燃料电池汽车侧风稳定性预测
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燃料电池的稳定性及寿命评估研究随着能源危机的日益突出,燃料电池逐渐成为了人们关注的焦点。
与传统能源相比,燃料电池不仅能够减少能源消耗,还能减少二氧化碳等有害物质的排放,进而减缓环境污染。
然而,燃料电池的稳定性和寿命问题一直是人们关注的焦点,因为长时间运行过程中,燃料电池的电化学性能容易受到环境变化和其他因素的影响而出现衰减。
因此,燃料电池的稳定性及寿命评估研究是十分必要的。
1. 燃料电池的稳定性评估燃料电池作为一种新型能源技术,具有许多先天优势,如高效、环保等,但也存在着稳定性问题。
燃料电池的稳定性研究主要包括从材料、电堆、系统三个方面进行考虑。
1.1 材料方面材料是燃料电池的基础组成部分,其稳定性首先与其材料自身的稳定性有关。
材料的缺陷、粗糙度、存在杂质等因素都会影响到燃料电池的稳定性。
因此,在研究燃料电池的稳定性问题时,需要对燃料电池的材料进行深入的探究,并针对材料的优缺点,进行相关的改进。
1.2 电堆方面电堆是燃料电池的核心组成部分,其性能对整个燃料电池的稳定性产生影响。
因此,在评估燃料电池的稳定性时,需要对电堆的性能进行详细的评估,从而为进一步的改进提供依据。
1.3 系统方面燃料电池系统是整个燃料电池的核心,其稳定性对燃料电池的运行稳定性发挥至关重要的作用。
因此,在考虑稳定性问题时,需要全面考虑燃料电池的系统,包括控制系统、传感器系统等,并对其进行合理的设计,达到稳定控制燃料电池的目的。
2. 燃料电池的寿命评估燃料电池的寿命问题是制约其推广和应用的一大难题。
电化学反应、水质量、温度、压力的变化等因素都会影响燃料电池的寿命。
燃料电池的寿命评估主要包括从测试、建模和模拟三个方面考虑。
2.1 测试方面测试是燃料电池寿命评估的一项重要内容,通过长时间的使用和实际观察,评估燃料电池的寿命。
同时,测试还可以使得我们对燃料电池的效率、寿命和安全性进行监测和评估。
2.2 建模方面建模可以帮助我们对燃料电池的寿命进行预测,从而提前预知可能的故障点,保障燃料电池的稳定运行。
汽车侧风稳定性的仿真与评价袁侠义; 陈林; 黎帅; 王文源【期刊名称】《《汽车工程》》【年(卷),期】2019(041)011【总页数】8页(P1286-1293)【关键词】车辆工程; 侧风稳定性; Star ccm+/ADAMS联合仿真; 主观评价【作者】袁侠义; 陈林; 黎帅; 王文源【作者单位】广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院广州511434; 武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070【正文语种】中文前言消费者对汽车动力性的偏好及法规对燃油经济性的要求促使现今汽车呈现出了高速化和轻量化的趋势,侧风对汽车的影响越来越明显。
侧风分为因山谷、桥、海等地理环境引起的环境侧风和因会车、超车、转向等引起的行驶侧风。
随着经济的高速发展,我国建造了许多举世瞩目的基建工程,跨海大桥、沿江公路和山谷隧道口等区域风场的风速大且变化剧烈,汽车的行驶安全受到严重威胁。
尤其是近年来全球极端气候事件如强台风发生的频率显著增加,汽车侧风稳定性的研究显得更有必要。
风洞试验是研究侧风作用下汽车静态气动特性最有效的手段。
Dominy[1]和Howell[2]分别通过风洞试验和实际道路侧风发生器对实车进行了侧风稳定性的研究。
国际标准ISO 12021:2010[3]和美国ESV(experimental safety vehicle)侧风敏感性试验规范均从测量设备和方法上对实车侧风试验进行了标准化。
但实车试验往往要求车型已处于研发的成熟阶段,无法在汽车开发的早期对其侧风敏感性进行评估,试验成本高且具有一定的危险性。
CFD常用来解决气动减阻[4]、气动噪声[5]和机舱热管理[6-7]等问题。
随着数值模拟技术的发展,汽车空气动力学和汽车动力学实现了良好的融合,高速行驶时汽车侧风稳定性的研究取得了快速的发展。
吉林大学傅立敏等[8-9]采用横摆模型法对多个侧风强度下轿车的气动特性和尾涡形状进行了比较。
任琳琳[10]通过CFD数值模拟,研究了重型商用车在不同非稳态侧风工况下流场的瞬态变化情况,得到了车辆随侧风变化的气动力系数,分析了车身周围流场的变化规律。
燃料电池的稳定性研究与寿命优化燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换设备,在能源领域有着广泛的应用前景。
然而,燃料电池的长期稳定性和使用寿命仍然是制约其商业化应用的主要问题之一。
因此,对燃料电池的稳定性进行研究并进行寿命优化具有重要的意义。
一、燃料电池的稳定性研究燃料电池的稳定性研究是为了有效解决其在长期使用过程中出现的性能衰减和故障问题。
其中,以下几个方面是研究的重点。
1. 催化剂的稳定性:催化剂是燃料电池中重要的组成部分,其性能和稳定性直接影响燃料电池的稳定运行。
研究人员通过探究催化剂的结构、组成和表面性质等方面进行深入研究,以提高催化剂的稳定性并减少其在长期使用中的衰减。
2. 膜电解质的稳定性:膜电解质是燃料电池中的关键组件,其稳定性直接影响到整个燃料电池系统的性能和寿命。
研究人员通过改进膜材料的结构和制备方法,以提高膜电解质的稳定性,并在实验条件下测试其耐用性。
3. 燃料电池的水管理:水的存在对燃料电池的稳定性有着重要的影响。
燃料电池中,过量的水会导致氧气电还原反应的速率下降,而缺乏水则会导致膜电解质的脱水和催化剂的中毒。
因此,研究人员通过优化燃料电池的水管理策略,提高系统的稳定性。
二、燃料电池寿命优化燃料电池的寿命优化是为了延长燃料电池的使用寿命和提高其可靠性。
以下是几个寿命优化的关键方面。
1. 材料选择与设计:选择合适的材料对燃料电池的寿命至关重要。
研究人员通过筛选和设计出更高效、更耐用的材料,以提高燃料电池的使用寿命。
2. 温度管理:合理的温度管理对燃料电池的寿命具有重要影响。
过高的温度会导致材料的热应力增大,而过低的温度会导致反应速率降低。
研究人员通过合理调控燃料电池的温度,延长其使用寿命。
3. 燃料处理与污染控制:纯度较高的燃料能够有效减少燃料电池的寿命损失。
因此,在燃料供应系统中,研究人员通过优化处理方法和控制污染物的含量,提高燃料电池系统的寿命。
综上所述,燃料电池的稳定性研究和寿命优化对于其商业化应用至关重要。
燃料电池动力系统的稳定性与响应特性研究燃料电池动力系统作为新型清洁能源技术的代表之一,具有高能量转换效率、零排放等优势,备受研究者的关注。
然而,燃料电池动力系统稳定性和响应特性方面的挑战也引发了广泛的研究。
本文将介绍燃料电池动力系统的稳定性问题以及其响应特性的研究进展。
一、稳定性问题燃料电池动力系统的稳定性问题是一个关键的挑战。
系统的稳定性不仅涉及到外部负载变化引起的电压和电流的波动,还与温度、湿度等环境因素的变化有关。
这些波动和环境因素的变化可能导致系统压力变化不均匀、催化剂中毒、电化学反应失衡等问题。
为了解决这些问题,研究人员提出了许多方法。
一种常见的方法是优化系统控制策略,实现电压和电流的稳定输出。
另外,优化催化剂的合成和结构设计,改善其抗中毒性能,可以有效提高系统的稳定性。
此外,优化氢气和氧气供给系统,以及改良系统的水管理策略也可以改善燃料电池动力系统的稳定工作。
二、响应特性研究燃料电池动力系统的响应特性是指系统对负载变化的响应速度和稳定性。
这对于系统的实际应用至关重要,尤其是在车辆动力系统中。
为了实现高效、可靠的动力输出,研究人员需要研究和改进系统的响应特性。
在这方面,研究人员采取了多种策略。
首先,通过优化电子电路、气体流道等系统组件,减小系统惯性,提高响应速度。
其次,利用高效的动态控制算法,优化系统控制策略,使系统能够更快速地响应外部负载变化。
此外,对系统的模型建立和模拟仿真也可以帮助研究人员更好地了解系统的响应特性,并进行相关的优化。
三、挑战与展望尽管燃料电池动力系统的稳定性和响应特性在研究上取得了一些进展,但仍面临一些挑战。
例如,系统控制策略的设计仍然是一个复杂的问题,需要考虑多种因素的综合影响。
另外,燃料电池动力系统的实际工作条件往往复杂多变,对系统的稳定性和响应特性提出了更高的要求。
然而,我们对燃料电池动力系统稳定性和响应特性的研究进展令人鼓舞,表明这一领域的潜力巨大。
未来的研究可以继续关注系统组件的改进和优化,提高系统的稳定性;同时结合先进的控制算法,优化系统的响应特性。
新能源汽车电池稳定性分析研究的摘要部分新能源汽车在近年来发展非常迅速,对于新能源汽车的电池来说,稳定性越好意味着电池的寿命越长,一旦出现问题,需要花费更多的精力去解决。
因此,本文通过阐述新能源汽车电池稳定性的重要性,并提出了其研究内容,最后探讨了新能源汽车稳定性研究的意义,从而帮助人们更好地认识新能源汽车的稳定性。
1.1对于新能源汽车稳定性研究的必要性我国在经历了几十年的高速发展之后已经取得了很大成就,但是我国的汽车保有量逐年增加,给道路交通带来了很大压力,在这种情况下,新能源汽车的应运而生,它利用太阳能、风能、地热等可再生资源为汽车动力,减少了对传统燃油的依赖,也在很大程度上缓解了能源紧张问题。
虽然新能源汽车具有很多优点,但是它在行驶过程中却存在着很大的安全隐患,比如电池的稳定性,在过充、过放、短路等情况下会引起严重的事故,从而造成较大的人员伤亡。
因此,对于新能源汽车的电池来说,稳定性越好意味着电池的寿命越长,一旦出现问题,需要花费更多的精力去解决。
因此,本文通过阐述新能源汽车电池稳定性的重要性,并提出了其研究内容,最后探讨了新能源汽车稳定性研究的意义,从而帮助人们更好地认识新能源汽车的稳定性。
1.2新能源汽车稳定性研究内容与意义稳定性是指在特定的使用环境下不发生机械损伤或者腐蚀,也不产生危害的现象,在电池工作过程中,稳定性的变化直接影响到电池的功能以及安全性。
从稳定性的角度来看,电池本身属于电气设备,需要防止高低温、潮湿、挤压、冲击以及其他外部因素的干扰,以保证电池处于安全的环境下工作。
另外,由于电池自身的原因,也需要保持电池的安全性。
总体来说,稳定性分析可以理解为电池长期暴露在特定环境下,随时间的推移电池不发生质量变化,能够在发生危险情况下保证电池结构完整性以及电气性能稳定。
稳定性的测试与分析是保证电池能够长期正常工作的关键,通过稳定性的分析与测试,可以预估电池在未来一段时间内的工作状态,一旦发现异常情况,需要立刻采取补救措施,避免事故进一步扩大。
考虑侧风影响下的汽车稳定性控制研究
陶欣怡;杨军;蒋怿霏;颜晨龙;杨艺
【期刊名称】《科学技术创新》
【年(卷),期】2022()14
【摘要】本文主要研究基于侧风干扰下的主动前轮转向(AFS)汽车稳定性控制。
首先建立车辆八自由度整车动力学模型和受侧向横风扰动作用的侧风模型,其次分析典型工况下的车辆耦合运动状态变化规律,在此基础上提出主动转向汽车稳定性控制策略。
最终基于Matlab/Simulink软件搭建整车稳定性控制仿真平台,进行多种工况下的侧风扰动仿真,仿真结果表明推荐的控制策略稳定性控制效果良好。
【总页数】4页(P1-4)
【作者】陶欣怡;杨军;蒋怿霏;颜晨龙;杨艺
【作者单位】江苏理工学院汽车与交通工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U461.6
【相关文献】
1.基于驾驶员方向控制模型的汽车侧风稳定性虚拟试验研究
2.侧风下的汽车风振噪声研究与控制
3.主动四轮转向系统对高速汽车侧风稳定性的控制研究
4.不同侧风工况下汽车稳定性双向耦合研究
5.基于动态双向耦合的高速汽车侧风稳定性控制研究
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轿车用燃料电池发动机示范应用稳定性
侯中军;江洪春;王仁芳;胡军;马由奇;王克勇;燕希强;戚朋;明平文
【期刊名称】《吉林大学学报:工学版》
【年(卷),期】2011()S2
【摘要】通过360h的实验室动态运行实验,对30台轿车用燃料电池发动机稳定性进行了验证考核,预计寿命可达到3600h(20%性能损失)。
30辆车累计运行里程超过120 000km,其中3#车单车运行里程达到15 000km(含世博后运行)。
对3#车发动机示范运行过程中的性能稳定性进行了数据分析,对照实验室稳定性考核的实验结果,发现发动机在实际道路工况下的稳定性低于实验室动态运行条件。
通过2种工况的对比分析,发现强动态特性及增湿系统功能在实际道路工况下的降低是燃料电池发动机性能稳定性降低的主要原因。
【总页数】6页(P131-136)
【关键词】燃料电池;燃料电池汽车;燃料电池汽车示范;寿命;增湿
【作者】侯中军;江洪春;王仁芳;胡军;马由奇;王克勇;燕希强;戚朋;明平文
【作者单位】新源动力股份有限公司燃料电池及氢源技术国家工程研究中心【正文语种】中文
【中图分类】T-55
【相关文献】
1.中国燃料电池轿车发动机研制成功 [J],
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3.我国研制成燃料电池轿车发动机 [J], 陈东
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燃料电池堆稳定性关键参数研究燃料电池技术作为清洁能源技术之一,在近年来得到了广泛关注和研究。
燃料电池堆是燃料电池系统中的核心部件,其稳定性是影响整个系统运行效果的重要因素之一。
燃料电池堆稳定性关键参数的研究,对于提高燃料电池系统的可靠性、延长燃料电池寿命具有重要意义。
在燃料电池堆中,影响稳定性的参数有很多,比如温度、湿度、气体纯度、流体动力学等等。
其中,温度是一个至关重要的参数。
温度过高或过低都会对燃料电池堆的稳定性造成影响。
高温可能导致电解质膜的老化、膨胀和失效,而低温则会影响反应速率,减少电池输出功率。
因此,保持适宜的温度对于燃料电池堆的稳定性至关重要。
除了温度之外,气体纯度也是影响燃料电池堆稳定性的重要参数。
如果输入的氢气或氧气中含有杂质,会导致催化剂中毒,降低电池的效率和稳定性。
因此,保证气体的纯度对于燃料电池堆的正常运行至关重要。
在燃料电池堆的设计中,还需要考虑到流体动力学。
优化流体动力学设计可以提高气体输送的效率,保证燃料电池堆内部气体的均匀分布,避免出现局部质量传递不均匀而造成的效率降低和堆内温度不均匀等问题,从而提高堆的稳定性。
此外,湿度也是影响燃料电池堆稳定性的重要参数之一。
过高或过低的湿度都会对燃料电池堆的工作产生负面影响。
过高的湿度可能导致气体阻塞和水膜形成,降低氧气和氢气的输送效率;而过低的湿度则可能导致电解质膜脱水,影响离子传递速率。
因此,合理控制湿度对于燃料电池堆的稳定性至关重要。
让我们总结一下本文的重点,我们可以发现,燃料电池堆稳定性关键参数的研究对于燃料电池技术的发展至关重要。
通过深入研究和优化关键参数,可以提高燃料电池堆的稳定性和性能,推动燃料电池技术的实际应用,为清洁能源的发展做出贡献。
随着科技的不断进步和创新,相信燃料电池技术在未来会迎来更加广阔的发展空间,为人类社会的可持续发展作出更大的贡献。
新能源汽车稳定性与安全性能评估研究随着全球对环境保护意识的增强与技术的不断提升,新能源汽车作为传统燃油车的替代品,正成为汽车行业的新宠。
然而,新能源汽车的稳定性与安全性能是影响其发展与推广的重要因素之一。
因此,对新能源汽车的稳定性与安全性能进行评估研究,不仅有助于推动其发展,还可以提供参考和依据,以确保人们在使用新能源汽车时的安全。
首先,我们需要关注新能源汽车的稳定性能。
稳定性是指汽车在各种驾驶条件下的操作稳定性和车辆的抗侧倾能力。
新能源汽车采用的电池技术和电机系统与传统燃油车有很大的差异,在车辆结构、重心以及动力系统等方面存在差异。
因此,对新能源汽车的稳定性能进行研究,是确保其在实际道路使用中能够稳定行驶的关键。
评估研究可以通过模拟实验和实际道路测试相结合的方式进行,利用先进的测量仪器和数据分析方法,实时监测车辆的倾斜角度、悬挂系统的压缩和抗滚动能力等指标,从而评估其稳定性能。
同时,还可以通过开展不同条件下的行驶测试,如急刹车、急转弯、高速行驶等,来评估新能源汽车在紧急情况下的稳定性能。
其次,安全性能是新能源汽车评估研究中不可忽视的一部分。
由于新能源汽车采用的是高压电系统,与传统燃油车不同,存在着电池的短路、过热等安全隐患,对电池的安全性进行评估至关重要。
首先,需要对电池系统的设计与制造进行全面的检测和测试,确保其符合相关安全标准,并具备较高的抗振性和防火性能。
其次,还需要对车辆的充电和放电系统进行安全性能评估,包括对充电器的过充电保护、过压保护等进行测试,保证用户在日常充电使用中的安全。
此外,综合安全性能评估还应包括车辆的主动安全和被动安全。
主动安全即车辆在驾驶过程中能够准确识别并有效应对各类道路情况和紧急状况,如自动驾驶技术、智能制动系统等,提高驾驶者和乘客的安全性。
被动安全则主要指车辆的碰撞安全性能,包括车身结构的设计、座椅安全性能等,以最大程度地保护乘客在碰撞事故中的生命安全。
最后,新能源汽车稳定性与安全性能评估研究还应考虑车辆在特定环境下的性能。
第17卷第1期2008年3月计算机辅助工程Co m puter A ided Eng i n eeri n gV o.l 17N o .1M ar .2008文章编号:1006-0871(2008)01-0025-05燃料电池汽车侧风稳定性预测许振华1, 吴 宪1, 于晓军2(1.同济大学汽车学院,上海 201804;2.东安黑豹股份有限公司设计科,山东威海 264400)摘 要:为研究汽车在高速行驶中的侧风稳定性,应用MSC Ada m s /Car 建立某型燃料电池汽车的整车模型,考查该车的抗侧风稳定性,并分析影响其侧风稳定性的主要因素.通过使风压中心后移、增加整车质量以及控制车体侧向面积和降低形心等手段,可以提升整车抗侧风稳定特性.关键词:燃料电池汽车;侧风;操纵稳定性;风压中心;M SC Ada m s /Car 中图分类号:U 469.722;U461.4;TB115 文献标志码:APrediction on cross wind stability of fuel cell carXU Zhenhua 1,WU X i an 1,YU X i ao j u n2(1.Co ll ege o fA utomo ti ve Eng .,T ong jiU n i v .,Shangha i 201804,Ch i na ;2.Des i gn O ffice ,D ong .an H e i bao Co .,L t d .,W e i hai Shandong 264400,Ch i na)Abst ract :To study the crossw i n d stab ility o f veh i c le when it is drived at h igh ve l o c ity ,the who le veh icle m odel of a fuel ce ll car is established by M SC Ada m s /Car .The overall perfor m ance of the prototype fue l cell car is studied andm ain factors t h at affect its cr oss w ind stability are specified .The crossw i n d stab il-i ty perfor m ance is i m proved by m ov i n g backw ard location o fw i n d pressure center ,i n creasi n g grossm ass ,contro lli n g si d e area ,and decreasing cen tro i d .K ey w ords :f u el cell car ;cross w i n d ;steeri n g stab ility ;w i n d pressure center ;M SC Ada m s/Car收稿日期:2007-09-27 修回日期:2007-11-01基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)(2005AA501000)作者简介:许振华(1982)),男,上海人,硕士,研究方向为汽车总体设计及现代设计方法应用,(E-m ail)cat -xuu@;吴 宪(1971)),男,辽宁阜新人,副研究员,博士,研究方向为汽车总体设计及现代设计方法应用,(E-m ail)w uxian @tj.i cn0 引 言空气从行驶的汽车上流过产生沿轴和绕轴的气动力和力矩,对汽车的行驶特性产生影响.气动阻力对汽车的行驶特性影响最大,其他5个分力对汽车的侧风稳定性影响也非常大.当汽车受到侧风干扰时,侧风气动力会引起轮胎侧偏,导致车辆偏离行驶方向,而这种偏离通常由驾驶员调整转向盘修正.为了消除侧风的影响,连续调整转向盘会导致驾驶员过早疲劳,增加危险性.[1]汽车侧风稳定性试验是汽车操纵稳定性系列试验的可选内容.对于侧风稳定性试验,美国ESV (Ex -per i m enta l Safety Veh icle)规范规定[2]:试验在平坦的道路上进行;自然风速不超过2m /s ;路旁放置侧风发生装置,侧风作用宽度为6m,产生的侧风风速为80?8km /h ;汽车分别以50km /h,80km /h 和110km /h 的车速通过侧风发生装置,并保持方向盘固定不动;测出受侧风作用后2s 车辆到达地点的侧向偏移.1 问题描述汽车在横向风作用下的侧向风力F a y =12A y Q v 2C y (1)式中:A y 为汽车侧向投影面积;Q 为空气密度;v 为气流相对于汽车的速度;C y 为侧向气动力因数.将侧向气动力转化为作用于汽车侧风风压中心的推力和附加的横摆力矩.以往的研究往往把侧风作用期间风压中心的位置视为固定不变,但在汽车车身实际进入或驶出侧风区过程中,风压中心也随之改变.由于风压中心的位置直接决定气动6个分力中横摆力矩、纵倾力矩和侧倾力矩的大小,因此在进行汽车侧风稳定性分析时,计及风压中心的漂移,将与实际情况更加吻合.[2]本文对风压中心固定及动态漂移两种情况分别进行仿真研究,并将两种方法的仿真结果加以对比分析,最后找出影响整车侧风稳定性的因素.在M SC A da m s/C ar 环境中,建立国产某型燃料电池轿车的整车虚拟样机模型.该车前悬架采用麦弗逊独立悬挂,后悬架采用空间多连杆式独立悬挂,前后悬架均装有横向稳定杆.整车质量(空载状态)为1756kg .2 侧风稳定性仿真分析2.1 风压中心固定侧风稳定性分析模拟汽车风压中心固定状况下,车体进入阶跃侧风区时整车的相关性能指标.侧风区宽6m,根据汽车相应行驶时速,可将风力折算成随时间变化的关系.图1为汽车以80km /h 时速通过侧风带时所受阶跃侧向风力随时间变化的曲线.图1 汽车以80km /h 行驶时侧向风力阶跃变化曲线仿真的相关参量包括:汽车侧面迎风面积A y 为3.174m 2;空气密度Q 为1.2kg /m 3;侧风风速v 为22m /s ;C y 取1.2.风压中心位于汽车侧向面积的形心位置,设汽车从2s 时开始进入侧风区.侧风区宽6m.仿真时汽车时速分别为50k m /h 和80km /h,由于燃料电池汽车车速的限制,没有考虑110k m /h 的工况.图2为驶过侧风带汽车偏转示意图.图3为汽车以不同车速通过侧风带2s 后的侧向偏移量E y .由图可见,一定风速下,随着车速的提高,车身的E y 略有增大,但不明显.图2驶过侧风带汽车偏转示意图图3 2s 后汽车的侧向偏移图4是车速改变对汽车横摆角速度的影响.图4 汽车横摆角速度曲线从图4可见,汽车的横摆角速度随着车速的增大而增加.汽车突然驶入侧风带后,同时受到侧向风力及横摆力矩的作用,由于车身侧面形心位置在整车质心位置之后,因此横摆力矩的作用使汽车的姿态首先向相反方向有个微小的偏转(y 轴负向),随后汽车很快在侧向力的作用下偏向侧风指向的方向(y 轴正向),汽车的横摆角速度也很快由正向的尖锋转向相反方向(y 轴正向).汽车偏向侧风指向的方向时间持续很短,此时侧向风力撤除,汽车姿态很快回正,因此车身的横摆角速度在小幅振荡后迅速归0.2.2 风压中心动态变化汽车在横向风作用下的侧向风力F a y 见式(1).所不同的是,当车体完全处于侧风带时,A y 取整车纵断面的面积;当车体驶入或驶出侧风带时,只有部分车体处于侧风带中,风压中心位置需要根据处于侧风带中的车体侧向面积的形心位置确定[3],此时的侧向风力根据侧风中的实际面积进行计算.仿真过程分为4个阶段,见图5.车体进入过程(t 0~t 1);车体完全处于侧风带(t 1~t 2);车体驶出过程(t 2~t 3);车体完全驶出时刻为t 3.t 0为车头最前端进入26计 算 机 辅 助 工 程 2008年侧风带的时刻;t 1为车尾最末端进入侧风带时刻;t 2和t 3分别为车头最前端和车尾最末端离开侧风带的时刻.图6为在UG 环境中拟合出的车体驶入驶出侧风带时风压中心变化示意图.图5 汽车经过侧风带4阶段图6 风压中心位置变化拟合图 假设在不同时刻t 下,风向始终垂直于汽车侧面,汽车所受的侧向风力见图7.图7 动态风压中心下侧向风力拟合图仿真工况:汽车以80k m /h 的时速驶过6m 宽的侧风区,除了侧向面积A y 动态变化之外,其余参数同上.风压中心固定和动态变化情况下车身侧向偏移量E y 对比见图8.图8 E y 对比图图8中,实线代表风压中心始终固定的车身E y ,虚线代表风压中心动态变化的车身E y .图8表明,计及风压中心变化后的曲线在进入侧风区后,由于其所受的侧向风力呈逐渐增大的趋势,因此侧向力较小的情况下,车身的横向位移开始较小;但是由于汽车进入侧风区的过程中,风压中心位置始终处于汽车质心前方,随着侧向力的不断增大,汽车所受的横摆力矩和E y 迅速增大.虽然在汽车驶出侧风带时相反方向的横摆力矩对抑制汽车侧向偏移有一定影响,但效果并不明显.所以E y 的增长趋势很快就超过风压中心固定于车身侧面形心状况下的车体E y .风压中心固定和动态变化情况下车身横摆角速度对比见图9.图9 横摆角速度对比图9中,实线代表风压中心始终固定的车身横摆角速度,虚线代表风压中心动态变化的车身横摆角速度.可见,在计及风压中心变化后,汽车进入侧风带时风压中心始终处于质心位置之前,所产生的横摆力矩将车身推向y 轴正向,与侧向风力将车身推向的方向一致,因此车身的横摆角速度并未出现风压中心固定状况下汽车进入侧风区时,车身出现的向反方向(y 轴负向)偏摆.这与之前对横摆角速度的推论相符.2.3 结果评价结果评价见图10.图10 ESV 规范验证由图10可知,汽车在2s 后的E y 远远小于ESV规定的满意区临界值,可见该整车模型具有良好的侧风稳定性,整车质量相对传统汽车偏大、质心位置偏低都可能是该车具有良好侧风稳定性的原因.3 侧风稳定性影响因素分析所建立的燃料电池轿车仿真模型侧风稳定特性良好.下面对影响车辆侧风稳定性的因素作初步分27第1期许振华,等:燃料电池汽车侧风稳定性预测析,考察对其影响较为明显的因素.3.1 风压中心位置影响高速行驶的汽车受侧风影响非常明显,其影响规律与侧风风压中心和汽车质心的相对位置有直接关系.[4]因此,首先考查不同风压中心位置对汽车侧风稳定性的影响.仿真工况:汽车以80km /h 的时速驶过侧风带,将汽车风压中心位置分别置于质心前300mm ,质心位置,质心后300mm .测得通过侧风带2s 后的汽车侧向偏移量(见图11和表1).图11 风压中心位置变化对E y 的影响表1 风压中心位置对行驶轨迹的影响CP 相对位置通过侧风带2s 后的E y /mm质心前300mm 379质心位置312质心后300mm244从图11和表1可见,风压中心位置直接影响汽车的侧风稳定性能.当风压中心位于质心之前时,汽车将向侧风同方向偏摆,处于不稳定状态;当风压中心移向质心后方时,汽车将逆向侧风偏摆,具有稳定的气动特性.同时,风压中心距质心距离越近,汽车所受的横摆力矩越小,侧风稳定性越好.3.2 整车质量变化影响燃料电池轿车较大的整车质量可能是造成该车具有良好抗侧风稳定性的原因之一.为了考察整车质量大小对侧风稳定性的影响,将整车仿真模型质量分别设定为1756kg (燃料电池轿车空载质量),1428kg(原型车空载质量)和1000kg (小型轿车空载质量).仿真工况为风压中心动态变化状况下整车以80km /h 的时速驶过侧风带(见图12).图12 不同质量整车的E y图12表明,随着整车质量的增加,E y 逐渐变小,变化较为显著.可见,整车质量是影响车辆抗侧风稳定性的重要原因之一.虽然较大的整车质量有利于抗侧风能力,但会增大行驶阻力,造成燃油消耗的增加,不利于汽车的综合性能.3.3 其他影响因素对车身侧面形心高度和车身侧向面积大小等因素也分别进行考察.限于篇幅没有列出分析过程,仅给出分析结果.车身侧面形心高度越高,侧风作用位置越高,侧风作用下车身的侧倾角越大,可能会给驾驶员造成一定的不安全感;但形心高度的提高对汽车侧向偏移量的影响很小.同时,车身侧面积越大,那么风速一定的情况下侧向风力及横摆扭矩就越大,汽车侧向偏移量也明显增大.通常情况下,汽车侧向面积的增大总伴随着侧面形心位置的提高,这也是很多小型面包车在高速行驶遭遇侧风时,司机会感觉车辆明显偏移的原因.综上所述,同级别车车体越小,侧风稳定性越好;降低车身侧面形心位置,使侧风作用下车体侧倾角变小,可以改善驾驶员的主观评价.3.4 驾驶员反馈控制为了接近真实工况,引入汽车驾驶员反馈控制,观察汽车经过侧风带后,驾驶员修正方向盘转角,使整车保持直线行驶的过程.仿真结果见图13和14.图13 驾驶员反馈方向盘修正角图14 方向修正前后汽车侧向偏移对比驾驶员必须反复对方向盘作轻微修正,才能使整车遵循原来的直线方向行驶.如果汽车受到不断变化的侧风作用,驾驶员就必须反复修正汽车行驶方向,容易疲劳造成危险.因此,车辆具有良好的抗28计 算 机 辅 助 工 程 2008年侧风稳定性十分重要.4 结 论考察风压中心固定及动态变化情况下燃料电池汽车的抗侧风稳定性,仿真结果表明,风压中心动态变化时整车各状态响应量更符合实际状况,燃料电池汽车抗侧风稳定特性良好. 考虑汽车侧面造型以改变侧面形心位置,使风压中心的位置后移有利于提升汽车的抗侧风稳定性;同级别车整车质量越大,抗侧风稳定性越好;此外,较小的车体侧面积及较低的侧面形心高度也会使驾驶员对该车侧风稳定特性给出好评.本文分析的影响车辆侧风稳定性的若干因素可以为实际工程应用提供借鉴.参考文献:[1] 海贵春,谷正气,王和毅,等.侧风对汽车高速行驶性能影响的仿真研究[J].湖南大学学报,2006,33(2):40-43.[2] 谷正气,王和毅,罗荣锋,等.计及风压中心漂移的汽车侧风稳定性研究[J].湖南大学学报,2005,32(3):70-73.[3] 刘浩.基于虚拟样机技术的轿车操纵稳定性的研究[D].锦州:辽宁工学院,2006.3.[4] 罗荣峰,谷正气.侧风对大桥上行驶车辆稳定性影响的计算机仿真[J ].计算机仿真,2005,22(1):238-240.(编辑 廖粤新)(上接第24页)5 结束语由屋盖同步风洞试验时程数据,在频域内用完全背景分量和共振分量法比较准确地计算屋盖结构的风致响应,提供3个风向下屋盖各节点的等效静力风载荷,并分析节点最大动位移和杆件最大动内力等.本文的分析方法可供同类屋盖结构抗风设计参考.参考文献:[1] 刘丹,黄本才,史益军.复杂双侧大悬挑屋盖平均风压数值模拟[J].计算机辅助工程,2007,16(3):38-42.[2] 南京航空航天大学空气动力学研究所.沈阳体育综合馆风荷载风洞试验研究报告[R].2007.10.[3] 埃米尔#希缪,罗伯特#H #斯坎伦.风对结构的作用)))风工程导论[M ].刘尚培,项海帆,谢霁明,译.上海:同济大学出版社,1992.[4] KASPERSKIM,N I EMANN H.The LRC m et hod ,a gen era lm et hod of esti m ati ng un f avorab le w i nd l oad d istri buti on s for li n ear and non -li nearstruct u ral behavi our[J].JW i nd Eng &Indus tri alAerodyna m i cs ,1992,43:1753-1763.[5] S I M I U E ,SCANLAN R H.W i nd effects on struct u re[M ].Ne w York ,USA :J W iley ,1992.(编辑 廖粤新)英国D elca m 公司新产品演示会在大连举行2007年11月29日,由长春达尔康科技有限公司承办的英国De lca m 公司新产品演示会在大连凯宾斯基饭店成功举行.长春达尔康科技有限公司总经理沈维华先生致辞并介绍D elca m 公司及其产品;技术经理韩永军先生介绍FeatureCA M 和ParM t aker 软件产品并进行生动的案例分析;英国De lca m 公司专程派技术专家B I R D K ev in 为来宾作报告.来自大连模具行业的80多位来宾亲身体验具有强大功能的Pow er M I LL ,Pow erS HAPE 和Featureca m 等产品,了解到英国De lca m 公司强大的制造业总体解决方案.29第1期许振华,等:燃料电池汽车侧风稳定性预测。