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原文传递汽车发动机FEAD系统特性测试及仿真研究

论文题名：	汽车发动机FEAD系统特性测试及仿真研究
关键词：	汽车发动机;前端附件驱动系统;虚拟仪器;多体动力学;仿真分析
摘要：	汽车发动机前端附件驱动系统（Front End Accessory Drive System，FEAD系统）是一个给发动机各附件提供工作动力的带传动系统，其受到曲轴传入的发动机交变扭矩、附件轮输入的多变负载扭矩、零部件的加工误差和安装误差以及机体温度变化等因素的影响，在发动机运转时会产生各类振动和噪声，极大的影响各附件系统的工作效率、皮带以及各附件轮轴承的工作寿命和整车的NVH性能。因此，FEAD系统性能指标的测试以及系统的仿真对准确评估发动机的状态具有重要的意义。基于虚拟仪器的发动机前端轮系综合测试分析系统使用通用的数据采集系统和可编程的测试分析软件，能够以较低的成本快速便捷的完成测试任务，且具有较高的计算精度，同时具备可自行定制信号分析方法以及具有丰富的结果显示和输出端口。基于多体动力学的前端轮系仿真方法采用成熟的多体动力学软件，可以通过简单的数据输入界面完成复杂的皮带、张紧器和各附件轮的仿真建模，同时兼顾计算效率和精度，是应用于实际多轮结构的前端轮系仿真的一种较为可行和准确的方法。本文采用基于虚拟仪器的前端轮系测试方法以及基于多体动力学的仿真方法完成FEAD系统的测试仿真。　　论文的具体内容如下：　　1.针对FEAD系统的各性能指标，研究可行的测试方法并选择合适的传感器和通用数据采集系统（HBM公司的QX系列通用数据采集系统），完成测试的硬件选型；　　2.根据软件项目开发管理的原则完成软件的需求分析，初步规划软件的功能模块，采用基于队列的状态机-生产者/消费者框架编写软件的框架，完成界面响应、测试、存储、数据读取、数据分析和报表生成等循环间的数据传输和指令控制逻辑，即兼顾了界面响应和功能拓展，又保证了在进行大规模数据运算时数据的完整性；　　3.对主要的信号计算和分析方法作了原理的阐述和软件编程实现的说明，主要包括：角振动计算模块、信号预处理模块、阶次分析模块以及报表生成模块等，并对角振动计算模块进行了标定，标定结果表明：对于单阶次角振动仿真信号，模块计算相对误差在3.52％，对于复杂角振动仿真信号，其角振动角位移计算的绝对误差小于0.015deg；　　4.利用完成的测试分析软件对发动机台架的七轮-带FEAD系统进行测试，测量了FEAD系统皮带的静态张力、曲轴轮和电机轮的角振动、张紧臂的摆动、张紧轮轴承载荷和皮带的横向振动，利用张紧轮轴承载荷换算张紧轮两端皮带的张力，利用带轮转速计算带-轮间的滑移率；对于外特性稳态转速工况、发动机部分负荷特性工况、匀变速工况和启动工况的FEAD系统动态测试结果进行了测试和分析。　　5.在AVL Excite TD中建立七轮-带FEAD系统的多体动力学模型，利用实测的曲轴转速波动数据作用模型的激励进行仿真分析，仿真结果和实测结果对比表明仿真模型对附件轮的角振动和张紧臂摆动的预测具有较高精度，皮带张力结果也较为吻合，而皮带横向振动仿真结果不太准确，但其带元轨迹显示结果对于判断皮带横向振动是否造成了前端轮系的重大故障和判断横向振动较大的带段仍有一定的价值。
作者：	刘文华
专业：	轮机工程
导师：	王志华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文