汽车驾驶模拟器中发动机模型的建立与仿真

论文摘要

近年来,系统仿真技术得到空前的发展,模拟器作为仿真技术与专业技术结合的产物在越来越多的领域得到了应用。汽车驾驶模拟器作为一种有效的工具已广泛服务于驾驶培训、交通安全、科学研究等领域。汽车驾驶模拟器需要对汽车性能、驾驶环境两方面进行仿真,是汽车动力学、交通运输工程、计算机仿真、图形学、数字音频、传感器、网络通讯等多学科、多门类技术的综合应用。建立高效、准确的发动机模型是实现高性能、高逼真度汽车驾驶仿真器的重要内容。本文依托“国家道路交通安全科技行动计划”课题五的子课题,以培训型汽车驾驶模拟器中的发动机仿真模型为研究对象,根据发动机的特点,选用合适的方法建立了发动机仿真模型,研究了该模型的解算方法,并将经过验证的发动机模型运用于培训型汽车驾驶模拟器中。论文的主要工作及研究成果如下：首先深入探讨了模型建模的方法,结合发动机功能和外特性,提出了本课题发动机的数学模型,采用C++编程对模型进行解算。在对迭代方法比较、分析的基础上,选用SOR方法确定参数。给出了发动机数学模型完整的求解过程、拟合步骤、线性插值步骤。其次运用VC++编制实现了发动机运行仿真程序。在有限实测数据条件下,实现了发动机连续工况的仿真。最后提出了发动机模型的验证方法,并将实验结果和实测实验数据进行分析对比,分析结果表明发动机建模的准确性和有效性。本文所建立的发动机仿真模型已在汽车驾驶模拟器（仿真器）实际系统中得到了应用,能够较好地仿真某型汽车的发动机特性。运行结果表明,本文提出的发动机建模思路正确,所建发动机模型可用于培训型模拟器。与传统的汽车驾驶模拟器中发动机模型相比,本论文模型具有更高的精度,逼真度更高,有利于培训型驾驶模拟器的推广,对提高我国驾驶员培训质量和效率有一定帮助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及研究意义
• 1.2 汽车驾驶模拟器及其发动机模型概述
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究思路
• 1.5 本文研究目标与内容
• 第2章 汽车发动机模型的建立
• 2.1 系统模型与建模方法
• 2.1.1 系统模型
• 2.1.2 建模过程
• 2.1.3 建模途径
• 2.1.4 确定数学模型的方法
• 2.2 模型的可信性与校验方法
• 2.2.1 模型的可信性
• 2.2.2 模型的校验方法
• 2.3 汽车发动机功能
• 2.4 发动机性能特性
• 2.5 发动机外特性曲线方法的研究
• 2.5.1 试验法
• 2.5.2 拟合法
• 2.5.3 经验公式法
• 2.6 发动机模型的建立
• 2.6.1 发动机外特性数学模型
• 2.6.2 发动机模型的应用
• 2.7 小结
• 第3章 发动机数学模型求解
• 3.1 模型解算方法
• 3.1.1 Jacobi迭代法
• 3.1.2 Gauss-Saidel迭代法
• 3.1.3 SOR迭代法
• 3.1.4 三类迭代算法比较
• 3.2 拟合法求解发动机外特性
• 3.2.1 模型设计
• 3.2.2 模型求解
• 3.2.3 发动机扭矩特性曲线拟合步骤
• 3.3 插值法求解连续油门开度发动机外特性
• 3.3.1 线性插值方法
• 3.3.2 未知油门开度的扭矩特性曲线拟合步骤
• 3.3.3 实例解析
• 3.4 小结
• 第4章 仿真结果与验证
• 4.1 发动机仿真模型的实现
• 4.1.1 实验平台
• 4.1.2 面向对象的发动机仿真模型类设计
• 4.2 仿真结果及分析
• 4.2.1 实测数据和拟合数据比较分析
• 4.2.2 实测数据和插值数据比较分析
• 4.2.3 验证思路总结
• 4.3 发动机模型在汽车驾驶模拟器中的应用
• 4.4 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 奔腾发动机数据
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研项目