新能源汽車虛擬仿真實驗簡介
適用專業(yè)：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(guān)專業(yè)。
新能源汽車類課程是車輛工程、汽車工程等相關(guān)專業(yè)的一門主干基礎(chǔ)課，其理論性和實踐性都很強，它的實驗教學(xué)是新能源汽車課程教學(xué)中的一個重要實踐環(huán)節(jié)。目前，現(xiàn)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(shù)量較大的儀器設(shè)備，才能滿足學(xué)生人手一套設(shè)備獨立進行實驗的需求；
3、部分實驗的操作過程比較繁瑣，導(dǎo)致學(xué)生在實物實驗中操作不順暢，
隨著招生規(guī)模的逐年擴大，教學(xué)改革的不斷深入，新能源汽車實驗的教學(xué)任務(wù)越來越重，儀器設(shè)備臺套數(shù)和實驗教師數(shù)量相對不足等問題愈加突出。為了以最少的經(jīng)費投入解決以上問題，并進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強實驗效果、提高實驗教學(xué)質(zhì)量，我們開發(fā)了汽車構(gòu)造三維虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)軟件。
該軟件可在網(wǎng)上開展的虛擬實驗，軟件模擬實驗中用到的器材和設(shè)備，提供與真實實驗相似的實驗環(huán)境，提供網(wǎng)上實驗教學(xué)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(tǒng)計、實驗答疑等功能模塊?？蓾M足高等學(xué)校和各類培訓(xùn)機構(gòu)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的需要，尤其適用于遠程教學(xué)。
使用現(xiàn)有器材模型，系統(tǒng)可開展如下9個常用汽車構(gòu)造虛擬實驗的訓(xùn)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(diào)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(tǒng)參數(shù)虛擬匹配設(shè)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(shè)置、電池導(dǎo)線的鏈接、充電參數(shù)的設(shè)置、電池電壓的測量等操作。
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圖1設(shè)定恒溫箱溫度
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圖2鏈接導(dǎo)線
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圖3將電池放入恒溫箱
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圖4設(shè)定充電參數(shù)
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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?zāi)K。用戶可以在虛擬實驗環(huán)境中自由走動，不受任何限制，可以進行恒溫箱的溫度設(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、電池電壓的測量等操作。
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圖6充電參數(shù)設(shè)置
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圖7恒溫箱中取出電池操作示意圖
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圖8萬用表測電壓操作示意圖
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圖9恒溫箱溫度參數(shù)設(shè)置示意圖
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圖10放電參數(shù)設(shè)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?zāi)K。用戶可以在虛擬實驗環(huán)境中自由走動，不受任何限制，可以進行恒溫箱的溫度設(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、萬用表測量電池組電壓等操作。
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圖11實驗過程選擇示意圖
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圖12鋰電池組示意圖
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圖13恒溫箱參數(shù)設(shè)置示意圖
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圖14充電參數(shù)設(shè)置示意圖
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圖15鋰電池組電壓測量示意圖
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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(jié)構(gòu)認知、了解電機零部件的功能和特點、學(xué)習(xí)旋轉(zhuǎn)磁場的形成原理、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的工作原理、鼠籠在電機啟動時的作用等。
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圖17電機的結(jié)構(gòu)認知
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圖18電機零部件的功能介紹
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圖19旋轉(zhuǎn)磁場的形成原理
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圖20轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理
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圖21小測驗
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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(shè)備的認知、高速性能實驗、低速性能實驗等。
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圖23電機加載實驗場景
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圖24在虛擬操作臺上進行相關(guān)操作
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圖25最終得到電機特性曲線
1）直流電機原理及調(diào)速實驗
實驗中用戶可進行電機的結(jié)構(gòu)認知、學(xué)習(xí)直流電機的工作原理、進行調(diào)速性能實驗。
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圖26直流電機工作原理
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圖27直流電機結(jié)構(gòu)認知
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圖28直流電機調(diào)速
6、直流電機原理及調(diào)速實驗
用戶可以在該實驗中學(xué)習(xí)電機機構(gòu)的組成，了解電機工作原理以及直流電機在不同的轉(zhuǎn)速下電壓的變化情況等。
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圖29電壓、轉(zhuǎn)速變化曲線
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圖30直流電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)
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圖31直流電機機構(gòu)展示
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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(lián)電阻、改變電機磁通的方式進行實驗，支持對實驗過程數(shù)據(jù)進行記錄，并最終繪制出點擊的機械特性曲線。
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圖33測試控制臺
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圖34進行數(shù)據(jù)記錄
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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(lián)構(gòu)型或混連構(gòu)型開展實驗。針對不同的構(gòu)型，又分別支持純電動驅(qū)動、聯(lián)合驅(qū)動、純發(fā)動機驅(qū)動、行車發(fā)電、再生制動幾種模式開展實驗。
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圖36實驗過程示意圖
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圖37純電動驅(qū)動
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圖38聯(lián)合驅(qū)動
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圖39純發(fā)動機驅(qū)動
9、插電式混合動力汽車動力系統(tǒng)參數(shù)虛擬匹配設(shè)計實驗
該實驗包括混合動力驅(qū)動、發(fā)動機單獨驅(qū)動、電機單獨驅(qū)動、負載及電機/發(fā)動機、電機/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)θN方案進行分析。
圖40客車參數(shù)選型設(shè)置示意圖
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圖41客車參數(shù)選型設(shè)置示意圖
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圖42系統(tǒng)默認參數(shù)修改
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圖43工況設(shè)置
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圖44方案分析結(jié)果
圖45系統(tǒng)默認參數(shù)修改
圖46工況設(shè)置
圖47方案分析結(jié)果