[發(fā)明專利]自由活塞直線發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)特性仿真分析方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110062237.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN112761782B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐娟;程勇;呂宏;馬宗正;馬翠英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東休普動(dòng)力科技股份有限公司
• 主分類號(hào): F02B63/04
• 分類號(hào): F02B63/04;G06F30/20
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發(fā)明提供了一種自由活塞直線發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)特性仿真分析方法及系統(tǒng)，根據(jù)FPLG系統(tǒng)受力特點(diǎn)，基于動(dòng)力學(xué)原理，建立FPLG動(dòng)子運(yùn)動(dòng)特性仿真模型，并根據(jù)FPLG系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理，分析模型參數(shù)設(shè)置方法，分析不同工況運(yùn)動(dòng)特性模擬的加載條件，最后，對(duì)結(jié)果提取及分析方法進(jìn)行研究。本發(fā)明能夠有效解決目前FPLG實(shí)驗(yàn)成本高、實(shí)施困難的問題，通過該仿真方法的分析，能夠獲得FPLG系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性及影響運(yùn)動(dòng)特性的參數(shù)和影響規(guī)律，計(jì)算過程快捷方便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自由活塞直線發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自由活塞直線發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)特性仿真分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

自由活塞直線發(fā)電機(jī)(FPLG)通過電機(jī)將內(nèi)燃機(jī)燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為電能輸出，可替代增程式混合動(dòng)力汽車的輔助動(dòng)力單元，自由活塞直線發(fā)電機(jī)作為一種新興的動(dòng)力裝置，是未來新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)的重要研究方向。

FPLG系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上主要包括內(nèi)燃機(jī)和直線發(fā)電機(jī)，其中FPLG中的內(nèi)燃機(jī)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)有相似的熱力學(xué)原理，但在結(jié)構(gòu)上省略了曲軸和飛輪機(jī)構(gòu)，將燃燒產(chǎn)生的熱能通過電機(jī)轉(zhuǎn)換為所需的能量輸出，具有高效率、低油耗等諸多潛在性能優(yōu)勢(shì)。

FPLG將內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)串聯(lián)連接，其中內(nèi)燃機(jī)活塞、連桿及直線電機(jī)動(dòng)子相連組成了系統(tǒng)動(dòng)子組件。啟動(dòng)時(shí)，直線電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)直到達(dá)到啟動(dòng)條件；之后，內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火燃燒，推動(dòng)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)，直線電機(jī)作為發(fā)電機(jī)發(fā)電。內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的熱能一部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)子的動(dòng)能，一部分轉(zhuǎn)換為熱能，還有一部分則轉(zhuǎn)換為電能輸出。但由于內(nèi)燃機(jī)循環(huán)變動(dòng)現(xiàn)象，每循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱能都會(huì)產(chǎn)生變化，導(dǎo)致動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)難以控制，和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相比，F(xiàn)PLG系統(tǒng)更容易出現(xiàn)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)止點(diǎn)位置不穩(wěn)定、燃燒循環(huán)波動(dòng)更大、燃燒極差或失火狀況，導(dǎo)致FPLG持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行存在難度。由于目前FPLG系統(tǒng)存在的相關(guān)問題，導(dǎo)致對(duì)FPLG相關(guān)問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究存在很大困難。而對(duì)FPLG系統(tǒng)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)特性、各系統(tǒng)參數(shù)對(duì)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)特性影響、各控制參數(shù)匹配耦合等問題的研究又是FPLG穩(wěn)定運(yùn)行及后續(xù)有效應(yīng)用的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種自由活塞直線發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)特性仿真分析方法及系統(tǒng)，本發(fā)明根據(jù)FPLG系統(tǒng)受力特點(diǎn)，基于動(dòng)力學(xué)原理，建立FPLG動(dòng)子運(yùn)動(dòng)特性仿真模型，并根據(jù)FPLG系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理，分析模型參數(shù)設(shè)置方法，分析不同工況運(yùn)動(dòng)特性模擬的加載條件，最后，對(duì)結(jié)果提取及分析方法進(jìn)行研究。本發(fā)明能夠有效解決目前FPLG實(shí)驗(yàn)成本高、實(shí)施困難的問題，通過分析，能夠獲得FPLG系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性及影響運(yùn)動(dòng)特性的參數(shù)和影響規(guī)律，計(jì)算過程快捷方便。

根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種自由活塞直線發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)特性仿真分析方法，包括以下步驟：

根據(jù)自由活塞直線發(fā)電機(jī)受力，基于動(dòng)力學(xué)原理，綜合考慮電磁力、摩擦力及缸內(nèi)壓力方面，建立自由活塞直線發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)特性仿真分析模型；

確定待研究參數(shù)為變量，對(duì)構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)特性仿真分析模型，進(jìn)行缸內(nèi)壓力、電磁力和摩擦力方面相關(guān)參數(shù)設(shè)置；

確定不同工況運(yùn)動(dòng)特性模擬加載條件；

對(duì)不同工況進(jìn)行自由活塞直線發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)特性仿真，提取相關(guān)運(yùn)動(dòng)曲線，提取缸內(nèi)壓力、摩擦力和電磁力的變化，確定相關(guān)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。

作為可選擇的實(shí)施方式，所述自由活塞直線發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)特性仿真分析模型包括動(dòng)子運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)仿真模型，所述動(dòng)子運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)仿真模型考慮動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)加速度、動(dòng)子從一側(cè)上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一側(cè)上止點(diǎn)過程中的速度，以及對(duì)應(yīng)的行程和速度關(guān)系。