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  • 新能源汽車虛擬仿真實驗簡介

    適用專業:車輛工程、汽車工程、汽車與交通工程、能源與動力工程等相關專業。

    新能源汽車類課程是車輛工程、汽車工程等相關專業的一門主干基礎課,其理論性和實踐性都很強,它的實驗教學是新能源汽車課程教學中的一個重要實踐環節。目前,現實中的新能源汽車實驗存在以下局限性:

    1、硬件依存性較強,只能在特定實驗室中進行;

    2、需要數量較大的儀器設備,才能滿足學生人手一套設備獨立進行實驗的需求;

    3、部分實驗的操作過程比較繁瑣,導致學生在實物實驗中操作不順暢,

    隨著招生規模的逐年擴大,教學改革的不斷深入,新能源汽車實驗的教學任務越來越重,儀器設備臺套數和實驗教師數量相對不足等問題愈加突出。為了以最少的經費投入解決以上問題,并進一步激發學生的學習興趣、增強實驗效果、提高實驗教學質量,我們開發了汽車構造三維虛擬實驗教學系統軟件。

    該軟件可在網上開展的虛擬實驗,軟件模擬實驗中用到的器材和設備,提供與真實實驗相似的實驗環境,提供網上實驗教學過程管理功能,包括:典型實驗庫的維護、實驗安排、提交實驗報告、實驗批改、成績統計、實驗答疑等功能模塊??蓾M足高等學校和各類培訓機構實驗教學環節的需要,尤其適用于遠程教學。

    使用現有器材模型,系統可開展如下9個常用汽車構造虛擬實驗的訓練:

    1)、單體鋰電池實驗

    2)、單體鉛酸電池充放電實驗

    3)、鋰電池組充電實驗

    4)、永磁同步電機工作原理實驗

    5)、永磁同步電機加載實驗

    6)、直流電機原理及調速實驗

    7)、直流電機機械特性實驗

    8)、插電式混合動力汽車多能源工作流實驗

    9)、插電式混合動力汽車動力系統參數虛擬匹配設計實驗

    1、單體鋰電池充放電實驗

    實驗包括單體鋰電池充放電、單體鉛酸電池充放電、鋰電池組充電三個主要功能模塊。用戶在虛擬實驗室場景中自由漫游而不受任何限制,可以進行恒溫箱的溫度設置、電池導線的鏈接、充電參數的設置、電池電壓的測量等操作。

    圖1設定恒溫箱溫度

    圖2鏈接導線

    圖3將電池放入恒溫箱

    圖4設定充電參數

    圖5測定電池電壓示意圖

    2、單體鉛酸電池充放電實驗

    實驗包括單體鉛酸鋰電池充電、放電兩個實驗模塊。用戶可以在虛擬實驗環境中自由走動,不受任何限制,可以進行恒溫箱的溫度設置、電池導線的鏈接、充電參數的設置、放電參數的設置、電池電壓的測量等操作。

    圖6充電參數設置

    圖7恒溫箱中取出電池操作示意圖

    圖8萬用表測電壓操作示意圖

    圖9恒溫箱溫度參數設置示意圖

    圖10放電參數設置示意圖

    3、鋰電池組充電實驗

    實驗包括鋰電池組無均衡充電實驗、鋰電池組有均衡充電兩個實驗模塊。用戶可以在虛擬實驗環境中自由走動,不受任何限制,可以進行恒溫箱的溫度設置、電池導線的鏈接、充電參數的設置、放電參數的設置、萬用表測量電池組電壓等操作。

    圖11實驗過程選擇示意圖

    圖12鋰電池組示意圖

    圖13恒溫箱參數設置示意圖

    圖14充電參數設置示意圖

    圖15鋰電池組電壓測量示意圖

    圖16鋰電池組有均衡充電過程電池組連線示意圖

    4、永磁同步電機工作原理實驗

    用戶可進行永磁同步電機的結構認知、了解電機零部件的功能和特點、學習旋轉磁場的形成原理、轉子轉動的工作原理、鼠籠在電機啟動時的作用等。

    圖17電機的結構認知

    圖18電機零部件的功能介紹

    圖19旋轉磁場的形成原理

    圖20轉子轉動的原理

    圖21小測驗

    圖22鼠籠在電機啟動時的作用

    5、永磁同步電機加載實驗

    軟件模擬真實的電動機加載實驗流程,用戶可進行實驗設備的認知、高速性能實驗、低速性能實驗等。

    圖23電機加載實驗場景

    圖24在虛擬操作臺上進行相關操作

    圖25最終得到電機特性曲線

    1)直流電機原理及調速實驗

    實驗中用戶可進行電機的結構認知、學習直流電機的工作原理、進行調速性能實驗。

    圖26直流電機工作原理

    圖27直流電機結構認知

    圖28直流電機調速

    6、直流電機原理及調速實驗

    用戶可以在該實驗中學習電機機構的組成,了解電機工作原理以及直流電機在不同的轉速下電壓的變化情況等。

    圖29電壓、轉速變化曲線

    圖30直流電機轉速調節

    圖31直流電機機構展示

    圖32工作原理展示

    7、 直流電機機械特性實驗

    用戶可通過改變電壓、串聯電阻、改變電機磁通的方式進行實驗,支持對實驗過程數據進行記錄,并最終繪制出點擊的機械特性曲線。

    圖33測試控制臺

    圖34進行數據記錄

    圖35繪制特性曲線

    8、插電式混合動力汽車多能源工作流實驗

    用戶可以自由選擇單軸并聯構型或混連構型開展實驗。針對不同的構型,又分別支持純電動驅動、聯合驅動、純發動機驅動、行車發電、再生制動幾種模式開展實驗。

    圖36實驗過程示意圖

    圖37純電動驅動

    圖38聯合驅動

    圖39純發動機驅動

    9、插電式混合動力汽車動力系統參數虛擬匹配設計實驗

    該實驗包括混合動力驅動、發動機單獨驅動、電機單獨驅動、負載及電機/發動機、電機/電池成本參數的設置以及優化部件設置產生三種方案,并能夠對三種方案進行分析。

    圖40客車參數選型設置示意圖

    圖41客車參數選型設置示意圖

    圖42系統默認參數修改

    圖43工況設置

    圖44方案分析結果

    圖45系統默認參數修改

    圖46工況設置

    圖47方案分析結果

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