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第十八届全国非线性振动暨第十五届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议（NVND2021）

作者：李猛邹鸿翔魏克湘湖南工程学院汽车动力与传动系统湖南省重点实验室长沙理工大学汽车与机械工程学院

随着科学技术的发展,可穿戴设备或集成系统可以在日常生活中辅助人们,从而提高生活质量。特别是对于老年人,由于疾病和身体机能退化,可能需要长期的医疗设备的帮助。最关键的挑战是找到合适且可持续的电源。本文提出了一种共存-协同人... 详细信息

随着科学技术的发展,可穿戴设备或集成系统可以在日常生活中辅助人们,从而提高生活质量。特别是对于老年人,由于疾病和身体机能退化,可能需要长期的医疗设备的帮助。最关键的挑战是找到合适且可持续的电源。本文提出了一种共存-协同人体运动能量采集。将器件的主要部分固定在人体的耐受部位,通过膝关节运动来驱动柔性牵引机构,从而减少了对膝关节的约束与损伤,且具有较大的驱动力。这种柔顺驱动设计使得能量采集器与人体和谐共存。此外,由于软驱动特性,能量采集器运转可以自然地与人体运动协同。当脚向下踩踏时,即做负功,绳索被拉紧,采集人体运动能量。当脚抬起时,能量采集器释放弹性势能,绳索放松,可以帮助人类做正功助益人体运动。此外,利用机械调制机制提高了机电转换效率。研制了原理样机并进行了一系列测试。一个7岁的女孩可以轻松高效地发电,缓慢行走时可以点亮约500盏LED灯。该装置还可以通过手拉产生更高的功率。在大约2 Hz的手动激励下,最大功率为7.7 W,平均功率为1.5W。该装置可以直接给诸如手机之类的智能电子产品充电,并可以对人体直接执行电击理疗。我们还演示了通过自供能的无线信号传输系统进行人车交互,以提高老人在交通环境中的安全性。这项工作表明,共存-协同的人体运动能量采集方法为实现一体化的自供能人体辅助系统提供了技术支撑。

关键词：能量采集人体运动能量电磁摩擦纳米发电机

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基于改进DP等效电路模型的动力电池最大功率估算方法

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企业科技与发展 2020年第5期 42-44页

作者：汪杰强刘志军李泉柳州上汽汽车变速器有限公司柳东分公司广西柳州545000 湖南工程学院汽车动力与传动系统湖南省重点实验室湖南湘潭411100

纯电动及混合动力汽车需采用多个单体电池进行串并联成组的动力电池包作为其能量的存储单元,考虑到电池组有限的容量、充放电倍率等参数,需通过电池管理系统对动力电池的最大可用充放电功率进行估算,并对电池组的充放电功率进行科学合... 详细信息

纯电动及混合动力汽车需采用多个单体电池进行串并联成组的动力电池包作为其能量的存储单元,考虑到电池组有限的容量、充放电倍率等参数,需通过电池管理系统对动力电池的最大可用充放电功率进行估算,并对电池组的充放电功率进行科学合理的限制,这是保证电池组使用寿命及可靠性的重要功能。实验数据表明,利用改进的DP等效电路模型对动力电池最大功率进行估算能够得到可靠的估算结果。

关键词：动力电池电池管理系统最大功率电动汽车

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调制双稳态摆发电背包的设计、建模与实验

调制双稳态摆发电背包的设计、建模与实验

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第十八届全国非线性振动暨第十五届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议（NVND2021）

作者：郭丁华邹鸿翔魏克湘湖南工程学院汽车动力与传动系统湖南省重点实验室长沙理工大学汽车与机械工程学院

便携式和可穿戴电子设备的可持续供电问题引起了人们广泛关注。为了克服常规电池供电不可持续、环境污染大等缺点,本文提出了一种调制双稳态摆发电背包设计。与传统发电背包不同,我们通过双稳态摆动收集人体运动能量,通过磁场和重力场... 详细信息

便携式和可穿戴电子设备的可持续供电问题引起了人们广泛关注。为了克服常规电池供电不可持续、环境污染大等缺点,本文提出了一种调制双稳态摆发电背包设计。与传统发电背包不同,我们通过双稳态摆动收集人体运动能量,通过磁场和重力场的耦合力学设计,使得双稳态摆在微激励下就可以越过双稳态势能阱产生较大幅度的摆动。为了提高机电转换效率,采用齿轮机构和永磁体阵列放大激励频率。通过齿轮、棘轮棘爪机构将往复摆动转换为单向旋转,避免往复激励换向导致的能量损失,也使得机电转换更加可控。相比其他人体能量采集方法,本设计只需要较小强度的激励就能驱动装置运作,在较大激励时也能俘获更多能量。通过能量法建立调制双稳态摆人体运动能量采集系统的机电耦合动力学模型,研究了关键设计参数对系统动力学和电学输出的影响规律。通过3D打印方式快速制造了不同规格尺寸的调制双稳态摆发电背包原理样机,选择不同体型(胖、娇小、高瘦)的测试者,测试在不同速度走动、慢跑、跑动时的发电性能。研究表明,调制双稳态摆发电背包能够有效俘获人体运动能量,产生的功率足够为很多便携式设备供电。该装置还可以与传感器、智能识别模块等电子器件集成为智能化背包。

关键词：人体运动能量采集双稳态发电背包机械调制

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机械调制电磁-摩擦复合车辆滚压能量采集方法及应用研究

机械调制电磁-摩擦复合车辆滚压能量采集方法及应用研究

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第十八届全国非线性振动暨第十五届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议（NVND2021）

作者：赵滢洁邹鸿翔杜荣华湖南工程学院汽车动力与传动系统湖南省重点实验室长沙理工大学汽车与机械工程学院

车辆滚压路面可以产生大量的机械能量,收集车辆滚压能量为布置在道路的传感器等小型机电系统供电,从而实现实时交通状况监测、交通系统远程或自动化管控、交通设施健康状态监测等,使交通系统更加安全、有序、高效地运行,可以促进社会经... 详细信息

车辆滚压路面可以产生大量的机械能量,收集车辆滚压能量为布置在道路的传感器等小型机电系统供电,从而实现实时交通状况监测、交通系统远程或自动化管控、交通设施健康状态监测等,使交通系统更加安全、有序、高效地运行,可以促进社会经济发展和提升人们生活的幸福感。但是,车流量情况、车辆型号、车辆载重、车辆速度等影响车辆滚压激励的关键因素不确定,车辆滚压冲击大以及道路环境恶劣等,给车辆滚压能量采集在实践中应用带来了重大挑战。为了解决这些制约车辆滚压能量采集实践应用的关键难题,提出了机械调制电磁-摩擦复合车辆滚压能量采集方法。该方法通过升降螺杆收集汽车滚压路面的能量,然后通过机械调制机构将螺杆的升降转换为单向高频旋转,从而俘获更多的能量并提升机电能量转换效率,采用摩擦发电和电磁发电复合机电转换机制提高了输出功率以及电能使用的灵活度。通过能量法建立了机械调制电磁-摩擦复合路面能量采集系统的机电耦合动力学模型,揭示了关键设计参数对系统动力学和电学输出的影响规律。研制了机械调制电磁-摩擦复合路面能量采集器样机,选择不同车型(小型轿车、中型轿车、卡车)的测试车辆,测试在不同速度下的发电功率。研究表明,机械调制电磁-摩擦复合路面能量采集器能够有效采集适合汽车行驶产生的脉冲激励,发电功率足够为许多小型机电系统供电。基于研制的原理样机,测试了自供能违章拍照以及违章信息无线传输方面的应用。该项研究为自供能智慧道路技术提供了支撑,有益于交通系统绿色低碳发展。

关键词：脉冲激励复合能量采集机电转换动力学模型

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柔顺车路能量采集减速带设计与动力学建模

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动力学与控制学报 2023年第10期21卷 58-64页

作者：常思登杜荣华吴佳辉贺嘉怡邹鸿翔长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114 湖南省汽车动力与传动系统重点实验室湘潭411104

本文提出一种柔顺车路能量采集减速带(Flexible vehicle-road energy harvesting bump,FVEHB),用于采集车辆在行驶过程中耗散的机械能,为智能交通系统中的微小型机电系统提供可持续的清洁能源,有益于交通系统朝着更加智能化、多功能化... 详细信息

本文提出一种柔顺车路能量采集减速带(Flexible vehicle-road energy harvesting bump,FVEHB),用于采集车辆在行驶过程中耗散的机械能,为智能交通系统中的微小型机电系统提供可持续的清洁能源,有益于交通系统朝着更加智能化、多功能化和绿色化的方向发展.通过柔顺变形及柔性线驱动松弛-张紧过滤车辆滚压激励伴随的强冲击且保留较大的驱动力,柔顺变形及柔性线驱动可以容错制造误差和不确定形变,破解车路能量采集强冲击难题;通过升频机制、双向驱动提高机电转换效率.基于FVEHB的工作原理建立机电耦合动力学模型并进行了实验验证,研究不同激励下FVEHB的电学响应.实验结果表明,激励频率为5Hz时外接负载29Ω的峰值电压和峰值功率分别为5.81V和1.16W.探索了自供能交通环境监测及自供能交通管控等应用,验证了FVEHB有潜力为交通系统中的微小型机电系统提供可持续、便捷的清洁能源.

关键词：车路能量采集能量采集减速带动力学分析

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滑动式磁力耦合车路能量收集装置设计、建模与实验

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动力学与控制学报 2023年第10期21卷 51-57页

作者：肖俊常思登杜荣华邹鸿翔长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114 湖南省汽车动力与传动系统重点实验室湘潭411104

提出了一种磁力耦合的滑动式车路能量收集装置(Magnetic-coupled Sliding Vehicle-road Energy Harvesting device,MSVEH)收集行驶车辆产生的机械能.能量收集装置与路面平齐,在收集能量的同时能有效地减少冲击对车辆行驶过程的影响.磁... 详细信息

提出了一种磁力耦合的滑动式车路能量收集装置(Magnetic-coupled Sliding Vehicle-road Energy Harvesting device,MSVEH)收集行驶车辆产生的机械能.能量收集装置与路面平齐,在收集能量的同时能有效地减少冲击对车辆行驶过程的影响.磁力耦合驱动方式可以实现非接触运动传递,从而将动密封转换为静密封,全密封设计理念有助于提高装置可靠性.滑动部件在车轮的双向激励下产生水平运动,通过磁力将运动传递到发电单元引起磁铁盘与线圈的相对运动从而发电.使用了单向轴承和换向齿轮联合设计实现装置在复杂交通环境自适应,适应车轮的双向激励并输出单向旋转运动.建立了永磁体间磁力的数学理论公式并进行了计算并得到了磁力曲线.建立了系统的动力学模型研究系统电学特征,探究了在外接负载下的滑动位移和激励频率参数对电学输出的影响.结果表明,滑动位移对装置输出性能影响显著,在负载电阻60Ω,位移20mm和频率5.0Hz时,峰值电压和峰值功率分别为10.2V和1.734W.

关键词：车路能量收集磁力耦合动力学分析

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磁力耦合压电振动能量采集器研究

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噪声与振动控制 2020年第2期40卷 210-214,220页

作者：白泉魏克湘黄维彬湖南工程学院机械工程学院湖南湘潭411101 风电装备与电能变换协同创新中心湖南湘潭411101 汽车动力与传动系统湖南省重点实验室湖南湘潭411101 长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114

提出一种基于汽车减振器的磁力耦合压电振动能量采集器,可以采集更多的振动能量,并减少振动引起的冲击力。该设计中包括永磁铁阵列和弯张压电单元阵列。磁力耦合作用将不规则的往复振动转换成单向磁排斥力作用,并通过弯张结构放大作用... 详细信息

提出一种基于汽车减振器的磁力耦合压电振动能量采集器,可以采集更多的振动能量,并减少振动引起的冲击力。该设计中包括永磁铁阵列和弯张压电单元阵列。磁力耦合作用将不规则的往复振动转换成单向磁排斥力作用,并通过弯张结构放大作用于压电片。建立磁-机-电耦合模型并进行实验。实验结果表明:在以固定频率f=12 Hz、13 Hz和15 Hz输出时,增加随机振动信号的幅值,压电俘能器所俘获的电压幅值也随着增大,且输出的电压峰值与振动信号幅值峰值点一致;同时发现幅值相近时,在振幅可视为相等情况下,振动信号频率不同,电压幅值维持不变,电压信号频率改变。该设计结构紧凑,可以集成于汽车减振器中而不显著增加器件体积。

关键词：振动与波磁力耦合压电俘能装置随机振动信号汽车减振器采集

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锂电池PACK包Al-Zn-Mg-Cu铝合金CMT焊接组织与性能研究

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包装学报 2020年第1期12卷 9-16页

作者：高平平潘云陈爽刘春轩曾维权欧阳志军吴安如湖南工程学院湖南省汽车动力与传动系统重点实验室湖南湘潭411104 广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院广东广州511434 湖南金天铝业高科技股份有限公司技术中心湖南长沙410007

以锂电池包箱体常用的7003铝合金为研究对象,采用冷金属过渡焊接工艺(CMT)对7003铝合金进行焊接后,经过固溶(485 ℃,3 h)、人工时效(160 ℃,2 h)和自然时效(72 h)热处理后,进行组织和性能研究。通过慢应变速率拉伸试验、常温拉伸试验、... 详细信息

以锂电池包箱体常用的7003铝合金为研究对象,采用冷金属过渡焊接工艺(CMT)对7003铝合金进行焊接后,经过固溶(485 ℃,3 h)、人工时效(160 ℃,2 h)和自然时效(72 h)热处理后,进行组织和性能研究。通过慢应变速率拉伸试验、常温拉伸试验、显微维氏硬度测试、扫描电子显微镜分析等方法,对该铝合金接头的母材和焊缝的抗腐蚀性能、力学性能以及微观组织形貌进行研究。结果表明:当慢应变速率为1×10-6 s-1时,基材和焊接试样的应力腐蚀敏感性指数(ISSRT)分别为2.73%和9.74%;对焊接试样的接头进行晶间腐蚀和剥落腐蚀测试并评级,晶间腐蚀为4级,剥落腐蚀为PA级;焊接接头的电导率、抗拉强度、延伸率分别为22.0%(IACS)、330.7 MPa、10.0%。

关键词： CMT焊接 7003铝合金应力腐蚀力学性能

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锂电池包箱体用7003铝合金FSW焊接工艺的仿真及其性能分析

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包装学报 2020年第4期12卷 15-21页

作者：毛成文朝晖高平平潘云陈磊陈爽孙小刚吴安如三一重工股份有限公司泵送研究院湖南长沙410090 湖南工程学院湖南省汽车动力与传动系统重点实验室湖南湘潭411104 广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院广东广州511434

以锂电池包箱体用7003铝合金为焊接对象,采用搅拌摩擦焊(FSW)工艺进行接头焊接,利用有限元软件SYSWELD对箱体铝合金板焊接过程进行模拟仿真,并对比分析了模拟仿真与实际焊接实验的效果。结果表明:当焊接速度为3 mm/s时,搅拌头转速为2 10... 详细信息

以锂电池包箱体用7003铝合金为焊接对象,采用搅拌摩擦焊(FSW)工艺进行接头焊接,利用有限元软件SYSWELD对箱体铝合金板焊接过程进行模拟仿真,并对比分析了模拟仿真与实际焊接实验的效果。结果表明:当焊接速度为3 mm/s时,搅拌头转速为2 100~2 500r/min可以满足焊接工艺要求;实际焊接实验结果与模拟仿真结果吻合,焊接接头金相组织性能均匀,固溶490℃/3 h和人工时效180℃/12 h后,接头抗拉强度为369.2 MPa,延伸率为7.6%。

关键词：搅拌摩擦焊 7003铝合金 SYSWELD 力学性能

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