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工作温度对PEMFC水分布、质子传输及性能影响分析

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化工学报 2024年

作者：韩启沃刘永峰裴普成张璐姚圣卓北京建筑大学机电与车辆工程学院北京市建筑安全监测工程技术研究中心清华大学智能绿色车辆与交通全国重点实验室

工作温度直接影响质子交换膜燃料电池的膜态水含量和功率密度，决定了膜的质子传输效率。为研究工作温度对PEMFC质子传输效率及性能的影响，提出了膜质子传输（membrane proton transport，MPT）模型。该模型考虑了工作温度变化对膜态... 详细信息

工作温度直接影响质子交换膜燃料电池的膜态水含量和功率密度，决定了膜的质子传输效率。为研究工作温度对PEMFC质子传输效率及性能的影响，提出了膜质子传输（membrane proton transport，MPT）模型。该模型考虑了工作温度变化对膜态水含量的影响，推导了输出电压计算公式，并将MPT模型耦合进COMSOL进行了多物理场计算。搭建了燃料电池测试系统，在进气相对湿度100%，工作温度为50℃、60℃和70℃下进行了实验和数值仿真，基于MPT模型计算了输出电压，分析了工作温度变化对跨膜水通量、膜态水含量和质子电导率的影响。结果表明：工作温度为70℃时，MPT模型与实验值的最大相对误差为8.41%；在电流密度0～800mA/cm2范围内，相对误差为0.12%～2.52%。相同进气口压力、进气相对湿度和进气流量下，随着工作温度升高，跨膜水通量增加，膜态水含量降低且分布更均匀，PEM的湿润程度更高，质子电导率升高。在电流密度0～650mA/cm2范围内70℃的输出电压低于50℃，相反，在电流密度650～1300mA/cm2范围内高于50℃和60℃。随着电流密度升高，跨膜水通量增加，膜态水含量分布更均匀，部分工况下质子电导率升高。当工作温度为70℃时，PEMFC的功率密度最大，为399.73mW/cm2。

关键词：燃料电池质子交换膜工作温度电池性能数值模拟再生能源

面向低碳理念的桥梁群多目标维护决策优化研究

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中国公路学报 2024年第4期37卷 188-200页

作者：王磊陈瑞戴理朝涂荣辉长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 浙江省交通工程管理中心浙江杭州311215

为解决低碳理念下路网桥梁群维护策略制定难题,提出了基于改进第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ算法)的桥梁群多目标维护决策计算框架。首先,基于碳排放因子理论提出了路网桥梁群维护阶段碳排放计算方法,该方法涵盖了加固原材料生产、... 详细信息

为解决低碳理念下路网桥梁群维护策略制定难题,提出了基于改进第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ算法)的桥梁群多目标维护决策计算框架。首先,基于碳排放因子理论提出了路网桥梁群维护阶段碳排放计算方法,该方法涵盖了加固原材料生产、车辆通行以及辅助设施三级碳排放来源。以单个桥梁和节点连通可靠度为基准,建立了融合碳排放量、综合维护费用等指标的桥梁群多目标维护优化模型。其次,通过遗传K均值聚类法产生最佳聚类中心替代原NSGA-Ⅲ的参考点,利用基于遗传参数的动态交叉变异机制增强种群的多样性,提出了改进NSGA-Ⅲ算法;同时,结合组合权重逼近理想解排序法实现考虑决策者偏好的桥梁网络多目标维护优化模型的快速、精准求解。最后,以某地区桥梁网络为背景,分析了考虑决策者偏好的维护策略,并对比了不同目标组合对维护策略的影响。研究结果表明:不同的权重分配和不同的目标组合均会导致桥梁网络维护策略产生差异;相比于侧重经济效益的策略,侧重环境影响的策略费用增加了23.93%,但碳排放量减少了28.74%;在桥梁网络维修决策中,细化决策目标有助于获得更均衡的维护策略。

关键词：桥梁工程桥梁网络改进NSGA-Ⅲ算法碳排放维护决策

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基于安全攸关控制的车辆协同换道控制研究

自动化与仪器仪表 2024年第3期 163-166,170页

作者：杜思雨赵清海何田青岛大学自动化学院山东青岛266071 青岛大学机电工程学院山东青岛266071 青岛大学电动汽车智能化动力集成技术国家地方联合工程研究中心山东青岛266071

针对智能交通中车辆换道的安全性与通行效率问题,以网联自动驾驶车辆(Connected and Automated Vehicle,CAV)协同换道控制为研究对象,提出了一种安全攸关型车道自动变换控制策略。首先,基于安全攸关控制原理,提出一种改进的车辆协同变... 详细信息

针对智能交通中车辆换道的安全性与通行效率问题,以网联自动驾驶车辆(Connected and Automated Vehicle,CAV)协同换道控制为研究对象,提出了一种安全攸关型车道自动变换控制策略。首先,基于安全攸关控制原理,提出一种改进的车辆协同变道控制器,提高车辆换道效率,称为新形式CLF-CBF-QP(Control Lyapunov Function-Control Barrier Function-Quadratic Programming)控制器;其次,搭建车辆协同换道控制系统,保障车辆换道的安全性。通过MATLAB仿真平台在高速公路场景下验证所提出的控制策略的安全性和可行性,仿真对比控制器优化前后的性能。仿真结果表明:所提出的控制策略能够保障车辆换道的安全性,改进后的控制器提高了车辆换道成功率。

关键词：智能交通协同换道控制安全攸关控制控制屏障函数控制李雅普诺夫函数二次规划

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采用PD控制的变质量座椅悬架主动控制研究

机械强度 2024年第2期46卷 320-327页

作者：安存胜陈小亮魏伟振刘奎河南省果园管理特种机器人工程技术研究中心洛阳471002 河南林业职业学院汽车与机电工程系洛阳471002 河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003

针对座椅悬架负载质量的变化而产生的系统非线性,以及对座椅振动的有效控制等问题,提出了一种基于比例-微分(Proportional-Derivative,PD)控制的变质量座椅悬架主动控制系统。该控制系统建立在几个不同的控制器基础上,主控制器用于评估... 详细信息

针对座椅悬架负载质量的变化而产生的系统非线性,以及对座椅振动的有效控制等问题,提出了一种基于比例-微分(Proportional-Derivative,PD)控制的变质量座椅悬架主动控制系统。该控制系统建立在几个不同的控制器基础上,主控制器用于评估应在悬架系统中产生所需主动力的实际值,次级控制器用于计算信号的瞬时值,该信号通过其反向模型控制有源元件。建立主动座椅悬架系统模型,对主动座椅悬架控制系统进行设计。对不同负载质量的座椅悬架系统的鲁棒性进行仿真验证,对控制器参数进行优化设计,实现了主动座椅悬架自适应质量识别的精细控制。对优化设计结果进行对比验证,结果表明,质量变化对主动座椅悬架系统的动态性能影响显著降低。在100 kg质量负载时,EM3、EM5和EM6激励信号下,主动系统的座椅有效幅值传递率(Seat Effective Amplitude Transmissibility,SEAT)因子分别降低了49.81%、20.96%和29.85%,同时悬架行程分别降低了4.76%、33.87%和18.18%。所建立的主动控制系统显著提高了座椅悬架的性能,对变化负载质量具有更好的鲁棒性,为主动座椅悬架隔振性能研究提供了参考。

关键词：主动座椅悬架负载激励自适应控制减振性能优化设计

轴箱内置地铁车辆在小半径曲线上的运行稳定性研究

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振动与冲击 2024年第18期43卷 121-130,144页

作者：霍子伟文永蓬钟硕乔涂春云楼博臻上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 上海市轨道交通振动与噪声控制技术工程研究中心上海201620 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

轨道车辆技术的发展对转向架轻量化提出了更高的要求,采用轴箱内置转向架技术实现轻量化将是我国未来轨道车辆发展的重要手段之一。为了提升轴箱内置地铁车辆在曲线轨道上的运行稳定性,针对地铁小半径曲线多、曲线过渡段短的特点,建立... 详细信息

轨道车辆技术的发展对转向架轻量化提出了更高的要求,采用轴箱内置转向架技术实现轻量化将是我国未来轨道车辆发展的重要手段之一。为了提升轴箱内置地铁车辆在曲线轨道上的运行稳定性,针对地铁小半径曲线多、曲线过渡段短的特点,建立了采用内置轴箱的地铁车辆曲线轨道通过动力学模型;针对不同轴箱布置方式,对比分析了地铁车辆在曲线运行时的特性,并探讨了一系纵向刚度对轴箱内置地铁车辆运行稳定性的影响;进一步解决轴箱内置地铁车辆的曲线通过性和运行稳定性的矛盾,指出了安装抗蛇行减振器的必要性。研究结果表明:与轴箱外置地铁车辆相比,轴箱内置地铁车辆在曲线轨道上具有较好的曲线通过能力,但运行稳定性较差;安装抗蛇行减振器并选取适当的一系纵向刚度,能够解决轴箱内置地铁车辆在曲线通过时容易失稳的问题。论文工作对于发展轴箱内置转向架技术、实现转向架轻量化具有重要的参考价值。

关键词：地铁车辆轴箱内置转向架小半径曲线运行稳定性一系纵向刚度抗蛇行减振器

高速公路隧道入口弹性交通柱对交通安全影响试验研究

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现代隧道技术 2024年第4期61卷 86-94页

作者：余亮邓温悌杜志刚杨永正广东省公路建设有限公司江罗分公司广州510000 武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430061 交通信息与安全教育部工程研究中心武汉430061

为了探究弹性交通柱对高速公路隧道入口区域交通安全改善效果,分别搭建高度为100 cm、90 cm、75 cm的荧光膜弹性交通柱与无弹性交通柱4种场景,通过驾驶模拟平台开展试验并获取驾驶数据。基于高速公路隧道入口处的驾驶员人因特征,分析有... 详细信息

为了探究弹性交通柱对高速公路隧道入口区域交通安全改善效果,分别搭建高度为100 cm、90 cm、75 cm的荧光膜弹性交通柱与无弹性交通柱4种场景,通过驾驶模拟平台开展试验并获取驾驶数据。基于高速公路隧道入口处的驾驶员人因特征,分析有无弹性交通柱以及不同弹性交通柱方案对驾驶人车道保持、车速控制的影响。研究表明:荧光膜弹性交通柱使车辆轨迹横向偏移较小且稳定,相较于无弹性交通柱场景,100 cm、90 cm、75 cm高的弹性交通柱方案下驾驶人车道保持能力分别提升44.93%、36.38%、14.62%;设置弹性交通柱能够有效提高驾驶人对车速的控制能力,在接近段警示驾驶人提前减速,车速接近85%最高限速且平稳,相较于无弹性交通柱场景,100 cm、90 cm、75 cm高的弹性交通柱方案下驾驶人对车速的控制能力分别提升38.38%、30.40%、13.36%;弹性交通柱能提升隧道入口区域视线诱导的连续性、一致性、对称性,弹性交通柱高度与改善效果呈正相关,90 cm、100 cm高的弹性交通柱对于交通安全提升有着良好效果。

关键词：隧道入口驾驶模拟荧光膜弹性交通柱人因特征交通安全

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高速动车组转向架构架动应力特征研究

机械工程学报 2024年第8期60卷 212-223页

作者：邹晓龙杨广雪张波李国顺张义超陈璨张书郡中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

针对动车组转向架构架在不同服役条件下的结构可靠性问题,开展基于线路跟踪实测数据的转向架构架动应力特征研究。首先基于构架实际线路跟踪测试数据对构架进行疲劳强度评估;在此基础上,分析不同工况下构架的动应力特征,进而研究构架动... 详细信息

针对动车组转向架构架在不同服役条件下的结构可靠性问题,开展基于线路跟踪实测数据的转向架构架动应力特征研究。首先基于构架实际线路跟踪测试数据对构架进行疲劳强度评估;在此基础上,分析不同工况下构架的动应力特征,进而研究构架动应力主频来源以及不同速度级和线路条件等因素对构架动应力的影响。结果表明:进出站工况下,构架在道岔区段产生较大的应力,且存在频率范围较宽的高能量振动,匀速工况下构架应力主频分别对应周期性激扰频率;构架各测点等效应力幅值随速度等级提高而增大,其中横侧梁连接区域测点增大程度在37%以上;构架在京广线上的动应力水平高于京沪线,且部分路段损伤值存在明显较大的现象;随着曲线半径增大,各测点等效应力整体呈减小趋势。研究结果可为构架的优化设计及疲劳强度分析提供一定理论参考。

关键词：转向架构架线路测试动应力疲劳强度时频分析

基于MobileViT-CA模型的营运车辆驾驶人分心行为检测

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中国公路学报 2024年第1期37卷 194-204页

作者：贺宜鲁曼可高嵩曹博李继朴武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063

营运车辆驾驶人因其职业特殊性,驾驶过程中易产生分心驾驶行为从而引发重大交通事故。为提高营运车辆驾驶人分心驾驶行为的检测准确性和泛化性,提出一种基于改进MobileViT网络的驾驶人分心行为检测方法。首先,基于自然驾驶实车试验,构... 详细信息

营运车辆驾驶人因其职业特殊性,驾驶过程中易产生分心驾驶行为从而引发重大交通事故。为提高营运车辆驾驶人分心驾驶行为的检测准确性和泛化性,提出一种基于改进MobileViT网络的驾驶人分心行为检测方法。首先,基于自然驾驶实车试验,构建包含安全驾驶、使用手机、喝水、整理仪容和与副驾驶交谈5类行为的营运车辆驾驶人分心行为数据集。其次,将注意力机制引入轻量型MobileViT网络,通过选择有效的网络主干MobileViT、注意力模块CA、网络嵌入位置从而设计出最优分类模型MobileViT-CA。研究结果表明:所提出的MobileViT-CA分类模型可以有效提升分类网络的性能,在正常光照条件下的营运车辆驾驶人分心行为数据集和State Farm数据集上分别达到了96.57%和99.89%的准确率,且模型具有体积小、检测精度高的优势,有较高的可靠性和泛化能力。

关键词：交通工程营运车辆分心驾驶行为检测 MobileViT网络注意力机制

基于KL散度工况识别的混合动力汽车队列的分层控制

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汽车安全与节能学报 2024年第2期15卷 242-252页

作者：尹燕莉王福振詹森黄学江张鑫新张富椿重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

针对混合动力汽车队列行驶过程中工况的适应性问题,提出了一种基于KL(Kullback-Leibler)散度工况识别的分层控制方法。上层控制器利用车—车通信技术,获取队列中前车状态信息,采用模型预测控制(MPC)算法,实现队列纵向控制,并计算出最优... 详细信息

针对混合动力汽车队列行驶过程中工况的适应性问题,提出了一种基于KL(Kullback-Leibler)散度工况识别的分层控制方法。上层控制器利用车—车通信技术,获取队列中前车状态信息,采用模型预测控制(MPC)算法,实现队列纵向控制,并计算出最优跟车车速;下层控制器基于典型工况,离线求解需求功率的转移概率矩阵,并通过Q-Learning算法训练最优Q表嵌入整车模型中;在行驶中以固定时间长度在线更新转移概率矩阵,采用KL散度进行工况识别,根据识别的工况类型,结合当前时刻车速、需求功率和电池荷电状态(SOC),通过在线查表实现转矩分配。结果表明:与未考虑工况识别策略相比,本策略的油耗降低了8.6%;与作为基准的动态规划(DP)相比,增加了4.8%;在与DP油耗基本保持相同的前提下,该策略离线仿真时间缩短21%,不仅能够在线应用,还能实时适应工况变化。

关键词：混合动力汽车汽车队列工况识别模型预测控制(MPC)算法 Q-Learning算法 KL(Kullback-Leibler)散度