基于载运工具运用工程仿真实验室的综合仿真实验项目开发

袁晨恒　何义团

【摘要】现代化汽车生产企业产品更新速度快，要求缩短设计研发周期，仿真技术已经普遍应用到制造行业。本文依托载运工具运用工程仿真实验室软硬件设备，开发“汽车综合仿真实验项目”，并对每个子项目的要求、能力培养等情况进行阐述。

【关键词】载运工具运用工程 研究生仿真训练 汽车综合仿真

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）06-0161-01

随着计算机技术和专业仿真技术的发展，要求汽车生产企业在设计研发阶段要加快进度。在这样新的形势下，对高校机械相关专业研究生培养提出了更高的要求：不仅要求研究生掌握数学、力学、机械、电子电工等传统基础课程知识，同时还要掌握现代设计方法，会运用成熟的专业仿真计算软件进行建模与优化设计。一个只懂得用传统机械设计方法进行设计计算、并根据计算结果作机械零部件图的学生，已经远远不能满足现代企业的需求。

我校载运工具运用工程学科，在充分利用中央地方共建资金和交通运输部建设资金基础上，建立了独立的载运工具运用工程仿真实验室。目前该仿真实验室有服务器一台、工作电脑20台。购买了Hyper-mesh、AVL-FIRE、GT-suite等专业仿真软件。本综合仿真实验项目通过利用这些专业仿真软件，分步骤、分阶段进行模拟仿真训练，在研究生开题之前，将课题研究中所用专业软件和基本技能训练一遍。下面以“汽车综合仿真实验项目”为例，将综合仿真实验项目分解为三个子训练项目，说明整个训练项目的流程。

一、发动机燃烧室三维设计仿真训练项目

本训练项目利用Hyper-mesh软件建立发动机整机三维模型，主要是包括燃烧室和进气道部分。然后将发动机燃烧室及进排气道模型分离出来。对燃烧室模型进行网格划分，进行缸内三维仿真计算，可以得到燃烧放热规律及缸压曲线。在进行改进设计过程中，可以对气道、活塞、凸轮轴（配气相位）等零部件进行优化设计。利用缸内三维仿真模型还可以进行气道流动仿真计算。特别针对带有进排气气道的燃烧室模型，可以对凸轮轴进行优化设计，开展进气流量、发动机回火等问题的研究。

本项目要求学生能够熟练掌握三维模型分离技术、掌握网格划分技术、初步掌握三维仿真的理论基础和三维仿真分析能力。

二、发动机整机性能仿真训练项目

在本训练项目中，首先获取发动机整机性能仿真所需要的基本几何参数数据，利用GT-POWER软件建立发动机整机仿真计算模型。在模型中，输入发动机管路及缸内几何尺寸、发动机点火顺序、气门升程曲线、摩擦功曲线、过量空气系数及边界等条件，将训练1中所得到的发动机燃烧放热规律带入到整机模型中，进行整机性能仿真计算。根据不同转速和不同负荷条件设置一系列计算工况，计算发动机在不同工况条件下的动力性、经济性，可以得到发动机的外特性曲线和万有特性图。

本训练项目要求学生掌握发动机整机仿真模型的建模方法，理解模型中参数的物理意义，掌握vibe等燃烧模型的设置方法。能够根据发动机不同工况对燃烧放热规律进行合理调节，得到精确合理的计算结果。

三、整车性能仿真训练项目

根据某整车的基本结构，简化物理模型，从GT-DRIVE的模板中选用复合模块、控制模块、连接模块、传感器及执行器模块等，搭建仿真模型，建立汽车系统的各总成和部件的机械连接和信号连接，并对各部件和总成进行参数化处理，完成整车建模。然后进行仿真计算得到各个挡位下的加速度、最大爬坡度、最高车速、最大功率等整车动力性指标和百公里油耗等经济性指标。可以进一步加深学生对动力传动一体化研究的认识。

本项目要求学生在掌握汽车基本结构和电控基本知识的基础上，掌握整车仿真建模方法、能够根据不同的设计目标进行仿真计算，并能够对计算结果进行分析。

四、小结

汽车综合仿真实验项目包含了发动机零部件优化设计、发动机缸内三维仿真于燃烧排放特性分析、发动机整机性能仿真分析、整车动力传动性能仿真等一系列优化设计与仿真的子训练项目。即使不能让每个学生全都做一遍，但通过团队合作，将与本学科领域相关的学生分组，可以分解完成每个子项目。既可以让学生充分认识仿真技术在汽车现代化设计中的作用，又锻炼了学生开展实际项目的科研能力和团队合作能力。

参考文献：

[1] 高琪瑞，李东海.能源动力仿真实验教学系统设计与应用[J].，实验技术与管理，2006.05.

[2] 杨秉耀，刘丽葵.加强研究生实验技能培训的研究[J].实验室研究与探索，2009.6.

[3] 马玉真，宋方臻.用于研究生教学的机械类课程仿真实验教学系统的开发[J].教育教学论坛，2012.9.

基金项目：2015年重庆市教委研究生优质课程项目（内燃机燃烧理论与技术），重庆交通大学实验教学改革与研究基金项目（2014-16）