团队简介

陈勇教授科研团队，为“为河北工业大学新能源汽车研究中心团队”。 中心承担在研4项国家重点研发计划项目，1项国家自然科学基金，7项省市级项目，多项横向课题。近三年累计到校经费2100余万元，已发表SCI/EI论文28余篇。其中由新能源汽车研究中心主持的“战略性国际科技创新合作”重点专项“新能源汽车高速传动系统关键零部件模拟制造技术及应用研究”项目是我校作为主持承担单位，车辆系首次获批的国家重点研发计划项目。对提升我校科研水平和学科建设起到较大作用。研究成果获得第二十一届中国国际工业博览会高校展区优秀展品奖，带头人荣获2018年中国产学研合作创新奖（个人）。

团队成员包括武一民、周志革、景国玺三位教授，刘茜、刘海两位副教授，肖森、刘晓昂、陈光、孙秀秀、尤勇五位讲师。兼职团队包括中国工程院院士1人，教育部高层次人才1人，国家级专家3人，海外专家4人，当前培养在读博士研究生5人，硕士研究生50余人。团队研究方向涵盖了新能源汽车自动变速器高性能高强度齿轮、、动力传动系统NVH及底盘振动控制研究、新型构型优化设计与控制技术、电动汽车车身结构及安全性研究、电池安全防护研究、适合中国人的损伤生物力学损伤机理、轴承系统摩擦学特性、磷酸锰/二硫化钼转化涂层齿轮摩擦磨损机理与疲劳特性研究等较全面的研究领域。

负责人简介

陈勇                   教授/博导

研究方向：新能源汽车传动系统与高强度齿轮设计、

新能源汽车研究中心带头人：陈勇教授，任我校机械工程学院“新能源汽车研究中心”主任，国家级专家、中国汽车工程学会会士、天津市汽车工程学会副理事长、天津市新能源汽车动力传动与安全技术重点实验室专家委员会副主任。

成员简介

武一民              教授

中国汽车工程学会理事

主要研究方向：汽车系统动力与振动噪声（NVH）控制

周志革              教授

主要研究方向：车身结构优化设计与CAE

景国玺              教授

中国兵器青年英才计划、天津市 131 创新人才培养计划第一层次人才

主要研究方向：内燃机疲劳强度理论与应用研究，发动机现代设计理论和方法

刘茜                   副教授

主要研究方向：车辆零部件设计及有限元分析；液压系统设计及研究； 新能源汽车电机减振降噪研究

刘海                   副教授

主要研究方向：新能源汽车动力系统NVH性能控制、智能语音识别算法研究

陈光                   讲师

主要研究方向： 汽车被动安全性和结构碰撞损伤力学

孙秀秀                       讲师

元光学者启航岗B

主要研究方向：新能源汽车传动系统、内燃机污染物控制技术、内燃机热管理技术

肖森                   讲师

主要研究方向：碰撞损伤生物力学及车辆耐撞性

刘晓昂              讲师

主要研究方向：新能源汽车、传统汽车振动控制设计

尤勇                   讲师

主要研究方向：车辆动力传动及其综合控制

 贾一帆   校聘副教授

主要研究方向：新能源汽车电驱动系统控制，车辆动力学控制

研究方向及代表成果

1多挡自动变速器关键技术基础应用研究

具体研究内容包含以下三个方面：提高变速器在电机高转速工作下的轴齿系统的耐久性和稳定性。由于电机正常工作下的转速远高于发动机工作转速，纯电动车变速器在高转速下的传动特性需要进行大量基础性的设计开发和试验验证；通过电控系统控制策略的开发，整体提升电动汽车在不同工况下的使用性能。多挡自动变速器的低档位可以保证纯电动汽车的起步加速性和最大爬坡度，高档位可以调节电动汽车的最高车速，通过合理优化挡位变换，实现电机高效工作，提高电池能量使用效率，增加续驶里程；简化换挡执行机构，提高换挡平顺性；集成驻车系统，保证车辆的安全功能。换挡和驻车功能实行全电控，提升电动汽车驾驶舒适性。团队研发的两档电动汽车自动变速器，在吉利纯电动汽车工程样车搭载和初步标定，并获得第21届（2019）中国国际工业博览会高效展区优秀展品奖优秀奖、第16届（2020年）俄罗斯新时代国际发明与新技术展览会奖金奖、第48届（2021年）日内瓦国际发明展金奖。

 

图5 两档自动变速器建模与布置示意图

2高性能低声振动力总成系统优化研究

研究电机与变速器系统一体化设计，具体包括电机与变速器同轴设计、电机与变速器结构拓扑优化设计及新材料的应用等提高电驱动系统性能，同时研究诸上方案对电驱动系统可靠性的影响规律。研究电机与变速器结构特性、噪声关联性，以改善电驱动系统辐射噪声为目标，建立电机-变速器一体化系统声振理论分析模型，综合考虑作用于动力总成的机械激励与电磁激励，机械激励部分考虑齿轮传动系统的时变刚度、误差激励和齿轮冲击力，电磁激励考虑永磁同步电机作用于定子上的径向和切向电磁力波。综合考虑电机与变速器系统一体化后，电驱动动力总成运行中承受机、电、磁、热多物理场综合作用影响，构建电机-变速器一体式动力总成多源动态激励模型，在此基础之上进一步开展电机控制策略优化，提出考虑电机控制策略影响的电驱动动力总成机-电-磁-热-控多源振动仿真方法，实现电机与变速器的声振特性最优匹配。

图1 电机振动机理与声辐射频谱图

3多材料结构碰撞能量传递和耗散理论研究

为减少能源消耗，新能源汽车面临更为紧迫的汽车轻量化需求，多材料新能源汽车成为了一个解决方案。新能源汽车相对于传统汽车各系统的布置发生了很大变化，相对于对于传统车碰撞能量传递特性发生很大变化。

在此背景下，新能源汽车质量分布、各种材料相互作用、结构传力路径变化、材料传力特性耦合等因素的相互作用和耦合，影响新能源汽车结构碰撞能量的传递和耗散。该实验室从多材料新能源汽车碰撞安全性控制角度出发，重点开展多材料新能源汽车结构碰撞中大规模参数响应解耦、异种材料相互作用碰撞失效机理和碰撞能量传播特性研究。

图6 CFRP表面和界面状态与力学性能测试

图7 纤维增强复合材料车身有限元建模

图8 地板纵梁加强板碳纤维复合材料

4碰撞中基于约束系统匹配特性的乘员及行人损伤生物力学研究

新能源汽车因为其车体布置的差异和电磁器件的广泛应用，必然造成其交通事故形态特征和交通参与者损伤存在独特性。特别是基于传统轿车结构及交通环境工况所设计的安全防护设备和乘员约束系统等在碰撞过程中可能会对乘员带来的一定的附加损伤。这些变化必然会造成新能源汽车的相关成员保护安全性的提升的迫切需求。世界卫生组织的相关研究报告认为未来的研究主要集中在年龄差异造成的损伤响应和弱势交通参与者的损伤防护两个方面。而本部分研究则是这两个方面研究的主要体现。

实验室从新能源汽车碰撞载荷环境的角度出发，结合新能源汽车行驶状态和周边交通状况，在合理简化乘员及行人冲击载荷分布环境的基础上，研究乘员及行人在碰撞过程中，因为冲击载荷的作用造成的损伤生物力学响应，并通过微观和宏观损伤指标多层次分析响应损伤部位的损伤机理和和对在和冲击的耐受极限。而后通过损伤生物力学基础研究为支点，推动约束系统等安全防护设备的合理匹配及安全相关关键性能部件的发展。

图9 约束系统作用下的运动学及动力学响应

5多场耦合作用传动系统关键部件多尺度损伤机理与复合表面强化改性基础研究

研究高能复合表面处理改性层对合金钢基体由细观到宏观的影响机制。对复合强化改性层的纳观、微观组织结构进行多尺度表征分析，采用三维粗糙度参数进行改性表面形貌表征；重点研究强化改性层对齿轮合金钢基体的宏观尺度疲劳损伤演化过程与细观尺度微裂纹的成核与扩展率，高周疲劳裂纹多尺度扩展行为定量表征等方面进行研究，研究高能复合强化改性齿轮表面疲劳裂纹动态扩展数值模拟研究。该项技术于2019年获得中国汽车工业科学进步奖二等奖，2020年获得中国汽车工业科学进步奖一等奖。

图3 高强度零部件表面改性零部件多尺度表征

综合研究传动系统齿轮表面间的宏观因素和微观因素对齿轮接触面的应力状态的影响，建立齿面间的应力分析与强度的分形模型；结合弹流润滑理论，研究微观粗糙表面形貌对齿轮表面接触强度的影响规律，对不同粗糙度表面的润滑状态渐变过程进行模拟，获取表面强化改性齿轮的油膜厚度、压力分布规律，以及对胶合强度影响关系。对不同润滑接触状态下的齿轮表面裂纹的动态扩展特性进行研究。考虑改性强化零件表面多尺度形貌、残余应力、裂纹表面间热传导因素的影响，建立准确的边界条件模拟齿轮接触区的剪切扩展模式，探究裂纹萌生至扩展断裂过程中的力学变化过程，定量分析强化改性表面完整性因素对齿轮表面微裂纹扩展特性的影响。

图4 多场耦合作用下的齿轮损伤分析模型

该实验室从多物理场耦合作用下热力和润滑系统碰撞响应检测和控制角度出发，重点开展多物理场耦合作用下电驱动系统齿轮、轴承等关键零部件的损伤机理、多尺度状态下高能复合表面改性层表征、传动系统齿轮和轴承等关键零部件疲劳裂纹数值模拟等研究，从高能复合表面改性的强化机理与传动系统结构抗疲劳设计一体化的角度保证新能源汽车传动系统的轻量化与可靠性有机统一。

6高可靠、高容错、轻量化电机及其系统基础研究

研究高可靠、高容错电机驱动系统对应用于电动汽车及混合动力汽车领域具有非常大的潜力。同时，研究可以在高温、高湿等复杂恶劣环境下运行的电机及其驱动控制系统。此外，所开发的电机具有应用于其它领域的潜力，诸如航空发动机起动器/发电机(Starter /generator)、恶劣条件下风力发电等领域。研究将首先从理论上研究电机高可靠、高容错设计方法。进而，研究该类电机应用于不同领域时的性能，与现有驱动系统进行比较。在此基础上，将获得应用于新能源汽车、航空航天的新型电机驱动系统。另外，从机械系统故障诊断与状态监测，机械系统智能检测，振动噪声信号处理，机械故障特征提取和模式识别等方面的研究，为高可靠、高容错电机驱动系统的设计提供更为全面的理论基础与实验依据。基于上述基础研究，该类电机在上述领域的产业化应用，可以产生巨大的社会与经济价值。

图2 高精密电机技术

7多场耦合作用下高压和电池系统多尺度损伤机理和能量传递机制研究

新能源汽车安全性不仅包括整车结构的碰撞安全保护作用，还受到高压和电池系统损伤特性的约束和影响。汽车碰撞时高压和电池系统的运行处于多物理场作用下，高压和电池系统的损伤和失效传播和积累对整车的电气系统安全产生关键影响。

该实验室从多物理场下高压和电池系统碰撞响应检测和控制角度出发，重点开展多物理场耦合作用下高压和电池系统的损伤机理、多尺度状态下高压和电池系统损伤传播和累积研究，从整车高压和电池系统结构设计和匹配角度保证新能源汽车高压电气安全。

8基于主动肌肉控制的碰撞损伤差异研究

新能源汽车及智能网联技术的出现，造成整个交通驾乘环境更加的智能化和自动化。这种变化在给交通参与者带来方便的同时也必然带来大量的乘员驾乘状态的改变。而这些状态的变化直接导致乘员在碰撞事故发生过程中不同部位肌肉群的活跃程度差异。因此现有的研究不能有效反映这些状态中交通参与者的应激响应状态。而这些差异必然导致乘员在碰撞过程中的损伤差异。也就无法体现车辆新技术对车辆安全技术研究方面的挑战。

实验室从新能源汽车中乘员损伤响应的角度出发，结合志愿者实验，通过肌电信号的合理匹配，模拟不同肌肉群组的激活特性，进而开展不同损伤区域因为激活状态差异导致的损伤位置和损伤特征的差异。以该基础研究为支点，推动新能源汽车和智能网联汽车安全测试法规的发展与完善。

图10 主动肌肉作用下的下肢损伤

研究生招生计划  

1、 招生方向

① 招生专业080200 机械工程方向。硕士研究生要求本科为车辆工程、机械电子等车辆相关专业，博士研究生要求本科和硕士均为车辆工程、机械电子、机械设计等车辆相关专业。

② 招生专业085500 车辆系统动力学，车辆振动噪声检测与控制技术，现代汽车安全与设计技术，汽车电子控制技术，新能源汽车与专用车辆等方向。硕士研究生要求本科为车辆工程、机械电子等车辆相关专业，博士研究生要求本科和硕士均为车辆工程、机械电子、机械设计等车辆相关专业。

2、 招生名额

① 每年招收学术型博士研究生2-3名；工程博士专业学位研究生2-3名。

② 每年招收学术型硕士研究生13-16名，专业型研究生13-26名。

 

青年教师招聘计划

1、 专业方向

① 智能自动驾驶汽车与智能网联；

② 新能源汽车动力传动控制；

③  新能源汽车主动安全与被动安全控制

④  新能源汽车人工智能与信息通信

2、 本团队拟招聘青年教师2-3人。

3、 基本条件详见河北工业大学及机械工程学院人才招聘要求。

联系人：肖老师

联系邮箱：xiaosen@hebut.edu.cn