基于GT-power的发动机虚拟试验台架的搭建开题报告

1. 研究目的与意义

在汽车企业竞争日益激烈的巨大压力下，发动机性能和燃油消耗已成为全球性的重要课题。针对整车性能需求，对动力总成系统进行快捷优化匹配开发已成为汽车整车开发企业提升市场竞争力、节约开发成本的主要途径。随着企业工程开发经验的积累以及工程师们对发动机设计与运行参数之间内在联系的深入理解，数值式优化模拟计算已逐渐成为发动机开发的重要手段，许多整车与发动机性能模拟计算软件，例如 GT-ISE、BOOST、WAVE 以及 CRUISE等的问世并及广泛应用，为整车与发动机的开发与匹配提供了可靠的模拟平台。

发动机的设计开发能力反映了发动机企业的技术水平，是企业能否长期生存发展的核心和关键。传统的画图 加工 发动机台架试验的设计方法，设计周期长、开发成本高，难以适应市场对产品多样化和小批量生产的要求。相比之下，计算机软、硬件技术的巨大进步和相关基础理论如有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）等的研究进展为计算机辅助设计（CAD）的发展和应用提供了必要的前提条件。

发动机的性能试验研究是其开发过程中的重要环节，国内外很多高校及科研院所都基于发动机台架开展了内燃机的动力性能、经济性能和排放性能的研究。由于试验成本和困难程度，现有的试验过程都是选择了发动机的某些工况，以较少的测试点代替全部工况。现代计算机仿真计算的发展为虚拟试验系统的搭建提供了可能，基于发动机特定的技术参数和结构参数，可构建某型发动机的虚拟模型，利用simulink技术，可实现对发动机虚拟模型运行工况的反馈控制，实现虚拟控制器与仿真模型的耦合，虚拟应用试验系统验证燃油模型、喷油模型以及燃烧模型等所包括的参数开展对发动机性能的影响，也可通过改变发动机模型中参数，进行不同发动机的应用试验，进行任何工况下的试验，虚拟应用试验系统是发动机台架试验系统的有益补充。

2. 国内外研究现状分析

内燃机工作过程的模拟可以追溯到19世纪末叶即内燃机诞生的初期，英国人d.clerk 是内燃机工作过程模拟研究的首创者。他于1882年用气体标准循环分析方法比较了各种内燃机的热效率。稍后，德国人r. diesel提出了一系列具有不同燃烧方式（等压燃烧、等温燃烧）的内燃机循环模型。但在此后的80年中，在这方面没有重大的突破。在20世纪60年代出现了基于电子计算机的内燃机循环模拟，自此以后，内燃机工作过程数学模型的研究突飞猛进地向前发展。

计算机模拟仿真技术在汽车企业研发过程中应用十分广泛。如计算流体力学软件kiva、fire、fluent、wave、flowmaster等；发动机性能仿真软件gt-power、boost等；发动机与整车匹配软件cruise、gt-drive等；有限元分析软件ansys；机械系统动力学仿真软件adams等。

kiva系列程序由美国los alamos国家实验室主持研究开发，包括kiva，kiva-ii，kiva-3，kiva-3v，kiva-3v（第二版）及各种改进版本，代表了当今内燃机燃烧模拟的最新成就。由于其源程序是开放的，研究者们可在其原有模型的基础上使其更完善或更适用于某一特定的情况，因此许多国家的研究者们运用kiva程序进行内燃机工作过程的理论研究与探索。

3. 研究的基本内容与计划

第一～三周：检索相关文献，收集资料，为毕业设计做前期准备工作，熟悉设计步骤，理清设计流程，列出调查计划，完成文献综述；

第四～六周：学习gt-power软件使用方法，练习并且熟悉gt-power软件；

第七～十周：研究分析有关某款特定车的柴油机燃油喷射、进气、燃烧、油料等方面的数学模型，学会在软件中进行相关数学模型的参数设置；获取某型发动机的相关物理参数，构建基于排放的发动机仿真模型；

4. 研究创新点

实现对发动机虚拟模型运行工况的反馈控制，实现虚拟控制器与仿真模型的耦合，虚拟应用试验系统验证燃油模型、喷油模型以及燃烧模型等所包括的参数开展对发动机性能的影响，也可通过改变发动机模型中参数，进行不同发动机的应用试验，进行任何工况下的模拟试验。