(相对误差)超过阈值就诊断为发生匝间短路故障.通过微型同步发电机动态模拟实验表明,该方法的精度优于BP神经网络法和遗传规划法.     

基于动态规划算法和路况的增程式电动车能耗分析

针对一种新型的车用增程式混合动力系统,研究了不同的行驶路况对基于动态规划能量管理策略电动汽车的能耗影响。根据输入的不同路况信息,以电池荷电状态、电池放电能力、车辆需求功率为状态量,以增程器发电功率为控制量,建立能量损失数学模型。以城市循环工况(UDC)、新欧洲循环工况(NEDC)、世界轻型车测试循环工况(WLTC)为路况输入,分别得出了基于传统规则能量管理策略与基于动态规划能量管理策略的油耗。仿真结果表明,不同的行驶路况对车辆的能耗影响程度不同,应用动态规划策略的车辆相比于传统方法节油10.42%～24%。     

对旋风机两级叶轮等功率第二级叶轮变转速匹配研究

为了改善对旋风机在非设计工况时的性能,提出了两级叶轮等功率、第二级叶轮变转速匹配运行方法,即在工况变化时,调整第二级叶轮的转速,使第二级叶轮功率始终与第一级叶轮功率相同。利用理论分析、数值模拟和实验研究的方法,分析了对旋风机在两级叶轮等转速运行和第二级叶轮变转速匹配运行时的特性。研究表明:等转速运行时,第二级叶轮压升与功率受流量变化影响剧烈,导致小流量工况时第二级电机过载烧毁及大流量工况时风机压升与效率迅速下降;第二级叶轮变转速匹配改善了第二级叶轮的功率、效率特性,使对旋风机的压升特性更加平稳,由此减小了小流量工况时第二级叶轮的负荷,增大了大流量工况时第二级叶轮的压升与效率,风机的高效工作范围由33.18%拓宽至37.88%,阻塞工况裕度由36.9%拓宽至48.2%。     

挖掘机混合动力系统控制器设计

为了实现柴油机和电动机的动态协调控制,设计了挖掘机混合动力系统控制器.控制器由功率预处理模块、油门控制模块和工作模式识别模块构成.控制器的输入参数为液压泵扭矩、液压泵转速和蓄电池SOC,输出参数为柴油机油门开度.建立了基于MATLAB的混合动力系统控制器性能仿真模型.对挖掘工况和平整工况下的控制器性能进行了仿真分析.仿真结果表明：控制器能根据载荷变换实时调整电动机的工作状态,在整个工作过程中,柴油机的工作转速基本不变.     

柴油机全浮式活塞销连接副的运动及润滑特性研究

基于弹流润滑理论、平均流量模型及微凸峰接触理论,综合采用基于模态压缩法的多柔性体和有限差分法耦合求解了某柴油机全浮式活塞销连接副的运动特性及混合润滑特性,并考察了结构表面粗糙度对活塞销轴承摩擦损失功率的影响.结果表明:活塞销的转动角速度较小,在整个做功冲程几乎为0;工作过程中,活塞销轴承大多处于混合润滑状态,仅在吸气冲程和排气冲程连杆摆角最大的时刻附近处于流体润滑状态;可适当减小活塞销（孔）轴承的表面粗糙度来提高活塞销的转速,以显著降低活塞销轴承摩擦损失功率,继而改善润滑状况.      

底排—火箭复合增程弹相关特性分析

通过分析底排—火箭发动机复合增程弹机构特征参量变化特性、复合增程弹的工作时序及其多元弹道特性以及炮射火箭发动机及其装药结构非线性高过载特性,得出底排—火箭发动机复合增程时需要注意的问题,为从事复合增程研究的工作者提供一定思路.     

基于描述函数法的直线增程器动力学模型极限环分析

基于一个简化的直线増程器动力学模型,运用描述函数法在频域对直线増程器的极限环进行研究.以描述函数表示直线増程器动力学模型的非线性部分,利用描述函数和线性部分频率响应函数的图像对系统极限环的存在性、数量和稳定性进行了分析,进而求出极限环的近似频率和振幅.同时研究了直线増程器关键运行参数对极限环的频率、振幅和相对稳定性的影响.最后,以一样机的试验数据对分析结果进行试验验证.研究结果表明,在适当的系统参数下,直线増程器在物理约束范围内存在唯一的稳定极限环;喷油量和电磁力负载对极限环的频率和振幅都有影响;极限环的幅值与其相对稳定性存在关联.     

增程式电动汽车电驱动系统多模式切换控制

针对增程式电动汽车(Range-Extended Electric Vehicle,RE-EV)电驱动系统电动机驱动和发动机-发电机-电动机能量传递问题,建立了驱动电机动力学、动力电池动力学和增程器动力学数学模型,设计了电动低速、电动高速、增程低速和增程高速多模式切换控制过程,建立了电驱动系统切换控制逻辑关系,进行了1和10个循环工况下的道路实验.结果表明:速度-时间曲线下的最大爬坡度大于30%,符合性能设计指标;排放-时间曲线下的排放出现在10个工况循环中的2 400s,此时,增程器开始运行;电池容量-时间曲线下的电池放电深度从0.7下降到0.3时,增程器起动并控制电池放电深度在0.3~0.5.     

双搅拌高效澄清萃取槽混合室均混时间的数值模拟

利用CFD软件FLUENT120,采用Realizablek-ε湍流模型、Eulerian多相流模型及Morsi Alexander相间曳力系数模型,使用滑移网格法处理桨叶的旋转区域,对新型萃取槽混合室内的液-液体系的均混时间以及搅拌功率进行数值模拟.结果表明:随着搅拌转速的增大,搅拌桨消耗的功率增加,水油两相的均混时间减小.搅拌桨转速达到400r/min后,增大转速则搅拌功率继续增大,但对液-液两相均匀混合时间的影响不大.     

混砂车搅拌罐内混合过程的数值模拟

为了在一定程度上弥补混砂车搅拌罐半经验设计方法的缺陷,以及指导搅拌罐的放大设计,基于Fluent对混砂车搅拌罐内混合过程进行非定常固液两相流的数值模拟。选用非结构化网格、标准k-ε湍流模型、Euler多相流模型、滑移网格法和SIMPLE算法,分析了搅拌区的流场、搅拌功率、固相颗粒分布规律以及混合时间。研究结果表明:搅拌流场的流动特性是上、下搅拌桨相互作用的结果;如何减小切向速度、增大轴向和径向速度是提高混合效果的关键;搅拌桨所受力矩、搅拌功率与转速的关系符合搅拌桨的常规特性;在本混砂罐搅拌均匀后,仍然有主体循环不能到达的区域,造成局部固相体积分数较低,可以通过增加搅拌罐挡板长度来优化流场;通过监测3个典型的点,获得各点浓度随时间的变化曲线,从而得到混合时间,这对实际工艺中混合时间的预测具有指导作用;数值模拟分析对混砂车搅拌罐的优化设计奠定了基础。     

增程器轴系不对中故障动力学响应特性分析

通过分析增程器轴系在不对中故障时的运动状态与受力情况,建立增程器轴系的动力学模型,并利用多体动力学软件对增程器轴系平行不对中、偏角不对中、综合不对中三种类型的故障进行仿真,分析不同类型不对中故障产生的动力学响应特性。结果表明,系统振动频谱中1谐次和2谐次的幅值可作为增程器轴系不对中故障诊断特征参数,平行不对中导致2谐次的幅值大幅增长,偏角不对中使1谐次幅值变化明显;增程器轴系左右两侧在2谐次下的振动相位差可进一步对不对中故障类型进行辨识,其中平行不对中故障时轴系两侧振动相位差接近0°,偏角不对中故障时轴系两侧振动相位差接近180°,综合不对中故障时轴系两侧振动相位差远大于180°。