發(fā)動機(jī)動態(tài)模擬試驗動態(tài)模擬試驗方法及應(yīng)用實(shí)例

通過汽車發(fā)動機(jī)動態(tài)試驗臺上的計算機(jī)進(jìn)行模擬參數(shù)的編輯，準(zhǔn)備好被測試的發(fā)動機(jī)，使其處于正常狀態(tài)。完成所有準(zhǔn)備工作之后起動發(fā)動機(jī)，進(jìn)行模擬駕駛試驗。試驗時動態(tài)試驗系統(tǒng)的仿真軟件模塊會自動計算出在運(yùn)行工況下汽車要求發(fā)動機(jī)提供的扭矩和轉(zhuǎn)速設(shè)定值，通過傳感器實(shí)時反饋的信息不斷修正控制參數(shù)，在發(fā)動機(jī)所能提供的實(shí)際能力的條件下進(jìn)行性能的測試與評價。

下面列舉幾種動態(tài)模擬試驗的應(yīng)用實(shí)例。

發(fā)動機(jī)動態(tài)模擬試驗不同換擋規(guī)律對汽車性能影響的試驗

圖3-1為模擬整車換擋加速試驗過程的例子，在操作模式相同的情況下，研究在兩種不同的換擋時機(jī)，車速隨時間的變化規(guī)律。從圖中可看出，使用動力性換擋規(guī)律優(yōu)先考慮加速的快慢時，0～100km/h的加速時間為30s，0～120km/h 的加速時間為44s；使用經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)性時，0～100km/h的加速時間為35s，0～120 km/h的加速時間為53s。動力性換擋規(guī)律加速到120 km/h只換到了4擋，經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律在開始加速后的第30s之后就換上了5擋。試驗中測得的油耗經(jīng)換算得出的結(jié)果是：使用經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律運(yùn)行百公里油耗為11.7L，使用動力性換擋規(guī)律運(yùn)行的百公里油耗為13.1L。從中可看出，動力性換擋規(guī)律運(yùn)行的百公里油耗比經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律的大12%。

發(fā)動機(jī)動態(tài)模擬試驗駕駛循環(huán)試驗

圖3-2表示的是某發(fā)動機(jī)在動態(tài)試驗臺上運(yùn)行ECE EUDC工況循環(huán)（表示歐洲工況，城區(qū) 郊區(qū)混合道路）的排放測試結(jié)果。從圖中可分析油耗、CO、HC、NO_x。值隨車速的變化情況，從而找出降低油耗和排放污染物措施。

發(fā)動機(jī)動態(tài)模擬試驗混合動力系統(tǒng)模擬試驗

動態(tài)模擬試驗在新能源汽車的研發(fā)中發(fā)揮著重要作用，例如對某15t料電池城市客車進(jìn)行典型加減速循環(huán)工況試驗。通過臺架連續(xù)150h循環(huán)工況的試驗，檢驗燃料電池發(fā)動機(jī)在大電流沖擊時的性能和可靠性；蓄電池的充放電性能及在車輛上的適應(yīng)能力；電機(jī)及控制器在車輛突然加、減載情況下的動力響應(yīng)與可靠性；建立優(yōu)化的整車控制策略使車輛的共性問題在制造完成前得到解決。

因此，發(fā)動機(jī)動態(tài)模擬試驗臺能夠方便有效地模擬出實(shí)際中影響汽車性能的各主要因素，在汽車動力系統(tǒng)開發(fā)的早期，就能針對目標(biāo)汽車特定的行駛工況，對汽車動力系統(tǒng)的性能提出要求，并進(jìn)行客觀合理的評價，這增加了動力系統(tǒng)的可行性，合理性，大大縮短了整個研發(fā)周期。2100433B

發(fā)動機(jī)動態(tài)模擬試驗行駛阻力模擬

汽車在水平道路上勻速行駛時必須克服滾動阻力和空氣阻力；在上坡行駛時要克服重力沿坡道方向的分力，即坡度阻力；汽車加速行駛時需要克服慣性力，即加速阻力。因此，行駛阻力主要包括汽車在道路行駛中的滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力。對這些阻力的模擬是根據(jù)用戶輸入的整車和傳動系統(tǒng)各部分的相關(guān)參數(shù)，以及所模擬的道路狀況和車速軌跡變化情況進(jìn)行的。

具體的過程是，先按照一定的數(shù)學(xué)模型分別計算各種阻力并相加，然后按照傳動系的參數(shù)折算到發(fā)動機(jī)的曲軸上，并由此控制測功機(jī)所施加的載荷和由車速換算的測功機(jī)轉(zhuǎn)速。

滾動阻力

汽車在路面上行駛時的滾動阻力計算公式為

F_f=A_0 B_0 ? C_0 v^n

式中，F(xiàn)_f—滾動阻力，N；

v—汽車行駛速度，m/s;

A_0—滾動阻力中不隨車速變化的部分，N；

B_0—滾動阻力中速度1次項的比例系數(shù)，N/(m/s)；

C_0—滾動阻力中速度n次項的比例系數(shù)，N/〖(m/s)〗^n；

n—擬合指數(shù)。

測定汽車滾動阻力的試驗方法有如下3種。

（1）滑行試驗。汽車以一定速度在道路上行駛，然后掛空擋滑行，車速在滾動阻力作用下逐漸減小，測出減至某一速度的時問和距離，計算出減速度。然后計算出總阻力，從中減去估算的空氣阻力，從而得到不同車速下的滾動阻力。

（2）使用拉力計進(jìn)行牽引試驗。讀取安裝在汽車上的牽引拉力計的數(shù)值確定滾動阻力。

（3）使用可測出輪式車輛驅(qū)動車輪實(shí)際驅(qū)動扭矩的裝置進(jìn)行測試。

空氣阻力

汽車直線行駛的空氣阻力為

F_w=1/2 C_D Aρv^2

式中F_w—空氣阻力；

C_D—空氣阻力系數(shù)；

A—迎風(fēng)面積，；

ρ—空氣密度，。

空氣阻力系數(shù)C_D可通過風(fēng)洞試驗或者滑行試驗得到，通過風(fēng)洞試驗得到的C_D較為精確。

坡度阻力

汽車上坡行駛時坡度阻力F_i可按下式計算：

F_i=mg sinα

式中：m—汽車質(zhì)量，kg；

g—重力加速度，N/kg；

α—路面坡度角，（可以用角度也可以用弧度）。

把滾動阻力，空氣阻力和坡度阻力之和根據(jù)傳動比折算到發(fā)動機(jī)曲軸上。設(shè)變速器某一擋位的傳動比為i_g ，主減速器傳動比為i_0，車輪的滾動半徑為r，傳動系統(tǒng)的總效率為η_T，則折算到發(fā)動機(jī)曲軸處的阻力矩M_e為M_e=((F_f F_w F_i)r)/(i_g i_0 η_T )

加速阻力

汽車加速行駛時，需要克服其加速運(yùn)動的慣性力，即加速阻力F_j。汽車質(zhì)量分為平動的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的質(zhì)量，加速時不僅平動的質(zhì)量產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的質(zhì)量也要產(chǎn)上慣性力矩，而且汽車上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的各個部件以不同的角速度旋轉(zhuǎn)，角加速度也不相同

在動態(tài)試驗臺上發(fā)動機(jī)是真實(shí)的，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量對汽車速度變化過程的影響也就是真實(shí)的。車輛的其他部分在動態(tài)試驗臺上并不存在，而是通過數(shù)學(xué)模型來模擬它們的轉(zhuǎn)動慣量以及轉(zhuǎn)動慣量對汽車速度變化過程的影響。動態(tài)試驗臺是通過對測功機(jī)的載荷控制來把車輛其他部分的平動慣性質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣性質(zhì)量對汽車加速過程的影響施加到發(fā)動機(jī)上。有關(guān)加速阻力的計算公式可參考汽車原理書籍。

發(fā)動機(jī)動態(tài)模擬試驗車輛模擬

車輛傳動系統(tǒng)主要包括離合器、變速器、傳動軸、主減速器、車輪等，車輛模擬主要是變速器的模擬和離合器的模擬。

變速器的模擬

動態(tài)試驗臺的手動變速器模型中的基本參數(shù)是各個擋位的傳動比和傳動效率。通過模擬換擋時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的波動這一復(fù)雜的現(xiàn)象，再現(xiàn)實(shí)際變速器的換擋過程，發(fā)動機(jī)動態(tài)試驗臺上也可以實(shí)現(xiàn)對自動變速器的模擬。

離合器的模擬

由于在發(fā)動機(jī)動態(tài)試驗臺上沒有真實(shí)的離合器，所以需要離合器的模型來模擬離合器的機(jī)械特性。離合器的模型包括兩個參數(shù)，一個是離合器完全結(jié)合時所能傳遞的最大扭矩，另一個是離合器的扭矩傳遞特性曲線。離合器接合過程的模擬也是一種很復(fù)雜的現(xiàn)象。

駕駛員模擬

完成了對行駛阻力和車輛的模擬后，還需要對駕駛員進(jìn)行模擬。裝有手動變速器的汽車在道路試驗或者底盤測功機(jī)上試驗時，由駕駛員操縱加速踏板、離合器、制動踏板和變速器來達(dá)到試驗規(guī)范對車速軌跡的要求。駕駛員的不同操作，會影響發(fā)動機(jī)的工作狀況和功率輸出狀況，從而對汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特性產(chǎn)生影響。因此在動態(tài)試驗臺上要建立駕駛員模型來模擬駕駛員的縱向操縱特性，即模擬駕駛員對汽車直線行駛方向直接影響的備種動作，包括離合器的接合與分離，操縱加速踏板和制動踏板，擋位的選擇和換擋過程等。建立這一模型的目的除了統(tǒng)一試驗時的駕駛動作規(guī)范外，還能通過調(diào)整駕駛員模型中的各個參數(shù)來模擬不同駕駛水平和駕駛習(xí)慣的駕駛員，進(jìn)而研究駕駛員的縱向操縱特性對汽車動力系統(tǒng)性能的影響。

駕駛員模型主要就是模擬以下幾種縱向操縱模式：①起步；②升擋；③降擋；④固定擋位下的車速軌跡跟蹤；⑤擋位和換擋時機(jī)的決策（換擋規(guī)律）；⑥預(yù)測駕駛模擬。

具體地說，在起步和換擋過程中依據(jù)離合器、加速踏板、換擋動作不同的配合關(guān)系反映出不同的駕駛員特性。例如節(jié)氣門開啟的時刻與離合器位置關(guān)系；節(jié)氣門開度隨時間變化曲線；離合器分離時刻，離合器分離過程曲線；換擋開始時刻，換擋過程時間；離合器開始接合時刻，接合過程曲線?？刹捎迷囼灥姆椒ǎ詫?shí)際駕駛員的起步、換擋操作過程為基礎(chǔ)，通過對大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，建立幾種反映不同駕駛水平和駕駛習(xí)慣的起步和換擋操作模型。

總之建立了汽車行駛阻力模型、車輛模型和駕駛員的縱向操作習(xí)慣模型之后就可以使一輛虛擬的汽車在發(fā)動機(jī)動態(tài)試驗臺上飛馳了。

為了有效地進(jìn)行發(fā)動機(jī)動態(tài)模擬試驗，需要對汽車行駛阻力、車輛傳動系統(tǒng)各部件、車輛和駕駛員等進(jìn)行模擬。

對汽車行駛阻力和車輛傳動系統(tǒng)各部分的模擬是發(fā)動機(jī)在其動態(tài)試驗臺上模擬整車道路試驗和整車底盤測功機(jī)試驗的基礎(chǔ)。其目標(biāo)是使發(fā)動機(jī)的工作狀況與在道路上行駛過程中發(fā)動機(jī)的工作狀況或在底盤測功機(jī)上模擬的工作狀況一致。

熱模擬試驗是動態(tài)熱形模擬試驗設(shè)備。它可以動態(tài)地模擬金屬受熱及變形過程 。

電力系統(tǒng)動態(tài)模擬也稱電力系統(tǒng)物理模擬,是進(jìn)行電力系統(tǒng)分析和研究的重要方法之一.電力系統(tǒng)的研究方法和其他領(lǐng)域一樣,主要采用理論分析和試驗研究

中文名稱

電力系統(tǒng)動態(tài)模擬

英文名稱

dynamic simulation of power system

定　　義

根據(jù)相似性原理，用小型物理系統(tǒng)模擬實(shí)際電力系統(tǒng)動態(tài)過程。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級學(xué)科），電力系統(tǒng)（二級學(xué)科）

熱模擬試驗的模擬功能較為齊全，應(yīng)用范圍廣泛：可以進(jìn)行包括軋制鍛壓工藝、連鑄冶煉工藝、焊接工藝、金屬熱處理工藝、機(jī)械熱疲勞等方面內(nèi)容在內(nèi)的動態(tài)過程模擬試驗，可以測定金屬高溫力學(xué)性能、金屬熱物性及CCT曲線、應(yīng)力應(yīng)變曲線等。為試驗者制訂和改良其生產(chǎn)工藝提供可靠的實(shí)驗依據(jù)。該設(shè)備采用計算機(jī)編程控制技術(shù)及液壓動力控制技術(shù)，最大加熱速度10000℃/s，最大變形力20t，最大行程速度2000mm/s，最大變形速率500/s，最小道次變形間隔時間0.18s，(由于制造商不斷改進(jìn)儀器，上述參數(shù)，僅供參考。) 具有模擬試驗精度高，重復(fù)性好等特點(diǎn)。能夠很好地滿足多種復(fù)雜工藝條件的模擬需求。