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1、汽车整体动力性仿真计算汽车整体动力性仿真计算 1苍柏课资汽车的动力性指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车所受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。动力性也是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。汽车的动力性汽车的动力性2苍柏课资 汽车动力性评价指标有最高车速、加速时间、最大爬坡度等，与之对应的试验内容有最高车速的测试、汽车起步连续换挡加速时间与超车加速时间的测试和汽车最大爬坡度的测试。另外，按照我国标准，动力性评价试验均在满载情况下进行。动力性评价指标动力性评价指标3苍柏课资动力性数学模型的建立动力性数学模型的建立 根据汽车的驱动力与行驶阻力的平衡关系建立汽车行驶方程，从而可计算汽车的最高车
2、速、加速时间和最大爬坡度。其中行驶阻力包括滚动阻力Ff、空气阻力Fw、坡度阻力Fi和加速阻力Fj 。汽车行驶方程为:将行驶方程具体化为：将行驶方程具体化为：4苍柏课资最高车速的理论计算最高车速的理论计算 汽车的最高车速指在水平良好路面上汽车能达到的最汽车的最高车速指在水平良好路面上汽车能达到的最高行驶车速。此时汽车加速度高行驶车速。此时汽车加速度 及道路坡度及道路坡度 都为都为0，故汽，故汽车行驶方程变为车行驶方程变为:Ttq 发动机转矩；ig变速器传动比；i0主减速器传动比；T传动系的机械效率。5苍柏课资最高车速的理论计算最高车速的理论计算 另外，发动机转速另外，发动机转速n与汽车车速与汽车
3、车速ua之间存在以下关系之间存在以下关系: 发动机转矩发动机转矩Ttq与转速与转速n的关系常采用多项式描述的关系常采用多项式描述: 式中，系数式中，系数a0、a1、a2.ak由最小二乘法确定；拟合由最小二乘法确定；拟合阶数阶数k随特性曲线而异，一般取随特性曲线而异，一般取3、4、5。6苍柏课资 将以上几式可以加以合并，则可将行驶方程变成以车速为将以上几式可以加以合并，则可将行驶方程变成以车速为变量的一元高次函数变量的一元高次函数：最高车速的理论计算最高车速的理论计算7苍柏课资最高车速的理论计算最高车速的理论计算 当发动机转速在怠速与最高转速之间变化且变速器处当发动机转速在怠速与最高转速之间变化
4、且变速器处于最高档位时，对上式求导即可解出此函数的极值。其中于最高档位时，对上式求导即可解出此函数的极值。其中极大值即为汽车的最高车速。显然，阶数极大值即为汽车的最高车速。显然，阶数k越高，计算越越高，计算越繁琐。为了直观地表达汽车各档位行驶时的受力情况及其繁琐。为了直观地表达汽车各档位行驶时的受力情况及其平衡关系，可将汽车行驶方程用图解法表示，即将不同档平衡关系，可将汽车行驶方程用图解法表示，即将不同档位的驱动力连同由滚动阻力与空气阻力叠加形成的行驶阻位的驱动力连同由滚动阻力与空气阻力叠加形成的行驶阻力绘制在同一坐标系中。这样，汽车的最高车速便可以在力绘制在同一坐标系中。这样，汽车的最高车速
5、便可以在图中直接档驱动力曲线与行驶阻力曲线的交点处得到。图中直接档驱动力曲线与行驶阻力曲线的交点处得到。8苍柏课资输出转矩仿真计算输出转矩仿真计算 取国产某小型轿车进行仿真计算，发动机输出转矩特性取国产某小型轿车进行仿真计算，发动机输出转矩特性可由台架试验获得，其发动机特性具体参数如下表可由台架试验获得，其发动机特性具体参数如下表1所示：所示：转矩转矩/(r/min)150020002500300035004000450050005500输出转矩输出转矩/N.m78.5983.0485.0186.6397.0985.8784.6782.5080.54 汽汽车车基基本本参参数数如如下下：发发动动
6、机机排排量量为为1096mL，最最大大转转矩矩为为87N.m(30003500r/min),转转速速范范围围为为8005400r/min，满满载载总总质质量量约约为为970kg，车车轮轮滚滚动动半半径径为为0.272m，传传动动系系统统机机械械效效率率为为0.9，空空气气阻阻力力系系数数为为0.3，迎迎风风面面积积为为2.3m2,滚滚动动阻阻力力系系数数为为0.012，变变速速器器速速比比ig=（3.416,1.894,1.280,0.914,0.757），主减速比为），主减速比为4.388。 表表1 发动机外特性具体参数发动机外特性具体参数9苍柏课资M M文件文件根据上述理论公式编写根据上述
7、理论公式编写M M文件，具体程序如下文件，具体程序如下：clear allclcn=1500:500:5500; %转速范围T=78.59,83.04,85.01,86.63,87.09,85.87,84.67,82.50,80.54; %对应各转矩dt=polyfit(n,T,4); %对发动机输出转矩特性进行多项式拟合，阶数取4n1=1000:100:5500;t=polyval(dt,n1);figure(1)plot(n1,t,n,T,x),grid on %图示发动机输出转矩特性title(发动机外特性)10苍柏课资M M文件文件汽车驱动力计算，具体程序如下汽车驱动力计算，具体程序如
8、下：G=970*9.8; %整车重力/Nig=3.416 1.894 1.28 0.914 0.757;k=1:5; %5个档位r=0.272;i0=4.388;eta=0.9; %传动效率ngk=800;ngm=5400;ugk=0.377.*r.*ngk./(ig(k).*i0); %计算每一档发动机800rpm时的最低行驶速度ukm=0.377.*r.*ngm./(ig(k).*i0); %计算每一档发动机5400rpm时的最低行驶速度for k=1:5 u=ugk(k):ukm(k); n=ig(k)*i0*u/r/0.377; t=polyval(dt,n); Ft=t*ig(k)*
9、i0*eta/r; figure(2) plot(u,Ft) hold on,grid on %保证每次循环的图形都保留显示end11苍柏课资M M文件文件行驶阻力计算，具体程序如下行驶阻力计算，具体程序如下：f0=0.009;f1=0.002;f4=0.0003;%三者都是轿车滚动阻力系数Cd=0.3; %空气阻力系数Cd，输入0.3A=2.3; %迎风面积A=，输入2.3u=0:10:160;f=f0+f1*(u/100)+f4*(u/100).4;Ff=G*f; %计算滚动阻力Fw=Cd*A*u.2/21.15; %计算空气阻力F=Ff+Fw;title(驱动力-阻力图（五档速比为3.4
10、16 1.894 1.28 0.914 0.757）)plot(u,F,mo-);grid on hold on12苍柏课资M M文件文件图解法求解最高车速，具体程序如下图解法求解最高车速，具体程序如下：for u=50:0.1:180; k=5; n=ig(k)*i0*u/r/0.377; t=polyval(dt,n); Ft=t*ig(k)*i0*eta/r; f=f0+f1*(u/100)+f4*(u/100).4; Ff=G*f; %计算滚动阻力 Fw=Cd*A*u.2./21.15; %计算空气阻力 F=Ff+Fw; if abs(Ft-F)1; %当驱动力与行驶阻力差值小于1N时
11、，近似认为为理论最高车速 umax=u;break endenddisp(=汽车动力性能仿真计算结果=)disp(驱动力-行驶阻力平衡图以及最高车速)fprintf(汽车理论最高车速（驱动力与行驶阻力曲线交点）Vmax=%3.3fkm/hn,umax)13苍柏课资仿真计算结果仿真计算结果运行程序可以得到以下结果：运行程序可以得到以下结果：14苍柏课资输出功率输出功率 汽车行驶时，其驱动力和行驶阻力是相互平衡的，发动机输汽车行驶时，其驱动力和行驶阻力是相互平衡的，发动机输出功率与汽车行驶的阻力功率也是平衡的。在汽车行驶的每一时出功率与汽车行驶的阻力功率也是平衡的。在汽车行驶的每一时刻，发动机发出
12、的功率始终等于机械传动损失与全部运动所消耗刻，发动机发出的功率始终等于机械传动损失与全部运动所消耗的功率。的功率。 汽车发动机输出功率可以由发动机台架试验获得。进行功率汽车发动机输出功率可以由发动机台架试验获得。进行功率需求计算时，一般先只考虑滚动阻力功率与空气阻力功率，他们需求计算时，一般先只考虑滚动阻力功率与空气阻力功率，他们分别为：分别为： 可以看出，两部分阻力功率分别为车速可以看出，两部分阻力功率分别为车速u的一元函数，在的一元函数，在MATLAB中可以容易地对它们进行计算与图示。中可以容易地对它们进行计算与图示。15苍柏课资输出功率仿真计算输出功率仿真计算 仍然取先前国产某小型轿车进
13、行仿真计算，整车综合性仍然取先前国产某小型轿车进行仿真计算，整车综合性能参数如前所述。发动机输出功率特性可由台架试验获得，能参数如前所述。发动机输出功率特性可由台架试验获得，如下表如下表2所示：所示：转矩转矩/(r/min)150020002500300035004000450050005500输出功率输出功率/kW10.613.417.621.825.227.531.135.431.6 与输出转矩一样，功率与发动机转速的关系也可以用与输出转矩一样，功率与发动机转速的关系也可以用MATLAB提供的多项式进行曲线拟合，非常实用、简便，提供的多项式进行曲线拟合，非常实用、简便，可以满足工程设计需要
14、。可以满足工程设计需要。 表表2 发动机输出功率特性发动机输出功率特性16苍柏课资M M文件文件根据上述理论公式编写根据上述理论公式编写M M文件，具体程序如下文件，具体程序如下：clear allclcn=1500:500:5500; %转速范围P=10.6 13.4 17.6 21.8 25.2 27.5 31.3 35.4 31.6;%对应各输出功率dp=polyfit(n,P,4);%对发动机输出功率进行多项式拟合，阶数取4n1=1000:500:5500;p=polyval(dp,n1);figure(3)plot(n1,p,-x),grid on%图示发动机输出转矩特性title(
15、发动机外特性（功率）)17苍柏课资M M文件文件汽车驱动力计算，具体程序如下汽车驱动力计算，具体程序如下：G=970*9.8;%整车重力/Nig=3.416 1.894 1.28 0.914 0.757;r=0.272;i0=4.388;eta=0.9; %传动效率k=1:5;%5个档位ngk=800;ngm=5400;ugk=0.377.*r.*ngk./(ig(k).*i0); %计算每一档发动机800rpm时的最低行驶速度ukm=0.377.*r.*ngm./(ig(k).*i0); %计算每一档发动机5400rpm时的最低行驶速度f0=0.009;f1=0.002;f4=0.0003;
16、 %三者都是轿车滚动阻力系数Cd=0.3; %空气阻力系数Cd，输入0.3A=2.3; %迎风面积A，输入2.318苍柏课资M M文件文件发动机输出功率计算发动机输出功率计算，具体程序如下，具体程序如下：for k=1:5 u=ugk(k):ukm(k); n=ig(k)*i0*u/r/0.377; pe=polyval(dp,n); figure(4) plot(u,pe) hold on,grid on%保证每次循环的图形都保留显示end19苍柏课资M M文件文件发动机发动机阻力阻力功率功率计算计算，具体程序如下，具体程序如下：u=10:10:150;f=f0+f1*(u/100)+f4*
17、(u/100).4;Pf=G*f.*u/3600; %计算滚动功率Pw=Cd*A*u.3/76140; %计算空气阻力功率p=(Pf+Pw)/eta;title(功率平衡图（五档速比为3.416 1.894 1.28 0.914 0.757）)plot(u,p);grid on hold on20苍柏课资M M文件文件图解法求解最高车速，具体程序如下图解法求解最高车速，具体程序如下：for u=50:0.5:180;k=5; n=ig(k)*i0*u/r/0.377; pe=polyval(dp,n); f=f0+f1*(u/100)+f4*(u/100).4; Pf=G*f.*u/3600; Pw=Cd*A*u.3/76140; p=(Pf+Pw)/eta; if abs(pe-p)0.1;%当驱动力与行驶阻力差值小于1N时，近似认为相等， 即为理论最高车速 umax=u;break endenddisp(=汽车功率平衡计算=)disp(功率平衡图以及最高车速)fprintf(由功率平衡图得到的最高车速Vmax=%3.3fkm/hn,umax)21苍柏课资仿真计算结果仿真计算结果运行程序可以得到以下结果：运行程序可以得到以下结果：22苍柏课资23苍柏课资
