发动机动态模拟试验

发动机动态模拟试验行驶阻力模拟

汽车在水平道路上匀速行驶时必须克服滚动阻力和空气阻力；在上坡行驶时要克服重力沿坡道方向的分力，即坡度阻力；汽车加速行驶时需要克服惯性力，即加速阻力。因此，行驶阻力主要包括汽车在道路行驶中的滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。对这些阻力的模拟是根据用户输入的整车和传动系统各部分的相关参数，以及所模拟的道路状况和车速轨迹变化情况进行的。

具体的过程是，先按照一定的数学模型分别计算各种阻力并相加，然后按照传动系的参数折算到发动机的曲轴上，并由此控制测功机所施加的载荷和由车速换算的测功机转速。

滚动阻力

汽车在路面上行驶时的滚动阻力计算公式为

F_f=A_0 B_0 ϑ C_0 v^n

式中，F_f—滚动阻力，N；

v—汽车行驶速度，m/s;

A_0—滚动阻力中不随车速变化的部分，N；

B_0—滚动阻力中速度1次项的比例系数，N/(m/s)；

C_0—滚动阻力中速度n次项的比例系数，N/〖(m/s)〗^n；

n—拟合指数。

测定汽车滚动阻力的试验方法有如下3种。

（1）滑行试验。汽车以一定速度在道路上行驶，然后挂空挡滑行，车速在滚动阻力作用下逐渐减小，测出减至某一速度的时问和距离，计算出减速度。然后计算出总阻力，从中减去估算的空气阻力，从而得到不同车速下的滚动阻力。

（2）使用拉力计进行牵引试验。读取安装在汽车上的牵引拉力计的数值确定滚动阻力。

（3）使用可测出轮式车辆驱动车轮实际驱动扭矩的装置进行测试。

空气阻力

汽车直线行驶的空气阻力为

F_w=1/2 C_D Aρv^2

式中F_w—空气阻力；

C_D—空气阻力系数；

A—迎风面积，；

ρ—空气密度，。

空气阻力系数C_D可通过风洞试验或者滑行试验得到，通过风洞试验得到的C_D较为精确。

坡度阻力

汽车上坡行驶时坡度阻力F_i可按下式计算：

F_i=mg sinα

式中：m—汽车质量，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）。

把滚动阻力，空气阻力和坡度阻力之和根据传动比折算到发动机曲轴上。设变速器某一挡位的传动比为i_g ，主减速器传动比为i_0，车轮的滚动半径为r，传动系统的总效率为η_T，则折算到发动机曲轴处的阻力矩M_e为M_e=((F_f F_w F_i)r)/(i_g i_0 η_T )

加速阻力

汽车加速行驶时，需要克服其加速运动的惯性力，即加速阻力F_j。汽车质量分为平动的质量和旋转运动的质量，加速时不仅平动的质量产生惯性力，旋转运动的质量也要产上惯性力矩，而且汽车上做旋转运动的各个部件以不同的角速度旋转，角加速度也不相同

在动态试验台上发动机是真实的，发动机的转动惯量对汽车速度变化过程的影响也就是真实的。车辆的其他部分在动态试验台上并不存在，而是通过数学模型来模拟它们的转动惯量以及转动惯量对汽车速度变化过程的影响。动态试验台是通过对测功机的载荷控制来把车辆其他部分的平动惯性质量和转动惯性质量对汽车加速过程的影响施加到发动机上。有关加速阻力的计算公式可参考汽车原理书籍。

发动机动态模拟试验车辆模拟

车辆传动系统主要包括离合器、变速器、传动轴、主减速器、车轮等，车辆模拟主要是变速器的模拟和离合器的模拟。

变速器的模拟

动态试验台的手动变速器模型中的基本参数是各个挡位的传动比和传动效率。通过模拟换挡时发动机转速和扭矩的波动这一复杂的现象，再现实际变速器的换挡过程，发动机动态试验台上也可以实现对自动变速器的模拟。

离合器的模拟

由于在发动机动态试验台上没有真实的离合器，所以需要离合器的模型来模拟离合器的机械特性。离合器的模型包括两个参数，一个是离合器完全结合时所能传递的最大扭矩，另一个是离合器的扭矩传递特性曲线。离合器接合过程的模拟也是一种很复杂的现象。

驾驶员模拟

完成了对行驶阻力和车辆的模拟后，还需要对驾驶员进行模拟。装有手动变速器的汽车在道路试验或者底盘测功机上试验时，由驾驶员操纵加速踏板、离合器、制动踏板和变速器来达到试验规范对车速轨迹的要求。驾驶员的不同操作，会影响发动机的工作状况和功率输出状况，从而对汽车的动力性、燃油经济性和排放特性产生影响。因此在动态试验台上要建立驾驶员模型来模拟驾驶员的纵向操纵特性，即模拟驾驶员对汽车直线行驶方向直接影响的备种动作，包括离合器的接合与分离，操纵加速踏板和制动踏板，挡位的选择和换挡过程等。建立这一模型的目的除了统一试验时的驾驶动作规范外，还能通过调整驾驶员模型中的各个参数来模拟不同驾驶水平和驾驶习惯的驾驶员，进而研究驾驶员的纵向操纵特性对汽车动力系统性能的影响。

驾驶员模型主要就是模拟以下几种纵向操纵模式：①起步；②升挡；③降挡；④固定挡位下的车速轨迹跟踪；⑤挡位和换挡时机的决策（换挡规律）；⑥预测驾驶模拟。

具体地说，在起步和换挡过程中依据离合器、加速踏板、换挡动作不同的配合关系反映出不同的驾驶员特性。例如节气门开启的时刻与离合器位置关系；节气门开度随时间变化曲线；离合器分离时刻，离合器分离过程曲线；换挡开始时刻，换挡过程时间；离合器开始接合时刻，接合过程曲线。可采用试验的方法，以实际驾驶员的起步、换挡操作过程为基础，通过对大量数据的统计分析，建立几种反映不同驾驶水平和驾驶习惯的起步和换挡操作模型。

总之建立了汽车行驶阻力模型、车辆模型和驾驶员的纵向操作习惯模型之后就可以使一辆虚拟的汽车在发动机动态试验台上飞驰了。

通过汽车发动机动态试验台上的计算机进行模拟参数的编辑，准备好被测试的发动机，使其处于正常状态。完成所有准备工作之后起动发动机，进行模拟驾驶试验。试验时动态试验系统的仿真软件模块会自动计算出在运行工况下汽车要求发动机提供的扭矩和转速设定值，通过传感器实时反馈的信息不断修正控制参数，在发动机所能提供的实际能力的条件下进行性能的测试与评价。

下面列举几种动态模拟试验的应用实例。

发动机动态模拟试验不同换挡规律对汽车性能影响的试验

图3-1为模拟整车换挡加速试验过程的例子，在操作模式相同的情况下，研究在两种不同的换挡时机，车速随时间的变化规律。从图中可看出，使用动力性换挡规律优先考虑加速的快慢时，0～100km/h的加速时间为30s，0～120km/h 的加速时间为44s；使用经济性换挡规律优先考虑经济性时，0～100km/h的加速时间为35s，0～120 km/h的加速时间为53s。动力性换挡规律加速到120 km/h只换到了4挡，经济性换挡规律在开始加速后的第30s之后就换上了5挡。试验中测得的油耗经换算得出的结果是：使用经济性换挡规律运行百公里油耗为11.7L，使用动力性换挡规律运行的百公里油耗为13.1L。从中可看出，动力性换挡规律运行的百公里油耗比经济性换挡规律的大12%。

发动机动态模拟试验驾驶循环试验

图3-2表示的是某发动机在动态试验台上运行ECE EUDC工况循环（表示欧洲工况，城区 郊区混合道路）的排放测试结果。从图中可分析油耗、CO、HC、NO_x。值随车速的变化情况，从而找出降低油耗和排放污染物措施。

发动机动态模拟试验混合动力系统模拟试验

动态模拟试验在新能源汽车的研发中发挥着重要作用，例如对某15t料电池城市客车进行典型加减速循环工况试验。通过台架连续150h循环工况的试验，检验燃料电池发动机在大电流冲击时的性能和可靠性；蓄电池的充放电性能及在车辆上的适应能力；电机及控制器在车辆突然加、减载情况下的动力响应与可靠性；建立优化的整车控制策略使车辆的共性问题在制造完成前得到解决。

因此，发动机动态模拟试验台能够方便有效地模拟出实际中影响汽车性能的各主要因素，在汽车动力系统开发的早期，就能针对目标汽车特定的行驶工况，对汽车动力系统的性能提出要求，并进行客观合理的评价，这增加了动力系统的可行性，合理性，大大缩短了整个研发周期。2100433B

为了有效地进行发动机动态模拟试验，需要对汽车行驶阻力、车辆传动系统各部件、车辆和驾驶员等进行模拟。

对汽车行驶阻力和车辆传动系统各部分的模拟是发动机在其动态试验台上模拟整车道路试验和整车底盘测功机试验的基础。其目标是使发动机的工作状况与在道路上行驶过程中发动机的工作状况或在底盘测功机上模拟的工作状况一致。

热模拟试验是动态热形模拟试验设备。它可以动态地模拟金属受热及变形过程 。

电力系统动态模拟也称电力系统物理模拟,是进行电力系统分析和研究的重要方法之一.电力系统的研究方法和其他领域一样,主要采用理论分析和试验研究

中文名称

电力系统动态模拟

英文名称

dynamic simulation of power system

定　　义

根据相似性原理，用小型物理系统模拟实际电力系统动态过程。

应用学科

电力（一级学科），电力系统（二级学科）

热模拟试验的模拟功能较为齐全，应用范围广泛：可以进行包括轧制锻压工艺、连铸冶炼工艺、焊接工艺、金属热处理工艺、机械热疲劳等方面内容在内的动态过程模拟试验，可以测定金属高温力学性能、金属热物性及CCT曲线、应力应变曲线等。为试验者制订和改良其生产工艺提供可靠的实验依据。该设备采用计算机编程控制技术及液压动力控制技术，最大加热速度10000℃/s，最大变形力20t，最大行程速度2000mm/s，最大变形速率500/s，最小道次变形间隔时间0.18s，(由于制造商不断改进仪器，上述参数，仅供参考。) 具有模拟试验精度高，重复性好等特点。能够很好地满足多种复杂工艺条件的模拟需求。