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氢燃料电池客车车身骨架轻量化设计与研究

氢燃料电池客车车身骨架轻量化设计与研究

作者：胡涛重庆交通大学

学位级别：硕士

当前全球科学技术飞速发展,人们的生活日新月异,由此产生的石油资源枯竭、环境保护、工业可持续发展之间的矛盾愈演愈烈,新能源的使用逐渐开始成为人们关注的焦点。大力发展以新能源为动力的交通工具,能够在很大程度上解决资源、环境以... 详细信息

当前全球科学技术飞速发展,人们的生活日新月异,由此产生的石油资源枯竭、环境保护、工业可持续发展之间的矛盾愈演愈烈,新能源的使用逐渐开始成为人们关注的焦点。大力发展以新能源为动力的交通工具,能够在很大程度上解决资源、环境以及可持续发展的问题。氢燃料电池客车以氢气作为行车动力源,通过电解水的逆反应产生驱动力,产物为水,从而实现“零排放”。与传统客车相比较,氢燃料电池客车具有能量利用率高,对环境的无污染,噪音小的特点。经过现代设计技术的不断研究改进,已经成为城市交通工具的研究重点。然而,根据目前企业生产中存在的问题,发现氢燃料电池客车与传统的燃料电池客车相比还存在很多不足之处,其中,电池堆,氢气瓶等质量较大,会很大程度上增加客车整体质量,为了使氢燃料电池客车满足行驶要求,需要对整车的配置进行布置、结构进行改进。为此优化车身骨架结构是一种有效的手段,利用现代的优化设计方法,使氢燃料电池客车车身在满足整体刚度、强度的情况下,对车身骨架进行轻量化设计分析和疲劳分析,很大程度上改善氢燃料电池客车车身的整体性能。本文以氢燃料电池客车为研究对象,首先,利用CATIA软件对氢燃料电池客车车身进行三维建模,并利用Hyper Works软件构建氢燃料电池客车车身骨架的有限元模型。其次,对氢燃料电池客车车身骨架有限元模型进行了四种典型工况下的静力学分析,获得了客车整车骨架的应力、应变所在的最大部位和参数值,依据强度和刚度的评判标准,对应力以及应变大小进行探讨,并指出造成应力集中的原因。根据模态分析理论,对客车整车骨架进行自由模态分析,并重点分析了影响氢燃料电池客车车身骨架特性的低阶频率,为后续氢燃料电池客车车身骨架的改进设计提供指导。根据模态分析得到的客车车身骨架,将车身骨架进行分组处理,然后根据相对灵敏度分析的结果,筛选出对车身质量敏感,对骨架性能不敏感的部件。在骨架质量、刚度混合模态频率的基础之上构建径向基神经网络模型,以整个客车车身骨架扭转刚度最大、整车骨架质量最小为设计目标,选取一阶扭转频率和一阶弯曲频率作为约束条件,进行氢燃料电池客车车身多目标遗传算法优化设计,完成了车身减轻113Kg的轻量化效果,同时车身的各项性能满足设计要求。在人工智能和无人驾驶技术取得突破性发展的今天,由于技术不当导致的碰撞和侧翻已经不再是客车安全隐患的主要形式,而由疲劳破坏造成车身损伤成为客车安全隐患的主流,特别是氢燃料电池客车结构不同于燃油客车和电动客车,客车的耐久性分析也逐渐受到重视。本文采用有限元仿真的方法,对氢燃料电池客车车身骨架进行疲劳损伤分析和耐久性分析:首先ADAMS/CAR中建立整车动力学模型,并建立B级路面密度谱,接着将得到的满载工况载荷谱,以及惯性释放法静力学分析结果,导入到Ncode中完成疲劳寿命预测分析,从而验证多目标优化之后客车骨架满足疲劳设计要求。

关键词：氢燃料电池客车遗传算法多目标优化轻量化疲劳设计

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氢燃料电池客车乘员舱热舒适性研究综述

智能城市应用 2022年第2期5卷 90-92页

作者：蔡思远刘丛浩井绪宝辽宁工业大学辽宁锦州121012

为了了解目前新能源客车乘员舱热舒适性的研究动态,反映新能源客车乘员舱热舒适性的发展趋势并为相关研究提供依据与新思路,文中对相关专题研究论文的主要观点、数据等资料进行了归纳整理、分析与提炼。文中主要从三个部分展开阐述,一... 详细信息

为了了解目前新能源客车乘员舱热舒适性的研究动态,反映新能源客车乘员舱热舒适性的发展趋势并为相关研究提供依据与新思路,文中对相关专题研究论文的主要观点、数据等资料进行了归纳整理、分析与提炼。文中主要从三个部分展开阐述,一是前言部分,二是国内外研究现状,三是总结部分。在前言部分主要介绍了关于乘员舱热舒适性研究的背景、目的与意义,以及氢燃料电池汽车乘员舱热舒适性研究的社会及经济价值。在国内外研究现状部分,主要介绍了在本课题的相关方向上,国内外的学者们都进行了哪些方面的研究,有哪些观点,并对各个研究进行了比较,找出问题的焦点。在总结部分,主要对前人的成果进行了总结,以及对相关研究的发展趋势做出了预测。

关键词：氢燃料电池客车热舒适性综述

基于行驶工况识别的氢燃料电池客车能量管理策略优化研究

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基于行驶工况识别的氢燃料电池客车能量管理策略优化研究

作者：王琳皓贵州大学

学位级别：硕士

随着能源消耗和环境污染的加剧,氢燃料电池客车凭借无污染、噪声小、加氢速度快以及氢能来源丰富等优点成为当前客车领域的研究热点。氢燃料电池客车广泛采用燃料电池+动力蓄电池的动力系统构型,元件之间耦合关系复杂,为了保证车辆正常... 详细信息

随着能源消耗和环境污染的加剧,氢燃料电池客车凭借无污染、噪声小、加氢速度快以及氢能来源丰富等优点成为当前客车领域的研究热点。氢燃料电池客车广泛采用燃料电池+动力蓄电池的动力系统构型,元件之间耦合关系复杂,为了保证车辆正常行驶,改善整车燃料经济性,制定合理有效的能量管理策略成为研究的重点。针对传统能量管理策略在复杂行驶工况下无法满足能量源之间合理高效的功率分配等问题,本文选取CHTC-C中的市区、城郊和高速三种行驶工况,分别采用BP神经网络、最小二乘支持向量机(LSSVM)和灰狼算法优化最小二乘支持向量机(GWO-LSSVM)构建了行驶工况识别模型,通过测试集验证,GWO-LSSVM识别模型的精度最高;根据某型氢燃料电池客车的关键部件参数在CRUISE软件中搭建了整车仿真模型,通过拟合燃料电池氢耗速率的实验数据建立了整车等效氢耗数学模型;在Simulink中分别建立了三种行驶工况下的模糊能量管理策略,利用GWO算法对隶属度函数进行了优化,仿真对比表明,优化后的模糊能量管理策略能够有效改善氢燃料电池客车的燃料经济性,提升燃料电池系统的工作效率;计算了不同识别周期和更新周期下GWO-LSSVM行驶工况在线识别的精度,选取其中精度最高的行驶工况在线识别参数,并将行驶工况识别与优化后的模糊能量管理策略结合,通过测试工况仿真分析,验证了基于GWO-LSSVM行驶工况识别的能量管理策略具有更优的控制效果。通过构建行驶工况识别模型,建立并优化不同行驶工况下的模糊能量管理策略,最后将两者结合搭建基于行驶工况识别的能量管理策略,使氢燃料电池客车获得了更高效的功率分配,提高了整车燃料经济性。

关键词：氢燃料电池客车行驶工况识别 GWO-LSSVM 模糊控制能量管理策略

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氢燃料电池客车样车动力系统开发

机械设计与研究 2021年第4期37卷 182-187页

作者：于瑞常州工程职业技术学院江苏常州213164

氢燃料电池汽车作为新能源汽车的三大核心路线之一,受到国家部委和产业相关人员的重视;即将到来的2022年亚运会,昭示着市场需要一批氢氢燃料电池客车投入运营工作。以氢燃料电池客车样车动力系统为研究对象,通过对动力系统关键部件进行... 详细信息

氢燃料电池汽车作为新能源汽车的三大核心路线之一,受到国家部委和产业相关人员的重视;即将到来的2022年亚运会,昭示着市场需要一批氢氢燃料电池客车投入运营工作。以氢燃料电池客车样车动力系统为研究对象,通过对动力系统关键部件进行理论计算和使用性能调研分析,确定关键零部件的技术参数;基于选型部件,采用CRUISE车辆模型对样车动力系统的动力性经济性进行仿真,将选型部件搭载到样车车身,并在第三方检测机构进行型式试验测试,验证了该类型项目开发的必要性和有效性。

关键词：氢燃料电池客车样车开发动力系统试验测试

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氢燃料电池客车动力传动系统参数匹配研究

机械设计与研究 2020年第1期36卷 181-184,195页

作者：孙海波程传红常州工程职业技术学院江苏常州213164 襄阳汽车职业技术学院湖北襄阳441021

基于传动系部件参数直接影响车辆性能的事实,以车辆项目开发参数为目标,对某款氢燃料电池客车的动力传动系统进行了参数匹配研究;综合CRUISE与MATLAB软件的优点,通过软件交付的方法建立了该车型动力传动系统仿真模型,对整车进行在线仿... 详细信息

基于传动系部件参数直接影响车辆性能的事实,以车辆项目开发参数为目标,对某款氢燃料电池客车的动力传动系统进行了参数匹配研究;综合CRUISE与MATLAB软件的优点,通过软件交付的方法建立了该车型动力传动系统仿真模型,对整车进行在线仿真分析及试验验证。仿真结果表明:氢燃料电池客车最高车速、加速度、峰值扭矩等参数满足氢燃料电池客车所需的目标动力性能,客车动力传动系统的经济性能在满足要求的前提下并保留一定的裕量;氢燃料电池堆工作点发电策略有效,动力传动系统参数匹配合理,验证了氢燃料电池客车零部件参数选型的匹配策略。

关键词：氢燃料电池客车动力传动系统参数匹配动力性能经济性能

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氢燃料电池客车追尾碰撞分析与优化

氢燃料电池客车追尾碰撞分析与优化

作者：韩宁中北大学

学位级别：硕士

客车作为公路客运最主要的运输方式,正在向着节能与环保的方向发展。氢燃料电池客车是一种零污染的交通工具,它的推广使用能缓解当前能源枯竭危机和因尾气排放造成的环境污染等问题。在关注新能源客车节能环保优势的同时,不能忽视新能... 详细信息

客车作为公路客运最主要的运输方式,正在向着节能与环保的方向发展。氢燃料电池客车是一种零污染的交通工具,它的推广使用能缓解当前能源枯竭危机和因尾气排放造成的环境污染等问题。在关注新能源客车节能环保优势的同时,不能忽视新能源客车的安全性。一个良好的车身设计,可以提高车体的抗碰撞性能,减小对乘员的伤害。目前国内外各机构关于客车碰撞的研究,更多的是关注于正面、侧面以及偏置碰撞这三种形式,对客车追尾碰撞安全方面研究较少。氢燃料电池客车结构与传统客车有较大的区别,顶部安装有气瓶总成,后部布置有燃料电池系统,所以对氢燃料电池客车进行追尾碰撞分析,探讨提高客车追尾碰撞安全性的途径,对于新型能源客车的发展具有非常重要的现实意义和行业前瞻性,有利于提高我国客车产品的整体安全性能。本文以一款氢燃料电池客车为研究对象进行追尾碰撞研究。首先基于catia建立了客车的几何模型和车身总布置方案,并在hypermesh中建立客车有限元分析模型,其次在四种不同工况下对客车车身骨架结构进行了强度、刚度以及模态分析,分析结果满足客车设计要求。进一步考察客车后围在复杂条件下的碰撞安全性能,运用ls-dyna对该客车碰撞有限元模型进行追尾碰撞分析,结果显示客车后围骨架安全性不足。最后为了改善客车的追尾碰撞性能,提出增加后围吸能装置的优化方案,并对方案进行了仿真分析验证。结果表明改进后的车身骨架碰撞安全性得到大幅地改善,改进后的车身骨架结构为后续其他研究提供了重要的参考价值。

关键词：氢燃料电池客车静力学分析模态分析追尾碰撞优化设计

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氢燃料电池客车电电混合动力系统研究

氢燃料电池客车电电混合动力系统研究

作者：宗贺辉华北水利水电大学

学位级别：硕士

随着环境污染、温室效应与能源短缺的加剧,为汽车寻找新型能源已迫在眉睫。氢-氧质子交换膜燃料电池被认为是最理想的车用动力,但其存在动态响应慢,启动时间长,价格高昂等缺点,难以满足独立驱动汽车的需求。因此,研究燃料电池与动力电... 详细信息

随着环境污染、温室效应与能源短缺的加剧,为汽车寻找新型能源已迫在眉睫。氢-氧质子交换膜燃料电池被认为是最理想的车用动力,但其存在动态响应慢,启动时间长,价格高昂等缺点,难以满足独立驱动汽车的需求。因此,研究燃料电池与动力电池电电混合动力系统对燃料电池在汽车上的应用具有重要的意义。本文基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)电化学原理,建立了包含能斯特电动势、活化过电压、欧姆过电压、浓差过电压以及双电荷层效应的PEMFC电化学Simulink仿真模型,通过仿真,分析了影响PEMFC性能的因素。之后,建立了包含PEMFC电堆、阴/阳极气体供给系统、温度系统等的燃料电池系统仿真模型,通过对空压机、背压阀、减压阀、放气阀和冷却剂水泵的控制,使PEMFC系统工作参数维持在合理区间内。基于AVL-Cruise平台建立了客车整车模型,并耦合所建立的PEMFC系统Simulink模型,从而获得了FC+B客车电电混合动力系统;对所建客车电电混合动力系统能量分配进行分析,基于Simulink建立了模糊能量管理策略、燃料电池运行状态控制策略及整车行驶状态控制策略。基于DLL动态链接库对所建模型进行联合仿真,仿真结果表明:在CCBC循环工况区间中,PEMFC系统工作参数稳定在合理范围内,验证了PEMFC系统模型及其控制的有效性;建立的策略能够对PEMFC系统运行状态和输出功率进行控制,进而合理地分配了整车需求功率,使动力电池SOC值稳定在合理区间;当动力电池放电电流过大时,燃料电池能提供保护功率,达到保护动力电池的目的。

关键词：氢燃料电池客车质子交换膜燃料电池电电混合动力系统能量管理策略

基于OTPA方法的氢燃料电池客车转向系统噪声传递路径分析

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客车技术与研究 2022年第4期44卷 5-7页

作者：张福亮曹精明王晓菲王洪辉杜红潍柴动力股份有限公司山东潍坊261061 潍坊内燃机质量检验中心有限公司山东潍坊261061

针对某氢燃料电池客车转向系统噪声问题,以车内后排位置为目标点建立转向系统噪声OTPA模型,并进行仿真分析。结果表明,转向泵本体辐射的空气声是后排座椅噪声最主要的贡献源。

关键词：氢燃料电池客车 OTPA 转向系统噪声传递

基于多目标优化的氢燃料电池客车车身骨架轻量化设计

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内燃机与配件 2022年第5期 17-20页

作者：胡涛重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

以某公司生产的10m氢燃料电池客车为研究对象,建立氢燃料电池客车车身骨架的有限元模型,并完成了四种典型工况静力学分析和模态分析,得到了车身骨架的应力应变分布和模态频率。然后将全部骨架分组处理,以厚度为设计变量,进行了灵敏度分... 详细信息

以某公司生产的10m氢燃料电池客车为研究对象,建立氢燃料电池客车车身骨架的有限元模型,并完成了四种典型工况静力学分析和模态分析,得到了车身骨架的应力应变分布和模态频率。然后将全部骨架分组处理,以厚度为设计变量,进行了灵敏度分析,根据灵敏度分析的结果,筛选出对骨架性能响应不敏感,但是对质量响应比较敏感的部件,完成了以厚度为设计变量,以质量和扭转刚度为目标,一阶模态频率为约束条件的多目标优化设计。通过对比优化前后,得出了客车骨架质量有原来的1.936t减轻到1.823t,减轻了113kg.同时客车的各项特性也满足设计要求。

关键词：氢燃料电池客车灵敏度分析轻量化多目标