基于載運工具運用工程仿真實驗室的綜合仿真實驗項目開發

袁晨恒　何義團

【摘要】現代化汽車生產企業產品更新速度快，要求縮短設計研發周期，仿真技術已經普遍應用到制造行業。本文依托載運工具運用工程仿真實驗室軟硬件設備，開發“汽車綜合仿真實驗項目”，并對每個子項目的要求、能力培養等情況進行闡述。

【關鍵詞】載運工具運用工程 研究生仿真訓練 汽車綜合仿真

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）06-0161-01

隨著計算機技術和專業仿真技術的發展，要求汽車生產企業在設計研發階段要加快進度。在這樣新的形勢下，對高校機械相關專業研究生培養提出了更高的要求：不僅要求研究生掌握數學、力學、機械、電子電工等傳統基礎課程知識，同時還要掌握現代設計方法，會運用成熟的專業仿真計算軟件進行建模與優化設計。一個只懂得用傳統機械設計方法進行設計計算、并根據計算結果作機械零部件圖的學生，已經遠遠不能滿足現代企業的需求。

我校載運工具運用工程學科，在充分利用中央地方共建資金和交通運輸部建設資金基礎上，建立了獨立的載運工具運用工程仿真實驗室。目前該仿真實驗室有服務器一臺、工作電腦20臺。購買了Hyper-mesh、AVL-FIRE、GT-suite等專業仿真軟件。本綜合仿真實驗項目通過利用這些專業仿真軟件，分步驟、分階段進行模擬仿真訓練，在研究生開題之前，將課題研究中所用專業軟件和基本技能訓練一遍。下面以“汽車綜合仿真實驗項目”為例，將綜合仿真實驗項目分解為三個子訓練項目，說明整個訓練項目的流程。

一、發動機燃燒室三維設計仿真訓練項目

本訓練項目利用Hyper-mesh軟件建立發動機整機三維模型，主要是包括燃燒室和進氣道部分。然后將發動機燃燒室及進排氣道模型分離出來。對燃燒室模型進行網格劃分，進行缸內三維仿真計算，可以得到燃燒放熱規律及缸壓曲線。在進行改進設計過程中，可以對氣道、活塞、凸輪軸（配氣相位）等零部件進行優化設計。利用缸內三維仿真模型還可以進行氣道流動仿真計算。特別針對帶有進排氣氣道的燃燒室模型，可以對凸輪軸進行優化設計，開展進氣流量、發動機回火等問題的研究。

本項目要求學生能夠熟練掌握三維模型分離技術、掌握網格劃分技術、初步掌握三維仿真的理論基礎和三維仿真分析能力。

二、發動機整機性能仿真訓練項目

在本訓練項目中，首先獲取發動機整機性能仿真所需要的基本幾何參數數據，利用GT-POWER軟件建立發動機整機仿真計算模型。在模型中，輸入發動機管路及缸內幾何尺寸、發動機點火順序、氣門升程曲線、摩擦功曲線、過量空氣系數及邊界等條件，將訓練1中所得到的發動機燃燒放熱規律帶入到整機模型中，進行整機性能仿真計算。根據不同轉速和不同負荷條件設置一系列計算工況，計算發動機在不同工況條件下的動力性、經濟性，可以得到發動機的外特性曲線和萬有特性圖。

本訓練項目要求學生掌握發動機整機仿真模型的建模方法，理解模型中參數的物理意義，掌握vibe等燃燒模型的設置方法。能夠根據發動機不同工況對燃燒放熱規律進行合理調節，得到精確合理的計算結果。

三、整車性能仿真訓練項目

根據某整車的基本結構，簡化物理模型，從GT-DRIVE的模板中選用復合模塊、控制模塊、連接模塊、傳感器及執行器模塊等，搭建仿真模型，建立汽車系統的各總成和部件的機械連接和信號連接，并對各部件和總成進行參數化處理，完成整車建模。然后進行仿真計算得到各個擋位下的加速度、最大爬坡度、最高車速、最大功率等整車動力性指標和百公里油耗等經濟性指標。可以進一步加深學生對動力傳動一體化研究的認識。

本項目要求學生在掌握汽車基本結構和電控基本知識的基礎上，掌握整車仿真建模方法、能夠根據不同的設計目標進行仿真計算，并能夠對計算結果進行分析。

四、小結

汽車綜合仿真實驗項目包含了發動機零部件優化設計、發動機缸內三維仿真于燃燒排放特性分析、發動機整機性能仿真分析、整車動力傳動性能仿真等一系列優化設計與仿真的子訓練項目。即使不能讓每個學生全都做一遍，但通過團隊合作，將與本學科領域相關的學生分組，可以分解完成每個子項目。既可以讓學生充分認識仿真技術在汽車現代化設計中的作用，又鍛煉了學生開展實際項目的科研能力和團隊合作能力。

參考文獻：

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基金項目：2015年重慶市教委研究生優質課程項目（內燃機燃燒理論與技術），重慶交通大學實驗教學改革與研究基金項目（2014-16）