基于載運(yùn)工具運(yùn)用工程仿真實(shí)驗(yàn)室的綜合仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)

袁晨恒　何義團(tuán)

【摘要】現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品更新速度快，要求縮短設(shè)計(jì)研發(fā)周期，仿真技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用到制造行業(yè)。本文依托載運(yùn)工具運(yùn)用工程仿真實(shí)驗(yàn)室軟硬件設(shè)備，開發(fā)“汽車綜合仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”，并對(duì)每個(gè)子項(xiàng)目的要求、能力培養(yǎng)等情況進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】載運(yùn)工具運(yùn)用工程 研究生仿真訓(xùn)練 汽車綜合仿真

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）06-0161-01

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和專業(yè)仿真技術(shù)的發(fā)展，要求汽車生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計(jì)研發(fā)階段要加快進(jìn)度。在這樣新的形勢(shì)下，對(duì)高校機(jī)械相關(guān)專業(yè)研究生培養(yǎng)提出了更高的要求：不僅要求研究生掌握數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、電子電工等傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程知識(shí)，同時(shí)還要掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，會(huì)運(yùn)用成熟的專業(yè)仿真計(jì)算軟件進(jìn)行建模與優(yōu)化設(shè)計(jì)。一個(gè)只懂得用傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、并根據(jù)計(jì)算結(jié)果作機(jī)械零部件圖的學(xué)生，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)的需求。

我校載運(yùn)工具運(yùn)用工程學(xué)科，在充分利用中央地方共建資金和交通運(yùn)輸部建設(shè)資金基礎(chǔ)上，建立了獨(dú)立的載運(yùn)工具運(yùn)用工程仿真實(shí)驗(yàn)室。目前該仿真實(shí)驗(yàn)室有服務(wù)器一臺(tái)、工作電腦20臺(tái)。購買了Hyper-mesh、AVL-FIRE、GT-suite等專業(yè)仿真軟件。本綜合仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過利用這些專業(yè)仿真軟件，分步驟、分階段進(jìn)行模擬仿真訓(xùn)練，在研究生開題之前，將課題研究中所用專業(yè)軟件和基本技能訓(xùn)練一遍。下面以“汽車綜合仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”為例，將綜合仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分解為三個(gè)子訓(xùn)練項(xiàng)目，說明整個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目的流程。

一、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室三維設(shè)計(jì)仿真訓(xùn)練項(xiàng)目

本訓(xùn)練項(xiàng)目利用Hyper-mesh軟件建立發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)三維模型，主要是包括燃燒室和進(jìn)氣道部分。然后將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及進(jìn)排氣道模型分離出來。對(duì)燃燒室模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，進(jìn)行缸內(nèi)三維仿真計(jì)算，可以得到燃燒放熱規(guī)律及缸壓曲線。在進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)過程中，可以對(duì)氣道、活塞、凸輪軸（配氣相位）等零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用缸內(nèi)三維仿真模型還可以進(jìn)行氣道流動(dòng)仿真計(jì)算。特別針對(duì)帶有進(jìn)排氣氣道的燃燒室模型，可以對(duì)凸輪軸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，開展進(jìn)氣流量、發(fā)動(dòng)機(jī)回火等問題的研究。

本項(xiàng)目要求學(xué)生能夠熟練掌握三維模型分離技術(shù)、掌握網(wǎng)格劃分技術(shù)、初步掌握三維仿真的理論基礎(chǔ)和三維仿真分析能力。

二、發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能仿真訓(xùn)練項(xiàng)目

在本訓(xùn)練項(xiàng)目中，首先獲取發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能仿真所需要的基本幾何參數(shù)數(shù)據(jù)，利用GT-POWER軟件建立發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)仿真計(jì)算模型。在模型中，輸入發(fā)動(dòng)機(jī)管路及缸內(nèi)幾何尺寸、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火順序、氣門升程曲線、摩擦功曲線、過量空氣系數(shù)及邊界等條件，將訓(xùn)練1中所得到的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒放熱規(guī)律帶入到整機(jī)模型中，進(jìn)行整機(jī)性能仿真計(jì)算。根據(jù)不同轉(zhuǎn)速和不同負(fù)荷條件設(shè)置一系列計(jì)算工況，計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況條件下的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，可以得到發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線和萬有特性圖。

本訓(xùn)練項(xiàng)目要求學(xué)生掌握發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)仿真模型的建模方法，理解模型中參數(shù)的物理意義，掌握vibe等燃燒模型的設(shè)置方法。能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況對(duì)燃燒放熱規(guī)律進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，得到精確合理的計(jì)算結(jié)果。

三、整車性能仿真訓(xùn)練項(xiàng)目

根據(jù)某整車的基本結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化物理模型，從GT-DRIVE的模板中選用復(fù)合模塊、控制模塊、連接模塊、傳感器及執(zhí)行器模塊等，搭建仿真模型，建立汽車系統(tǒng)的各總成和部件的機(jī)械連接和信號(hào)連接，并對(duì)各部件和總成進(jìn)行參數(shù)化處理，完成整車建模。然后進(jìn)行仿真計(jì)算得到各個(gè)擋位下的加速度、最大爬坡度、最高車速、最大功率等整車動(dòng)力性指標(biāo)和百公里油耗等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。可以進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)一體化研究的認(rèn)識(shí)。

本項(xiàng)目要求學(xué)生在掌握汽車基本結(jié)構(gòu)和電控基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，掌握整車仿真建模方法、能夠根據(jù)不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行仿真計(jì)算，并能夠?qū)τ?jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。

四、小結(jié)

汽車綜合仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包含了發(fā)動(dòng)機(jī)零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)三維仿真于燃燒排放特性分析、發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能仿真分析、整車動(dòng)力傳動(dòng)性能仿真等一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真的子訓(xùn)練項(xiàng)目。即使不能讓每個(gè)學(xué)生全都做一遍，但通過團(tuán)隊(duì)合作，將與本學(xué)科領(lǐng)域相關(guān)的學(xué)生分組，可以分解完成每個(gè)子項(xiàng)目。既可以讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)仿真技術(shù)在汽車現(xiàn)代化設(shè)計(jì)中的作用，又鍛煉了學(xué)生開展實(shí)際項(xiàng)目的科研能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高琪瑞，李東海.能源動(dòng)力仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].，實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006.05.

[2] 楊秉耀，劉麗葵.加強(qiáng)研究生實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)的研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009.6.

[3] 馬玉真，宋方臻.用于研究生教學(xué)的機(jī)械類課程仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)[J].教育教學(xué)論壇，2012.9.

基金項(xiàng)目：2015年重慶市教委研究生優(yōu)質(zhì)課程項(xiàng)目（內(nèi)燃機(jī)燃燒理論與技術(shù)），重慶交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與研究基金項(xiàng)目（2014-16）