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武汉大学学报(工学版)2024年第09期:燃料电池载重车振动研究及动力系统布置优化

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作者:林杰威;李金璐;龙飞企;曹洋;李涛;张俊红;

单位:天津大学机械工程学院;天津内燃机研究所;陕西重型汽车有限公司;天津仁爱学院;

摘要:以某燃料电池载重车为研究对象,建立了包括燃料电池、储氢罐、电动机及变速箱、动力电池和DC/DC(direct current to direct current)变换器等全部动力系统子结构在内的28自由度动力学模型,并结合实车道路测试进行了模型验证。通过动力学模拟和试验设计探究了动力系统子结构位置、悬置刚度和阻尼对驾驶室和燃料电池振动的影响。结果显示:驾驶室振动在2、4、9、12 Hz有明显的能量集中,除受到悬架偏频和簧下偏频的影响外,储氢罐位置和燃料电池位置分别对驾驶室2~4 Hz和9~12 Hz振动影响最大,燃料电池振动受其本身悬置刚度的影响最大,动力系统其他结构对上述振动也有一定影响。以动力系统安装空间与悬置变形量为约束,以动力系统位置、子结构悬置刚度和阻尼为优化变量,进行驾驶室多频率振动和燃料电池加速度均方根的多目标优化设计。优化结果表明:在不同车速下,驾驶室4~12 Hz振动均降低40%,燃料电池振动降低45%以上,驾驶舒适性和燃料电池振动安全性均得到显著提升。

关键词:燃料电池动力系统;;载重车;;振动;;动力学分析;;舒适性;;多目标优化

基金资助:国家自然科学基金项目(编号:51705357);; 中国博士后科学基金项目(编号:2021T140519)