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燃料电池氢气流量控制系统变负载匹配设计与仿真

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 1297-1304页

作者：李晶张力邹姜昆明平文同济大学机械与能源工程学院上海201804 同济大学汽车学院上海201804 同济大学新能源汽车工程中心上海201804

针对车载质子交换膜燃料电池供氢系统负载工况多变时的氢气流量控制问题,提出一种基于比例减压阀与流量控制阀的氢气流量负载匹配控制系统架构与方法。建立了从高压储氢瓶至燃料电池堆的供氢系统整体模型,基于该模型设计了比例减压阀、... 详细信息

针对车载质子交换膜燃料电池供氢系统负载工况多变时的氢气流量控制问题,提出一种基于比例减压阀与流量控制阀的氢气流量负载匹配控制系统架构与方法。建立了从高压储氢瓶至燃料电池堆的供氢系统整体模型,基于该模型设计了比例减压阀、流量控制阀与氢气循环泵的控制策略,并就某一型号电堆的变负载工况对系统模型与控制策略进行仿真验证。结果表明:电堆阳极压力可快速跟踪给定压力,响应时间约2~3s;氢气流量可适应负载变化需求,其瞬时超调量与压力响应速度成正相关;稳态时氢气利用率维持在95%以上,供氢过量比维持在1.27以上,供气氮含量维持在5%以下,满足电堆性能需求。

关键词：质子交换膜燃料电池供氢系统变负载工况负载匹配控制策略

重型集装箱卡车轮胎磨损颗粒物散射分布特性研究

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中国机械工程 2024年

作者：蒋维琦施恒黄海波彭为任睿杜龙飞许一伟宁波大学机械工程与力学学院同济大学汽车工程学院

随着新能源汽车产业迅猛发展，汽车“非尾气排放”、特别是轮胎磨损颗粒物排放对环境污染的负面影响日益凸显。本文建立了流—固—颗粒相单向耦合的重型集装箱卡车空气动力学模型，研究了不同车速下轮胎磨损颗粒物的空间和浓度分布。结... 详细信息

随着新能源汽车产业迅猛发展，汽车“非尾气排放”、特别是轮胎磨损颗粒物排放对环境污染的负面影响日益凸显。本文建立了流—固—颗粒相单向耦合的重型集装箱卡车空气动力学模型，研究了不同车速下轮胎磨损颗粒物的空间和浓度分布。结果表明：重型卡车轮胎磨损颗粒物扩散受车尾涡流影响较大。在横向上，扩散宽度在车后呈现先增大后稳定的趋势，最宽可以达到3.0 m，颗粒物浓度呈现先升高后降低的趋势，在横向1.0 m位置达到最大值0.34 mg/m3。在纵向上，磨损颗粒物扩散高度呈现升高后保持高度，在车后方4.0 m位置最高可以达到4.8 m左右；浓度呈现先增高后降低的趋势，浓度最高可达到0.33 mg/m3，出现在车后方1.0 m截面0.5 m高度位置。本文获得了轮胎磨损颗粒物的空间扩散分布特性和浓度分布规律，为重型集装箱卡车颗粒物造成的环境问题研究及其捕集策略的制定提供科学参考。

关键词：重型卡车轮胎轮胎磨损颗粒物分布特性空气动力学

基于深度强化学习的网联混合动力汽车队列控制

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机械工程学报 2024年第2期60卷 262-271页

作者：郭景华李文昌王班王靖瑶厦门大学机电工程系厦门361102 同济大学汽车学院上海201804 厦门大学自动化系厦门361102

针对网联混合动力汽车队列具有混杂非线性、多动力源混合驱动等特点,提出基于深度强化学习的队列分层控制策略。首先,设计了队列模型预测控制器,基于车车通信获取的车辆状态求解约束条件下满足多性能目标的队列车辆最优期望加速度。其次... 详细信息

针对网联混合动力汽车队列具有混杂非线性、多动力源混合驱动等特点,提出基于深度强化学习的队列分层控制策略。首先,设计了队列模型预测控制器,基于车车通信获取的车辆状态求解约束条件下满足多性能目标的队列车辆最优期望加速度。其次,为提高车辆的燃油经济性,将发动机最优工作曲线和电池特性曲线作为专家知识嵌入深度强化学习算法中。然后,通过分析电池荷电状态、车辆车速以及车辆加速度对智能体动作值的影响来阐明基于深度强化学习(Deep Q network,DQN)的队列能量管理策略是如何根据动作值实现对队列中车辆多系统动力输出之间的协调控制。最后,设计了以电池荷电状态、瞬时燃油消耗率为自变量的奖励值函数,利用最小化损失函数,采用梯度下降法对DQN网络参数进行更新,通过深度强化学习算法实现网联混合动力汽车队列的能量管理控制。试验结果表明,所提出的队列控制策略可以动态规划出队列中车辆期望加速度,实时合理的分配发动机功率与电机功率,最终实现队列中车辆的节能行驶。

关键词：网联混合动力汽车队列深度强化学习模型预测控制节能行驶

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稀燃条件下甲烷-空气预混射流的着火特性

同济大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 815-821页

作者：于洋瞿宗举谢巍邓俊吴志军同济大学汽车学院上海201804

基于可控热氛围燃烧试验系统,探究射流当量比、射流速率和协流速率对甲烷-空气预混射流着火特性的影响。根据试验规律对天然气发动机稀薄燃烧的控制策略提出优化建议,以减少失火现象的发生。结果表明:随着协流温度的升高,甲烷-空气预混... 详细信息

基于可控热氛围燃烧试验系统,探究射流当量比、射流速率和协流速率对甲烷-空气预混射流着火特性的影响。根据试验规律对天然气发动机稀薄燃烧的控制策略提出优化建议,以减少失火现象的发生。结果表明:随着协流温度的升高,甲烷-空气预混射流的稀燃极限降低而富燃极限升高,符合大多数碳氢燃料预混合气的着火界限分布规律。不同的射流速率和协流速率下均存在临界当量比,当低于临界当量比时,着火温度随射流当量比的升高而显著降低,当高于临界当量比时,着火温度趋于稳定。在较低的射流当量比工况(0.20~0.62)下,提高射流速率可以降低着火温度从而优化着火性能。

关键词：动力机械工程天然气发动机稀薄燃烧着火温度失火

基于动态运动基元的车辆高速公路换道轨迹规划

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机械工程学报 2024年第10期60卷 192-206页

作者：梁凯冲赵治国颜丹姝赵坤同济大学汽车学院上海201804

为提高驾乘人员对自动驾驶车辆换道轨迹的接受度,解决轨迹规划中路径与速度解耦的问题,以高速公路自然驾驶数据集为依托,提出一种基于动态运动基元(Dynamic movement primitives,DMPs)的车辆高速公路换道轨迹规划方法。首先,利用极大似... 详细信息

为提高驾乘人员对自动驾驶车辆换道轨迹的接受度,解决轨迹规划中路径与速度解耦的问题,以高速公路自然驾驶数据集为依托,提出一种基于动态运动基元(Dynamic movement primitives,DMPs)的车辆高速公路换道轨迹规划方法。首先,利用极大似然估计对车辆高速公路历史换道轨迹信息进行分析与处理,得到能够表征自然驾驶员换道特性的换道示教轨迹;其次,采用DMPs算法对换道示教轨迹进行学习,完成对示教轨迹的复现并构建运动基元库;之后,基于运动基元库及换道需求,可泛化出多条适应高速公路驾驶场景的换道轨迹;最后,基于Prescan/Matlab/Carsim联合仿真和实车试验对规划轨迹的实时性和可跟踪性进行验证。结果表明,所提出的换道轨迹规划算法具有计算效率高、泛化能力强、驾乘人员接受度好的优点,并实现了换道路径与速度的协同规划。

关键词：自动驾驶车辆轨迹规划动态运动基元示教轨迹

碳纤维层合板胶接接头在湿热环境下的性能演变

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中国机械工程 2024年第5期35卷 895-903页

作者：余海燕章代昕楚遵康同济大学汽车学院上海201804

为了研究碳纤维复合材料(CFRP)胶接接头对汽车涂装过程中的高温高湿环境的适应性,对单搭接CFRP胶接接头进行了烘烤和加速吸湿实验,对经历不同湿热环境的胶接接头进行了剪切拉伸和正向拉伸试验,对连接强度改变及接头的失效模式演变进行... 详细信息

为了研究碳纤维复合材料(CFRP)胶接接头对汽车涂装过程中的高温高湿环境的适应性,对单搭接CFRP胶接接头进行了烘烤和加速吸湿实验,对经历不同湿热环境的胶接接头进行了剪切拉伸和正向拉伸试验,对连接强度改变及接头的失效模式演变进行了讨论,对环氧树脂与聚氨酯两种胶粘剂连接的接头对烘烤的适应性进行了比较,并研究了在搭接区域边缘增加胶瘤对提高连接强度的效果。研究结果表明:单搭接CFRP胶接接头的剪切拉伸强度远高于正向拉伸强度。烘烤处理后CFRP层合板及CFRP胶接接头的强度不但没有下降,反而有所提高。DP420环氧树脂胶比DP6330聚氨酯胶具有更好的耐烘烤性。吸湿后,CFRP胶接接头的强度、刚度以及最大断裂位移出现了减小。接头的失效模式从胶层内聚失效逐渐演变为与CFRP层合板的层间失效。在搭接区域边缘增加胶瘤能有效提高CFRP胶接接头的剪切拉伸强度。

关键词：碳纤维复合材料胶接接头烘烤湿热连接强度

考虑不同刚度退化模式的碳纤维增强复合材料失效模型开发

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机械工程学报 2024年第2期60卷 197-208页

作者：余海燕贺宏伟邢萍同济大学汽车学院上海201804

对二维和三维Hashin失效判据以及Tan、Zinoviev和Tserpes刚度退化准则的特点进行比较分析,将二维Hashin失效判据与Tan刚度退化准则、三维Hashin失效判据分别与Tserpes刚度退化准则、Zinoviev刚度退化准则进行组合,提出三个失效模型CFRP-... 详细信息

对二维和三维Hashin失效判据以及Tan、Zinoviev和Tserpes刚度退化准则的特点进行比较分析,将二维Hashin失效判据与Tan刚度退化准则、三维Hashin失效判据分别与Tserpes刚度退化准则、Zinoviev刚度退化准则进行组合,提出三个失效模型CFRP-2HT、CFRP-3HT和CFRP-3HZ,并基于Abaqus软件进行子程序开发,用于提高碳纤维增强复合材料(Carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)的数值仿真精度。通过带孔平板的单向拉伸和三点弯曲试验,对子程序的功能和精度进行了验证。结果表明:CFRP-2HT、CFRP-3HT与CFRP-3HZ三个失效模型预测的带孔CFRP层合板单向拉伸强度的精度分别为80%、89%、93%,预测的失效形式与试验结果一致。三个失效模型在刚度退化模式、是否具备分层失效的预测能力、计算精度与计算效率方面各有优势,其中CFRP-3HT模型计算精度最高,而CFRP-2HT计算效率最高。

关键词：碳纤维复合材料失效模型刚度退化数值仿真

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面向周期性工业时序数据的流式清洗系统

同济大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 462-471页

作者：王耀赵炯周奇才熊肖磊陈传林张恒同济大学机械与能源工程学院上海201804 同济大学浙江学院浙江嘉兴314051 上海地铁盾构设备工程有限公司上海200233

为了高效清洗具有时序性、周期性等特点的工业数据,首先利用分布式组件设计了一套流式清洗系统,系统以Mosquitto作为采集数据的汇集中心,以Flume为连接组件,以Kafka为缓冲组件,对接数据清洗组件,使系统具有高吞吐、大缓冲等优势。然后... 详细信息

为了高效清洗具有时序性、周期性等特点的工业数据,首先利用分布式组件设计了一套流式清洗系统,系统以Mosquitto作为采集数据的汇集中心,以Flume为连接组件,以Kafka为缓冲组件,对接数据清洗组件,使系统具有高吞吐、大缓冲等优势。然后基于速度约束模型,设计了一种周期性数据清洗算法,综合工业数据的时序性、周期性、物理意义等特性,在原有速度约束算法基础上增加周期性检测和数据切片机制,以解决速度约束算法处理周期性数据的失真问题,提高可用度。最后文中以盾构掘进数据集为样本,验证了系统和算法的有效性,以及改进算法的适用性。

关键词：数据清洗工业大数据时序数据速度约束周期性

质子交换膜燃料电池服役环境对TA1腐蚀行为的影响

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高等学校化学学报 2024年第2期45卷 88-96页

作者：贾林瀚杨代军明平文闵峻英冷宇同济大学汽车学院上海201804 同济大学机械与能源工程学院上海201804 常州大学联合化学反应工程研究所常州大学分所常州213164

选用纯钛(钛金属牌号TA1)为实验基材,通过动电位、恒电位、电化学阻抗谱(EIS)和模拟工况测试等方法研究了运行环境(温度、pH值、气体氛围)和运行工况(电位和模拟工况时长)对其腐蚀行为的影响,并利用光学显微镜(OM)、能量色散X射线能谱(E... 详细信息

选用纯钛(钛金属牌号TA1)为实验基材,通过动电位、恒电位、电化学阻抗谱(EIS)和模拟工况测试等方法研究了运行环境(温度、pH值、气体氛围)和运行工况(电位和模拟工况时长)对其腐蚀行为的影响,并利用光学显微镜(OM)、能量色散X射线能谱(EDX)、X射线光电子能谱(XPS)、界面接触电阻(ICR)、接触角和表面粗糙度等测试方法,对不同时长模拟工况测试后TA1基材的表面形貌和性能进行了分析.结果表明,运行环境和运行工况对TA1耐蚀性均有影响,在10 h模拟工况测试后,TA1基材表面氧化层的堆积提高了其耐蚀性,腐蚀电流密度从2.62μA/cm^(2)降至0.94μA/cm^(2);其导电性和疏水性显著降低,与商用碳纸之间的ICR值从31.75 mΩ·cm^(2)增加至333.17 mΩ·cm^(2),接触角从86.28°减小至68.04°.

关键词：质子交换膜燃料电池钛金属金属双极板腐蚀