中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 贾一帆吉林大学 2020年博士导师: 初亮共301页

摘要 : 1821年，电动机被法拉第发明，比内燃机的发明早了近半个世纪。电动机以高品质的能源形式——电能为能量来源，基于机电能量转化原理，可实现电能与机械能的直接可逆转换，在结构复杂度、稳定性、工作范围、效率、响应速度、振动噪声、维护成本等方面... 展开 1821年，电动机被法拉第发明，比内燃机的发明早了近半个世纪。电动机以高品质的能源形式——电能为能量来源，基于机电能量转化原理，可实现电能与机械能的直接可逆转换，在结构复杂度、稳定性、工作范围、效率、响应速度、振动噪声、维护成本等方面全面领先于内燃机。然而直到今天，在公路车辆的动力源方面，电动机仍无法撼动内燃机的地位；这主要是配套的能量储存装置在能量密度、制造成本、使用寿命、充电速度等方面存在明显短板，使得纯电动汽车在续驶里程、便利性、使用成本等方面无法与燃油车辆抗衡。为解决这一问题，搭载双能量源的电驱动车辆应运而生，在保留电机驱动的同时显著改善了纯电动汽车的“里程焦虑”等负面现象；而双逆变器开绕组电机作为一种新颖的驱动构型，特别适合应用于搭载双能量源的电驱动车辆，且相比传统单逆变器搭配DC/DC变换器的双能量源构型，具有更为精细的电流控制、更高的控制自由度与容错能力；可降低单个能量源的母线电压与功率等级并允许双能量源母线电压实时变化；能适应不同的双逆变器与双能量源类型，通过双逆变器协同控制经由电机绕组通路即实现双能量源的可控功率分配。基于上述优点，开绕组电机驱动系统在双能量源电驱动车辆上具有显著的构型优势与应用前景。但现有控制方法对双逆变器开关损耗关注度不足，无法实现功率分配范围最大化，也无法根据车辆运行工况对驱动系统效率以及功率分配范围进行动态协调。因此，为将开绕组电机驱动系统应用于双能量源电驱动车辆，需按照整车性能对驱动系统在动力性、经济性、动态响应以及功率分配能力等方面的需求进行有针对性的设计与优化，并解决双逆变器协同控制难度较大、逆变器损耗较高、功率分配范围受电机工作点制约、双能量源对功率输出环境的要求存在冲突等问题。为满足车用场合的驱动与能量管理需求，本文基于隔离直流母线供电的双两电平电压型逆变器的拓扑结构，采用内置式开绕组永磁同步驱动电机，以及基于转子磁场定向的矢量控制架构；以电磁转矩控制精度与响应速度、电机有效工作范围、驱动系统效率、双能量源功率分配范围为优化目标；采用自下而上的研究顺序，依次对开绕组永磁同步电机驱动系统的数学模型、电压矢量调制与双逆变器电压矢量分配、电磁转矩与定子电流矢量控制、双能量源的搭配方式与能量管理策略展开研究，提出了相应的控制方法与控制策略；并进行了电机驱动系统动态过程仿真、台架试验以及整车能量管理仿真验证。在研究过程中，形成了以下主要创新点： 1、在充分分析双SVPWM控制架构各调制方式组合下电流纹波特性的基础上，制订了双逆变器调制方式组合与切换策略；在电压矢量调制层面充分发挥双逆变器的构型优势，通过对双逆变器零矢量作用位置与合成方式的规划，在获得较低电磁转矩与电流纹波的同时，减少了单位SVPWM控制周期的逆变器桥臂动作次数。 2、提出了基于双逆变器电压矢量分配可行域的电压矢量分配策略。明确了双SVPWM架构下电压矢量分配可行域边界的计算方法及其与功率分配的关系，通过基本矢量、饱和矢量、基本方向矢量等特殊电压矢量组合，实现了对电压矢量分配可行域的完全利用，充分发掘了双逆变器功率分配的潜力，尽可能精确执行功率分配指令的同时降低了逆变器器件的开关频率与开关损耗。 3、提出了基于最优化理论与斐波那契寻优的电磁转矩控制策略。由电压矢量最小幅值算法提供初始可行点，通过最优化算法分别得到令驱动系统效率最优的SEO算法、令双逆变器功率分配取得上下极限的P1MAX与P1MIN算法，并在三者间进行实时斐波那契寻优；严格控制的计算量使得该策略可以在电机驱动系统控制器中在线实施，在当前电机工作点与功率分配指令的约束下获得驱动系统效率的近似最优解，兼顾了功率分配范围与驱动系统效率方面的需求。 4、制定了与开绕组电机驱动系统配套的双能量源搭配方式，提出了基于通用架构的双能量源功率分配策略；通过引入功率分配偏袒系数，可以定量调节功率分配对主副能量源理想输出功率的照顾程度；可应用于不同类型的双能量源组合，在维护主能量源良好功率输出环境并提高其能量转化效率的同时保持副能量源荷电状态的稳定，使电机驱动系统可以长时间稳定运行。研究结果表明，在电机驱动系统原有的矢量控制架构上，通过增加具有功率分配功能的电压矢量分配环节，并对双逆变器调制方式与电压矢量组合进行优化，便可在实现功率精确分配的同时将双逆变器器件开关损耗降到单逆变器的水平，并获得较低的电流与转矩纹波，充分发挥了双逆变器调制的多电平优势；通过对电磁转矩控制算法进行优化，便可在最大化电机有效工作范围的基础上平衡效率与功率分配范围，兼顾了车辆的经济性与能量管理能力。按一定原则搭配双能量源并进行针对性的能量管理，便可在协调主副能量源工作需求的同时维持较高的能量转化效率，使车辆具备长距离稳定行驶能力。收起

关键词 : 电动汽车开绕组电机驱动系统协同控制功率分配

2. 高速列车车体多介质复合结构声振特性研究

[学位论文] 邓铁松西南交通大学 2021年博士导师: 圣小珍共259页

摘要 : 我国高速铁路正向更高速、更环保的方向发展，线网遍布广温度域、冻土等复杂环境，这些因素使得车内噪声逐渐凸显，而乘客日益提高的生活水平对高速列车车内声学环境提出了更高要求。因此，车内噪声问题已成为影响、甚至制约我国高速铁路发展的关键因... 展开我国高速铁路正向更高速、更环保的方向发展，线网遍布广温度域、冻土等复杂环境，这些因素使得车内噪声逐渐凸显，而乘客日益提高的生活水平对高速列车车内声学环境提出了更高要求。因此，车内噪声问题已成为影响、甚至制约我国高速铁路发展的关键因素之一。车内噪声的声源主要包括轮轨区域的振动和结构噪声、转向架区域和受电弓区域的气动噪声，这些振动和噪声通过结构和空气路径传至车体表面，引起车体振动向车内辐射噪声。高速列车车体为由铝型材、内地板、内饰板等板壳结构、阻尼层和木骨等连续固体、吸声材料层（多孔介质）、内部和外部空气等流体组成的多介质复合结构，纵向尺寸远大于其它两个方向，截面几何和材料参数沿纵向一致分布，可近似为2.5维结构。因此，在2.5维框架下建立复合结构的声振预测模型、研究复合结构的振动声辐射特性和隔声性能、结合轻量化设计提出有效的减振降噪措施，为结构的声振优化提供设计工具和理论依据，对于车内噪声的控制具有重要意义。本文以无限大障板中无限长高速列车车体复合结构为研究对象，针对结构的声振预测模型和声振特性，主要开展了以下几方面的研究工作： (1)利用声压法测试了高速列车车体复合结构的隔声，分析了吸声材料层对结构隔声的影响，凸显了吸声材料骨架的弹性对结构声振特性的重要性，这是声振预测模型考虑的重点；对铝型材进行了锤击测试，利用能量法获取了结构的阻尼损耗因子，这是声振预测模型的输入，为验证模型的准确性奠定了基础。 (2)基于Kirckhoff薄板理论，利用最小势能原理，建立了板壳的2.5维有限元模型，模型中考虑了板壳的面内运动。基于三维弹性理论，利用弹性体动力平衡方程的等效弱积分形式，结合Galerkin法，建立了连续固体的2.5DFE模型。基于Helmholtz波动理论，利用声波波动方程的等效弱积分形式，结合Galerkin法，建立了有限流体的2.5DFE模型。基于声学Rayleigh积分建立了无限半流体的2.5维边界元模型，模型中只需建立与结构相邻流体边界的振动与声压的关系，与基于全空间或半空间格林函数声学边界积分的2.5维有限元模型相比，能有效避免障板边界截断带来的误差、结构背面多余边界带来的过多计算量。利用固体（包括板壳和连续固体）与流体（包括有限和半无限流体）的边界耦合条件，结合它们振动控制方程等效弱积分形式的边界积分，建立了包含固体和流体的结构的耦合2.5维有限元-边界元模型。将耦合模型应用于单板，通过与单板的声振解析解和商业软件对比系统验证了模型的准确性。运用该模型研究了高速列车车体铝型材的声振特性，系统分析了边界条件和阻尼对铝型材隔声的影响，揭示了结构隔声低谷和振动声辐射峰值的产生机理；详细对比了激励点位置对铝型材振动声辐射的影响，从波数域解释了模态波对结构声辐射的贡献规律。 (3)基于骨架位移-孔中流体压力形式的Biot多孔介质理论，利用骨架和流体（以下简称两相）振动控制方程的等效弱积分形式，结合Galerkin法，建立了多孔介质的2.5维有限元模型。模型中考虑了多孔介质骨架的弹性、质量和内损耗阻尼以及两相间的势能耦合作用、惯性耦合相互，这是多孔介质经验模型和等效流体模型所不能体现的；还考虑了两相间的粘滞耗散作用和热传导作用。利用文献中吸声材料的表面法向阻抗验证模型的准确性。 (4)利用多孔介质与固体、流体的边界耦合条件，结合它们振动控制方程等效弱积分形式的边界积分，建立了包含多孔介质、固体和流体的结构的耦合2.5维有限元-边界元模型。将耦合模型应用于包含吸声材料层的单板和双板结构，通过与解析的传递矩阵法进行对比，详细论证了耦合模型的正确性，并揭示了系统中多孔介质骨架共振、质量-弹簧-质量共振现象，这是结构隔声低谷的产生以及在共振后迅速增长的机理，为其在复杂结构的应用和隔声解释奠定了基础。运用耦合模型分析了吸声材料层组合方式对高速列车地板复合结构的影响，提出了有效的减振降噪设计方案，构想出一种新型的低噪地板结构。 (5)提出了一种适合铺设声学处理层筋板结构的快速声振预测模型。模型中，假设筋板结构无限长且被置于无限大障板中，利用2.5维有限元-边界元法对板壳结构和入射声学域建模；假设声学处理层面内无限大，横向无限延伸至障板上，利用传递矩阵法对声学处理层和透射声学域建模；结合声学处理层与筋板结构和障板界面的力平衡和位移连续条件将两模型耦合，得到整个结构的声振预测模型。与全2.5维有限元-边界元模型相比，该模型计算效率提高三倍，且能准确预测结构的高频声振特性。将该模型运用于铺设声学处理层的高速列车铝型材，对声学处理层进行了隔声优化。收起

关键词 : 高速列车多介质复合结构声振特性

3. 被动式燃料电池混合动力电动车的系统仿真和实验研究

[学位论文] Alexander Rex 同济大学 2020年硕士导师: 章桐;宋珂;王凯;邓实共251页

摘要 : 随着气候变化的不断加剧，环境保护的重要性日益凸显。人们不断在新领域开发应用，进而使交通变得更高效、更环保。与此同时，市场上也不断地出现由电池驱动的电动自行车。然而，此类电动车续航能力有限且充电时间较长。相比之下，由燃料电池-蓄电池驱... 展开

关键词 : 电动自行车被动式混合动力质子交换膜燃料电池蓄电池功率分配

4. 基于多属性几何结构功能的自动驾驶综合避障轨迹规划方法

[学位论文] 刘照麟华南理工大学 2021年博士导师: 陈吉清共247页

摘要 : 准确合理地避让交通环境中的各类障碍物是自动驾驶系统的关键功能。随着自动驾驶系统的逐步实用化，避障轨迹规划功能面临多方面需求，不但要满足不同场景的避障要求，还应考虑避障行为的类人性和车辆轨迹的基本需求。针对现有方法对上述需求覆盖不充... 展开准确合理地避让交通环境中的各类障碍物是自动驾驶系统的关键功能。随着自动驾驶系统的逐步实用化，避障轨迹规划功能面临多方面需求，不但要满足不同场景的避障要求，还应考虑避障行为的类人性和车辆轨迹的基本需求。针对现有方法对上述需求覆盖不充分、处理不协调的问题，提出基于多属性几何结构功能的综合避障轨迹规划方法，主要工作如下： 1）分析避障轨迹规划问题需求，确定问题的基本求解模式。归纳避障问题关键技术需求，构建包括避障约束、避障行为类人性、避障轨迹车辆动力学约束、全局路径约束及舒适性的避障轨迹约束系统。分析各需求的共性特征，提出以问题抽象化产生的各类几何结构作为问题建模与求解的核心要素。以多种几何结构对应不同的需求类别，以其在避障问题中的多种功能属性保证方法的协调性，形成完备协调的建模与求解模式。 2）针对高速场景避障特点和方法协调性对避障原理的要求，提出基于几何外廓射影变换的高速场景避障约束条件。应用射影变换法赋予几何外廓合理变换自身形态和相对位置关系的功能属性，从而消除车辆刚体耦合运动对位置关系的影响，统一不同避障行为的约束方式。以参数化表达的轨迹作为避障约束的作用对象，结合高速场景可行域大、计算效率要求高的特点，以变换场景下的临界碰撞轨迹作为安全与危险的界限，在场景确定后一次输出避障轨迹范围，通过合理舍弃部分可行域提高计算效率。形成满足场景需求和协调性要求的高速场景避障轨迹约束条件。 3）针对低速复杂场景避障面临的主车可行域小、标准安全裕量难以得到保障的问题，提出基于避障几何状态分析的充要避障约束条件。结合射影变换产生的相对运动状态，应用速度障碍法赋予几何状态描述碰撞威胁的功能属性，形成相对碰撞区域。依据主车从碰撞区域脱离的方式，构建描述避障几何状态转换的避障方程，根据方程解的特征构建避障约束条件。该避障条件覆盖轨迹表达能力范围内的全部实际可行域，使满足条件与实现避障互为充要条件，提升对低速复杂场景的适应性。 4）针对避障轨迹的类人性需求，提出基于几何背景变换的类人避障轨迹指引算法。场景的几何背景包含时间和空间背景，应用微分几何学中微分流形的概念赋予几何背景以其自身变换影响轨迹的功能属性，将人类驾驶习惯数据和障碍物信息嵌入新的几何背景并间接影响轨迹，从而在满足系统协调性要求的前提下提供类人轨迹指引。通过试验采集人类驾驶习惯数据，结合主车周围环境信息的作用构建几何背景变换方程，求解方程获取变换几何背景的度规张量场，描述新的几何背景形态。应用变换后几何背景下的测地线指示面临障碍物时类人的通行顺序和通行速度等特征，在同场景对比试验中对避障轨迹的类人性进行验证。 5）针对车辆动力学约束、全局路径约束和舒适性三类避障轨迹基本需求，结合方法的协调性规则，提出基于数据几何结构的求解方法。对车辆动力学合理性，应用深度神经网络算法赋予数据几何构型建立不同类型数据映射关系的功能属性，应用轨迹数据到对应的操纵数据之间的映射建立避障轨迹的车辆动力学约束条件。对全局路径合理性和舒适性，应用连续型随机变量微分熵赋予数据几何图像表达轨迹统计特征的功能属性，以路径偏移统计函数和轨迹速度函数的微分熵构建避障轨迹的全局路径合理性和舒适性评价指标。 6）将两类避障轨迹约束条件、类人避障轨迹指引算法及轨迹基本需求解决方案对轨迹的作用进行耦合，依据协调性要求为各解决方案划分对避障轨迹的作用的方式，阐述应用多个需求解决方案生成避障轨迹的具体操作手段，形成面向复合需求的综合避障轨迹规划方法。通过仿真和实车试验对方法各项功能及整体的协调性进行测试和评价，并与现有避障方法进行对比分析。结果表明，综合避障轨迹规划方法在各场景下都准确实现了避障功能，避障轨迹符合人类驾驶习惯，满足车辆动力学要求，与全局路径关系合理，并具备较好的舒适性，体现出更全面协调的避障轨迹综合性能。收起

关键词 : 自动驾驶汽车避障轨迹规划多属性几何结构避障类人性避障约束

5. 动轴变速齿轮传动理论及应用

[学位论文] 郑方焱武汉理工大学 2017年博士导师: 郭孔辉;华林共246页

摘要 : 齿轮几何学，即齿轮啮合理论，是一门研究共轭齿面接触传动原理、共轭齿面几何设计、共轭齿面几何关系的古老而现代的机械工程与数理科学相交叉的学科，是现代齿轮设计和制造的基础。目前有关齿轮理论的著作和文献均以定轴齿轮传动为基本出发点，该基... 展开齿轮几何学，即齿轮啮合理论，是一门研究共轭齿面接触传动原理、共轭齿面几何设计、共轭齿面几何关系的古老而现代的机械工程与数理科学相交叉的学科，是现代齿轮设计和制造的基础。目前有关齿轮理论的著作和文献均以定轴齿轮传动为基本出发点，该基本点规定了两传动齿轮轴线的相对位置在传动的过程中不发生改变。若对该基本点进行推广，假设齿轮传动过程中轴线相对运动，则可以得到动轴齿轮传动*。动轴齿轮传动是对定轴齿轮传动的一种推广，以此建立起的传动理论则是一种更广义的齿轮传动理论，能更好的解释齿轮设计和制造中的诸多问题。本研究提出动轴齿轮传动的基本假设，尝试建立完善的动轴变速比齿轮传动理论体系，涵盖齿轮的传动原理、齿面的几何设计、齿面的制造和齿轮传动机构的设计等问题，研究主要工作可概括如下：（1）齿轮传动原理提出动轴齿轮传动基本概念：假设一对齿轮传动的过程中，其轴线的夹角和偏置距是不断变化的；将变化的轴偏置和轴交角均定义为主动轮转角的函数；传统的定轴齿轮传动是动轴齿轮传动理论下轴交角和轴距为常数的一种特例。建立动轴齿轮传动的基础椭球面坐标系：基于动轴齿轮传动的基本概念，以旋量理论为基础，求解得到动轴齿轮传动的瞬时轴；将主动轮转角、传动比、以及瞬时轴的参数作为基本量，建立空间椭球面坐标系；研究其三个主要的坐标曲面：瞬轴面，横断面与轴向面；将线啮合瞬轴面成拓展成点啮合，讨论了空间齿轮传动的节曲面。（2）齿面几何设计研究了线接触共轭齿面的产形原理和方法，应用于线啮合齿轮传动设计：根据啮合基本原理讨论了产形轮的存在性，并研究产形轮的两种类型，即定轴产形轮与动轴产形轮（定轴产形轮和被产形齿轮之间构成定轴齿轮传动，动轴产形轮和被产形齿轮之间构成动轴齿轮传动）；以动轴产形轮和自由齿面齿条为基础，建立产形轮齿面的自由构造方法；结合产形运动关系，推导了线啮合共轭齿面的基本方程。研究了点接触共轭齿面的产形原理和方法，应用于空间点啮合齿轮传动设计：以空间传动齿轮的节曲面为基础，建立曲面上产形轮的运动标架；以最一般的螺旋产形轮为基础，建立了产形轮在上述运动标架上的位姿；以传动齿轮节曲面上点的速度为基础，建立了用该动轴产形轮产形点啮合共轭齿廓的运动关系，最终导出了空间点啮合共轭齿面的方程。研究了基础齿条齿面的自由修形原理和方法，应用于各类齿轮传动的修形设计：以基础齿条的齿面几何为基础，在齿廓和齿长曲线函数的基础上叠加修形函数局部重构基础齿条的齿面，并映射到相应产形轮的齿面上，最终基于产形原理获得相应齿轮的修形齿面几何；以降低齿轮传动对制造误差的敏感性为目标，研究了热锻直齿圆锥和直齿非圆锥齿轮的修形设计方法，并开发了相应的修形设计软件。（3）齿面加工制造建立了能适用于众多工艺类型和机床形式的齿轮展成法制造的联动数学模型，应用于齿轮的展成法切削加工：以动轴齿轮传动为基础，确定了产形刀具和产形轮之间坐标变换关系；结合齿轮加工机床刀轴和工件轴的运动关系，最终建立展成法齿轮制造的联动数学模型；以此为基础，对插齿加工和铣齿加工非圆齿轮进行了研究（包括非圆柱外齿轮、非圆柱内齿轮、斜齿非圆柱齿轮、弧齿非圆锥齿轮、曲线齿非圆柱齿轮），建立了机床的运动关系，推导了多轴联动的数学模型，研究了齿轮加工中的若干工艺问题，并完成了相应齿轮的制造和加工软件的开发。（4）齿轮机构设计提出了动轴齿轮传动机构的概念，并就平面变中心齿轮单级传动及相应轮系的机构学特点进行了初步的讨论：讨论了研究动轴齿轮传动的机构的可行性及应用优势；以变中心距齿轮传动为例，研究了三种基本的单级齿轮传动形式（分别为圆柱-圆柱齿轮变中心距传动，圆柱-非圆柱齿轮变中心距传动，非圆柱-非圆柱齿轮变中心距传动），分析了这些传动形式的特点；以单级传动为基础，研究了二级变中心距轮系，分析了其较传统定轴齿轮传动的应用优势，并就三种基本的传动（即外-外齿轮变中心距传动、内-内齿轮变中心距传动以及外-内齿轮变中心距传动）的机构学特点进行了研究和讨论；结合动轴齿轮传动理论，研究了非圆齿轮差动行星轮系，从而提出了一种新型的非圆齿轮系列分割器。收起

关键词 : 动轴齿轮齿轮传动旋量理论齿面设计修形设计传动机构

6. 带增程器(Range Extender)的微型电动汽车动力系统开发及其方法研究

[学位论文] 宋珂同济大学 2012年博士导师: 章桐共243页

摘要 : 增程式电动汽车结合了纯电动汽车与混合动力汽车的优点,能够有效提高纯电动汽车一次充电续驶里程,同时降低车辆对化石燃料的依赖度。因为其先进的动力系统部件混合度配置以及独特的使用特点,所以目前成为新能源汽车领域研究的热点。对增程式电动汽车动... 展开增程式电动汽车结合了纯电动汽车与混合动力汽车的优点,能够有效提高纯电动汽车一次充电续驶里程,同时降低车辆对化石燃料的依赖度。因为其先进的动力系统部件混合度配置以及独特的使用特点,所以目前成为新能源汽车领域研究的热点。对增程式电动汽车动力系统开发设计的关键技术进行研究,具有重要的现实意义。本文研究的主要目的是结合增程式电动汽车的结构特点及使用特点,对增程式电动汽车动力系统部件参数匹配方法及流程进行探索,深入研究键合图理论在增程式电动汽车动力系统建模中的应用,在所建立的动力系统模型基础上设计开发多种面向应用的增程式电动汽车能量管理控制策略,利用离线仿真与硬件在环试验相结合的方法验证评价各能量管理策略的控制效果,最终构建一套完整的增程式电动汽车动力系统设计开发流程及方法,为增程式电动汽车动力系统的设计与开发提供理论支持。本文主要完成了以下几部分的研究工作: (1)分析了增程式电动汽车的动力系统拓扑结构组成,按照安装方式及发电方式的不同对现有增程器进行了分类,研究比较不同类型增程器的特点。 (2)研究增程式电动汽车动力系统参数匹配设计流程及方法,提出三步骤设计开发流程,即:a.基于汽车动力学理论的参数静态匹配设计;b.基于计算机仿真技术的准动态、动态参数匹配校核;c.基于计算机仿真技术及优化设计理论的参数优化设计。研究增程式电动汽车动力系统主要部件基于汽车动力学理论的参数静态匹配方法,深入探讨电机扩大恒功率区系数对整车动力性能的影响,结合本文科研项目完成某型燃料电池增程式微型电动汽车动力系统参数设计,为后续研究确定了研究对象。基于ADVISOR仿真软件建立该型增程式电动汽车动力系统模型,利用该模型完成动力系统参数准动态仿真校核,对其动力性及续驶里程进行仿真分析。仿真结果验证了所提出的基于汽车动力学理论参数静态匹配设计方法的正确性。 (3)提出用于能量管理控制策略设计的电动汽车动力系统建模共性需求,对几种常见图形化建模方法进行比较与分析。利用键合图理论在复杂多物理领域系统建模仿真方面的优势,构建了所研究燃料电池增程式电动汽车动力系统关键部件模型以及动力系统整体模型,包括动力蓄电池模型、永磁同步电机模型、质子交换膜燃料电池增程器及DC/DC变换器模型、车辆及驾驶员模型等,为后续基于模型的能量管理策略研究奠定了基础。整个建模过程充分体现了键合图建模方法如下突出特点:多物理领域统一建模,图形化建模方式使得模型物理结构清晰,模型修改方便,避免繁琐的数学公式表达,系统状态量观测分析方便。 (4)从燃料电池增程式电动汽车车载能量源能量特性分析出发,制定了多种面向应用的燃料电池增程式电动汽车能量管理控制策略,包括基于规则的恒温器能量管理策略、基于规则的功率跟随能量管理策略、基于模糊逻辑理论的能量管理策略,并创新性的提出基于损失功率最小的瞬时优化能量管理策略、基于工况识别的多模式切换能量管理策略。详细研究各能量管理控制策略的控制思想,在恒温器能量管理策略和模糊逻辑能量管理策略的控制参数设计过程中引入遗传算法优化设计理论进行优化设计。为解决瞬时优化能量管理策略存在的局部最优问题,提出增程器输出功率增益因子,根据车载燃料量对燃料电池输出功率进行动态调整,从而获得逼近全局最优解的燃料经济性结果。采用模型仿真与实车试验相结合的方法,从动力性、经济性、对燃料电池增程器功率输出离散程度的影响、燃料电池增程器功率输出性能衰减情况下策略适应度以及针对增程式电动汽车使用特点的一周典型工况策略经济性五方面对所制定的能量管理策略的控制效果进行评价分析。 (5)为了验证所制定各能量管理策略的实时控制效果,同时完善基于键合图理论进行电动汽车动力系统建模仿真及能量管理控制策略开发的方法论体系,搭建了直接基于键合图模型的控制器硬件在环仿真测试平台,利用该测试平台完成所制定能量管理控制策略的有效性及控制效果验证评价。 (6)通过对以上研究工作的总结与提炼,取得一套完整的增程式电动汽车动力系统开发流程及方法。从分析增程式电动汽车动力系统开发要素入手,将增程式电动汽车动力系统开发的要素分为开发系统、开发流程及开发方法。研究发现增程式电动汽车动力系统开发系统、开发流程以及开发方法均表现出一定的层级性。结合实际燃料电池型增程式电动汽车动力系统开发项目,给出增程式电动汽车动力系统通用开发流程,子系统开发流程以及面向解决具体技术问题的开发流程。将增程式电动汽车动力系统开发过程中的方法分为系统层面的基于模型开发方法,以及解决各个开发环节具体技术问题的方法。研究总结了系统层面的基于模型开发方法在开发过程中的使用特点。以针对动力性、经济性的增程式电动汽车动力系统设计开发为例,总结提炼出开发过程中所涉及的主要技术方法框图,阐述了各方法彼此之间的顺序关系以及相互作用关系。收起

关键词 : 电动汽车动力系统软件设计仿真模型能量管理策略

7. 面向井下钻孔机器人应用的精确定位与地图构建技术研究

[学位论文] 李猛钢中国矿业大学 2020年博士导师: 朱华共239页

摘要 : 随着智能机器人、无人驾驶、人工智能等相关学科的快速发展，煤矿装备的智能化和机器人化，是继机械化、电气化、自动化变革之后新的发展趋势，将改变煤矿现有生产方式，为煤矿工业的发展带来生产力和安全性的巨大变革。作为煤矿机器人研发和应用之一... 展开随着智能机器人、无人驾驶、人工智能等相关学科的快速发展，煤矿装备的智能化和机器人化，是继机械化、电气化、自动化变革之后新的发展趋势，将改变煤矿现有生产方式，为煤矿工业的发展带来生产力和安全性的巨大变革。作为煤矿机器人研发和应用之一的井下瓦斯防治钻孔机器人是一种可以实现井下工作面巷道瓦斯自动抽放、无需人工干预的，具备自主行走、自动钻进等功能的全自主钻孔作业机器人。然而，井下复杂场景下的精确定位和高精度地图构建作为支撑钻孔机器人实现自主行走的关键技术，目前尚未有行之有效的解决方案。煤矿井下环境复杂、工况恶劣、无GPS，地面常规使用的定位和建图技术无法直接在此环境中应用。井下现有定位技术如航迹推算定位、惯性导航定位、射频标签定位、视频监控等，无法满足钻孔机器人在井下各种复杂环境中的长期大范围定位，无法为机器人自主导航和自动钻孔作业提供精确位姿估计；现有基于激光扫描仪和全站仪等测量设备的井下测绘和地图构建方法效率低，不适合场景变化环境的三维地图构建和模型快速更新，无法为钻孔机器人提供精确而高效的先验地图。因此，本文根据钻孔机器人的实际需求，围绕精确定位和地图构建这两个关键技术问题开展研究，主要内容包括：针对钻孔机器人自主行走的实际需求，分析了钻孔机器人的工况环境，探讨了钻孔机器人实现自主导航需要具备的功能需求，对移动机器人定位和地图构建问题的本质进行研究；分析构建欧式空间和流形空间的三维运动描述、基于滤波与优化的状态估计求解方法，以及传感器观测模型的数学描述，为提出适合钻孔机器人应用的定位和建图方法奠定理论基础。针对井下尚无可以为移动机器人提供可靠定位服务的定位系统和定位定姿方法，提出基于EKF-UWB的井下伪GPS定位系统构建方法，以及最优锚节点部署策略；进一步通过融合定位系统提供的位置估计与IMU观测，设计了基于ESKF-Fusion的6自由度位姿估计方法。通过仿真和真实场景试验，证明提出的基于EKF-UWB的定位系统和基于ESKF-Fusion的位姿估计方法可以实现井下机器人长期作业的鲁棒而精确的定位，可以在线估计UWB与IMU的外参和IMU的零偏。为了解决井下常规非结构环境的高效定位和点云地图构建问题，提出一种基于激光的3DNDT-graph-SLAM方法。根据井下巷道环境特点，设计了基于激光里程计约束因子、平面特征约束因子、回环约束因子的位姿图优化方法，可以实现在线定位和建图功能。在公开的数据集和井下模拟巷道进行了试验，结果表明提出的方法可以实现地面和井下非结构化场景的实时高精度地图构建，可以满足机器人在井下非结构化环境的精确定位和高效地图构建。为实现井下颠簸路面和复杂场景的可靠定位和高精度地图构建，提出一种基于激光雷达和IMU紧耦合的多传感器融合方法—LI-SLAM。为应对机器人快速旋转、剧烈运动等工况，提出了利用IMU数据辅助雷达进行点云畸变校正，设计了雷达相对位姿因子、IMU预积分因子、边缘化先验因子和回环检测因子，基于因子图优化框架实现了紧耦合融合传感器信息的功能。在野外复杂地形场景进行的大量试验结果表明，提出的方法对于复杂地形、剧烈运动等工况有很强的适应性，可以满足野外以及井下颠簸路面和复杂场景下的精确定位和高精度先验地图构建。针对井下尚无可以实现包含绝对地理信息、克服场景退化问题的定位和地图构建方法，提出一种基于雷达、IMU和UWB融合的LIU-SLAM方法。利用LI-SLAM方法提供的紧耦合局部激光惯性里程计，进一步基于全局因子图优化与UWB定位系统提供的绝对位置和距离观测进行融合。地下车库的现场试验表明，提出的方法实现了UWB信号覆盖范围内局部区域和长距离大范围场景的精确定位，可以在线实现点云地图与地理坐标系的对齐，提高了激光定位和建图的精度和鲁棒性。为了验证本文提出算法的实用性和可行性，开发了钻孔机器人定位导航软硬件系统，并在煤矿救援机器人平台上开展了在模拟煤矿巷道内的试验验证。结果表明，基于EKF-UWB方法的UWB定位系统可以实现在定位系统内的静态绝对定位精度均值10cm以内，满足钻孔机器人在局部区域作业的精确定位需求，并且可以通过移架或部署更多UWB节点拓展应用范围；ESKF-Fusion和LIU-SLAM方法均可以实现UWB定位系统内局部区域的机器人连续运动时的精确位姿估计，LIU-SLAM鲁棒性和精度更高，局部区域绝对定位精度均值25cm以内；LIU-SLAM方法可以实现UWB信号覆盖的大范围场景下的高精地图构建，地图一致性和局部建模效果好，大场景绝对定位精度均值25cm以内，可靠地实现了点云地图与地理坐标系的对齐，对于井下复杂和退化场景的鲁棒性最好。通过对UWB定位系统、基于UWB和IMU融合的ESKF-Fusion位姿估计方法、基于3DNDT-graph-SLAM高效定位和地图构建方法、基于LiDAR/IMU/紧耦合的LI-SLAM以及进一步融合UWB的LIU-SLAM精确定位和地图构建方法的研究，为钻孔机器人在井下不同环境的定位和地图构建提供了可行的解决方案，为下一步在钻孔机器人上实际应用奠定了研究基础和应用经验。收起

关键词 : 井下钻孔机器人同步定位与地图构建超宽带惯性测量单元激光雷达

8. 车辆系统精细化模型及振动传递机理研究

[学位论文] 徐宁北京交通大学 2017年博士导师: 任尊松共235页

摘要 : 列车运用速度提高后，诸如轨道不平顺、轮对不圆、道岔等各种外部激扰的作用时间缩短，轮轨激扰的频带加宽，致使列车对激扰的敏感性增强，表现为轮轨相互作用加剧、构架激振失稳、车体局部位置出现颤振，影响车辆运行安全性和乘坐舒适性。振动传递特... 展开列车运用速度提高后，诸如轨道不平顺、轮对不圆、道岔等各种外部激扰的作用时间缩短，轮轨激扰的频带加宽，致使列车对激扰的敏感性增强，表现为轮轨相互作用加剧、构架激振失稳、车体局部位置出现颤振，影响车辆运行安全性和乘坐舒适性。振动传递特性是响应输出和外界激励输入的中间纽带，体现动力学系统最本质的特征。车辆在运用过程中的安全性和平稳性等诸多问题，很大程度上与系统振动传递特性相关联。精细化模型能拓宽响应的频率范围，并使部件间相互作用关系更接近真实车辆系统，为探究系统准确的振动传递特性奠定基础。本文以动车组车辆系统为研究对象，围绕系统精细化建模方法和频域传递特性两个主要方面展开，并做出较为全面说明。主要研究内容及结论如下: 1.以多种经典车辆-有砟（无砟）轨道系统垂向和横向动力学模型为基础，采用统一形式的解析求解方式，建立了由轨道不平顺到车辆及轨道系统各部件的位移和加速度等频域传递函数。根据不同研究问题，构造了空间频域传递函数、功率流传递函数以及平稳性传递函数等与系统频域特征相关的新型传递函数。分析了不同类型频域特征函数在不同模型下的差异性。结果表明:运用速度为250～350km/h时，车辆部件主要能量传递带为空间频率0.4～1.2(1/m)和6～8.5(1/m)的两段。较小的加速度及其变化率，对传递特性影响远小于初速度。从激励到达车辆部件的功率流主要集中在几个低频区段，而流向轨下部件的能量集中在高频区段。常规范围内变化的抗弯刚度和结构阻尼比，对车体平稳性指数的影响并不明显。随速度增加，蛇行运动频率不断增大，该频段附近幅频传递函数也不断增大。接近临界速度时，较小的线路激励能引起较大能量的蛇行运动。 2.建立了包含全弹性车辆主体部件和牵引部件的车辆系统精细化模型。主体部件弹性化建模包括:结合传递矩阵法和模态叠加法的刚柔耦合动车轮对模型;采用有限元空间梁单元模拟动车构架和电机吊座动力学模型的建立;考虑垂向弯曲振动的车体刚弹耦合动力学模型。牵引部件精细化模型包括:转子动力学方法模拟齿轮和电机转轴振动;转子外伸端与联轴器间动态作用力求解;主、从动斜齿轮动态啮合动力学模型;齿轮箱和电机箱体等刚体部件动力学模型。 3.基于快速显式积分法，通过增加积分格式中加速度项的方式，构造一种适用于车辆-轨道系统精细化模型数值计算的显式积分格式及其预测-校正格式，结果表明:在求解频域传递特性问题时，本文积分格式的计算误差比快速显式法更小。结合IFFT方法，对随机相角进行重构获得了具有一定统计特征的不平顺随机序列以及两种加速工况下的不平顺随机时域序列，结果显示:无论是匀速还是变速工况，所得不平顺随机序列的功率谱均能与原功率谱较好地吻合。 4.基于刚性和精细化系统模型，比较了相同外界条件下和不同系统模型下主要部件时域响应和安全性指标特征。分析了不同速度及曲线条件下，车辆系统部件时域响应的差异性。借助短时傅里叶方法，给出加速和匀速过程中各主要部件加速度时-频响应。结果表明:对于不同模型，各部件加速度响应差异较明显，位移响应差异较小。速度相同时，不同模型下车体加速度量值较为接近;精细化模型下，构架和轮对加速度幅值均大于刚体模型的计算结果。二系悬挂衰减作用比一系悬挂更为明显，且垂向强于横向。牵引系统对沿该路径上传的振动一定的衰减作用。圆曲线上磨耗指数大于过渡曲线上的磨耗指数，并在进、出圆曲线位置磨耗指数出现极大值。高速线路曲线半径大，车辆安全性、磨耗以及振动等特点受曲线自身的影响相对较小，受外界激励影响较大。相同平均速度的匀速和加速过程，靠近激励源部件的加速度，在趋势和量值上的差异比远离激励源的部件更明显。轮对振动高能量区为75～90Hz和300～600Hz。经轮对传递至齿轮箱的能量以高频段为主。 5.基于时域响应结果，通过FFT和工况传递路径方法(OTPA)建立了一系和二系间总体幅频传递特性和路径传递特性，分析了不同模型和工况以及阻尼参数变化对部件间总体传递特性的影响，比较了不同路径的传递率和贡献量。结果表明:低频范围内，不同模型的总体传递特性差异较小。在车体弯曲振动、构架和电机吊架弹性振动以及齿轮箱刚体振动对应的频带差异较为明显。单纯改变阻尼参数不能使主体部件传递特性在较宽频带内获得优化。除车体刚体振动频率外的其他频段，经构架传至车体的振动传递率都相对较小。车体垂向振动的传递率和贡献量，直接传递路径在一定程度上高于其他传递路径。小于400Hz的范围，垂向路径总贡献量主要来源于两侧轴箱路径，大于400Hz的范围，垂向路径总贡献量主要来源于车轴与齿轮箱连接路径。低频范围，构架各位置横向振动能量主要来源于轮对横向振动，中高频范围，构架各位置横向振动能量主要来源于轮对垂向振动。 6.通过正线试验，获得车辆关键位置加速度信号，分析了系统关键部件的时域和统计特征，对匀速直线、曲线、加速过程等工况进行了区分。利用STFT方法，获取匀速和加速工况以及典型冲击工况下主体部件的时-频特征。采用FFT方法，给出加速、匀速等工况下，一系和二系主体部件间的总体传递特性。基于OTPA方法得到二系各传递路径的传递率和贡献量。结果显示:构架不同位置的加速度值差异较大，且以垂向最为明显。部件加速度时-频谱中出现与速度-时间历程形状相似的线条，与轮对各阶不圆、轨道板各周期性倍频不平顺相对应。加速过程中，当激励频率接近系统部件固有频带时，部件在该频率下振动能量有所增大。典型冲击作用时间一般为0.06～0.08s，振动能量集中在以31.5Hz，304Hz，505Hz为中心的频段。钢弹簧是一系悬挂最主要的振动传递路径，轮轨激励沿牵引系统上传到构架有较宽且稳定的频率范围。当振动频率接近齿轮箱刚体振动主频和电机吊架弹性振动主频时，由轴箱到电机和齿轮箱吊座的幅频传递特性存在局部峰值。车体垂向振动能量主要来自于构架上传递垂向振动。对车体横向振动的贡献，小于2.5Hz范围内，横向路径总贡献维持在50％～80％，大于2.5Hz的范围，垂向路径总贡献明显大于横向路径总贡献。收起

关键词 : 动车组精细化模型振动传递特性显式积分法时频特性安全指标

9. 镁质车体前端设计开发及NVH性能优化研究

[学位论文] 张磊浙江大学 2014年博士导师: 郝志勇共228页

摘要 : 镁合金是一种新型的轻金属材料，由于其重量轻、比刚度和比强度高、阻尼吸震性能及压铸性能好等优点，越来越广泛地在汽车产品上得到应用。针对某型乘用汽车开展了镁合金的应用研究。分析了仪表板横梁原始结构的刚度、强度、模态等性能。采用压... 展开镁合金是一种新型的轻金属材料，由于其重量轻、比刚度和比强度高、阻尼吸震性能及压铸性能好等优点，越来越广泛地在汽车产品上得到应用。针对某型乘用汽车开展了镁合金的应用研究。分析了仪表板横梁原始结构的刚度、强度、模态等性能。采用压铸工艺设计镁合金压铸结构替换原钢质仪表板横梁总成，零件数量由50个减少到7个，缩减率为86％。通过对镁合金压铸结构进行相关性能分析，发现结构设计产生的问题。对结构进行结构设计改进，初步提高刚度性能。采用基于多物理量的结构灵敏度分析及质量最小化的优化模型进行镁合金压铸结构的优化设计，在满足各项机械性能要求的同时，镁合金替代件的质量比原钢质结构减轻了46.6％。对镁合金组合板件进行了隔声性能分析。根据单层板声阻抗结果和夹层板的阻抗转换定理得到双层板隔声量的推理结果。分析了组合板空气夹层厚度变化、不同厚度板件配置、单个板件厚度变化等多种情况对组合板件隔声性能的影响。通过自行设计的混响箱，在消声室内对组合板件进行混响声场条件下的噪声衰减性能的实验研究，比较了混响声场下不同组合板件的声学性能。对前围板进行了镁合金材料替换研究，重点考查了隔声性能的变化。在低频段采用FEM/IBEM(有限元-边界元)法对不同材质前围板进行隔声性能比较，发现该结构由镁合金替换钢质材料后，重量减轻但隔声性能并未下降，在某些频段甚至更加良好。对前围板孔洞密封是保障结构隔声性能的前提。通过施加声学包装，发现在计算频域中的低频处产生隔声性能恶化现象，同时分析结果表明吸声材料并非越厚越好。采用FE-SEA法进行中高频段隔声性能分析，发现钢的隔声性能优于镁合金，同时通过对关键区域进行声学包装设计，能产生明显的声学优化效果。采用ATV法（声传递向量法）进行声贡献量分析，得到贡献量最大板块，通过模态分析，确定了隔声低谷的声传递路径。根据分析结果对关注频率段的主要声透射区域及相邻板块进行结构改进，发现其中一块隔声量变化明显。以优化第一阶模态为目标，对该区域进行拓扑优化设计。结果表明,隔声低谷现象虽然得到了改善，但高频段声学性能有所下降。对此现象，需要结合声学包装进行该频段的声学优化。建立了整车车内声场SEA(统计能量分析)模型。通过对前围板材料进行替换，计算驾驶员耳旁噪声，发现3mm镁合金前围板在高频处相对于1mm钢制前围板的耳旁噪声大。将复合前围板的每层材料厚度作为设计变量，以轻量化为目标，进行车内声场优化。通过MMA(移动渐近线)法和GA(基因遗传法)法进行优化比较，得出结论GA法能得到全局解。经过对车内耳旁噪声优化迭代计算后，和原钢质复合前围板相比，复合结构重量下降9.93kg，减重46.3％。耳旁噪声优于钢制复合前围板产生的声学结果，实现了低噪声轻量化设计。收起

关键词 : 镁合金车体前端仪表板机械性能隔声性能优化设计

10. 基于多角度碰撞特征的车用多胞结构仿生设计及其吸能机理研究

[学位论文] 梁鸿宇吉林大学 2022年博士导师: 马芳武共227页

摘要 : 多胞结构具有轻质、高比吸能的性能优势，在汽车、轨道交通、航空等领域具有广泛的应用前景。相比于传统实体结构，其结构利用率更高，它能在发生碰撞时通过自身的压溃变形吸收大量冲击动能，从而有效减缓冲击。研究多胞结构的吸能特性，对提高汽车等... 展开多胞结构具有轻质、高比吸能的性能优势，在汽车、轨道交通、航空等领域具有广泛的应用前景。相比于传统实体结构，其结构利用率更高，它能在发生碰撞时通过自身的压溃变形吸收大量冲击动能，从而有效减缓冲击。研究多胞结构的吸能特性，对提高汽车等交通工具的抗撞安全性具有重要意义。目前关于多胞结构的抗撞性研究绝大部分是基于提高轴向吸能特性开展的，关于提高不同角度加载下吸能特性的研究十分欠缺。而实际车辆碰撞中，完全的轴向碰撞发生的情况很少，更常见的情形是冲击载荷方向与吸能部件轴向方向之间存在一定的夹角。针对轴向加载提出的多胞结构，尽管具有优异的轴向吸能特性，但是在斜向加载下不一定能展现出较好的吸能特性。本文以数值模拟方法为主，结合试验验证、理论分析和多目标优化方法，围绕提高多胞结构在不同角度加载下的吸能特性展开了一系列的研究。在深刻理解不同角度加载下多胞结构的压溃变形模式和吸能特性的基础上，结合仿生设计手段及优化设计方法，以正六边形元胞构型为设计主线，针对典型的四种多胞吸能结构形式（二维蜂窝结构、多胞吸能管结构、三维点阵结构、点阵结构填充管结构），提出了在不同角度加载下增强耐撞性能的方法。具体研究内容如下： (1)研究了二维蜂窝结构多角度工况下的耐撞性能，提出了多胞结构的多工况耐撞性评价方法。以典型的正负泊松比蜂窝结构（正六边形蜂窝结构及其演化的内凹六边形负泊松比蜂窝结构）为研究对象，研究了不同角度加载下正负泊松比蜂窝结构的吸能特性。提出了两个综合耐撞性指标：综合吸能性与吸能稳定性。基于综合耐撞性评价指标，分析了正负泊松比蜂窝结构的优缺点，并以正六边形元胞作为优化构型，开展了多目标耐撞性优化设计，为后续研究提供了构型基础与评价准则。 (2)基于正六边形元胞的二维构型，提出了一种仿生马尾植物的自相似分层增强蜂窝结构，探究了其在轴向加载与斜向加载下的面内增强机理。一方面，研究了自相似分层蜂窝结构的轴向冲击耐撞特性，其独特的分段式变形模式使得结构具有双平台吸能特征。基于多尺度代表性单元理论，结合双平台的变形模式，对两个平台的平台应力及其平台转折点和吸能截止点进行理论预测。进一步地，提出了基于多平台吸能预测的优化策略，并以典型的顶点自相似结构和边长自相似结构为对比参照，进行优化策略的效果验证。另一方面，研究了自相似分层蜂窝结构的斜向冲击耐撞性能，结合轴向冲击耐撞性数据，对自相似蜂窝结构综合耐撞性能的增强效果进行对比评价，发现自相似蜂窝结构在综合吸能性与吸能稳定性方面均优异于传统蜂窝结构。 (3)结合上述自相似元胞布局，提出了一种仿生竹节特征的梯度多胞管结构，研究了不同角度加载下梯度多胞吸能管的面外吸能特性及其增强机理。以薄壁吸能圆管为设计原型，受竹节特征启发，将上述自相似蜂窝结构的六边形轮廓设计成圆形，进而提出了仿生竹节特征的多胞吸能管增强结构。基于简化的超折叠单元理论，对仿生多胞吸能管的轴向平均压溃力进行理论预测，并进行了仿真与试验验证。基于三种综合权重机制，对比分析了仿生多胞吸能管与圆管在单一工况以及多工况下的耐撞特性，阐述双环截面特征与梯度分布特征的仿生优势。从提高仿生多胞吸能管在不同角度加载下吸能特性的角度出发，分析截面仿生特征以及竹节梯度分布特征对结构耐撞性的影响。最后，将仿生多胞吸能管与现有的典型多胞吸能管结构进行耐撞性对比分析，进一步证实仿生多胞吸能管的吸能优越性。 (4)基于正六边形元胞的三维拓扑形态，提出了一种仿生马蹄墙微观分布特征的复合梯度三维点阵结构，探究了不同梯度形式对点阵结构多工况耐撞性能的影响机理。以四种典型的三维点阵结构（正六边形笼式点阵结构、内凹六边形负泊松比点阵结构、双箭头负泊松比点阵结构、星型点阵结构）为研究对象，建立了等相对密度下四种典型三维点阵结构的有限元模型。基于自主设计的斜向压缩夹具，对有限元模型进行试验验证。研究了不同角度加载下四种典型三维点阵结构的吸能特性，并确定最佳构型。基于正六边形笼式点阵结构，从分布形式角度出发，受马蹄墙微观特征启发，提出复合梯度分布式增强设计方案。探究了九种梯度分布形式下正六边形笼式点阵结构的耐撞特性，基于综合耐撞性评价指标，确定纵向正梯度与横向负梯度的最优复合梯度构型。 (5)将正六边形三维点阵结构作为填充内芯，研究了仿生骨骼特征的填充式吸能盒的多工况耐撞性能，并从梯度填充设计与诱导槽改进设计两个方面开展了抗撞性多目标优化研究。以汽车吸能盒为研究对象，受动物骨骼结构特征启发，以三维点阵结构为芯体，研究不同角度加载下点阵结构填充式汽车吸能盒的吸能特性。对比分析了四种典型三维点阵结构填充式汽车吸能盒的耐撞性能，确定最佳填充芯体。在此基础上，对梯度点阵结构填充吸能盒进行耐撞性研究及多目标优化设计，分析优化前后的性能效果，针对设计不足提出了诱导槽改进方案。进一步地，对吸能盒本体诱导槽的形状、数量、位置和尺寸进行优化设计，确定最佳诱导槽的构型与分布。基于改进诱导槽的点阵结构填充式汽车吸能盒进行抗撞性多目标优化设计，优化了本体壁厚以及点阵结构的结构参数。相对于原始吸能盒结构减重32.05%，在保证最大冲击力小于阈值的前提下，平均压溃力、综合比吸能、吸能稳定性分别提高了45.3%、15.17%、33.33%。收起

关键词 : 汽车多胞结构仿生设计吸能机理碰撞特征