Proyecto de simulación de ciclos de emisiones y prestaciones de un vehículo

Abstract

El presente proyecto es continuación del iniciado el pasado año por el Departamento de Emisiones de NISSAN MOTOR IBERICA con el fin de simular las emisiones producidas por un vehículo al seguir los ciclos de homologación propuestos por las reglamentaciones anticontaminantes. El programa que se había desarrollado parte de los datos del ciclo de emisiones que se va a realizar (la velocidad y la marcha que deberá ir engranada en cada segundo), los datos del vehículo (caja de cambios (relaciones de cambio y rendimientos), aerodinámica, ruedas, inercias, geometría y peso, y los datos del motor (para varios regímenes y distintos grados de carga se almacenan las emisiones de los diferentes contaminantes y los valores del par, el régimen, y la posición de acelerador. Con estos datos, el programa calculaba la potencia, el régimen y el par que debería estar entregando el motor en cada segundo para poder cumplir los requerimientos del ciclo. Conociendo este punto ideal o teórico de funcionamiento del motor en cada instante del ciclo, se interpola entre aquellos más cercanos a él del mapa del motor para hallar las emisiones correspondientes a ese punto del ciclo. Como se ve el programa supeditaba todo el cálculo a los requerimientos del ciclo, por lo que si estos eran superiores a lo que puede proporcionar el motor (como ocurre con los últimos ciclos de emisiones con nuevos tramos que simulan recorridos de alta velocidad en autopista exigiendo al motor mucho más que en los ciclos urbanos) el programa simplificaba suponiendo que el vehículo seguía el ciclo y se asignaban las emisiones del punto más cercano, falseándose por tanto los valores del espacio recorrido y de las emisiones por kilómetro. . De ahí la necesidad de desarrollar un Programa de Cálculo de Prestaciones para que en los momentos en que el vehículo no puede seguir el ciclo se obtengan tanto los puntos de funcionamiento reales del motor, como los valores de velocidad y distancia realmente alcanzados. Se planteó realizar un Programa de Simulación de Prestaciones independiente del de Simulación de Emisiones y que este último se sirviera de aquél utilizando alguna de sus subrutinas o funciones. Este nuevo programa permite, tras seleccionar el motor y el vehículo deseados, escoger mediante menus de opciones el tipo de ensayo con las siguientes posibilidades: 2 1.- Realizar un ensayo para obtener el mapa completo de la fuerza en rueda en cada marcha y la fuerza de carga de la carretera para diferentes pendientes en todo el rango de velocidades, obteniendo de este ensayo la maxima pendiente superable en cada marcha (y a que velocidad), la velocidad máxima alcanzable por el vehículo ... 2.- Realizar ensayos típicos de prestaciones: - Tiempo que tarda en conseguir pasar de una velocidad a otra. - Tiempo que tarda en recorrer una distancia partiendo de una determinada velocidad inicial. - Fijando el tiempo del ensayo y las condiciones iniciales (velocidad y marcha) hallar la velocidad final alcanzada y la distancia recorrida. Esta última opc1on Emisiones que necesita alcanzada en un segundo. es la utilizada por conocer la distancia el Programa de y la velocidad En todos los ensayos se puede seleccionar si se hacen en una sola marcha (ensayos de recuperación, reprise, o elasticidad) o cambiando de marcha. En este último caso permite escoger el tipo de simulación de cambio de marcha de la siguiente forma: a.- Introduciendo el usuario el tiempo que se va a tardar en cambiar. b.- Escogiendo el momento en que se va a realizar el cambio (si va a ser unas determinadas vueltas después del régimen de potencia máxima o en el momento óptimo, que se encarga de encontrar el ordenador, obteniendo siempre la máxima potencia posible del motor) c.- Escogiendo el tipo de comportamiento del vehículo durante el cambio, suponiendo que se mantiene la velocidad constante (debido al poco tiempo que dura el cambio), o calculando como disminuye la velocidad durante el cambio por las fuerzas de oposición. Una vez recogidos los datos de vehículo, motor y ensayo el programa pasa a calcular el ensayo introducido almacenando cada dos pasos de integración los valores calculados de: - La velocidad alcanzada. - El tiempo transcurrido. - La distancia recorrida. - La aceleración. - La potencia. - El régimen. - La marcha. - La "fuerza del motor". - La fuerza de oposición de la carretera. 3 Posteriormente se ofrece la posibilidad de una salida de datos tanto en forma de tablas, para un estudio más detallado, como en forma gráfica, con numerosas opciones de presentación de los datos para su mejor comparación o análisis e incluso con la posibilidad de crear una librería de salidas gráficas standard de forma que no haya que definir cada vez el tipo de salida deseado sino simplemente seleccionar una de las ya grabadas en la librería. Este programa conjunto de Cálculo de Emisiones y Prestaciones será de gran utilidad ya que gracias a el se podrá: - Desarrollar un motor y predecir su comportamiento sin necesidad de que estos existan realmente, pudiendo variar cualquier característica, tanto del motor como del vehículo, comprobando que valores habrá que retocar para alcanzar los objetivos buscados, opciones que de llevar a cabo en el banco de ensayo serían prohibitivas tanto por el coste en la realización de prototipos como por el tiempo necesario para su desarrollo. - Elegir las relaciones del cambio más apropiadas para conseguir el resultado óptimo conjugando los objetivos de mejorar las prestaciones y disminuir las emisiones, fines normalmente no coincidentes. Entre las numerosas versiones de un mismo vehículo, teniendo en cuenta diferentes carrocerias (por ejemplo techo alto o normal), diferentes distancias entre ejes en los vehículos industriales, distintos pesos, distintas cajas de cambio, ... descubrir aquella más problemática para alcanzar los fines propuestos (ya sean en emisiones o en prestaciones) y optimizar el motor teniendo en cuenta los requerimientos de esa versión, ya que si con ella se logran cumplir los objetivos, con mayor claridad se conseguirán en todas las demás. - Cuando motor y vehículo están ya desarrollados descubrir las posibilidades del conjunto y recapacitar sobre las metas inicialmente buscadas descubriendo si son realmente alcanzables o por el contrario las exigencias de prestaciones y emisiones son incompatibles y por tanto imposibles de conseguir.