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《吉林大学》 2011年
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用于车辆动力学仿真的全工况发动机建模

徐亮  
【摘要】:开发型汽车驾驶模拟器是汽车动态仿真技术的重要组成部分,驾驶模拟器根据主观评价的要求,需要从性能模型发展到品质模型,其中关键是提高汽车动力学模型的逼真度。要建立精确的整车动力学模型,就必须建立精确的发动机实时动力学模型。 发动机作为汽车的动力来源,其输出扭矩通过传动系驱动汽车行驶。汽车在实际运行过程中,驾驶员根据交通环境,即兴操作汽车发动机的油门、离合器踏板、变速器杆,使得发动机的实际运行工况处于时刻变化中。因此,在整车动力学仿真中发动机建模,一方面需要实时准确地输出力矩,另一方面需要真实地反映出驾驶员对车辆的操作状况。将驾驶员油门踏板、离合器和变速器状态联系起来,实现对驾驶员各种操作环境下发动机可能出现的各种工况进行逼真地模拟,这要求发动机模型能够实现全工况仿真。 目前应用在中国首台开发型汽车驾驶模拟器上的发动机模型是2003年之前开发的,采用的建模方法:对于有载稳态模型,采用基于万有特性的建模方式,即通过台架实验得到发动机不同节气门开度和不同转速下力矩输出的万有特性实验数据,利用最小二乘原理对这些数据进行曲面拟合,建立节气门开度、转速与力矩输出之间的关系;对于有载非稳态模型,由于发动机加、减速时,混合气浓度发生改变,造成发动机输出力矩不等于稳态工况时的输出扭矩,其扭矩的增减波动与曲轴角加速度近似成比例,从而通过对有载稳态模型进行线性修正而建立有载非稳态模型。上述模型存在两点不足需要改进:1、整车动力学仿真中发动机建模多采用基于发动机万有特性的建模方式。而实际实验得到的发动机万有特性图中不同区域之间常会出现突变的力矩,采用原有的二维多项式拟合方法会使突变平滑,从而隐藏了某些实验得到的力矩特性。2、模型没有对反拖工况、起步工况进行建模。反拖和起步工况下的发动机模型没有万有特性实验作为支撑,还需要进行相应工况的特性实验来实现参数的获取。根据上面提出的问题,本文做出了下面的一些改进工作: 1、本文分析了发动机在车辆实际运行中的各种工况,提出进行全工况建模的思路。依据发动机运行的不同工况和传动系的状态,将发动机模型分解成五个的工况:发动机有载稳态工况、有载非稳态工况、空载工况、反拖工况、起步工况。根据不同的工况,建立了不同的发动机旋转动力学,并讨论了模型间相互切换时发动机旋转动力学切换方式。 发动机有载稳态模型、有载非稳态模型、空载模型都是基于万有特性进行建模。发动机有载稳态模型建模采用对发动机万有特性图插值的方法求得。发动机有载非稳态模型建模主要是考虑节气门空气流量和气缸燃烧滞后等因素,而在稳态模型基础上作部分动态修正。发动机空载工况下建模主要指发生在传动系在换挡间隙或发动机怠速的情况,此时发动机运动状态通过建立的旋动动力学计算。发动机反拖模型是根据发动机反拖实验建立,输入是发动机转速,输出是发动机力矩的发动机反拖模型。建立发动机起步模型的前提是建立一个起动电机模型。同时考虑到整车仿真中发动机附件对发动机功率的消耗,还建立了发动机风扇、汽车空调、起动机和真空助力泵等附件的数学模型。 2、本文对基于万有特性建模的插值算法进行了讨论和研究。分析了发动机万有特性场具有的特点。介绍了对万有特性场进行曲面拟合的算法,分析出拟合会平滑万有特性场中某些区域具有的力矩突变。提出采用插值算法来对万有特性场进行插值。接着系统地讨论和比较了几种分段插值算法的特点,并将其推广到二维。最后将几种分段插值算法对万有特性场进行了插值计算,并将插值结果进行了定性和定量的比较,最终选择采用双三次样条插值算法。 3、采用C语言编程来对模型进行程序实现并进行仿真验证。对建好的发动机模型,嵌入到整车动力学模型中进行仿真验证,并将仿真结果和整车动力学软件Carsim的仿真结果进行对比。最终验证结果表明,建立的发动机模型能够有效地进行发动机全工况的仿真,精度满足整车动力学的仿真要求。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U461.1

【引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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【相似文献】
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10 邓超;城市道路工况的构建及客车传动系的优化设计[D];合肥工业大学;2009年
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