基于R290热泵空调的电动汽车热管理研究

这是一篇关于电动汽车热管理,热泵空调,R290,联合仿真,模糊控制的论文, 主要内容为近年来,以提高电动汽车续航里程和驾乘舒适度为目标的电动汽车热管理已经成为电动汽车新技术的重要研究方向。本文基于热泵空调,从利用环保型制冷剂R290出发,首先设计其适用的热管理方案,搭建试验平台进行热泵空调制冷、制热性能试验;其次,建立AMEsim/Simulink联合仿真模型,结合试验结果验证模型准确性;最后,提出适用的控制策略,对比分析传统PI与模糊控制两者的控制效果。通过上述研究得出以下结论:(1)理想替代制冷剂R290最佳充注量为150g,提高了电动汽车热管理的环保性和经济性;(2)R290热泵空调在变压缩机转速的制冷工况中,制冷量和系统能耗比均大于CO2热泵空调,制热能力较强、效率较高;在变电子膨胀阀开度、压缩机转速的制热工况下,R290热泵空调在最佳阀开度时所达到的制热量及能耗比远高于PTC电加热,系统等熵效率较高;(3)以三种制热工况为例,对比AMEsim仿真模型中压缩机出口温度、车内外换热器进出口温度的仿真与试验数据,三组数据最高误差均小于4%且平均相对误差较小,仿真模型准确度高;(4)联合仿真模型的控制效果良好,模糊控制动态响应时间更多,超调量更小,稳态控制精度更高;(5)通过环境舱实车测试验证了匹配控制器的实用性。本文研究内容有利于R290热泵空调在电动汽车热管理领域的深入推广,对模糊控制器的实车应用研究也具有积极意义。

基于FMI联合仿真的轴向柱塞泵智能优化云平台研究

这是一篇关于轴向柱塞泵,过流面积识别,联合仿真,FMI,工业互联网云平台,三维运动可视化,多目标优化的论文, 主要内容为液压泵是工程装备液压系统中的核心动力源,被视为液压系统的“心脏”,其中以高压、高效为特点的轴向柱塞泵目前被广泛用于各大工程机械中,其工作特性将直接影响到整个液压系统的特性。为提升泵的工作质量,同时降低研发周期与成本,在泵的设计过程中就需进行仿真分析与优化设计。同时,随着计算机技术进一步发展,由信息技术与制造业融合而诞生的工业互联网云平台技术已经成为目前的研究热点。本文提出基于点云模型的过流面积识别算法,针对柱塞泵展开联合仿真分析,设计并开发基于云平台主控的联合仿真功能,并集成三维运动可视化功能,同时提出一种CAD-过流面积识别算法-联合仿真的配流盘阻尼槽优化设计方法并于云平台沉淀,为柱塞泵的仿真分析与优化设计提供了支撑工具。本文主要研究内容如下:(1)为解决具有加强筋的多段式配流盘过流面积曲线计算难的问题,本文提出一种基于点云模型的过流面积识别算法,通过配流盘流体域的轮廓模型与缸体腰型槽轮廓模型的布尔运算得出过流面积曲线,并结合圆柱槽理论推导公式修正阻尼槽处的过流面积,该算法简化了复杂配流盘过流面积计算过程,同时作为优化设计的重要组成部分打通了CAD和联合仿真;(2)剖析柱塞泵的动力学模型与柱塞腔压力-流量模型,基于AMESim-Simcenter 3D Motion软件建立柱塞泵联合仿真模型,分析了柱塞泵运动特性、柱塞-滑靴变形程度、柱塞腔以及泵出口压力流量特性等结果。基于Pumplinx软件建立柱塞泵CFD模型,探究柱塞泵压力与空化现象的关系。同时使用上述两种数值模拟方法在不同工况下进行仿真分析,经结果对比验证了对柱塞泵进行宏观研究时,计算资源消耗更少的联合仿真模型同样具有较好的仿真精度。(3)基于工业互联网云平台架构,对FMI接口标准展开研究,采用Jacobi通讯方式设计并开发了基于云平台主控的分布式联合仿真功能。同时对Web可视化技术展开研究,以glb和VTU格式为载体,基于运动体空间位姿表示方法,通过二次开发技术从Simcenter 3D Motion中导出关键的位姿与柔性体数据,实现了基于仿真驱动的三维运动可视化。最后于云平台搭建柱塞泵联合仿真分析模板,对比验证了联合仿真与三维可视化功能结果的准确性。(4)提出一种CAD-过流面积识别算法-联合仿真的配流盘优化设计方法。对NSGA-II多目标优化算法展开研究,并基于配流盘结构提出对应的多目标优化模型。针对NX/UG三维建模软件进行二次开发,得到配流盘参数化建模模型。基于云平台对优化算法-配流盘参数化模型-过流面积识别算法-联合仿真模型-结果后处理等功能进行集成,搭建柱塞泵配流盘多目标优化模板。最后,对多目标优化模型进行求解,使用最小距离法从Pareto前沿面中选取最终解,优化后泵出口流量脉动率降低35.78%,斜盘合力脉动率降低9.85%。

纯电动重卡集成热管理系统仿真与制冷性能优化研究

这是一篇关于纯电动重卡,集成式热管理,冷凝器参数优化,模糊控制,联合仿真的论文, 主要内容为近年来新能源汽车行业飞速发展,纯电动重卡已经成为我国商用车碳减排的新主力。纯电动重卡在运营过程中,难免出现高温、大倍率充放电工况,为达到动力电池最佳使用性能,需对其充分散热,以保证车辆良好的动力性能;另外,空调系统耗电是整车能耗重要组成部分,对车辆经济性影响较大。因此,采用高效的热管理系统对于保证电池安全性、提升电动重卡动力性及延长电动重卡续驶里程、缩短充电时间显得尤为重要。本文以某企业一款纯电动重卡为研究对象,考虑统筹应用空气调节系统以及电池热管理系统的制冷量,提出集成式热管理系统架构,选型热管理系统关键部件,制定集成式热管理系统控制策略,建立集成式热管理系统仿真平台,通过环境舱实验对所搭建的仿真平台合理性进行分析,在仿真平台上开展热管理系统的性能优化研究。本文主要的研究内容如下:(1)集成式热管理系统方案分析与仿真平台的建立。分析了新型集成式热管理系统架构,并对集成式热管理系统不同工作模式进行了说明。针对目标车型分别计算电池组和驾驶室的峰值热负荷,对热管理系统的关键零部件进行了选型。基于AMESim和MATLAB/Simulink软件建立热管理系统仿真平台,包括:车辆动力学与传动系统模块、空调与动力电池冷却回路模块、热管理系统控制策略模块。对集成式热管理系统进行了高温充电实验,并利用实验数据从压缩机能耗和电池组温度、空调系统制冷剂压力等方面对模型准确性进行了验证。(2)基于部件性能提升的集成式热管理系统制冷性能优化。对比分析翅片间距、开窗间距、流程数等对冷凝器性能的影响,基于分析结果提出了两台冷凝器的较优结构参数,利用仿真平台对冷凝器优化方案进行仿真计算,结果表明应用优化后冷凝器的集成式热管理系统的制冷量和COP值均有提升。(3)基于控制策略智能化的集成式热管理系统制冷性能优化。分别设计了驾驶室和电池组对压缩机转速需求的模糊控制器,利用仿真平台仿真计算了PID控制和模糊控制在不同环境温度下热管理系统的温控性能与能耗性能,仿真结果表明两种控制方案都具有良好的温控性,模糊控制下的驾驶室温度波动更小,压缩机的能耗较PID控制分别减少了27.8%和22.6%。本文共有图85幅,表30个,参考文献56篇。

电驱动整车动力学仿真软件平台搭建与开发

这是一篇关于动力学仿真,软件二次开发,参数化,人机交互界面,参数匹配,联合仿真的论文, 主要内容为现阶段工业制造是国民经济的重要支撑,仿真软件作为工具于工业制造中起到了辅助设计、完善设计甚至指导设计的重要作用。正所谓“工欲善其事,必先利其器”,目前国内外存在着诸多对仿真软件的二次开发成果,对仿真软件运用和开发的程度对工业制造来说具有重要的意义。本文以实现对动力学仿真过程的参数化为基础,以搭建仿真软件平台为目标做出的创新点和主要工作内容如下:(1)开发了三种车型的以动力性能和制动性能作为输出结果的参数匹配UI界面。首先,介绍了整车架构参数与性能参数之间的匹配计算过程,并附以不同车型下的三种工况的参数计算公式详细说明;然后,基于专业的GUI设计平台Py Qt绘制初步的用户界面;最后,基于Python语言结合计算公式编程实现界面的匹配功能。(2)提出一种对动力学软件Trucksim的参数化方法,开发出相应的人机交互平台界面。首先,阐述了在Trucksim软件中进行仿真分析的具体步骤即定义车型参数变量、试验参数变量和环境参数变量,再到运行分析和试验后处理;然后,整理了Trucksim软件的数据管理模式和COM接口语言,以此为依据确定参数化的方法;最后,基于Python语言编程通过COM接口实现对Trucksim软件中数据的调用,再基于Py Qt进行GUI平台界面设计。(3)开发了Trucksim与Simulink进行联合仿真的平台界面。首先,介绍从Trucksim中调用Simulink进行联合仿真的方法、步骤以及意义,即在Trucksim中建模并加载Simulink中的控制文件来实现对仿真过程的动态调整;然后,基于Python语言编程通过COM接口实现联合仿真的仿真步骤;最后,基于Py Qt进行GUI平台界面设计。(4)集成上述所有开发的用户界面于一体,形成整车动力学仿真软件平台。首先,提出了一种可以管理多类型多功能多数量的仿真软件的平台搭建方法,然后将上述三个界面集成在平台上,最后分别介绍了每个界面的操作方法,完成了对仿真软件平台的搭建。该软件平台极大的降低了专业软件的操作门槛,大幅减少了计算时间,缩短了产品的开发周期,节约了研发成本。

可应用多场景的电动汽车多目标自适应巡航控制系统研究设计

这是一篇关于电动汽车,自适应巡航控制,模型预测控制算法,安全车距,模式切换策略,联合仿真的论文, 主要内容为汽车作为重要的交通工具,节能、环保和道路交通问题是永恒的主题。目前在乘用车领域,发展电动汽车及其智能网联无人驾驶技术可有效解决部分问题。另一方面,5G通信、传感器、云计算等软硬件技术的快速发展,为加快智能网联电动汽车占领汽车市场提供了更多可能性。但现阶段该领域的技术水平距实现更高级别的无人驾驶仍有很大的发展空间,高级驾驶辅助系统(Advanced Driving Assistance System,ADAS)则是传统车辆向无人驾驶车辆的过渡。高级驾驶辅助系统中自适应巡航系统(Adaptive Cruise Control,ACC)属于预防式主动安全技术,且因其可以在一定程度上减轻驾驶员负担且提高行驶安全性与道路利用率,备受汽车厂商、科研院所与消费者关注。因此,本文将电动汽车的ACC系统作为研究对象。本文主要研究内容如下:(1)ACC系统整体设计架构:首先搭建ACC系统的总体控制架构,明确各层功能任务及实现方法。确定ACC系统架构为分层式架构,即由上层控制决策层和下层控制层组成。同时明确了本文ACC系统设计目标以及对上下层控制器的设计要求。(2)基于上文对上层控制器的设计要求,在已有可变时距间距策略(Variable Time Headway,VTH)的基础上,考虑驾驶员动态跟车特性设计了改进VTH策略作为本文的期望安全车间距策略,并进行仿真验证,证明其有效性。再根据驾驶场景不同将ACC划分为不同工作模式并能相互切换:定速巡航模式、全速域下稳定变速跟随模式、前车切入/切出模式、驾驶员接管模式等。并基于现阶段驾驶特性设计了驾驶员优先干预策略。接着,将模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法作为上层控制器的控制算法,对其进行线性离散化;将车间距误差、相对距离、自车加速度、自车加速度变化率作为MPC算法的状态变量,通过对ACC系统进行控制需求分析建立符合跟车性、安全性、乘坐舒适性的多目标优化MPC控制算法,并使用硬约束软化的方法拓展MPC求解可行域,避免在线求解二次规划无解的问题。(3)下层控制器设计:下层控制器功能是将上层控制器输出的期望加速度转化为车辆的实际驱动转矩期望制动总缸压力。因此首先通过车辆逆纵向动力学模型计算出期望电机输出转矩与期望制动力矩值,同时为了避免驱动与制动执行器在临界值频繁切换,从而导致执行器的使用寿命及驾驶体验恶化,设计了驱动/制动系切换策略。然后建立搭载ACC系统的电动汽车工作平台,首先在Carsim软件中选择基准车型,并基于车辆动力性要求为车辆的驱动电机匹配合适的各项性能参数,随后基于计算出的参数在Simulink中建立匹配于Carsim整车差速半轴驱动方案的驱动电机模型,最终实现电动汽车整车动力学模型的建立。最后通过变速工况与双移线换道工况验证整车动力学模型的可行性。(4)选择“V”型开发模式作为本文设计的ACC系统的开发流程。因此首先将本文设计的上、下层控制器中控制策略、算法等在Matlab/Simulink开发环境中以原型方式实现。随后根据“V”型开发流程中第二步,基于Matlab/Simulink和Carsim搭建本文设计的应用于电动汽车ACC系统的软件离线仿真平台。并通过搭建的离线联合仿真平台对在不同常见的驾驶工况下的ACC系统进行仿真验证,包含了定速巡航工况、前车急变速工况、前车平稳变速工况、前车“起-停”工况、旁车变道切入工况、目标车辆切出工况等,依据仿真结果验证所设计的ACC系统的控制效果以及系统工作时是否达到满意的动力性、舒适性指标。

可应用多场景的电动汽车多目标自适应巡航控制系统研究设计

这是一篇关于电动汽车,自适应巡航控制,模型预测控制算法,安全车距,模式切换策略,联合仿真的论文, 主要内容为汽车作为重要的交通工具,节能、环保和道路交通问题是永恒的主题。目前在乘用车领域,发展电动汽车及其智能网联无人驾驶技术可有效解决部分问题。另一方面,5G通信、传感器、云计算等软硬件技术的快速发展,为加快智能网联电动汽车占领汽车市场提供了更多可能性。但现阶段该领域的技术水平距实现更高级别的无人驾驶仍有很大的发展空间,高级驾驶辅助系统(Advanced Driving Assistance System,ADAS)则是传统车辆向无人驾驶车辆的过渡。高级驾驶辅助系统中自适应巡航系统(Adaptive Cruise Control,ACC)属于预防式主动安全技术,且因其可以在一定程度上减轻驾驶员负担且提高行驶安全性与道路利用率,备受汽车厂商、科研院所与消费者关注。因此,本文将电动汽车的ACC系统作为研究对象。本文主要研究内容如下:(1)ACC系统整体设计架构:首先搭建ACC系统的总体控制架构,明确各层功能任务及实现方法。确定ACC系统架构为分层式架构,即由上层控制决策层和下层控制层组成。同时明确了本文ACC系统设计目标以及对上下层控制器的设计要求。(2)基于上文对上层控制器的设计要求,在已有可变时距间距策略(Variable Time Headway,VTH)的基础上,考虑驾驶员动态跟车特性设计了改进VTH策略作为本文的期望安全车间距策略,并进行仿真验证,证明其有效性。再根据驾驶场景不同将ACC划分为不同工作模式并能相互切换:定速巡航模式、全速域下稳定变速跟随模式、前车切入/切出模式、驾驶员接管模式等。并基于现阶段驾驶特性设计了驾驶员优先干预策略。接着,将模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法作为上层控制器的控制算法,对其进行线性离散化;将车间距误差、相对距离、自车加速度、自车加速度变化率作为MPC算法的状态变量,通过对ACC系统进行控制需求分析建立符合跟车性、安全性、乘坐舒适性的多目标优化MPC控制算法,并使用硬约束软化的方法拓展MPC求解可行域,避免在线求解二次规划无解的问题。(3)下层控制器设计:下层控制器功能是将上层控制器输出的期望加速度转化为车辆的实际驱动转矩期望制动总缸压力。因此首先通过车辆逆纵向动力学模型计算出期望电机输出转矩与期望制动力矩值,同时为了避免驱动与制动执行器在临界值频繁切换,从而导致执行器的使用寿命及驾驶体验恶化,设计了驱动/制动系切换策略。然后建立搭载ACC系统的电动汽车工作平台,首先在Carsim软件中选择基准车型,并基于车辆动力性要求为车辆的驱动电机匹配合适的各项性能参数,随后基于计算出的参数在Simulink中建立匹配于Carsim整车差速半轴驱动方案的驱动电机模型,最终实现电动汽车整车动力学模型的建立。最后通过变速工况与双移线换道工况验证整车动力学模型的可行性。(4)选择“V”型开发模式作为本文设计的ACC系统的开发流程。因此首先将本文设计的上、下层控制器中控制策略、算法等在Matlab/Simulink开发环境中以原型方式实现。随后根据“V”型开发流程中第二步,基于Matlab/Simulink和Carsim搭建本文设计的应用于电动汽车ACC系统的软件离线仿真平台。并通过搭建的离线联合仿真平台对在不同常见的驾驶工况下的ACC系统进行仿真验证,包含了定速巡航工况、前车急变速工况、前车平稳变速工况、前车“起-停”工况、旁车变道切入工况、目标车辆切出工况等,依据仿真结果验证所设计的ACC系统的控制效果以及系统工作时是否达到满意的动力性、舒适性指标。

基于自抗扰控制的电子制动助力器控制方法研究

这是一篇关于电子制动助力器,助力制动,主动制动,控制策略,联合仿真的论文, 主要内容为随着汽车电动化和智能化的发展,传统的真空助力器已无法满足新能源汽车制动系统的需求。电子制动助力器作为一种新型制动执行器,不仅可以替代真空助力器实现助力制动,还可以与自适应巡航控制(ACC)、自动紧急制动(AEB)等功能协调工作实现主动制动。论文以自主设计的电子制动助力器为研究对象,以助力制动和主动制动两种工作模式为主线展开研究,主要研究内容如下:(1)基于真空助力器工作原理,设计了以永磁同步电机为动力源,“两级齿轮+丝杠螺母”传动的非解耦式电子制动助力器;建立了助力器关键部件永磁同步电机、传动机构、反馈盘及制动踏板模型;提出了助力制动与主动制动模式切换的控制架构。(2)对于助力制动模式,针对PID串级控制策略动态性能和抗干扰能力差等问题,根据助力器工作要求,提出了基于自抗扰控制的助力制动控制策略;设计了助力器自抗扰控制器,通过稳定性分析和带宽法原理简化了控制器待整定参数个数。针对控制器参数整定困难等问题,通过粒子群优化算法寻优实现了控制器参数自整定。在Simulink和AMESim中搭建了助力器模型、PID串级控制器及自抗扰控制器等模型,仿真结果表明基于自抗扰控制的助力制动控制策略在动态性能、稳定性及抗干扰能力等方面均显著优于PID串级控制策略。(3)对于主动制动模式,针对单一前馈查表鲁棒性和抗干扰能力差等问题,提出了模糊PI主动制动控制策略,通过模糊规则实现PI参数自适应调整。针对模糊规则在误差和误差变化率较小时利用率低等问题,设计了比例型函数伸缩因子实现论域实时调整。搭建了相关模型并进行仿真分析,结果表明提出的可变论域模糊PI主动制动控制策略在快速性和准确性等方面表现优异,压力控制反应速度快、超调量小且稳态误差小。(4)基于电子制动助力器样机和真实制动系统,搭建了助力器试验台架,采用恩智浦S32K144开发板和基于模型的设计(MBD)开发方法,对助力器和提出的控制策略进行初步验证,结果表明了助力器在工程实际中的可应用性。在Simulink、AMESim和Car Sim中搭建了面向整车的主动制动仿真模型,验证了所提出控制策略的有效性以及助力器作为高级辅助驾驶或自动驾驶系统主动制动执行器的可行性。

基于R290热泵空调的电动汽车热管理研究

这是一篇关于电动汽车热管理,热泵空调,R290,联合仿真,模糊控制的论文, 主要内容为近年来,以提高电动汽车续航里程和驾乘舒适度为目标的电动汽车热管理已经成为电动汽车新技术的重要研究方向。本文基于热泵空调,从利用环保型制冷剂R290出发,首先设计其适用的热管理方案,搭建试验平台进行热泵空调制冷、制热性能试验;其次,建立AMEsim/Simulink联合仿真模型,结合试验结果验证模型准确性;最后,提出适用的控制策略,对比分析传统PI与模糊控制两者的控制效果。通过上述研究得出以下结论:(1)理想替代制冷剂R290最佳充注量为150g,提高了电动汽车热管理的环保性和经济性;(2)R290热泵空调在变压缩机转速的制冷工况中,制冷量和系统能耗比均大于CO2热泵空调,制热能力较强、效率较高;在变电子膨胀阀开度、压缩机转速的制热工况下,R290热泵空调在最佳阀开度时所达到的制热量及能耗比远高于PTC电加热,系统等熵效率较高;(3)以三种制热工况为例,对比AMEsim仿真模型中压缩机出口温度、车内外换热器进出口温度的仿真与试验数据,三组数据最高误差均小于4%且平均相对误差较小,仿真模型准确度高;(4)联合仿真模型的控制效果良好,模糊控制动态响应时间更多,超调量更小,稳态控制精度更高;(5)通过环境舱实车测试验证了匹配控制器的实用性。本文研究内容有利于R290热泵空调在电动汽车热管理领域的深入推广,对模糊控制器的实车应用研究也具有积极意义。

液压协调加载试验系统控制程序及其基础库研究

这是一篇关于协调加载,协调补偿控制,联合仿真,IEC61131-3,液压控制库的论文, 主要内容为协调加载试验系统按预先编制的载荷谱,协调一致地利用作动器(加载环路)对飞行器试件进行结构试验。目前此类试验系统主要被MOOG、MTS等外商垄断,为解决该类试验系统卡脖子的问题,本课题基于开放式控制系统进行了协调加载试验系统的研究。主要研究内容为:研究了Twin CAT 3(TC3)的数字孪生技术的开发方法。采用Simulink建立加载环路的数学模型,用于控制方法研究和控制系统开发的液压负载模拟,通过仿真实验验证了其性能。参考PLCopen规范提出了试验配置管理、试验流程管理、安全监控和协调补偿控制等四类功能块,实现了试验控制功能,构建了基础液压控制库,设计了控制系统及基础液压控制库的各项仿真测试。针对液压系统加载环路响应速度慢、跟踪误差大等特性,提出了两级校正控制策略:第一级为加载环路的PID校正;第二级为协调补偿控制校正(静力试验采用踏步控制,周期试验采用峰谷相位补偿控制)。仿真测试验证了作动器间的协调性能。研究了TC3与HPAC编程平台的兼容性,实现了两平台控制系统程序的等效运行,一方面验证了控制系统的平台通用性和开放性,另一方面也验证了利用TC3等软件开发HPAC控制库的技术路线可行性。