HeavyDutyTruckCoolingSystemDesignUsingCoSimulation-重型汽車?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中的協(xié)同仿真應(yīng)用

HeavｙＤuｔyＴｒuckCooｌｉｎgSｙsｔemDｅｓignUsingCｏ-Sｉｍuｌａｔioｎ重型汽車?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的協(xié)同仿真應(yīng)用ＡＢＳTRAＣT摘要Ｉｎorｄｅｒtomeetthｅleｇislatedemisｓiｏnsｌevels，futuredieｓeｌｅngineｓwｉllｌikelyｕｔｉlｉzｅｃoolｅdｅxhａusｔｇasｒe-ｃiｒｃulａｔｉoｎ（EＧR)tｏrｅdｕｃｅe(cuò)mｉssions。TheadditｉonｏftｈeＥＧRｃooｌｅrtoｔｈecoｎveｎｔｉｏnａｌvehｉｃlｅｃoolａnｔｓystemcreaｔessｅｖeralｃhaｌｌenｇｅs．Firstlｙ,tｈeｅnｇiｎｅｃoｏliｎgsyｓteｍfｌowandheaｔｒeｊeｃｔionreqｕｉremｅnｔsboｔｈincreaseａsｉｔｉslｉｋｅlytｈatsoｍeEＧRwilｌbｅｒｅqｕｉredaｔｔheratedpoｗeｒcondiｔｉｏn．Ｔhiｓaｄvｅrselyaffｅｃｔspａcｋagiｎgandfueｌｅｃoｎomy.Tｈeｓｙstemｄesigｎisfｕｒｔhｅrｃoｍpｌｉｃａt(yī)edbyｔhefａcｔｔhａｔthｅpeakｄutyofｔｈeEGRｃoｏlｅroccursａｔpartｌoaｄ，ｌｏwspｅe(cuò)dcｏnｄitioｎs,whereａsthecoolingsｙｓteｍｉstraditiｏnallｙdeｓｉgnｅdｔohａndlｅmａximｕmheatdutiesａt(yī)ｔhｅｒａt(yī)eｄpowercondｉtioｎoｆｔｈeｅnｇｉne．Ｔoａｄdreｓstheｓysteｍｄｅsｉgｎｃｈaｌlenges，RicarｄohaveundｅrtaｋenananaｌytiｃalｓｔｕdytｏevaluatethｅperfｏrｍａnceofdｉｆferentcoolｉngｓｙstemｓtratｅgieswｈｉchｉncorporateEGＲｃｏolｅrs．Thiｓwａsａchiｅveｄbyperｆoｒmｉnｇaco-sｉmulaｔionｕsingcommeｒｃiaｌlｙａvailabｌe1—ｄｉmｅnsionalcodｅs.為了符合法規(guī)的排放水平，將來的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)將有可能采納冷卻時(shí)廢氣再循環(huán)（ＥGＲ）技術(shù),以削減溫室氣體排放。增加的廢氣再循環(huán)（EGＲ）冷卻器給常規(guī)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)也帶來肯定挑戰(zhàn)。首先，由于增加的廢氣再循環(huán)(EＧR）可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的流量和散熱的額定功率增大。這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的包裝和燃油經(jīng)濟(jì)性有格外不利的影響。由于廢氣再循環(huán)(EGR）冷卻器的增加導(dǎo)致該系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡潔是個(gè)現(xiàn)實(shí)問題,格外是在部分負(fù)載和低轉(zhuǎn)速條件下，而冷卻系統(tǒng)通常被設(shè)計(jì)處理的是在額定功率情況下的最大熱負(fù)荷時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)工況。為了解決系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn),里卡多進(jìn)行了大量的分析討論,以評(píng)估不同性能的冷卻系統(tǒng)的策略，其中包括EGＲ冷卻器。這是通過使用市面上一維協(xié)同仿真代碼。ＩNTRＯDUCTＩＯN引言Ｔhｅｃooｌａｎｔｓｙstemoｆcuｒreｎtｖehiclｅｓisalrｅadyliｍitｅdｏnpｅｒｆorｍaｎｃｅdｕeｔopａckaｇeａｎdstyｌingcoｎstrａｉｎｔs.Thｕs，anyｆuｔｕreincrementaldｅｍandsｏｎｔhecoolａntsysteｍwiｌlnｅe(cuò)ｄtｏｂｅｍａnaｇｅｄefｆｅｃtiｖelyｓoastorｅmainwｉｔhｉnthｅｓｅconstraiｎts．Fｕrther，tｈedｒivetｏｉncreasｅfuelｅｃonomy，ｐaｒｔicｕlａrlyiｎｔｈｅＣlass７＆8tｒｕcks,requirｅsｒeduceｄdraｇcoｅfｆiｃｉｅnｔｓandｆｒoｎtaｌａrｅa．Ｓiｎcetｈecooｌingpaｃｋintheｖehiｃleｈasａmaｊoriｎfluｅnｃeonｆｒｏｎtａlarｅa，itｉsｉmpｏrtanttｈattｈｅｔｈｅrmaｌmａｎagｅmentofthｅcｏolｉｎｇｒeqｕiｒemｅｎtsbegｉｖenahiｇhpｒioｒity。由于包裝和造型的限制,當(dāng)前車輛冷卻系統(tǒng)的性能已經(jīng)格外有限。因此，將來在冷卻液系統(tǒng)上的任何增量式改進(jìn)都需要被有效地管理，以便滿意這些限制和約束。此外，推動(dòng)提高燃油經(jīng)濟(jì)性，格外是７和8類卡車，需要降低風(fēng)阻系數(shù)和迎風(fēng)面積.由于車輛中的冷卻組件對(duì)迎風(fēng)面積有重大影響,所以給與對(duì)散熱管理高度重視是很有必要的。ＩtｉsalsoanticｉpatｅｄthatｆｕtｕrｅdieｓeｌｅnｇiｎeswｉｌlｍａｋeusｅofcoolｅdEＧＲiｎorｄerｔomeｅtｔhｅpeｒformanｃeandｅｍissionsleｖelｓreｑuirｅｄ．Ｔｈisplａcｅｓfurthｅｒdｅｍanｄsｏnthｅcoolingsｙｓtemtｈatｎeｅdｔoｂｅmaｎaｇｅdａｐpropｒiately.Trａditｉonaｌly，tｈehｅaｔｒejectｅdtocｏｏlingsystemsｂｙtheｅｎginｅｐｅａkａｒoｕndｔheraｔedｐowerｃondｉtionｏｆtheｅｎginｅ，asiｌlｕsｔratｅｄｉnFigure１．Thisｐlｏｔalsoｉｌlusｔrateｓｔｈaｔtheｈeatreｊeｃｔｅdｂｙtｈeｅｎgineatlｏwｓｐｅe(cuò)ｄsanｄlｏadｓisｒeｌaｔiｖeｌysｍalｌｃoｍｐaredtothepeａｋlｅｖｅl。Iｎfact，inmｏsｔaｐpliｃationsthｅcoolingｃaｐaｃitｙｏnｔheｃoｏlaｎtsｉdeiｓmoretｈanenouｇｈｔocopewiththedemaｎd.我們估計(jì)，將來柴油發(fā)動(dòng)機(jī)使用EＧR冷卻,以滿意性能的需要和排放水平的需求。這個(gè)冷卻系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓芾?。傳統(tǒng)上,在發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率工況四周的發(fā)動(dòng)機(jī)峰值時(shí)拒絕熱冷卻系統(tǒng)，如圖１所示。這一點(diǎn)也體現(xiàn)了熱拒絕了發(fā)動(dòng)機(jī)在低速和負(fù)荷相對(duì)比較小時(shí)的峰值水平.事實(shí)上，在大多數(shù)應(yīng)用中的冷卻能力冷卻一側(cè)不僅僅是足以應(yīng)付需要。Ｆigure1.TｙpicalTrｕckＥnｇineＨeaｔRejectionTｏCｏoｌaｎt圖1.典型的汽車發(fā)動(dòng)散熱冷卻Figurｅ2.ＥｘaｍｐlｅOｆＴｒuckEnｇｉneＥGRＳtｒatｅgy（EＧＲRatｅ)Nｅe(cuò)deｄToMｅｅtUSFｅｄＴｒａnｓｉentTest圖2.滿意美國聯(lián)邦瞬態(tài)試驗(yàn)需求的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)策略(EGＲ）的范例ＡtypｉcａｌstratｅgyｆorＥGＲfoｒtｒuckｄieｓeｌengiｎｅs,oｖｅrtheopeｒatｉnｇraｎｇｅofthｅe(cuò)nginｅ,ｉｓshｏｗnｉnFigｕre２。在發(fā)動(dòng)機(jī)額定工作范圍內(nèi)的一個(gè)典型的卡車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)策略,如圖２所示。FｒomtｈisiｔｃaｎｂeｓeenthaｔtｈehiｇhleｖelsofＥＧRocｃuraｔthｅpaｒtlｏadaｎdｐａrtsｐeｅdｃｏnditions。Tａkiｎgｉｎtoaccoｕntｔhｅtｏtaｌmａssflｏwrateｏｆeｘｈauｓtgaｓaｎdｔheeｘhaｕｓtgastempｅraｔuｒe，ｔheｒequiredｈｅａt(yī)rejeｃtｉonfromｔheEGRｃaｎbecalculated.Fｉgure3ｓｈoｗsaｐlｏtofEGＲheaｔrｅjｅctｉｏnfｏrａｔruckengine.從這可以看出,在部分負(fù)荷和部分速度條件下產(chǎn)生高水平的廢氣再循環(huán).考慮到排氣氣體的總質(zhì)量流速和排氣溫度，所需的熱量抑制從廢氣再循環(huán)可以計(jì)算出來。圖3所示的是卡車發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)散熱曲線。Ｆiｇｕｒｅ3.ＴypiｃａlＴｒuckＥngｉneEGＲHeatRejecｔiｏn。圖3.典型的卡車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)散熱曲線ＡｓaｒesulｔｏｆthｅｄiｆfereｎceiｎcｏｏｌｉｎgｒｅquｉｒemenｔsbeｔweｅｎtｈeｅnginｅａｎｄtheEGRcoｏler,itiｓimｐortanｔtｈaｔthｅｃoｏlanｔsystemｉｓdeｓignｅdsucｈｔhatboｔｈｎeedsareｍeｅtwhｉlｓtmａinｔaiｎingaminimumｆuelconsumptiｏn。Heｎcethewａt(yī)eｒｐｕｍpｗiｌlｎoｗｎeedtoｄelivercoｏlanｔａt(yī)acｏrｒecｔtｅmperatureａndｆlｏｗrateｔｏｔhｅEGＲcoｏlｅrａt(yī)lowｅｎgｉnespeed，wiｔhouｔｐrodｕciｎgexcｅsscooｌaｎｔｆlｏｗraｔeｓanｄpｒｅｓsurｅriｓeｓaｔrａt(yī)edeｎｇinespeedaｎｄｔoａｖoidbｏilｉnｇｉｎｔｈeEGＲcｏoler。Ａｌｓo,engｉｎeａｎdpａssengeｒcompａｒｔmｅntｗａｒmuｐtiｍｅiｓaconｃernforｅmisｓｉonsａｎdpaｓsｅｎgercomfoｒtneｅdｓ．Thuｓ,ｔｈeinｃorｐｏratioｎｏftｈeEGRｃoolerｎeedｓｔｏminimｉｚｅaｎypeｎaｌtyｉｎcoｏlinｇsysteｍ.由于在發(fā)動(dòng)機(jī)和EGR冷卻器之間的不同冷卻需求的原因，同時(shí)以滿意這兩個(gè)需求的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是格外重要的,同時(shí)還必須保證最小的燃油消耗。因此,在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)水泵需要供應(yīng)恰當(dāng)溫度和流速的冷卻水到ＥGR冷卻器，在發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速情況下沒有產(chǎn)生過大的冷卻水流量和壓力上升，避開在廢氣EGＲ冷卻器里沸騰.此外，發(fā)動(dòng)機(jī)和乘客艙預(yù)熱時(shí)間是一個(gè)關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)排放和乘客舒適度的需求。因此，把EGＲ冷卻器對(duì)冷卻系統(tǒng)的反饋盡量削減。Obｖiously，moreｃomplｅｘcoｎtｒolledcｏolantsyｓｔｅmsｃaｎbedesignedtocopewithtｈesｅdemandsrelativｅｌｙeaｓｉly。Hoｗevｅr，toｄeｒiveaｄｅsignthaｔbｅsｔmeetstheneedｓfoｒfueｌｅcｏｎｏmy,emissｉｏｎｓ,ｐasｓenｇercomfoｒｔanｄ，alsoｉｍｐｏｒｔantｌｙ，cｏsｔ，amoｒedetaiｌedａnalｙsｉｓｏｆallthｅｏｐtiｏｎsａｖailａblｅiｓｎeceｓsary.很顯然，用更簡潔的冷卻系統(tǒng)掌握設(shè)計(jì)來應(yīng)付這些需求相對(duì)比較容易。然而,為了獲得最好的設(shè)計(jì)，為了獲得最恰當(dāng)?shù)娜加徒?jīng)濟(jì)性、排放、乘員的舒適性、以及更簡略地成本，這都是最有必要的。Traditiｏnａlly，thｅsesysteｍshａve,ｓｏmewhat,ｂｅe(cuò)ndesignedinｉsｏｌaｔiｏn.Tｈａt(yī)is,tｈecooｌantsyｓteｍdesiｇnｅrhaｓlittｌeuｎdersｔaｎdingｏｆtheimpaｃtofｔhecoolaｎｔｓｙstｅｍoｎｅｎgｉｎepｅｒｆｏrmａｎｃｅanｄviｃｅvｅｒｓa。Also，tｈｅcｏntroｌsｅｎｇinｅe(cuò)ｒwｉｌlimｐｌemｅｎｔstｒategｉesbasｅdondiｓcusｓiｏnwiｔｈtｈeｓyｓtemｓenｇineersbｕｔwilｌhaveliｔtledｉｒecteｘperｉeｎceｏｎhowhisfuｎctioｎiｎｆluenceｓtheoveralｌsystemｓperfｏrmａｎｃe。Thｕs，theｒeiｓａnｅe(cuò)dtoｌoｏkａt(yī)ａlｌtｈeimpliｃaｔioｎｓonthecｏｏlａｎtsystｅmdeｓiｇnofａｌaｒgｅtｒuｃｋｅｎgineｄｕｅtothｅiｎｃorporatioｎofcooｌedEGR．傳統(tǒng)上,這些系統(tǒng)有時(shí)被孤立地設(shè)計(jì).那是由于，冷卻系統(tǒng)的工程師很少了解冷卻系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，反之亦然。此外,掌握工程師在實(shí)施掌握策略時(shí)是基于系統(tǒng)工程師的商量結(jié)果的,但是很少有直接的閱歷了解該系統(tǒng)是如何影響整體系統(tǒng)性能的。因此,有必要仔細(xì)討論當(dāng)一個(gè)大卡車發(fā)動(dòng)機(jī)由于增加了冷卻的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)對(duì)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的影響。InorderｔｏｄｏthｉｓRicarｄｏｈavedevelopｅdｄetailｅdｍｏdeｌｓtｈａt(yī)ｃoｕｌdｓｉmuｌaｔetｈeｄynamicsyｓｔeｍiｎteｒactionbｅtweｅｎeｎgｉne,EGRandｃoｏlinｇsysｔeｍ。Tｈiｓwａsachｉevedbypeｒformingaｃo-simulatｉonusinｇｃommeｒciａｌｌyavailａblｅ１－dimeｎsioｎａlcoｄｅｓｆorengｉnｅａｎdＥGRsｙｓtem(WAVE)，tｈeｒmal-ｆlｕｉdaｎalysiｓ（FLＯＷMＡSＴEＲ?)ａｎdcｏntrｏｌsｙsｔemａnａlysis(MATＬAB?Simuｌｉnk?).Ｔhｅinｔenｔiｏnｏｆthｉｓaｎalｙｓiｓtoolistoａｉdｉntｈeｄesｉgnｏｆｔhecoolaｎｔsysｔemaｓwellaｓtoｈeｌpcalibrateｔhｅvehiｃlｅcｏntｒｏｌleｒ.為了做到這一點(diǎn)，里卡多已經(jīng)制作出簡略的模型,可以模擬發(fā)動(dòng)機(jī),廢氣再循環(huán)及冷卻系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)之間的相互作用。這是通過執(zhí)行一個(gè)使用可用一維代碼的發(fā)動(dòng)機(jī)和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（WAVE）聯(lián)合仿真，以及(FLＯWMASＴEREQ＼o＼ac(○，Ｒ)）熱流體分析和（MＡTＬABＥQ\ｏ＼aｃ(○,R）SＩMＵLＩＮKＥQ\o＼aｃ(○，Ｒ）)掌握系統(tǒng)分析。本文所說的分析工具可以幫助設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng),以及幫助校準(zhǔn)車輛掌握器.Ｔhｉspaｐerｄetａiｌｓｔhｅdevｅlｏpmｅｎtｏfthｅvｅｈｉclemoｄｅlcｏ-ｓiｍulation,iｔsｕsｅtoevaluaｔediｆfｅrｅnｔｃoｏlingｓysteｍoptiｏns,anｄsomｅoｂsｅｒvaｔiｏnsonｐｏｔｅｎtiａｌfuｅleconoｍyｓａvinｇｓ。Tｈｅwoｒkｉnclｕdesaninveｓtigatｉｏnoｆactivｅcｏmponenｔsinclｕdinｇsｏｌenoｉdcoｏlantvalvesandaｎeｌｅctriｃwaｔerpuｍｐ。本文簡略介紹了汽車聯(lián)合仿真模型的進(jìn)展，評(píng)估其使用不同的冷卻系統(tǒng)的效果,以及潛在的節(jié)省了燃油經(jīng)濟(jì)性上的一些建議。這項(xiàng)工作包括討論主動(dòng)組件，并包括電磁冷卻閥和電動(dòng)水泵.CＯ－SIMUＬATIONＢAＣＫＧRＯUＮＤ仿真背景Ｔhｅterｍco－siｍulaｔｉｏnｉsoｆtｅnusedtoｄeｓcribeｖarioustyｐesofanalysiｓandtｈｕsiｔiｓwｏrtｈproviｄｉngsoｍedｉｓcuｓsｉoｎａstohｏwitｉsusｅdherｅ。Thesimｐlesｔmetｈｏｄofａｎaｌysiｓistoderｉｖeａmｏｄeliｎａｓinｇlｅｃodeｔｈａt(yī)simuｌateｓasyｓｔemｏrｍuｌtiｐlesｙsｔｅms．Tｈishaslimitａｔｉonｓduｅｔotheｌevelofcoｍpｌeｘitynｅe(cuò)ｄedanｄtｈefactthａt(yī)tｈｅreａredｅｄicａt(yī)ｅｄｃodesｄeｓigneｄtoｍｏdeｌｓpｅcificｓｙstｅｍｓｔhａｔaremｏrｅe(cuò)ｆfｅcｔive。Veｒyｏｆtｅnｔheｎextｓtepistｏｂｕilｄmｏｒeｃomｐｌexmoｄeｌsininｄividuａlｃodｅs.Tｈｅdａｔａｔｒansｆｅrbetweenthesｅｃodｅsｉｓconducｔedoｆf-lｉｎｅ（i。ｅ．tｈｅｏuｔｐutdaｔafｒｏｍtｈefｉrstsimulａt(yī)ｉonismanuａlｌyiｎpｕｔintoanothersｉmｕlatiｏntｏrun）。Thｉsｉｓuｓefulｓｉnceeachｍodelｒｕｎssｅparatelyａｎdthusquｉcklyandareasonaｂleｌeｖｅlofcomplｅｘitycａnｂeｓimｕｌated。Hｏwevｅr,ｔoｇaｉntruetransientcapabｉliｔｙanｄtｏinｃreasethelevelｏfｉｎｔｅｒactioｎbetwｅe(cuò)nsysｔｅｍｓitiｓneceｓsａrｙｔoｌｉnkthesemｏdelsdｙｎamicallｙ.Co—ｓimulationhａsbeeninvｅｓtigatedｆoｒotherａppｌｉcaｔｉonｓａndｔheｂenｅfitsofitdｉsｃussedinotherpubｌｉcatｉons［１］．協(xié)同仿真這個(gè)術(shù)語是常常被用來描述不同類型的分析,因此把它用在這里需要值得商量.最簡潔的方法是分析得出一個(gè)模擬了一個(gè)系統(tǒng)或多個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)單一代碼的模型。這有它的局限性，由于其簡潔性的需要，事實(shí)上簡略系統(tǒng)的專有代碼設(shè)計(jì)模型會(huì)更有效果。通常下一步是建立更簡潔的個(gè)別代碼模型.這兩者之間的代碼數(shù)據(jù)傳輸采納離線方式(即從第一模擬的輸出數(shù)據(jù)是手動(dòng)輸入到另一個(gè)模擬運(yùn)行)。這是格外有用的,由于每個(gè)模型是分開運(yùn)行,所以可以快速模擬出恰當(dāng)?shù)暮啙嵆潭?然而，為獲得真正的瞬態(tài)性能和提高系統(tǒng)之間相互作用的水平，將這些模型的動(dòng)態(tài)鏈接是格外有必要的。仿真討論了其他應(yīng)用程序和商量過的其他出版物的好處.Ｔrueco-simuｌatiｏn,aｓｃondｕｃteｄinthｉssｔｕdｙ，inｖolvｅswriｔingｃｏdetoｌinｋthevaｒioussub-modｅls,inｄiffｅｒentsoｆtwａrecodes,sucｈｔhａt(yī)ｔｈeｓub－moｄelｓsolvetoｇeｔheｒinparalｌｅｌandcｏｍmuｎicatｅｗitｈｅaｃhoｔheraｔｔｈｅrequireｄtime-steps.Ｉnthｉsstｕdy，threeｃoｍmeｒciallｙaｖaｉｌａbｌe1-ｄimｅｎsioｎaｌcoｄｅsaｒelｉｎkedinthisｍannerｉnordｅrtocreateacｏmｐｌｅteｍｏdelｏfenｇiｎeperfｏｒｍancｅ(inｃｌudinggaｓｄynａmicｓ），coolantsｙsｔemaｎdcｏntrolｓysteｍ．為進(jìn)行這樣討論，真正的聯(lián)合仿真是在不同的軟件代碼間編寫代碼來連接各子模型，并在規(guī)定的時(shí)間步長內(nèi)將子模型并聯(lián)在一起，并相互溝通.在這個(gè)討論中,三個(gè)商用的一維代碼以這種方式相互聯(lián)系，以建立一個(gè)完整的發(fā)動(dòng)機(jī)性能模型（包括氣體動(dòng)力學(xué))，冷卻系統(tǒng)和掌握系統(tǒng)。Ｆｉrsｔly，MATLAＢ?Simulｉｎｋ?isｕseｄtoｍodeltｈecontｒｏlofｔhｅｃoolanｔｓysｔｅm.Ｉtｉsａlsｏusｅdasｔhｅcｏdｅｔｈaｔproduｃeｓtｈeｌinkstothｅｏｔｈｅｒsoｆtwarecodes，ｍａｎagesthｅiｎformationfloｗｂetwｅe(cuò)ｎthｅｓｕb-mｏdeｌs,andcｏｎtrolsｔhｅtiｍe-ｓtepｏfthesiｍｕlaｔiｏn．Theeｎｇinepｅｒｆｏrmancemｏdeｌ，whｉｃhincludesthｅe(cuò)ffｅｃtsｏfｇａｓdynaｍicsintheｅnｇineaｎｄEGＲsystem，iｓｍｏｄelｅdusｉｎgRiｃａｒｄo’ｓcommerciaｌlyavaｉｌａbｌｅsｏftｗareＷAVE．InfａctａｌｉnkbeｔweeｎMAＴＬＡＢ?Ｓiｍulink?ａndWAVＥhaseｘｉstedfoｒsomｅtｉme,ａsitisoｆtｅnusedｔocoｎtrｏｌtheeｎｇiｎeandrunｍultipleＷＡＶＥsimuｌatiｏnｓ，ａｎｄisｉｎcludｅｄiｎtｈeWＡＶEpacｋageassupplｉed。Fｉnａｌｌｙ,thｅcoolantsｙstemisｍodｅｌedusingＦLＯWMＡSTER?。首先,MＡTＬAB?Simｕliｎk?是用于模擬冷卻系統(tǒng)的掌握.作為產(chǎn)生鏈接到其他軟件代碼的代碼,它也可以用來管理子模型之間的信息流,并掌握仿真的時(shí)間步長。發(fā)動(dòng)機(jī)的性能模型是仿照里卡多的市售軟件ＷAＶE，其中包括了在發(fā)動(dòng)機(jī)和廢氣再循環(huán)（EＧR）系統(tǒng)的氣體動(dòng)力學(xué)影響。事實(shí)上,MＡTＬAB?Simulｉnk?和WＡＶE之間的聯(lián)系已經(jīng)存在一段時(shí)間了,由于它往往是用來掌握發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)行多個(gè)WAVE仿真,并包含它所供應(yīng)的WAVＥ組件.最后，冷卻系統(tǒng)的建模使用FLOWMASTER?。Ｆｉguｒe4．Cｏ—SｉmulａｔiｏnArchｉtecｔure＆ＩnfｏｒｍａｔｉoｎFlｏw圖４.協(xié)同仿真體系架構(gòu)和信息流Figuｒe4。ｉllusｔｒａt(yī)estheco-sｉｍulatiｏｎａｒｃhｉtｅctureandfloｗｏfiｎｆｏｒmationｗithiｎｔheｍｏdeｌs.Currently,FLOWＭAＳＴＥＲ?proviｄeｓaｌｉnｋtoMATＬAＢ?Ｓimulｉｎｋ?bｕtthｉsｉｓonlydoｎｅｂyｕsｉnｇFLOWＭＡSＴＥＲ?aｓｔｈeinｆoｒmaｔionaｎｄliｎkmanａｇer.Ｔhus，ｉnoｒｄerｆｏｒthｉｓsｔudytoｐrｏｃｅe(cuò)dalinkinthｅｏppoｓｉteｄireｃtｉoｎwａsｄesirｅｄ。圖４說明白協(xié)同仿真體系架構(gòu)和信息流的模型.目前，F(xiàn)LＯWMＡＳTＥR?供應(yīng)了一個(gè)鏈接到MAＴＬAＢ?Ｓｉmｕlink?，但是這僅僅是通過FLＯＷＭAＳTＥＲ?的信息和鏈接管理器。因此，連續(xù)向上鏈接的討論是有所必要的。MATＬＡB?TOＦLOWMＡSTＥR?ＬIＮＫ－ＩnｃoｎjｕｎｃtionｗitｈFＬOＷＭＡSＴER,ＲicaｒdohaｖｅdevelｏpedasｃriptinMATLAＢ?Simuｌink?tｈaｔｗｉlｌinｉtｉatetheFLＯWMASTER?ｓｏlvermoｄｕleanｄprovｉｄeｃｏｍｍｕｎicatｉｏntｏandｆromｉt。Thｅｃｏ-simulａt(yī)ｉondeveｌopeｄｈerｅｕseｓDＣＯMsoftwaretechnologytocommuｎicaｔebetweｅnｔｈesｏftwaｒeplatｆoｒｍsofＭＡTLAB?Ｓimｕlinｋ?anｄＦＬＯＷＭＡSTＥR?.Tｈecｏ-simulatioｎiｓｃontrolｌｅdfrｏmSimulinｋ?,ｔhrouｇhanM-ｆiｌeS－fｕｎctｉoｎ.MATＬＡB?到FＬOＷＭASＴEＲ?的鏈接：結(jié)合ＦLＯWＭＡSTＥR，里卡多已經(jīng)在MＡTLAＢ?Sｉmulink?中開發(fā)以了一個(gè)腳本,這將啟動(dòng)FＬOＷMASTER?求解器模塊和供應(yīng)與它的通信。這里開發(fā)的協(xié)同仿真軟件使用的是MＡTLAＢ?Ｓiｍulink?和FＬOＷMＡＳTER?之間進(jìn)行通信的軟件平臺(tái)DCＯＭ軟件技術(shù).Simulink?協(xié)同仿真掌握是通過一個(gè)Ｍ文件的Ｓ函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。Tradｉtionaｌｌy,aｎS-Ｆｕnctｉoｎisuｓｅdtｏｄesｃribesomesoｒtoｆdynamicsyｓtem，i．e。asｙsｔemthathasinpｕts，oｕｔpuｔs，ａndstates．Itｍaｙcontaiｎｉnｔegraｔors，ｄｅrivatiｖeｓandotｈerequaｔionsthａt(yī)ａrｅｕseｄtoｃoｍｐuteｔｈｅｓｔatｅｓanｄoutｐutsofｔｈesystｅm。TherefｏｒeSｉmuｌiｎk?trｅatsthｅS—Fｕnｃtioｎasatｒaｎsｆｅrfunctioｎ,ｓｕchthａt(yī)itgｉvesthｅtｒaｎsferｆuｎcｔioｎanｉnput，aｎｄfollowsthｅrequireｄdｉｒｅｃtions（deｎｏｔedbythescriptｉntｈeS—Ｆuncｔiｏｎ)toreceiveａnoutput。Therｅｓtofthesimｕlatｉoｎsｕｂsｅqｕｅntlyaｃtsoｎthisoｕtput．Iｎｔhecaseｏfｔｈiscｏ－sｉmulation，theS－fｕncｔionsｔｒuｃtureisacｔuａllyuseｄｔoｈａndｌetｈｅｅｘｃhaｎgeofｉnｆoｒmatｉｏnwｉthａcliｅnｔprogram（hｅrｅＦLOＷMＡSTEＲ?）。Theclieｎtｐroｇramhanｄlｅsｔｈeintegrａt(yī)ioｎａnｄotherｃｏmｐｕｔatｉｏｎｓｒeｑuｉreｄtoadvａｎceitｓsiｍulation.TheS－Ｆｕｎｃtionｔhｅreｆorｅｓtilluseｓｉnpuｔs，outｐutｓanｄstａt(yī)eｓ，aｌｔｈouｇｈＳimuｌiｎk?ｏｎlymｏnｉtoｒｓｔhｅsｔaｔes,whiｃｈrepreseｎｔasmalｌsubsｅtofpoｓsiblｅmodelsｔatesthａt(yī)FLＯWMASＴEＲ?utiliｚes.傳統(tǒng)上，S函數(shù)是用來描述某種動(dòng)態(tài)系統(tǒng),即系統(tǒng)的輸入、輸出和狀態(tài)。它可能包含了被用來計(jì)算該系統(tǒng)的狀態(tài)和輸出的其他方程和其導(dǎo)數(shù)的集合。因此，Sｉmｕｌinｋ?把S函數(shù)當(dāng)作傳遞函數(shù)，這樣,它給出傳遞函數(shù)的輸入,并如所要求的方向（以S函數(shù)的腳本表示）接收輸出。其余部分的仿真隨后在此處輸出.在協(xié)同仿真的情況下，Ｓ函數(shù)的的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是用于處理與客戶端程序(此處FＬOWMAＳＴEＲ?）的信息溝通?？蛻舳顺绦蛱幚淼囊惑w化和其他計(jì)算所需的先進(jìn)仿真.S函數(shù)仍然使用Simｕlｉnｋ?的輸入、輸出和狀態(tài),雖然Sｉｍulink?只是監(jiān)測狀態(tài)，其中一小部分的模型仍然采納FLOＷＭAＳＴER?.SAMPLＥＴIＭES－Tｈeco-simulatｉｏｎｏperaｔeｓbｙsｙncｈronｉzingｔhｅtｗｏsｉmulationｓ，ａndforｐrｏpeｒsyｎchｒoniｚatｉonｎｅe(cuò)ｄｓtohavｅＦＬOWＭAＳＴＥR?rｕnniｎgataｆastｅｒ（orequａl）raｔeｔhatｉsaniｎtegerｍultiｐleoftｈｅraｔeｏftheS－Fｕｎcｔiｏnexecuｔｉoｎ.Foｒｅxａmple,ｉｆFLOＷＭASTER?executesat0.2sec，ｔｈeＳ-Ｆunｃtioｎnｅe(cuò)ｄstoexecｕteat0．4sec，0。６ｓeｃ，1.0sｅc，etｃ。采樣時(shí)間:協(xié)同仿真通過同步的兩個(gè)模擬操作,為了能正確的同步,需要由FLOWMASTEＲ?以更快的(或等于）一個(gè)整數(shù)倍速率運(yùn)行Ｓ函數(shù)。例如，如果FLＯWＭASTER?的執(zhí)行時(shí)間在0.２秒，Ｓ函數(shù)需要執(zhí)行在0．4秒，０．6秒，1。0秒等等。Forthiｓreason，sampleｔiｍesoｆａｌlblｏcksintheSiｍulinｋ?sｙstemshoｕlｄｂｅａniｎtｅｇｅｒｍｕｌｔiｐleｏfｔhｅsyｓtemsａmpletiｍespeｃifｉedinthｅＳiｍulａｔiｏn／Ｐarameｔerｄialogbｏｘ。Thecuｒrｅｎtｃｏnｆiｇuｒaｔioｎoftheｃo-siｍｕｌａｔionS－Ｆｕnctiｏｎiｎｈeritstheｆａsteｓｔsampleｔimeｏｆthｅe(cuò)ｎｔirｅSimｕｌink?system。Ｔhｕｓ，ｉｆalｌblocksｈaveinｔegerｓamｐletimeｓ,thｅｎtｈｅco-ｓimulａｔｉonshｏulｄｉnhｅriｔthefasｔｅｓｔｔｉmｅｆroｍthediaｌogbｏｘ.由于這個(gè)緣由,在Ｓimｕｌｉｎｋ?系統(tǒng)中全部模擬／參數(shù)模塊的采樣時(shí)間是對(duì)話框中指定的系統(tǒng)采樣時(shí)間的整數(shù)倍。協(xié)同仿真Ｓ函數(shù)的當(dāng)前配制繼承了Siｍuliｎｋ?整個(gè)系統(tǒng)的最快采樣時(shí)間。因此，如果全部的模塊采納整數(shù)倍的采樣時(shí)間，然后協(xié)同仿真應(yīng)該從對(duì)話框中繼承最快的時(shí)間。Forｔheｃo－ｓｉmulatioｎandconｔrolsystｅmdeｖeｌoｐｍｅｎt,FＬOＷMＡSＴER?wassetｔoｒunat0.1ｓeｃandSimulink?ａt(yī)1。０ｓec（ｉnhｅｒitｅdfromSiｍulaｔioｎＰaramｅｔｅｒｓ).Ｔｈiｓgｉveｓreａｓonabｌerｅｓultsfortｈｅｌong（＞10００ｓｅcondｓ)ｔｅstfｉles.對(duì)于協(xié)同仿真和掌握系統(tǒng)開發(fā)，F(xiàn)LOＷMAＳTER?設(shè)置為在0。1秒內(nèi)運(yùn)行,Ｓiｍulｉnk?設(shè)置在１。0秒（從模擬參數(shù)繼承）內(nèi)運(yùn)行.對(duì)于長期（〉1000秒）的測試文件,這是合理的結(jié)果。CO-SIＭUＬATIONMODEL仿真模型SIMＵLATIＯNCOＮTROL&COMＭUＮIＣATIＯN–Asdｉｓｃｕｓsｅdｅａrlieｒ，ｔｈeｃontroｌofｔhesiｍulatioｎandcommuｎiｃａt(yī)ｉoｎbｅｔwｅe(cuò)nthesyｓteｍmodｅlsisconduｃｔｅdbybｌocｋswiｔhiｎSimｕｌink?.Thepriｍarｙｆｕncｔｉｏnoftheｓeｂloｃkｓistoｔraｎspoｒｔdaｔafromonｅsysteｍmｏｄeｌ，whetｈerinSｉmｕlｉnk?ｏrｔheoｔhercoｄes,toanoｔｈer。Ｔhisｄａｔafallsｉｎｔotｗｏdｉｓｔiｎｃｔｔｙpes，cｏntrｏlｄａｔａａnｄphysicaｌｄata．ＴｈeflowofinfｏrmationｃomｍｕniｃaｔeｄｃaｎｂesｅｅninＦiｇure4。模擬掌握和通信:正如前面所商量的，仿真的掌握和系統(tǒng)模型之間的通信全部在Ｓｉmulｉnｋ?模塊中進(jìn)行.這些模塊的主要功能是從一個(gè)系統(tǒng)模型傳輸數(shù)據(jù)到另外一個(gè)，無論是在Siｍｕｌink?或其他代碼.此數(shù)據(jù)分為兩個(gè)不同的類型，分別是掌握數(shù)據(jù)和物理數(shù)據(jù).從圖4可以看出信息流的傳遞過程。Ｃｏntroｌdataｉｓthatusedｂｙthecontｒoｌsｙstｅmwhetherinａcｔｕaｔioｎｏrfeｅdbａckｆrｏmａsｅnｓｏr.Thｉsdａt(yī)ａwｉllbetransmｉttｅｄtｏｔheｅlｅｃtrｏniｃｃontrolmodｕleinthｅrｅａｌ-ｗｏrldaｐpｌicatｉon。Tｈeｆlowofthｉｓtｙpｅofｄataisonlyｔoａｎdfromtheｃoｎtrolsｙstemandonｌyoｎｅofthｅothermodｅｌs，thｅe(cuò)ｎgｉnｅoｒｃooｌaｎtｓysｔeｍ，hａsknoｗledｇeofｔhisｄatａ.掌握數(shù)據(jù)是由掌握系統(tǒng)使用，無論來自于傳感器的動(dòng)作或反饋.在實(shí)際應(yīng)用中，這些數(shù)據(jù)將被發(fā)送到電子掌握模塊.這種類型的數(shù)據(jù)流只是來自于掌握系統(tǒng),或只有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)或冷卻系統(tǒng)數(shù)據(jù)積累的其他車型。Thepｈysiｃalｄaｔaisｐuｒelyreｑuiｒedｆorｔhemodelingpｕrposes．Thisｄatａdeｓｃrｉｂesｔheinteｒacｔiｏnbeｔwｅe(cuò)ntheｅnｇiｎeａnｄｃｏoｌaｎｔｓystｅｍ.Tｈｉsdataispｒimaｒilyｒelatedtｏｔhｅheａt(yī)rｅjeｃtｉoｎtｏcoｏlａｎtwｉthｉｎtｈeengineandｔｈｅEGＲｃoolｅｒ．Ｓｔriｃtlysｐeａｋiｎｇthepumpsｐeedinthemeｃhａnicａlｐumpｃircuitｓisaｌｓｏpｈｙsｉcａｌdatabutａsthecｏntroｌｓｙｓtｅmlooksafteｒtｈeｐuｍpsｐeediｎtｈｅoｔhertｗoｃiｒcuitsｉｔwasdeciｄedtoｄｏsoinaｌliｎstaｎces.ＩnFiｇuｒｅ4ｔhｉｓｄataｉsｒeｐreｓｅnteｄaspassingｔhｒoｕgｈthedｏtｔeｄＳimuliｎｋ?inｔerfaｃe．獵取物理數(shù)據(jù)是建模目的的最直接的需求。此數(shù)據(jù)描述了發(fā)動(dòng)機(jī)和冷卻劑系統(tǒng)之間的相互作用。此數(shù)據(jù)主要涉及在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)冷卻液的熱抑制和EGR冷卻器。嚴(yán)格的來說，在機(jī)械泵電路中的泵的速度也是物理數(shù)據(jù),但作為掌握系統(tǒng)來看在其他兩個(gè)電路后泵的轉(zhuǎn)速,在全部情況下都會(huì)這樣決定。Fｉgurｅ５．EｎgiｎeMoｄeｌLaｙoｕt圖5．發(fā)動(dòng)機(jī)模型布局ENＧINＥＭODＥL-Themｏdeｌoftｈｅe(cuò)ｎgｉｎeiｎcludｅｓdeｆinitionoftｈｅｉntakeａｎdｅxｈaustmaｎifoldｓ,ｉnｃｌｕdingtｈeEＧRsｙsｔeｍ,anｄalｌowsｆoｒcontrolofvaｒiouｓenｇinepａrａmeterssuｃhasＥＧＲrate，enginespeed,fｕelinｇetｃ．發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)-發(fā)動(dòng)機(jī)模型包括定義的進(jìn)氣和排氣歧管，包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，并允許掌握各種發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù),如廢氣再循環(huán)率,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,燃油等。發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào):發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)包括進(jìn)排氣歧管的定義,包括廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)，并允許用于掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的各種參數(shù),如EGR效率、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃料體積等。ＡrepresｅnｔationoftheenｇiｎeｌａyoｕｔisiｎcｌｕｄｅdiｎFigurｅ5．Theeｎｇｉnｅperformaｎcｅmｏdelisexecuteｄonａｃrａnｋａnglｅｂasｉsanｄrｅsuｌtsaｒeoｕtputａsｃｙｃlｅavｅrageｄvaｌｕeｓafteｒeacｈｃoｍpletedcyclｅ．Thiｓlｅvｅｌｏfｆideｌｉｔyｉｓｒequiredforａccurａｔｅpeｒｆoｒmaｎcｅaｎalｙｓiｓ．Obｖｉously,torunｔｈereｓｔｏｆthemodelaｔtｈｉstimｅ－stepwouldmeanｔhａｔahｉｇｈlevelｏｆpｒocｅssｉｎgpoｗerisnｅe(cuò)ded.Foｒｔhｉｓrｅason,datａiｓpassedtoMATLAB?Simulinｋ?inｔermitteｎtlyonａｍucｈmoreｒeａlｉsticｔｉme-ｓｔｅp。圖5所示是其中一種發(fā)動(dòng)機(jī)布局型式。發(fā)動(dòng)機(jī)的性能模型是在曲軸轉(zhuǎn)角的基礎(chǔ)上運(yùn)行的，輸出的結(jié)果是每完成一個(gè)周期后的周期平均值。這個(gè)水平的精確度需要精確的性能分析.很顯然,在這個(gè)時(shí)間步長內(nèi)運(yùn)行其余的模型,這將意味著需要更高的處理能力水平。處于這個(gè)緣由，數(shù)據(jù)在一個(gè)更為實(shí)際的時(shí)間步長內(nèi)間隙性地傳遞到ＭATＬABＥＱ\ｏ＼ac(○,R）SiｍulinｋＥQ\o＼ａc(○,R）.ＣＯOLＡＮＴSYSＴEMMODEL–Tｈisstｕｄｙwilｌｉnvestigaｔefourpossiblｅcoｎceｐtsfortｈedesiｇｎｏｆacooｌａntsystｅｍ,ａsillｕstｒaｔedinFigｕrｓe6ａｔo６ｄ．Thｅyiｌlustｒaｔeaｐｒｏgｒesｓｉｏｎfromasｉmplemｅchaｎicalsysteｍwhichischeap，ｔriedaｎdtestｅd,ｕｐtoａmorｅcompｌexｅlecｔriｃallycontrolledsysｔｅm。Ｏbviously,thecｈoｉcｅofｓysｔｅmｉsbestconsideｒedｏnａｃasｅｂyｃasｅbasｉs．冷卻液系統(tǒng)模型：本討論將探討冷卻系統(tǒng)的四個(gè)可能的設(shè)計(jì)概念，如圖６a至圖6ｄ所示。它們展現(xiàn)了從一個(gè)最廉價(jià)最簡潔的機(jī)械系統(tǒng)，經(jīng)過嘗試和測試以后，最后形成一個(gè)簡潔的電控系統(tǒng)的進(jìn)展歷程。顯然,系統(tǒng)的選擇最好是考慮在某個(gè)案例的基礎(chǔ)上進(jìn)行。Figｕre6a.SiｍｐｌeCｏolantCｉrcuｉt圖6a.簡潔的冷卻液回路Intｈesｉmｐlｅcooｌａntcｉrcuit,Fｉgｕrｅ6a,ｔheEＧＲcoolerisｃonｎectedｉnｐarallｅlｔｏthｅｅngｉｎe.Theoｕtleｔfroｍｔｈepｕｍpｉsｓｐｌitinｔotwo，analogｏｕswｉthａnoｕtｌeｔfromｔｈeｃｙliｎderblocｋadｊaｃentｔoｔhepumpｏrdiｒｅctlyｆrｏmtｈeｐuｍpsｃrｏｌlcasing.ＴhecｏoｌantｔhatｐａsｓestｈｒoughtｈeEＧRcｏｏleriｓfedｂacｋｔotheｅnginejustｂefoｒｅtｈemeｃｈａnｉcaltｈermｏstat．Thiｓenｓurｅsthatｔhemaxｉmumpｒeｓｓuｒedrｏpaｃｒosstｈecoｏlercanbeａｃhievｅd。如圖６a所示,在簡潔的冷卻液回路中，EＧＲ冷卻器是被關(guān)聯(lián)鏈接到發(fā)動(dòng)機(jī)上。從泵的出口被分為兩個(gè)，類似與從汽缸體相鄰的泵,或直接從滾動(dòng)泵殼體的出口。通過EGＲ冷卻器的冷卻劑被反饋到發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械式自動(dòng)調(diào)溫器。這將確保通過冷卻器的最大壓力的壓降可以得到實(shí)現(xiàn)。Fiｇure6ｂ。SingleCｏntｒoｌＶａlｖeＣｏolantCircuｉｔ圖６單一掌握閥冷劑回路TheｃoｏlantｆlowraｔｅthｒoughthｅEＧRcooｌｅｒisgoｖerｎｅdbｙthｅtotalflｏwｒatｅandtｈｅreｓｐecｔｉveflｏｗｒesｉsｔaｎceｓintｈeenｇｉｎeaｎdcooｌeｒciｒｃuit．通過EGＲ冷卻器中的冷卻液的流速是由總流速和在發(fā)動(dòng)機(jī)及冷卻器回路中的各自的流淌阻力確定的。Intｈeｓeｃondcoｏｌantｃircuiｔasｏlenoidaｃtｉｖatedcoｎtrｏlvalvｅ（EV）isfitteｄtotheｃｏoｌercｉrｃｕｉｔ,whilｅｔｈerestｏfthｅｃircuiｔrｅmainｓｔｈｅｓａmｅ．Ｔheadｄitｉｏｎofthecoｎｔrolvalveａlloｗsfｏrｓomeｖariatｉｏnintｈeｒｅsｔｒicｔiｏｎｔhrｏuｇｈｔhecooleｒleｇoｆthｅsystｅmandｔhｕswilｌｈｅlpｒegｕlａｔｅfloｗｔhroughit.在其次個(gè)冷卻劑回路，一個(gè)電磁掌握閥(EＶ)被裝配到冷卻器的回路中,而該回路的其余部分仍然是相同的。掌握閥的添加允許了在限制通過系統(tǒng)的冷卻器系統(tǒng)的局限的某些變化,因此將有助于通過它的調(diào)節(jié).Fｉguｒｅ６c。SimplｅElｅctriｃCoｏlａnｔＰumｐCｉrcuit圖6c.簡潔的電動(dòng)冷卻液泵回路Ｔｈeｔhｉｒｄciｒcｕitutilｉｚｅsanelｅｃtrｉcａｌlｙｍoｔoredcoｏlantpump，aswellａsthecontｒoｌｖalve,ｔｏregulａt(yī)efloｗ。Tｈeoｔｈeｒｐaｒｔsofｔｈeciｒcuｉｔａreasthefｉrｓｔcirｃuit,ｐｕｒeｌyｍｅｃhanical．第三個(gè)回路運(yùn)用了一個(gè)電動(dòng)冷卻液泵以及掌握閥,以調(diào)節(jié)流量。該回路的其他部分跟第一個(gè)回路一樣，都是純機(jī)械的。Ｆigure6ｄ.CｏmplexEｌectricallyＣontｒｏlledＣoolａntＣirｃuiｔ圖6。簡潔的電控冷卻液回路Ｔhefinａlcｉrcuit,Fiｇurｅ6d,shoｗsahｉgｈlevｅlofｃompｌｅxiｔytｈatoｆfersａsｉgnｉficaｎｔamｏuntｏfflexibility．Theelecｔrｉcａlｌyｍotoredcoolａntｐｕmpandanｅlectrｉcallyconｔrolledvalve（ＥV1）allｏwsｆoｒｆullcoｎtrｏloveｒｔheflｏwｏfcoｏｌａnttｈroｕgｈｔｈeeｎgineanｄEGRcooleｒ。Also，ｔheｓｅｃoｎdｅlecｔricallｙcontrｏlledｔhrｅe(cuò)—ｗａyｖalve（EV2）canｂｅｕｓeｄtｏｃonｔroｌflｏwtｈrｏughtheｒaｄiatoｒａnd，thuscｏｎｔrolｔheｃｏolａｎttemperaｔure，ｒeguｌaｔedｕsiｎgthｅtｅｍｐｅｒaｔuresｅｎｓor（TＳ).Ｔｈisisｕｓedｔoraｉsetheｃoolaｎｔｔempeｒａt(yī)ureaｔloｗloadsandspeedsａｎdｔｈusimprovｅradiatorｐeｒformａncｅ。如圖6d所示的最后一種回路，顯示出了高度的簡潔性和可供大量的靈敏性。電動(dòng)冷卻液泵和電控閥(ＥV１)允許完全掌握的冷卻液通過發(fā)動(dòng)機(jī)和ＥＧR冷卻器。此外，其次個(gè)二位三通電控閥可以用來掌握流經(jīng)散熱器,此外,使用溫度傳感器（TS）調(diào)節(jié)掌握冷卻液溫度。這是用來提高在低負(fù)載時(shí)的冷卻劑溫度和速度,從而改善散熱器的性能。CＯＮTＲOLSYSTEＭＭODＥＬ–Theｃｏnｔrｏlｍodelscａnｂeｓplitintotｗocatｅgoｒies，ｅngiｎeａnｄｃoolantsysｔｅｍ.Tｈｅcoｎtroｌoftheｅnｇiｎeiｓdoneｖiaｃoｍmoｎpａraｍeterｓsuchaｓfｕeｌｉnｇ,enｇineｓpeedandEGＲｖａｌvｅpoｓiｔion。AfeｅdbａckｌoｏpｏnｔｈeｅngiｎetoｒｑｕｅｉsuｓｅｄtoｓｅtｔｈefuｅlingaｎdEＧRｖalvepｏsition．掌握系統(tǒng)模型：這個(gè)掌握模型可以劃分為兩大類,一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng),另一個(gè)是冷卻液系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的掌握是有共同的參數(shù)組成的，例如燃料、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及EGR閥的位置.發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩上的反饋回路是用來設(shè)置燃料和ＥGR閥的位置.Sｉncetheｒearｅmulｔipｌｅｃｏｏlaｎｔsystｅmｓ，ｔｈｅreａrｅasimiｌaramountofcoｎtrolｓystｅmｍodelｓ。Forthｅsimplｅmecｈaｎicaｌｓｙｓteｍ,althｏｕｇhｔｈerｅiｓnｏｓpｅｃiｆiccｏnｔｒolofｔhesystｅmitselｆ，ｔhｅｐuｍpspeｅｄｉｓｃontroｌlｅdinｏrdｅrtｏmaｔcｈｔotｈeeｎginespeeｄ．Thｅｃontｒolｏftｈｅmechａnicａlｔheｒmｏstatiｓｃonducteｄｗiｔhinｔｈecoolantsystemmodelｉｔsｅlｆ.由于有多個(gè)冷卻系統(tǒng)，有一個(gè)類似的掌握系統(tǒng)模型。對(duì)于簡潔的機(jī)械系統(tǒng),雖然沒有特定的掌握本身，但泵的轉(zhuǎn)速仍然是與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相匹配.機(jī)械式溫控器的掌握是在冷卻系統(tǒng)模型本身內(nèi)進(jìn)行的。Ｔｈeｃontｒｏlsysｔemｆｏｒｔｈeelectricvalvecoolantsｙｓｔｅm,Fiｇuｒe6b,nｏｗｃonｔｒoｌｓｔhｅｖalvｅｐｏsiｔion.Inareaｌvehiclｅiｎｓtalｌatioｎｔhevalveposiｔiｏｎwoｕldbedeterｍiｎｅdbyaｍａpｏfｅnginespｅe(cuò)ｄａｎd”toｒqｕe＂(ｗhiｃhcanbeｏｂｔａｉnedｆromａMAPｓenｓｏrorfｕｅlinｇｖaｌｕeｉnｔhecontrolsｙstemｉnacｔuａｌｏperatiｏn)anｄＥGRｖalveｐoｓiｔion.Ｈoｗever，toheｌpgenｅrateｔhiｓｍａpandfoｒtｈissimｕlaｔiｏneｘｅｒciｓe，ｔhecontｒoｌsｙｓtemmodelusｅｄcｏolaｎttｅmperaｔuｒｅtocｏntrｏｌvalvepositiｏn。Tｈiswoulｄallowfｏrafｉrstcｕtｅstiｍａt(yī)eofａnactｕaｌcaｌｉｂｒaｔiｏnmaｐforprｏtotypeｄevelopｍent。如圖６所示，電動(dòng)閥的的冷卻液系統(tǒng)中的掌握系統(tǒng)現(xiàn)在用于掌握閥的位置。一個(gè)實(shí)際裝車的閥的位置取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速圖、“轉(zhuǎn)矩”(這可以從一個(gè)MAP傳感器或在實(shí)際操作中掌握系統(tǒng)的加油值)和EGR閥的位置。不過，為了幫助生成圖和這個(gè)模擬演練，掌握系統(tǒng)模型使用冷卻液的溫度來掌握閥的位置。這將允許基于原型開發(fā)的第一次切割評(píng)估的實(shí)際標(biāo)定圖。Tｈecｏｎｔｒｏlsｙstｅmfortheｓimpｌeeleｃtｒiccｏolａntpuｍｐｃｉrcuｉｔ，F(xiàn)ｉgure６c，ｉｓveｒyｓimiｌaｒ。Tｈeonｌｙｄiｆfｅrenceｔothefirstcoｎtrｏlsystｅmiｓｔhatthepuｍpspeｅｄisnｏwnoｌongertｉedｔｏtheenｇinｅｓpeｅｄ.Again，ｉnaｎａctuａlinstallａｔｉontheconｔrｏｌsｙｓｔemｗouldusｅａmapbasｅｄｏnｅngｉnespeeｄａndtorque,butfoｒthｅpurposeｓoｆthissimulationiｔｕｓeｓfｅｅｄbackfrｏmtheｃoolantｔｅmｐeratｕretｏｄｅteｒmｉｎｅthｅｐumpspｅｅd.Ｔhｅe(cuò)lectricｖａlveiｓｃonｔｒoｌｌｅdinaｓiｍilａrmaｎnertoｔhａt(yī)ｕsedｆorｃircｕit6ｂ.如圖6c,簡潔的電冷卻液泵回路與掌握系統(tǒng)是格外相像的.與第一掌握系統(tǒng)唯一的區(qū)分在于，現(xiàn)在泵的轉(zhuǎn)速不再依靠于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。再如，實(shí)際的安裝的掌握系統(tǒng)將使用基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩圖來確定泵的轉(zhuǎn)速,但對(duì)于這個(gè)模擬的目的是它使用了冷卻劑溫度的反饋。以用于回路6b類似的方式掌握電動(dòng)閥。Ｆinally，ｔhecontｒoｌｓｙstemofthｅcoｍplexｃoｏlanｔｃircuｉｔｄｅtｅrminｅstｈｅpuｍpsｐeedaｎdｔｈｅpoｓitｉoｎｏftwovａｌves.Thｅｐumpsｐｅe(cuò)ｄisdeterminｅdbyfｅe(cuò)dｂaｃｋfromthｅtemperａｔuresensorａnｄvａlveｐositｉoｎs.Tｈｅfｉｒｓtvalve（EV１)ｉscontrolleｄviaａmａp，ｓｉmｉｌartｏtheｐｒeviｏusｃonｔroｌｓyｓｔｅｍs,ａnddeｔｅrmｉｎeｓｔheflｏｗsｐliｔｔhrougｈtheeｎgｉneanｄcooler.Theseconｄｖａlｖe(EV2）ｕsesfeeｄbａckｆｒｏｍtｈeteｍpeｒaturesensor（TＳ）ｔｏｄｅteｒｍｉｎeiｔsposiｔion。最后，簡潔的冷卻液回路中的掌握系統(tǒng)確定泵的轉(zhuǎn)速和兩個(gè)閥的位置。泵的速度是由溫度傳感器和閥的位置的反饋來確定。第一閥(EV１）通過掌握地圖,類似先前的掌握系統(tǒng)，并確定通過發(fā)動(dòng)機(jī)和冷卻器分流。其次閥(EV2）使用來自溫度傳感器（TS）的反饋以確定其位置。RESＵLＴS結(jié)果Ｗhilｅthｅseｍoｄeｌｓaｒｅｃapablｅoftransｉeｎｔｏｐｅratiｏnｓｉmuｌatiｏn，ｉtｗａsｄｅｃiｄeｄtｈａt(yī)，tｏｓｉｍplifｙtheｉnｖｅsｔigatioｎ,thｅｅｖaluaｔｉoｎwouldｂｅcoｎdｕｃｔedbaｓedonaｓｅrｉesoｆｓtｅａdｙsｔateanaｌｙseｓ。Ｔｈisｐroｖidesaｇｏｏdbasisｆｏrcomｐariｎgtheｆｏurcｏｎcepts.Thetranｓienｔｓｉmulａt(yī)ionwouｌdｂemostbeneficialｆｏroptiｍｉziｎgthｅcontrolstｒatｅgyforthｅｃhｏｓeｎｃoncｅpｔ．雖然這些模型能夠進(jìn)行瞬態(tài)仿真模擬，但為了簡化討論，決定在一系列穩(wěn)態(tài)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)估.為了四個(gè)概念的比較這供應(yīng)了良好的基礎(chǔ)。瞬態(tài)仿真將是最有利的優(yōu)化掌握策略的概念選擇。Inｒｅaliｔy，tｈｅe(cuò)ｎginewiｌｌoｐeraｔeoｖeｒanuｎｄetｅrmiｎeddｕtycyclｅ，poｔentiaｌｌｙincludiｎgaｓignifｉｃantaｍountofｔimｅidliｎgatoｖeｒnｉgｈｔｓｔops（commononintｅr-citｙｔrucksｔokｅe(cuò)ｐthｅｅnｇinｅwarmｉnwinteｒandtopｒoｖideairconditｉｏninｇｉｎthesummer）.Howeｖer，ｌegｉslａt(yī)ｉveteｓtｐroceｄurｅs,nowanｄｆuturｅ,ｃoncenｔrａｔeoneｍｉｓｓiｏnsａt(yī)raｔedpoｗer，andｐarｔsｐeed/ｐarｔloａdcｏｎdiｔioｎsanｄｎeａrthepeaｋｔorqueopeｒａt(yī)inｇｐｏｉnts。Ａlso,asｃanbｅsｅe(cuò)ｎfrｏmｔheEＧRｓｔrａt(yī)egｙmaｐ,Ｆｉgure2。,tｈｅreiｓawideranｇeoflｅvelsoｆEGRｏvｅｒｔheｏｐeraｔiｎgraｎgｅoftheｅngｉｎe.在實(shí)際中,發(fā)動(dòng)機(jī)將工作在一個(gè)不確定的占空比下，可能包括一個(gè)在通宵停工時(shí)顯著的大量時(shí)間空轉(zhuǎn)（常見的是,在冬季讓發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)保暖，在夏季讓發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)空調(diào)）。然而，現(xiàn)在和將來的立法檢測程序都是集中在額定功率,部分轉(zhuǎn)速／部分負(fù)載條件和峰值扭矩四周的工作點(diǎn)下的排放量.此外，從EＧR策略圖可以看出,圖2中在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作范圍內(nèi),有一個(gè)格外寬范圍的EGR水平。Toavｏidｉnvoｌviｎganunｍａnagｅaｂｌｅｎumｂｅｒｏfｔesｔpｏints，itwasdecｉｄedtoaｎalｙzeｔheｓystｅmｐerfｏrmanceoｖerａraｎgeofＥGＲleｖelsthaｔiｎｃorpoｒａt(yī)ｅtｈeｋeyarｅａsｏfoｐeｒationｏfｔhｅｅnginefortｈｅlegｉsｌaｔivepｒｏｃeｄｕreｓ。Therｅｆoｒｅ,ｔhefolｌowingopeｒａt(yī)ｉｎｇｃondiｔｉonswereｃｈosen.為了避開涉及一個(gè)無法掌握的測試點(diǎn)，這是決定系統(tǒng)性能分析，在一些列的EGＲ平臺(tái)納入關(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作的立法程序。因此，在一下的操作條件中進(jìn)行選擇。A．Rａt(yī)edpｏwｅr–9％EＧRＡ.額定功率-9%EGRB．Ｐｅaktｏｒｑuｅ–7％ＥＧRＢ.峰值扭矩—７％ＥＧRC.1400ｒｅｖ／miｎat５０%loａd–27％ＥGＲＣ。在負(fù)載５０％時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1400reｖ/mｉｎ－２７％EGRPｏintＡ，ｒａt(yī)edｐｏwｅｒ,isｃhoｓｅnasthｉsｃｏrreｓpｏndsｗithｔhｅｏｐｅrａt(yī)inｇcｏnditionthathａsｔｈｅhigｈeｓthｅａt(yī)lｏａｄontｈeｅｎgｉne。Thｕs，ｅnｇiｎeｈeatｒejectｉｏnｉｓpｒedominａｎt。Obvｉously，ｔhｅhｉghEＧRｃondiｔiｏn，ｐoｉntＣ,cｏrrespoｎdstoahiｇhｈｅatｌoadｏntheEGRｃoｏlｅr。ＰointB，pｅaｋｔoｒque,ｉｓchosｅnａｓakeｙopeｒatｉnｇpｏiｎtwithmｏｄerateEGRandmｏderaｔｅｅnginehｅａt(yī)ｌoad。被選擇的額定功率A點(diǎn)是對(duì)應(yīng)于在發(fā)動(dòng)機(jī)具有最高熱負(fù)荷時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此,發(fā)動(dòng)機(jī)散熱是最主要的。顯然，在高ＥＧR條件下C點(diǎn)，對(duì)應(yīng)到一個(gè)ＥGＲ冷卻器上較高的熱負(fù)荷。峰值扭矩的B點(diǎn)是在溫和的EＧR和發(fā)動(dòng)機(jī)適度熱符合時(shí)被選為關(guān)鍵操作點(diǎn)。Ａlso，astimediｄnotpｅｒｍitastｕdｙoｆtｈeｆiｎａｌcoｏｌａntｓｙstｅmｄｅｓｉgn,Fiｇure6d，therｅwasnodaｔaｐｒoｄucｅｄfoｒthｉscase．Hｏｗeveｒ，ａdｉscuｓｓｉonoｎtheｐｏssiｂleｂeneｆiｔsandｔｒaｄe—ｏｆfsisinｃｌuｄed。此外，由于時(shí)間的原因，圖6d的最后一種冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)討論并沒有獲得相關(guān)的簡略數(shù)據(jù)。但是，可能帶來好處和權(quán)衡的商量也包括在其中.CONVＥＮTIONＡLＣOOＬＡNTSYSTEM–Theｃｏolａnｔsｙsｔeｍ,shｏwninＦｉgure６a，ｉｓｔｈatｏfａconvｅntｉonalｉｎｓｔａllatioｎ。Insuchａniｎsｔalｌation,ｔhｅｃontｒｏｌlingoｒificeandpumpｒeｇulａｔeｓflowｔhroughｔheｅｎｇｉｎeａｎｄＥＧRｃoｏｌer．Thｅsｅarｅｓizedsuchthａt(yī)ｔheｆlｏｗtｈroughｔheｅngiｎeatｒaｔedｐowerissufficienｔtopｒｏｄｕceａrｅasｏnａbleriｓeintemperaturｅｔhrougｈthｅe(cuò)nｇine，ｔｙpicalｌy５to7°C。Intｈｉｓcase,tｈeminiｍｕｍflｏwｔaｒｇｅtwaｓchｏsｅn，i．e．cｏoｌａntｔｅmpｅraturerｉsｅｏｆ7°C，ｗhiｃhrｅsｕltｓinaｃoolantfｌowｔｈrougｈｔheeｎgiｎeoｆ４１０.8ｌitrｅ/mｉn。常規(guī)冷卻液系統(tǒng):如圖6a所示的冷卻液系統(tǒng)是以往安裝的。在這樣的安裝方式下,通過發(fā)動(dòng)機(jī)和EＧR冷卻器的掌握孔和泵調(diào)節(jié)流量。這些通過發(fā)動(dòng)機(jī)在額定功率時(shí)產(chǎn)生的流量大小足以產(chǎn)生一個(gè)合理的通過發(fā)動(dòng)機(jī)引起的溫度上升,一般為5至7℃。在這種情況下,最小流量的目標(biāo)就被確定了,即冷卻液溫度上升７℃，這會(huì)導(dǎo)致冷卻液流過發(fā)動(dòng)機(jī)的流速是４１０。8Ｌ／mｉn。ＴｈｅｔａrｇetfｏrｔhｅEＧRcｏolerisslｉghtlydｉｆfereｎt.Ｉnｏrｄerｔoａcｈievｅreasｏnaｂlｅpackａgesiｚｅstｈetｅmperatｕｒerｉseacroｓsｔｈecoolercａｎbeｈighｅｒ,thusallowingalｏwｅrcｏｏlaｎtflｏwrａt(yī)eandｓmallｈeatexｃhaｎgｅr。ＴheEＧＲcooｌerfｌｏwatiｔｓmaxｉｍuｍｃonditioｎ,ｗｉtｈmiｎimumeｎgiｎespeeｄ，iｓdetermｉnｅｄｂｙaｎａｃceptａｂleｃooｌantoutlettemｐerａt(yī)ｕｒeｓuchｔhａt(yī)ithasareaｓoｎａbｌｅbｏiliｎgsａfeｔｙｍａｒgin.ＩｎｔhｉscａｓeitwasdｅtermｉnedtｈaｔthemaximｕmcｏoｌanttempeｒａｔｕreｏｕtoｆtｈeEGＲcｏoleｒwoulｄbe115°C，whichｒesulteｄiｎaＥGＲｃｏｏlｅrcｏoｌaｎtfloｗaｔpoinｔCof25。2lｉtrｅ/ｍin.在EGR冷卻器的目標(biāo)是略有不同的。為了實(shí)現(xiàn)合理的封裝尺寸，整個(gè)冷卻器的溫度可以上升更高,從而允許較低的冷卻液流速和較小的熱交換器.在冷卻器流量最大的條件下,而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最小時(shí)，確定可以接受的冷卻劑出口溫度,使得它有一個(gè)合理的沸點(diǎn)平安裕度。在這種情況下，它被確定為ＥＧＲ最大冷卻液溫度是115℃，這導(dǎo)致了EGＲ冷卻器的冷卻液流量在C點(diǎn)為２5.２L／ｍin。Hａvingｓizｅdtｈｅsystｅmtomatｃhｔhｅｓｅｏｐeratingparameｔｅｒs，thebasｅliｎepeｒfｏrmancecharacterｉstｉcsforthethｒｅe(cuò)ｏperatｉｎgpoｉnｔsweｒｅgeneｒaｔed。TherｅsuｌtsｉｎTable１ｓhowtｈｅe(cuò)ｎginepoweraｎｄcoolantpumpｐｏｗeraｓwｅllａｓｔhecｏrｒｅspｏndｉngcoolanｔｓyｓtemｆlｏwraｔeｓａndｈeatｒejectｉoninformatiｏn．Aｌso,ifｗeａssuｍｅthatｔheｏtｈｅrａuｘiｌｉarｙlｏadｓplaceｄuponｔhｅe(cuò)ngineinactuaｌopｅraｔｉon，ｄueｔoｅlectricalｌｏadsaｎｄA/Cloads,ｉｓ４kWthenthｅpuｍppｏｗeｒisaｐproxiｍaｔelｙ0.２%oｆtheｔotalpoｗeｒreｑｕiremｅnt.Tｈeｄatａalsoｓhｏwsthａｔａt(yī)tｈehiｇhEGRcondition，pointC,ｔｈｅfｌoｗthｒoughｔheｃｏoｌerｃiｒcuiｔpｒoduｃeｓaｃoolａｎｔtemｐerａt(yī)uｒerｉｓｅｏf24。5°Ｃ.具有實(shí)際尺寸的系統(tǒng)去匹配這些操作參數(shù),生成三個(gè)操作電與基準(zhǔn)性能特性。表１中的結(jié)果表明發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和冷卻泵的功率以及與之相對(duì)應(yīng)的冷卻系統(tǒng)流量和散熱信息。此外，如果我們假設(shè)其他的置于發(fā)動(dòng)機(jī)上的幫助負(fù)載，由于電氣負(fù)載和空調(diào)負(fù)載，在實(shí)際操作中一般按4ＫW估算，然后泵的功率約為總功率的０.2％計(jì)算。數(shù)據(jù)還表明,在高EGR條件下，流經(jīng)冷卻器的回路在C點(diǎn)產(chǎn)生的冷卻劑溫度上升為2４.5℃。ＯperatingPointｓ（操作要點(diǎn)）ＰｅrfｏｒmａncePａrameter性能參數(shù)AＢCEｎgiｎeＰoweｒ，kW發(fā)動(dòng)機(jī)功率3２8.7２60.4151.2FuｅｌCｏｎs．,g/kWｈ燃油消耗2302２８2２3PｕmpＰower，kＷ水泵功率０。７３0。170。2７ＨeaｔRejectｉｏｎ，kw散熱功率Enginｅ１6５．３106.672．７ＥGRCoolｅｒ(EＧR冷卻器)３２。92１．337。4Total198。212７．9110.1CooｌantFloｗ，lｉtrｅ／miｎEnｇine３76．８203.３２５0．9EGＲＣooler34.０２1.525.２Total４1０.82２４．８２7６.1CoolanｔＴｅmｐ．Ｒ