Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка математической модели системы охлаждения автомобиля на электрической тяге

Сведения об участнике
ФИО
Ковалёв Илья Сергеевич
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Тяжелое и среднее машиностроение
Тема
Разработка математической модели системы охлаждения автомобиля на электрической тяге
Резюме
Работа посвящена разработке математической модели системы охлаждения грузового электромобиля. Была разработана математическая модель системы охлаждения силовых агрегатов грузового электромобиля. На основе полученной модели была реализована компьютерная модель в среде имитационного моделирования Simulink. Проведено сравнение полученной модели с моделью, реализованной в программном пакете LMS Imagine.Lab AMESim.
Ключевые слова
электромобиль, система охлаждения, математическое моделирование
Цели и задачи
Цель работы – разработка математической модели автомобиля на электрической тяге.
Задачи:
1) разработать математическую модель системы;
2) разработать компьютерную модель системы;
3) провести верификацию полученной модели.
Введение

Система охлаждения – одна из систем, жизненно необходимых для любого автомобиля, так как она поддерживает температурных режим, необходимый для нормального функционирования автомобиля. Совершенствование конструкции системы охлаждения позволяет создать более благоприятные условия эксплуатации силовых агрегатов, что способствует повышению их долговечности.

Математическая модель системы охлаждения позволяет заранее проанализировать работу системы при различных условиях эксплуатации до проведения реальных испытаний. Полученная таким способом информация может быть использована для раннего выявления недостатков и улучшения конструкции системы охлаждения.

Методы и материалы

Математическая модель построена на основе законов сохранения энергии и массы, с помощью которых была описана динамика системы во времени. Для расчёта конвективного теплообмена были испоьзованы эмпирические формулы, использующие критерий Нуссельта. Теплообмен в радиаторе описан с помощию метода единиц переноса тепла (NTU-метод).

Для компьютерной реализации математической модели была применена среда имитационного моделирования Simulink. Верификация модели была проведена путём сравнения разультатов моделирования, с результатамы, полученными при использовании аналогичной модели, разработанной в среде моделирования LMS Amesim. 

Описание и обсуждение результатов

В рамках работы была разработана математическая и компьютерная модели системы охлаждения грузового электромобиля. Разработка компьютерной модели была проведена в среде имитационного моделирования Simulink.

Математическая модель системы была построена на основе законов сохранения энергии и массы и представлена в виде множества самостоятельных систем дифференциальных уравнений, связанных между собой с помощью обычных уравнений.

Выбранная структура математической модели позволила создать компьютерную модель в виде совокупности подсистем, каждая из которых описывает отдельный физический процесс при некоторых внешних воздействиях. В итоге разработанная модель имеет явную структуру, из которой можно понять, как различные физические процессы, протекающие в системе, влияют друг на друга и на состояние системы.

Верификация модели была проведена путём сравнения результатов моделирования в Simulink с результатами, полученными из аналогичной модели, разработанной в среде LMS Amesim. Модель в среде Amesim была составлена из стандартных компонентов, которые по заявлению разработчиков среды Amesim достоверно описывают все физические процессы, протекающие в системе.

Сравнение работы компьютерных моделей при различных входных воздействиях, реализованных в разных средах показало, что обе модели описывают физические процессы примерно одинаково – значения температуры ОЖ, полученные из модели Simulink, всегда меньше, чем в модели Amesim, на величину менее одного градуса Цельсия. Если считать модель в Amesim достоверной, то разработанная в среде Simulink была успешно верифицирована.

Разработанная компьютерная модель может быть использована для анализа работы системы охлаждения в различных условиях, причём структура модели и способ задания параметров позволяют легко адаптировать модель для систем охлаждения имеющих иную структуру. Помимо этого, модель может быть интегрирована с системой управления или с другими системами автомобиля.

Используемые источники
1) Munson, Bruce R, Donald F. Young, and T H. Okiishi. Fundamentals of Fluid Mechanics. Wiley & Sons, 2006.
2) Yunus A. Çengel, Heat and Mass Transfer – A Practical Approach. McGraw-Hill, 2006.
3) Болгарский А. В., Мухачев Г. А., Щукин В. К., «Термодинамика и теплопередача» Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: «Высшая школа», 1975, 495 с.
4) Herbert E. Merritt. Hydraulic Control Systems. Wiley & Sons, 1967.
5) D.McCloy, H. Martin. Control of Fluid Power: Analysis and design, 2nd edition. Ellis Horwood Limited, 1980.
6) Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – Под ред. М. О. Штейнберга.¬ 3-е изд., перераб. и доп.¬– М.: Машиностроение, 1992.– 672 с., ил.
7) J.P. Holman, Heat Transfer, 6th ed., McGraw-Hill, 1986.
8) F.P. Incropera and D.P. DeWitt, "Fundamentals of Heat and Mass Transfer", 5th edition, 2002, John Wiley & Sons, Inc.
Information about the project
Surname Name
Kovalev Ilya
Project title
Mathematical modeling of the cooling system of the electric vehicle
Summary of the project
This work discribes mathematical modeling of the cooling system of the electric truck. The mathematical model of the cooling system was developed by using the equations of energy and mass balance.
The computer model was created on base of the developed mathematical model using the environment Simulink. The computer model was verified by compartion of simulation's results with results obtained in the analogous model created in the environment LMS Amesim.
Keywords
Mathematical modeling, cooling system, electric vehicle