汽車發動機動力學的案例
關于汽車動力學-空氣動力學清單
1、汽車空氣動力學的重要性: 汽車空氣動力學是研究空氣流經汽車時的流動規律及空氣與汽車相互作用的一門科學。
作用在汽車上的空氣力有三種：空氣阻力、升力、側向力。作用在汽車上的力矩也有三種：縱傾力矩、側向力矩、橫擺力矩。這些力和力矩稱之為空氣動力六分力。
2、汽車空氣動力特性對汽車的影響主要有三個方面：
1）汽車動力性：：汽車的最高車速、加速時間、最大爬坡度；
2）汽車經濟性：氣動阻力與總阻力的比、氣動阻力所耗功率、氣動阻力與燃料消耗量；
3）汽車操縱穩定性：升力與縱傾力矩、側向力及橫擺力、側傾力矩。
3、關于風洞的一些知識：一臺新車設計好后，需進行風洞試驗。風洞試驗有模型風洞和實車風洞。最后還需進行道路試驗。
1）汽車風洞的分類與名稱
全尺寸風洞與模型風洞：為試驗真車的風洞叫全尺寸風洞。為試驗縮比模型或零部件的風洞叫模型風洞。
2）、空氣動力試驗風洞、全天候風洞與多用風洞：不能隨意調節試驗段氣流溫度、濕度的風洞稱為空氣動力試驗風洞；一般在這種風洞中主要進行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3）可改變試驗段氣流溫度、濕度、陽光強弱和其它氣候條件的風洞稱為全天候風洞；
4）那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環境效果的風洞稱為多用風洞。
4、汽車風洞試驗主要研究的問題：1）研究汽車空氣動力特性：汽車的氣動阻力特性和操縱穩定性；汽車上的力及力矩；2）通過汽車表面的壓力分布與流場性能分析，研究汽車各部位的流場；3）發動機冷卻氣流的進氣和排氣特性；4）駕駛室內的通風、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進時都受到哪些阻力：汽車行進時所受阻力大致可分為機械阻力和空氣阻力兩部分。隨著車速的提高，空氣阻力所占比例迅速提高。
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1、汽車空氣動力學的重要性: 汽車空氣動力學是研究空氣流經汽車時的流動規律及空氣與汽車相互作用的一門科學。
作用在汽車上的空氣力有三種：空氣阻力、升力、側向力。作用在汽車上的力矩也有三種：縱傾力矩、側向力矩、橫擺力矩。這些力和力矩稱之為空氣動力六分力。
2、汽車空氣動力特性對汽車的影響主要有三個方面：
1）汽車動力性：：汽車的最高車速、加速時間、最大爬坡度；
2）汽車經濟性：氣動阻力與總阻力的比、氣動阻力所耗功率、氣動阻力與燃料消耗量；
3）汽車操縱穩定性：升力與縱傾力矩、側向力及橫擺力、側傾力矩。
3、關于風洞的一些知識：一臺新車設計好后，需進行風洞試驗。風洞試驗有模型風洞和實車風洞。最后還需進行道路試驗。
1）汽車風洞的分類與名稱
全尺寸風洞與模型風洞：為試驗真車的風洞叫全尺寸風洞。為試驗縮比模型或零部件的風洞叫模型風洞。
2）、空氣動力試驗風洞、全天候風洞與多用風洞：不能隨意調節試驗段氣流溫度、濕度的風洞稱為空氣動力試驗風洞；一般在這種風洞中主要進行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3）可改變試驗段氣流溫度、濕度、陽光強弱和其它氣候條件的風洞稱為全天候風洞；
4）那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環境效果的風洞稱為多用風洞。
4、汽車風洞試驗主要研究的問題：1）研究汽車空氣動力特性：汽車的氣動阻力特性和操縱穩定性；汽車上的力及力矩；2）通過汽車表面的壓力分布與流場性能分析，研究汽車各部位的流場；3）發動機冷卻氣流的進氣和排氣特性；4）駕駛室內的通風、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進時都受到哪些阻力：汽車行進時所受阻力大致可分為機械阻力和空氣阻力兩部分。隨著車速的提高，空氣阻力所占比例迅速提高。
展開 基于動力學的發動機正時皮帶怠速噪聲仿真分析及試驗研究
針對該噪聲源和噪聲頻段，通過一維動力學仿真的方法來優化正時皮帶系統的布置參數，尋找到降低該噪聲的方法，并最終通過噪聲-振動-平順性(NVH)試驗驗證了提高皮帶剛度和增加小惰輪的方案能夠有效降低該噪聲。
概述
隨著人們對整車舒適性的要求越來越高，對發動機的噪聲-振動-平順性(NVH)要求也越來越嚴格[1]。正時傳動系統是發動機配氣機構的重要組成部分，用于準確地定時開啟和關閉相應的進、排氣門[2]。正時性能的好壞直接影響發動機的動力性、經濟性、NVH及排放性能[3]。正時皮帶由于噪聲低而被廣泛用于發動機上驅動氣門機構，但正時皮帶噪聲令人厭煩。為了提升整車的安靜程度，高質量的整車必須降低正時皮帶的噪聲[4]。
針對正時系統噪聲的研究有：文獻[5-8]針對正時鏈傳動系統展開了研究，得到了正時鏈傳動系統的降噪方案；文獻[9-14]針對正時皮帶傳動系統展開了研究，得出了帶齒嚙合力和轉速等對正時皮帶嚙合噪聲的影響規律，總結出一系列降低正時皮帶嚙合噪聲的方法。
本文以某3缸增壓直噴汽油機正時皮帶怠速低頻噪聲為研究對象，通過試驗鎖定噪聲源和噪聲頻段，并對該噪聲產生機理進行分析。針對該噪聲源和噪聲頻段，通過一維動力學仿真的方法來優化正時皮帶系統的布置參數，尋找到降低該噪聲的方法，并最終通過NVH試驗證實提高皮帶剛度和增加小惰輪的方案能夠有效降低該噪聲。
文獻[9-14]研究的正時皮帶噪聲均為嚙合噪聲，噪聲頻率與發動機的轉速相關，采用的降噪措施均為降低嚙合沖擊。本文研究的是正時皮帶的低頻噪聲，只發生在怠速工況，該噪聲由正時皮帶的橫向振動產生，降噪措施的選擇是從降低正時皮帶的橫向振動方面入手，同時采用正時皮帶系統動力學仿真的方法來進行噪聲優化，大大縮短了問題的解決周期，節省了開發成本。
展開 基于多體動力學的發動機噪聲預測與輕量化
2.2 發動機多體動力學模型的建立
采用EXCITE-PU 對曲軸進行動力學建模[3-4]，以及建立由燃燒激勵引起發動機載荷激勵的多體動力學模型，如圖2 所示。
圖2 發動機多體動力學模型顯示界面
運用EXCITE-PR 對活塞動力學進行建模[5]，可提供活塞側推力激勵。運用EXCITE-TD 創建正時閥系激勵模型，可提供進排氣側凸輪軸激勵、閥系落座激勵、張緊器激勵及彈簧落座力激勵；同樣利用EXCITE-TD建立正時鏈輪的激勵，可提供鏈條的激勵。
通過以上多體動力學模型，運算出在特征工況（1 000，2 000，3 000，4 000，5 500，6 000 r/min） 下的0～3 500 Hz 頻率范圍內發動機表面振動加速度的結果。圖3 示出4 000 r/min 工況（最大扭矩）下的某個頻率下發動機振動加速度的云圖結果。
圖3 發動機在4 000 r/min 工況下的振動加速度結果
2.3 發動機表面振動加速度的對標分析
可將利用AVL-EXCITE 計算出的發動機表面振動加速度的結果作為發動機輻射噪聲模型的輸入邊界激勵，但是發動機振動的仿真結果需要借助發動機振動臺架試驗對其進行對標分析，驗證過后再進行發動機噪聲分析。
在4 000 r/min 工況下對氣門室罩蓋粘貼加速度傳感器進行X，Y，Z 向測試，如圖4 所示；氣門室罩蓋X，Y，Z 向加速度級仿真與試驗的對標擬合圖，如圖5 所示。
展開 
基于DYTRAN的發動機曲軸系沖擊動力學仿真
基于TBD234V6發動機曲軸的有限元模型,建立了包括柔性曲軸、活塞組、連桿組及飛輪在內的發動機剛柔體混合動力學仿真模型,介紹了沖擊環境沖擊譜的描述方法以及結構動力響應向設計沖擊譜換算的方法和原則,并基于沖擊因子法和BV043/73標準,在非線性瞬態動力學軟件MSC.DYTRAN中,對該型曲柄連桿機構進行了沖擊響應分析。綜合采用了曲柄連桿機構整體有限元分析、接觸算法、非線性瞬態動力學分析方法等手段,在1500r/min工況下,對發動機進行剛柔體混合動力學仿真,得到了發動機的連桿頸負荷、主軸頸負荷及最大動態應力等仿真結果。計算結果表明所采用的方法是合理和有效的。
基于DYTRAN的發動機曲軸系沖擊動力學仿真.pdf
展開 案例分享 | 如何提升飛機發動機-轉子動力學分析效率？
作者：Yves Fournier，普拉特·惠特尼集團加拿大分公司
隨著原型快速設計的要求不斷提高，航空航天和汽車行業的領導者正在利用新的仿真技術來提供安全、可靠、經濟高效的高質量產品。仿真在產品研發中起著重要作用，它可以幫助工程師進行早期的設計更改，并避免后期修改產生意外的不利影響。對許多包含轉動部件的航空航天結構和汽車結構（如噴氣發動機、渦輪機械、離心機等）的設計和分析來說尤其如此。
新的航空發動機結構設計會帶來無法預知的、復雜的動力學特性，這需要先進的仿真技術來確保仿真結果的精度。
作為原生的、最受信賴的FEA求解器，MSC Nastran 在各個主要的航空航天公司均得到廣泛應用。MSC Nastran提供了高精度的、高可靠性的轉子動力學解決方案，用于計算評估旋轉機械的特性。
由于零件的復雜性，對旋轉部件的建模方法受多個因素的影響。
例如，可用的計算資源、所需的精度以及用于描述轉子幾何形狀的單元類型。
傳統方法（參考文獻1）是對模型的簡化表示，采用一維梁單元對軸進行建模
，采用質量點對轉盤進行建模（圖1）
。
盡管這種建模方式在建模和計算精度、對大尺寸柔性轉盤特性的捕捉、對復雜結構轉子的準確描述等方面有局限性，但這種方法在目前工業界仍然很常見。
圖1.目前正在使用轉子動力學結構建模的四種方式
普惠公司（Pratt and Whitney）最近采用一種更好的方法對大型發動機模型進行分析。這種方法采用高精度的二維軸對稱諧波單元和三維殼單元以及實體單元進行建模。
展開 航空發動機整機有限元模型轉子動力學分析
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混合動力乘用汽車發動機的選擇及其關鍵技術分析
在能源和環境危機雙重壓力下，汽車行業逐漸從傳統燃油汽車向節能汽車與新能源汽車轉型，電動化已經成為汽車行業公認的發展趨勢。然而，由于動力電池在成本、能量儲存及安全性能等方面的短板，極大限制了純電動汽車(BEV)的發展，在這樣的背景下，混合動力乘用汽車(以下稱混合動力汽車HEV)仍將在中長期內占據節能及新能源汽車市場的主要份額。
混合動力系統是指兩個或兩個以上不同工作原理的動力源組成，可以將不同動力源組合在一起用于驅動車輛的系統。發動機與電機組成的混合動力系統，就是充分利用電機的發電和電動特性，采用合理的轉矩分配控制，使車用發動機能始終處于或接近最佳工況區運行，提高了能量利用效率，降低油耗和排放。如豐田THS系統的(電機可以單獨驅動車輛)混合動力汽車百公里油耗比同車型降低50%以上。混合動力系統潛力的發揮關鍵技術在于，一方面發動機和電機轉矩之間的協調控制，整車綜合控制器(HV—ECU)需要根據車輛、發動機、電機、剩余電池電量(SOC)以及道路等綜合信息，確定工作模式，實時分配電機和發動機的工作轉矩。另一方面在發動機的選型上，大多數采用高膨脹比循環發動機和及其軟硬件，使發動機的熱效率有很大提高。
一、混合動力汽車的節能
1.車輛工況能耗分析
傳統汽車由單一動力源驅動，所有動力均來自發動機，使得按最高車速、最大爬坡及極限加速性等動力性要求設計的發動機功率，與整車一般行駛工況下的功率需求之間存在較大差別。在設計某些傳統汽車時，為保證其加速和爬坡性能，發動機最大功率定為車輛以100km/h在平路上行駛時需求功率的10倍，或者是在6%坡度上以100km/h行駛時需求功率的3～4倍。因此，傳統汽車勢必存在著發動機大部分時間是以輕載、低負荷工作的問題，即出現“大馬拉小車’的動力冗余的現象。
展開 學習記錄——Workbench4缸發動機系統瞬態動力
學評估
今天學習的案例是是Workbench軸承系統瞬態動力學評估。
本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。
1.前處理
1.1幾何模型系統的構建
導入模型如圖所示。
1.2材料模型系統的構建
密度：7850
楊氏模量：210e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統的構建
1.3.1材料賦予
1.3.2連接關系：轉動、固定和移動
1.3.3網格劃分
2求解
2.1載荷邊界條件
轉動副
2.2位移邊界條件
2.3求解設定
時間0.1s，初始步數25，最小步數20，最大步數250，打開大變形。
3.后處理
下面是本案例的思維導圖。
《汽車系統動力學》
I S B N： 711116895
頁數： 324
開本： 小16開
印張： 15104245.76
包裝： 平裝
字數： 505千
簡介
汽車系統動力學是研究所有與汽車系統運動有關的學科，研究內容可按車輛運動方向分為縱向、垂向和側向動力學三大部分。
本書除了介紹車輛動力學建模的基礎理論、輪胎力學及汽車空氣動力學基礎之外，重點介紹了受汽車發動機、傳動系統、制動系統影響的驅動動力學和制動動力學，以及行駛動力學和操縱動力學內容。
本書運用系統方法及現代控制理論，結合實例分析，介紹了車輛動力學模型的建立、計算機仿真、動態性能分析和控制器設計的方法，同時也使讀者對常用的車輛動力學分析軟件有所了解。
本書可作為高等學校車輛工程專業研究生教學用書，也可作為車輛工程專業本科生的選修課教材，同時可供汽車設計和研究人員閱讀參考。
展開 汽車系統動力學
汽車系統動力學
內容簡介
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汽車系統動力學是研究所有與汽車系統運動有關的學科，研究內容可按車輛運動方向分為縱向、垂向和側向動力學三大部分。
本書除了介紹車輛動力學建模的基礎理論、輪胎力學及汽車空氣動力學基礎之外，重點介紹了受汽車發動機、傳動系統、制動系統影響的驅動動力學和制動動力學，以及行駛動力學和操縱動力學內容。
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汽車系統動力學及仿真
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汽車系統動力學及仿真.part2.rar
汽車中的空氣動力學
說到空氣動力學，大家往往都會覺得這是一個很學術，其學術研究成果和結論都被大量的應用在航空航天領域和賽車運動上。但其實不然，早在20世紀初期，汽車比剛發明不久的飛機速度還要快，早于飛機突破了時速兩百公里，這都是當時賽車的空氣力學比飛機更先進的證明。早在20世紀50年代第二次汽車變革之前，許多車廠就已經采用了人們常說的“流線型”造型車身造型設計，而這次變革之后，車身設計領域則可謂是百家爭鳴，百花齊放了，如魚形，船型，楔形，甚至火箭型，是的，沒錯，就是火箭型！
簡單介紹下前面提到的2次汽車改革19世紀末期，汽車剛被發明不久，極低的車速讓空氣阻力根本無法顯現，所以那個時候的汽車就是在馬車車廂上加裝發動機和操縱機構。隨著時間的推移，到20世紀初慢慢演變成廂型車，代表就是福特T型車（1908年誕生）。在此期間，科學界注意到了空氣阻力的影響，因此在1899就有人按照空氣動力學觀點設計了最早的汽車。可惜，上面的這些設計并沒什么實質性作用，阻力依然很大，也僅僅比廂型車強些。因為那個時候人們沒有意識到，車底的輪子對氣流的影響，還有地面對氣流的影響，所以想當然的應用這些基本流線型是行不通的。真正的轉機是在20世紀20年代以后，人們意識到地面效應的影響，把空氣動力學理論應用在汽車上，使汽車外形設計取得巨大的進步，出現了氣動阻力Cd為0.28的低阻汽車（1924的拉普勒）。這個時期的汽車的顯著特點是，車身呈半水滴狀，或者是兩個半水滴的組合結構。這種類型的優秀代表是1937年問世的太拖拉87型（Cd為0.36，是當時世界上最快的轎車）。后來大名鼎鼎的甲殼蟲就是以此為靈感設計的。既然流線型車造型優雅，空氣阻力也相對較小，為什么會被淘汰呢？因為流線型車有個很大的缺點，它阻力雖小，抗側風能力卻非常差。所以當人們發現問題后，就進入了船型車時代（20世紀50年代后）。
展開 【技術】AICFD助力汽車空氣動力學設計
概述
隨著汽車工業發展與汽車行駛速度日益提高，汽車的空氣動力學亦愈來愈受到重視，優秀的空氣動力學設計不但可以達到高效節能的目的，還能夠減少噪音、提高車輛的平順性和行駛穩定性，提供更強的安全保障。如今，它已經不是航空航天領域的專利，而是現代工業設計必不可少的元素之一。
汽車空氣動力學研究主要有兩種方法：一種是進行風洞實驗，另一種則是利用計算流體動力學（CFD）技術進行數值仿真。相比風洞實驗，CFD數值仿真有著可再現性、周期短、成本低，以及全面且豐富的流場分析功能等優點。隨著計算機性能的不斷提高，CFD 軟件逐漸成為工程師的常用工具，通過數值仿真，在產品開發的初期就確立設計方案。外流場空氣動力學仿真計算作為CFD的一個方面，在現代汽車設計中扮演著至關重要的角色。
AICFD軟件介紹
AICFD 是由天洑軟件研發的一款智能熱流體仿真軟件，它實現對流動及傳熱的快速智能仿真。
展開 汽車空氣動力學分析2 ￥10
汽車表面四周采用6棱鏡層。使用 ANSYS CFX 執行穩態仿真。
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