【汽车动力性虚拟试验台设计15000字】

汽车动力性虚拟试验台设计目录TOC\o"1-3"\h\u11235摘要 ④加速阻力根据牛顿第二定律，物体受到外力的作用才能改变运动状态，当汽车加速行驶时，由于本身存在的惯性会产生沿行驶方向相反的力阻碍汽车运动，这个力就是加速阻力Fj汽车的质量不仅有直线运动刚体的平移质量，在汽车加速行驶的过程中这部分质量产生惯性力，各种旋转运动件在运动过程中也会产生阻碍汽车行驶的惯性力偶，所以汽车的质量又有旋转质量。为了方便计算，引入参数旋转质量换算系数δ，把旋转质量产生的惯性力矩的作用等效为平移质量的惯性力，此时坡道阻力计算公式为：Fi其中旋转质量换算系数δ=1+1mIwr2+1m2.3本章小结本章介绍了整车试验台的组成和原理，分析了现在的测试方法相较于以前的测试方法的优点，并根据汽车行驶的实际情况分析了汽车实际受力，根据国家标准评价动力性；并对商用车在虚拟整车试验台上行驶时的动力学进行分析。为下一章的模型建立提供了部分理论依据。第三章整车模型建立商用动力性的试验主要有两种形势，分别为室外道路试验和室内台架模拟试验。虽然实际道路试验是最基本、最符合实际的方法，但由于道路试验费时费力，所以一般采用室内台架模拟的形式。但汽车在实际行驶时与台架试验有一定的差距。本章将对虚拟整车试验台的模型进行搭建，分析未知参数。3.1参考对象通过查阅网上资料本文参考对象为东风多利卡4X2车型。具体参数如表3.1所示：主要参数总质量6380kg车轮半径0.4m额定功率110kw最大转速3200rpm最大扭矩370N.m最大扭矩转速1600--2600rpm滚动阻力系数0.015迎风面积6.89m2一档传动比5.32二档传动比2.9三档传动比1.81四档传动比1.34五档传动比1六档传动比0.8主减速器传动比5.286轴距3.308m质心至前轴距离2.051m轴心高1.5m3.2虚拟模型建立3.2.1发动机模型建立发动机是一台汽车的核心部件，发动机性能的好坏影响影响着汽车动力性、燃油经济性等性能。所以如果要仿真一台汽车的话，对发动机的建模必须非常重要，在汽车日常行驶中，发动机大部分时间处在非稳定状态下，所以在商用车试验台架上必须使试验情况与实际情况非常接近，但由于是非稳定状态下进行测量所以工作困难，条件复杂。所以一般来说，为了简化测试过程，缩短测试周期，减小处理难度，针对动力系统的台架测试一般只会考虑典型工况且设定为稳定状态，通过对典型工况下试验数据的分析，就可以反映出发动机性能，也便于测试台架的设计。对于发动机的建模，SIMULINK提供了MAP图和DYNAMIC两种方式，其中通过MAP图建立发动机模型，我们可以在不知道详细参数的情况下对发动机进行仿真，而DYNAMIC通过试验数据来描述发动机，需要提前将发动机台架试验数据导入，相比之下本次建模使用map图仿真。发动机外特性是指当发动机节气门全开时，发动机扭矩以及发动机转速之间的函数关系。发动机外特性直接关系到汽车动力性的好坏，发动机外特性常通过拟合的方式得到。其具体过程为：T其中，Te为发动机转矩，k为拟合阶次，ai为多项式系数，n式子中，y为归一化处理的结果，x为归一化处理的数据，xmin为归一化处理的最小值，x将数据导入模型，经过拟合计算后可以得到发动机外特性曲线的拟合函数的多项式系数，进而可以得到关于外特性曲线的一元多次函数。为了使结果更精确，拟合阶数不能过小，但拟合阶数过大会影响计算速度。常见工程应用中取4或者5为宜。3.2.2驾驶员模型建立在Simulink仿真中建立驾驶员模型，纵向驱动器模块实现了纵向速度跟踪控制器。基于参考速度和反馈速度，该块生成归一化的加速和制动命令，其变化范围从0到1。使用该块对驾驶员的动态响应建模或生成跟踪纵向驾驶周期所需的命令。方程式纵向驱动器模块实现了具有跟踪抗饱和和前馈增益的比例积分（PI）控制器。指定参数以说明道路坡度负载和反馈误差过滤。该块使用以下方程式来计算速度控制输出：y=其中：eref=ey为了计算加速和制动命令，该块使用这些方程式。yy参数表如下：v名义车速K比例增益K积分增益K抗饱和增益K速度前馈增益K坡度角前馈增益θ坡度角y名义控制输出幅度y饱和控制输出幅度e速度误差e饱和和标称控制输出之间的差异y加速信号y制动信号v速度反馈信号v参考速度信号3.2.2整车惯量模拟在室内台架仿真中为了使试验更加接近实际，所以我们必须考虑各个零部件的惯量，在汽车行驶过程中，由于旋转质量会产生惯性力偶矩，惯性力偶矩会对汽车的行驶产生阻力，体现为加速阻力。在商用车动力性试验台架中，以转矩的形式模拟汽车行驶时的惯量。在室内试验中，用测功机来模拟汽车的惯量。汽车行驶时的惯量如图3.1所示图3.1图中真实台架上的发动机的惯量传动系的惯量万向轴的惯量车轮惯量车辆的惯量存在的车辆零部件的惯量矩，归结为一个值根据能量守恒定律计算整车惯量。将所有零件的惯量转化到被测发动机的驱动轴上。具体过程如下：设变速器的传动比为ig，整备质量M（kg），速度为v（m/s），车轮角速度为ωt（rad/s），车轮转动惯量为Jt（kg∙m2），汽车加速度为a（m/sE=又存在以下关系：v=ω代入上式：E=设整车旋转惯量为J（kg∙E=所以等式成立：E=得到整车转动惯量为：J=3.3本章小结本章根据参考车型，通过SIMULINK建立整车模型，通过汽车行驶方程式得到汽车在行驶过程中的受力平衡状态，对不同工况下所受阻力进行分析，根据公式确定建模需要的整车参数。然后根据数学模型和相关参数建立了发动机、纵向驾驶员和惯量模型。第四章车辆仿真4.1加速时间由于不考虑坡度阻力，所以将坡道角设置为0，温度和大气压分别设置为300（K）和101325帕斯卡，在对整车设置100km/h的目标车速后，试验结果如图4.1所示：图4.1从图中不难看出百公里加速时间为14秒左右，仿真结果与实车数据相接近，证明了模型的可行性。4.2最大爬坡度本文的最大爬坡度处于30%到35%之间，由于受到模型限制，无法测试最大爬坡度，所以在给定整车10km/h的速度下在30%的坡道行驶，可由图4.2看出，整车的速度不断上升至10km/h，符合性能指标，再给定整车10km/h的速度在35%的坡道行驶，可由图4.3看出，速度不断减少至停下，，判断该模型最大爬坡度无法达到35%。其最大爬坡度在30%~35%之间，符合性能指标。图4.2图4.34.3最高车速本文性能指标中的最高车速为158km/h，由图4.4所示，车速不断上升至158km/h。第五章设备选型计算5.1室内台架设计要求随着对汽车动力性研究的逐步深入，对试验台的要求也越来越高，科技的进步不仅让实验台架的自动化程度越来越高，也让测试系统越来越复杂，加上部分企业为了追求利润，要求缩短汽车开发周期，所以要求试验台具备通用性，、灵活性等特点，还要求被测仪器和测试设备拆装方便。5.2试验台架结构测试电机系统是为了获取发动机外特性，部分负荷特性数据，凭借这些数据才能对车辆进行建模分析，具体台架布局如图5.1所示图5.15.2.1被测发动机被测发动机是飞碟牌D20TCIFI发动机具体参数如表5.1所示功率93整车装备质量2210最大允许总质量4335最大净功率88转速32005.2.2测功机选型在试验台架上需要模拟汽车实际行驶工况下发动机的负载，测功机以转矩的形式给发动机加载，以此来研究发动机特性。现如今汽车动力性研究对测试的要求逐渐稳态向动态发展由，要求现在的内燃机有良好的动态特性。所以对测功机的性能有很高的要求本次使用的测功机是西门子1SR9具体参数如表5-2所示性能参数技术参数性能参数技术参数额定扭矩1000N*M扭矩测量精度<0.4N*m额定功率450kw转速测量精度±1r/min额定转速7000r/min控制模式切换时间≤10ms最高转速10000r/min动态响应时间<2ms过载能力120%冷却方式风冷由上表可知选型测功机可基本满足试验要求5.2.3联轴器选型连轴器在汽车试验台架上运用非常广泛，通常当两轴或回转件需要连接时，都会选用联轴器来传递运动和动力，由于连轴器可以让两个连接件一同回转，并且在此过程中，两个连接件不会脱开。连轴器主要有十字联轴器、夹壳联轴器、梅花联轴器、星形联轴器、弹性联轴器等。联轴器由于工作环境的需要，还应具有一定的防止两轴偏移的能力，不然被联两轴相对偏移会产生附加载荷，传动性能下降，机器使用寿命减少，还应具有一定的缓冲能力以减少使用时产生的附加载荷。选用上海宏庭夹紧梅花弹性联轴器具体参数如表5.3所示：型号THB9-C105最大孔径Φ60额定扭矩430最大扭矩860最高转速340表5.35.3本章小结本章提出了商用车试验台架的具体要求，并以此提出了一套合理的试验台设计方案，实现了道路模拟，数据分析等要求，并以此为依据完成了各部分选型。第六章总结与展望6.1总结本文主要以现阶段商用车开发过程中，必须在整车研发完成后才能对汽车动力性进行研究的这一难题进行了探讨，并对动力性试验台架进行设计。首先分析了虚拟整车试验台的的原理并完善了相应的汽车行驶理论,参考了东风多利卡为参考车型，分析对比道路测试和室内台架试验的优劣，阐述了室内台架试验因其重复性好，开发成本低，适用性好等优点，以及集成技术和计算机仿真技术快速发展提供了可行的技术支持，必将成为测试方案的首选。通过道路阻力模拟功能的实现，能够大大提高台架测试数据的准确度，所以详细阐述了基于SIMULINK进行整车纵向动力学模型的建立过程，主要包括：通过《汽车理论》关于汽车纵向动力学的知识，建立了相应的理论基础，确定了动力性评价指标为最高车速、最大爬坡度和加速时间。通过参考GB/T18385-2016确定汽车动力性测试方案。汽车行驶方程式的建立，得到了汽车在行驶过程中受到的外力，通过对外力分析，建立起所受外力与汽车基本参数之间的关系。将参考车型的技术参数输入到模型之中，便建立起了汽车纵向动力学关系。通过对相应公式的计算推导，用SIMULINK对整车进行建模，并阐述SIMULINK建模的基本原理考虑整车的转动惯量，由于汽车在实际行驶时会有惯量产生阻力，所以设计台架时必须明确商用车在实际行驶中具有的惯量，在实验时通过测功机模拟出来。完成建模后进行了对动力学模型的仿真分析，通过最高车速、加速时间、最大爬坡度三个动力性评价指标进行试验，试验结果与实际汽车行驶时存在较小的差距，差距在误差范围内，证明了动力学模型的可行性。得到仿真结果后，分析了仿真结果与实际汽车行驶的误差，从台架的功能和原理进行分析，提出改善建议，再根据被测发动机的技术参数对台架中测功机、联轴器、等进行选型，搭建功能和结构完整的商用车动力总成试验台架。6.2展望在本文的研究过程中，由于受到客观因素的限制，得到的结论仍然具有局限性，需要在由于缺少实际试验，仅仅是通过matlab进行仿真模拟，缺少在实车上验证仿真结果的过程，无法得知当前模型是否与商用车实际运行情况是否相识，故为了验证仿真结果的准确性，还需通过各种试验得出较为精确的数学模型，并通过实车验证该模型是否符合实际运行情况。参考文献[1]韩福江,冀明路,蒋众,孙志红,徐海东.电动车动力系统测试平台的设计与实现[J].电机与控制应用,2021,48(02):76-83.[2]秦奋,程双安,郭海乐,李胜龙,俞成,梁宝库,齐洪波.关于动力总成试验台架集成小车解析[J].汽车实用技术,2020,45(24):58-60.[3]胡浩然,袁悦博,安莉莎,王贺武.商用车动力总成最高系统效率的探讨[J].汽车安全与节能学报,2020,11(04):428-443.[4]陈太荣,尤国贵.重型商用车性能仿真与参数敏感度分析[J].汽车实用技术,2020,45(22):116-118+125.[5]江小菊.M5动力总成试验台设计[D].天津职业技术师范大学,2020.[6]王华泾.基于虚拟整车试验台的商用车动力性试验方法研究[D].重庆理工大学,2020.[7]薛朋余.国内汽车动力总成试验台架的发展现状与趋势[J].内燃机与配件,2019(18):59-60.[8]孙博,李春旺,孟庆勇.基于动力总成台架的整车驾驶性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