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新能源汽車(chē)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

適用專(zhuān)業(yè)：車(chē)輛工程、汽車(chē)工程、汽車(chē)與交通工程、能源與動(dòng)力工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)。

新能源汽車(chē)類(lèi)課程是車(chē)輛工程、汽車(chē)工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主干基礎(chǔ)課，其理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，它的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是新能源汽車(chē)課程教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。目前，現(xiàn)實(shí)中的新能源汽車(chē)實(shí)驗(yàn)存在以下局限性：

1、硬件依存性較強(qiáng)，只能在特定實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行；

2、需要數(shù)量較大的儀器設(shè)備，才能滿足學(xué)生人手一套設(shè)備獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的需求；

3、部分實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程比較繁瑣，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)物實(shí)驗(yàn)中操作不順暢，

隨著招生規(guī)模的逐年擴(kuò)大，教學(xué)改革的不斷深入，新能源汽車(chē)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)任務(wù)越來(lái)越重，儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)和實(shí)驗(yàn)教師數(shù)量相對(duì)不足等問(wèn)題愈加突出。為了以最少的經(jīng)費(fèi)投入解決以上問(wèn)題，并進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，我們開(kāi)發(fā)了汽車(chē)構(gòu)造三維虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件。

該軟件可在網(wǎng)上開(kāi)展的虛擬實(shí)驗(yàn)，軟件模擬實(shí)驗(yàn)中用到的器材和設(shè)備，提供與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理功能，包括：典型實(shí)驗(yàn)庫(kù)的維護(hù)、實(shí)驗(yàn)安排、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)批改、成績(jī)統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)答疑等功能模塊?？蓾M足高等學(xué)校和各類(lèi)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的需要，尤其適用于遠(yuǎn)程教學(xué)。

使用現(xiàn)有器材模型，系統(tǒng)可開(kāi)展如下9個(gè)常用汽車(chē)構(gòu)造虛擬實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練：

1）、單體鋰電池實(shí)驗(yàn)

2）、單體鉛酸電池充放電實(shí)驗(yàn)

3）、鋰電池組充電實(shí)驗(yàn)

4）、永磁同步電機(jī)工作原理實(shí)驗(yàn)

5）、永磁同步電機(jī)加載實(shí)驗(yàn)

6）、直流電機(jī)原理及調(diào)速實(shí)驗(yàn)

7）、直流電機(jī)機(jī)械特性實(shí)驗(yàn)

8）、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)多能源工作流實(shí)驗(yàn)

9）、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)虛擬匹配設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

1、單體鋰電池充放電實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)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(gè)主要功能模塊。用戶在虛擬實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景中自由漫游而不受任何限制，可以進(jìn)行恒溫箱的溫度設(shè)置、電池導(dǎo)線的鏈接、充電參數(shù)的設(shè)置、電池電壓的測(cè)量等操作。

圖1設(shè)定恒溫箱溫度

圖2鏈接導(dǎo)線

圖3將電池放入恒溫箱

圖4設(shè)定充電參數(shù)

圖5測(cè)定電池電壓示意圖

2、單體鉛酸電池充放電實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)包括單體鉛酸鋰電池充電、放電兩個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。用戶可以在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中自由走動(dòng)，不受任何限制，可以進(jìn)行恒溫箱的溫度設(shè)置、電池導(dǎo)線的鏈接、充電參數(shù)的設(shè)置、放電參數(shù)的設(shè)置、電池電壓的測(cè)量等操作。

圖6充電參數(shù)設(shè)置

圖7恒溫箱中取出電池操作示意圖

圖8萬(wàn)用表測(cè)電壓操作示意圖

圖9恒溫箱溫度參數(shù)設(shè)置示意圖

圖10放電參數(shù)設(shè)置示意圖

3、鋰電池組充電實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)包括鋰電池組無(wú)均衡充電實(shí)驗(yàn)、鋰電池組有均衡充電兩個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。用戶可以在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中自由走動(dòng)，不受任何限制，可以進(jìn)行恒溫箱的溫度設(shè)置、電池導(dǎo)線的鏈接、充電參數(shù)的設(shè)置、放電參數(shù)的設(shè)置、萬(wàn)用表測(cè)量電池組電壓等操作。

圖11實(shí)驗(yàn)過(guò)程選擇示意圖

圖12鋰電池組示意圖

圖13恒溫箱參數(shù)設(shè)置示意圖

圖14充電參數(shù)設(shè)置示意圖

圖15鋰電池組電壓測(cè)量示意圖

圖16鋰電池組有均衡充電過(guò)程電池組連線示意圖

4、永磁同步電機(jī)工作原理實(shí)驗(yàn)

用戶可進(jìn)行永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)認(rèn)知、了解電機(jī)零部件的功能和特點(diǎn)、學(xué)習(xí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成原理、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的工作原理、鼠籠在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的作用等。

圖17電機(jī)的結(jié)構(gòu)認(rèn)知

圖18電機(jī)零部件的功能介紹

圖19旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成原理

圖20轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理

圖21小測(cè)驗(yàn)

圖22鼠籠在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的作用

5、永磁同步電機(jī)加載實(shí)驗(yàn)

軟件模擬真實(shí)的電動(dòng)機(jī)加載實(shí)驗(yàn)流程，用戶可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)備的認(rèn)知、高速性能實(shí)驗(yàn)、低速性能實(shí)驗(yàn)等。

圖23電機(jī)加載實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

圖24在虛擬操作臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)操作

圖25最終得到電機(jī)特性曲線

1）直流電機(jī)原理及調(diào)速實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中用戶可進(jìn)行電機(jī)的結(jié)構(gòu)認(rèn)知、學(xué)習(xí)直流電機(jī)的工作原理、進(jìn)行調(diào)速性能實(shí)驗(yàn)。

圖26直流電機(jī)工作原理

圖27直流電機(jī)結(jié)構(gòu)認(rèn)知

圖28直流電機(jī)調(diào)速

6、直流電機(jī)原理及調(diào)速實(shí)驗(yàn)

用戶可以在該實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)電機(jī)機(jī)構(gòu)的組成，了解電機(jī)工作原理以及直流電機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下電壓的變化情況等。

圖29電壓、轉(zhuǎn)速變化曲線

圖30直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

圖31直流電機(jī)機(jī)構(gòu)展示

圖32工作原理展示

7、 直流電機(jī)機(jī)械特性實(shí)驗(yàn)

用戶可通過(guò)改變電壓、串聯(lián)電阻、改變電機(jī)磁通的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，支持對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并最終繪制出點(diǎn)擊的機(jī)械特性曲線。

圖33測(cè)試控制臺(tái)

圖34進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄

圖35繪制特性曲線

8、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)多能源工作流實(shí)驗(yàn)

用戶可以自由選擇單軸并聯(lián)構(gòu)型或混連構(gòu)型開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。針對(duì)不同的構(gòu)型，又分別支持純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、聯(lián)合驅(qū)動(dòng)、純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、行車(chē)發(fā)電、再生制動(dòng)幾種模式開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

圖36實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖

圖37純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)

圖38聯(lián)合驅(qū)動(dòng)

圖39純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

9、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)虛擬匹配設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)包括混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、負(fù)載及電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)/電池成本參數(shù)的設(shè)置以及優(yōu)化部件設(shè)置產(chǎn)生三種方案，并能夠?qū)θN方案進(jìn)行分析。

圖40客車(chē)參數(shù)選型設(shè)置示意圖

圖41客車(chē)參數(shù)選型設(shè)置示意圖

圖42系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)修改

圖43工況設(shè)置

圖44方案分析結(jié)果

圖45系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)修改

圖46工況設(shè)置

圖47方案分析結(jié)果