气动汽车发动机工作循环的理论分析

城市污染和石油资源的匮乏使得人们在不断地寻求不用直接燃油或燃气的新型动力机械。气动汽车发动机就是其中的一类,它是以压缩空气、液氮或液态空气作为工作介质,可以实现零排放,是真正意义的环保动力。从理论分析的角度,对压缩空气发动机和液氮发动机的工作循环进行了分析讨论,采用不同概念计算了两者的可用能,并着重分析了膨胀初始压力和温度对输出功的影响,还探讨了液氮发动机工作循环的优化途径。     

氧化铝纳米流体在车用热交换器中的试验研究

研究纳米流体在车用热交换器中的强化传热效果,测试不同纳米粒子体积分数的氧化铝纳米流体在板翅式机油冷却器中的传热和流动特性,并与水、防冻液（乙二醇）及纳米流体基础液体进行对比.试验结果表明,在同一热交换器中,纳米流体的传热系数明显高于其他3种液体.当冷、热侧介质温度为90和120 ℃时,纳米粒子体积分数为5%的纳米流体的传热系数分别比水、乙二醇和基础液体提高6.52%、18.88%和24.62%;当冷、热侧介质温度为120和135 ℃时,体积分数为5%的纳米流体的传热系数比体积分数为1%的纳米流体提高104.72%.在试验条件下,热交换器的换热量随纳米粒子体积分数的增大而增大,但流动阻力并未明显增加,初步证明了纳米流体应用于车用热交换器的可行性.     

液氮发动机的热力循环设计

针对基于单级朗肯循环的液氮发动机效率低和主换热器外表面结霜的问题，设计了基于等熵膨胀的液氮-甲烷-乙烯-R134a四级朗肯循环液氮发动机动力系统新方案.计算结果表明，液氮在所设计的热力循环下的比输出功比采用单级朗肯循环提高了129%；即便充分考虑不可逆因素的影响，液氮的比输出功也远大于蓄电池的比输出功.由于新系统中最上一级热力循环的温度超过水的冰点，避免了主换热器的结霜问题，同时将太阳热能引入新系统，进一步提高了动力系统的效率.比较了基于新循环与基于二级布莱顿循环的液氮动力系统，指出在理想情况下两者的比输出功接近，但当考虑压降和温差等实际因素时，二级布莱顿循环的比输出功远小于所设计的多级多组分朗肯循环.     

低浓度纳米流体比热容试验研究

分别以纳米级的CuO、Cu、Al2O3和Al粒子为分散相,以蒸馏水(DW)和丙二醇(PG)为基础液体,制备了体积份额为1～4%的低浓度纳米流体.采用比较量热法测试了不同温度下的纳米流体比热容.结果显示,低浓度纳米流体比热容比基础液体小,并随着粒子体积份额和粒径的增加而减小,随着温度的升高而增加.加和原理计算值小于试验值,不适合预测纳米流体的比热容.     

活塞-缸套瞬态耦合传热的有限元仿

采用耦合传热方法解决在传热数值仿真中对单个零件单独确定边界条件的困难.基于耦合传热理论和有限元方法，将零件间的外边界条件转变为零件的内边界条件，直接对零件进行耦合仿真计算.传热初始条件和边界条件分别由工作过程模拟程序和经验公式计算得到.以柴油机活塞-缸套为对象，采用耦合传热方法对其整体温度分布以及温度随循环时间的变化规律进行了仿真计算，并与实测数据进行了比较.结果表明，采用耦合传热方法模拟活塞-缸套间的传热可以大大简化边界条件，同时使传热过程的模拟更加符合实际工作状态.     

液氮发动机试验及效率分析

为了解液氮储能气动发动机的工作特点，实现液氮可用能的高效利用，搭建了液氮动力系统试验台架，测试了发动机在进气压力为0.1～1 MPa和转速为300～1 500 r/min区间内的动力性能和经济性能.分析了试验结果所展现的液氮发动机的动力性能和经济性能随进气压力和转速的变化规律.试验发现,发动机的输出功率与进气压力成正比关系；气阻现象使得发动机效率不随系统压力的增加而增加.系统的不可逆损失归结为内部不可逆损失和外部不可逆损失两部分并建立了相应的数学模型，结合试验数据，计算了液氮的单位质量可用能在系统中的分配.结果说明漏气损失与系统输出具有相同的量级，应该杜绝系统的漏气；换热损失消耗了大部分的液氮可用能，构建高效的液氮动力系统，必须采用多级循环.     

基于混杂模型预测控制的混合动力车辆能量管理

以并联式混合动力车辆为研究对象,针对其具有连续变量和离散变量并存的特点,采用混杂模型预测控制算法对其进行优化求解。首先,对发动机和电机的外特性曲线、行驶阻力曲线、发动机油耗曲面、电池功率曲面等进行线性化处理,并采用分段仿射自回归外生模型来拟合电池荷电状态计算公式;其次,在混杂系统描述语言工具箱中对各个线性化部分进行描述,并自动生成混合逻辑动态系统;最后,采用混杂工具箱对生成的混合逻辑动态系统进行求解,并将结果与基于非线性模型预测控制算法的结果进行对比。对比结果表明:采用这两种算法对UDDS、NEDC和US06这3个标准工况进行仿真时,基于混杂模型预测控制算法相对于非线性模型预测控制算法,燃油经济性分别提高了20.0%、15.5%和10.6%,且当预测时域小于9时,混杂模型预测控制算法的计算速度更快。     

基于驾驶员需求转矩预测的模型预测控制能量管理

以并联式混合动力车辆为研究对象,基于驾驶员需求转矩预测,采用线性时变模型预测控制算法对对象车辆进行能量管理控制. 根据驾驶员前一段时间内的需求转矩,可以预测下一时段内驾驶员的需求转矩. 与指数函数预测方法相比,自回归模型在预测步长200步之内的预测准确度比指数函数高. 根据纵向动力学公式,可以由预测获得的需求转矩序列计算获得预测的车速序列;采用线性化处理的方法,将具有非线性特性的车辆模型转化成线性时变模型,采用线性时变模型预测控制算法进行求解;将基于驾驶员需求转矩预测的模型预测控制算法和基于规则的控制算法、工况已知的模型预测控制算法进行对比. 对比结果表明：基于驾驶员需求转矩预测的模型预测控制算法与基于规则的控制算法相比,在NEDC、UDDS和WLTC这3个标准工况下的燃油经济性均有所提高,但是与工况已知时的计算结果相比有提升的空间.     

车用扭振减振器性能检测试验台

为解决车用扭振减振器与发动机匹配实验危险系数较高的问题,基于虚拟仪器技术开发了一套车用扭振减振器性能检测试验台.试验台控制系统模拟车用发动机产生扭转振动,通过变频器及变频电机实现了扭振激励的转速、频率及振幅可调.信号采集系统由多路磁电传感器及NI-DAQ采集设备组成.试验台采用高频记数原理,记录测速齿盘旋转过程中每一齿...     

混合动力摩托车及其控制电路

阐述了混合动力摩托车动力系统的结构形式和匹配关系。摩托车行驶过程中，发动机始终工作在最优工况点附近，当道路阻力增大时，蓄电池驱动电机运转，以补充发动机动力的不足：电机也可作为发电机，以回收发动机过剩的功率：控制电路在蓄电池和电机之间进行直-直(DC—DC)电压转换。根据控制器的工作原理，提出了一种结构简单、转换效率高的变换器拓扑，并用软件做了仿真。