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1、汽車整體動力性仿真計算汽車整體動力性仿真計算 1蒼柏課資汽車的動力性指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車所受到的縱向外力決定的、所能達到的平均行駛速度。動力性也是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。汽車的動力性汽車的動力性2蒼柏課資 汽車動力性評價指標有最高車速、加速時間、最大爬坡度等，與之對應(yīng)的試驗內(nèi)容有最高車速的測試、汽車起步連續(xù)換擋加速時間與超車加速時間的測試和汽車最大爬坡度的測試。另外，按照我國標準，動力性評價試驗均在滿載情況下進行。動力性評價指標動力性評價指標3蒼柏課資動力性數(shù)學(xué)模型的建立動力性數(shù)學(xué)模型的建立 根據(jù)汽車的驅(qū)動力與行駛阻力的平衡關(guān)系建立汽車行駛方程，從而可計算汽車的最高車

2、速、加速時間和最大爬坡度。其中行駛阻力包括滾動阻力Ff、空氣阻力Fw、坡度阻力Fi和加速阻力Fj。汽車行駛方程為:將行駛方程具體化為：將行駛方程具體化為：tfwijFFFFFtq g 0T2Dadcossin21.15dT i iC AuGfuGmrt 4蒼柏課資最高車速的理論計算最高車速的理論計算 汽車的最高車速指在水平良好路面上汽車能達到的最汽車的最高車速指在水平良好路面上汽車能達到的最高行駛車速。此時汽車加速度高行駛車速。此時汽車加速度 及道路坡度及道路坡度 都為都為0，故汽，故汽車行駛方程變?yōu)檐囆旭偡匠套優(yōu)?dduttq g 0T2Da21.15T i iC AGfur Ttq 發(fā)動機

3、轉(zhuǎn)矩；ig變速器傳動比；i0主減速器傳動比；T傳動系的機械效率。5蒼柏課資最高車速的理論計算最高車速的理論計算 另外，發(fā)動機轉(zhuǎn)速另外，發(fā)動機轉(zhuǎn)速n與汽車車速與汽車車速ua之間存在以下關(guān)系之間存在以下關(guān)系:0ga377.0iinru 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩發(fā)動機轉(zhuǎn)矩Ttq與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系常采用多項式描述的關(guān)系常采用多項式描述:2012ktqkTaana na n 式中，系數(shù)式中，系數(shù)a0、a1、a2.ak由最小二乘法確定；擬合由最小二乘法確定；擬合階數(shù)階數(shù)k隨特性曲線而異，一般取隨特性曲線而異，一般取3、4、5。6蒼柏課資 將以上幾式可以加以合并，則可將行駛方程變成以車速為將以上幾式可以加以合并，則可將

4、行駛方程變成以車速為變量的一元高次函數(shù)變量的一元高次函數(shù)：最高車速的理論計算最高車速的理論計算000102()0.3770.37721.15gagakkgTDai i ui i uaaai iC ArrGfur000102()0.3770.377021.15gagakkgTDai i ui i uaaai iC ArrGfur或 7蒼柏課資最高車速的理論計算最高車速的理論計算 當發(fā)動機轉(zhuǎn)速在怠速與最高轉(zhuǎn)速之間變化且變速器處當發(fā)動機轉(zhuǎn)速在怠速與最高轉(zhuǎn)速之間變化且變速器處于最高檔位時，對上式求導(dǎo)即可解出此函數(shù)的極值。其中于最高檔位時，對上式求導(dǎo)即可解出此函數(shù)的極值。其中極大值即為汽車的最高車速。顯

5、然，階數(shù)極大值即為汽車的最高車速。顯然，階數(shù)k越高，計算越越高，計算越繁瑣。為了直觀地表達汽車各檔位行駛時的受力情況及其繁瑣。為了直觀地表達汽車各檔位行駛時的受力情況及其平衡關(guān)系，可將汽車行駛方程用圖解法表示，即將不同檔平衡關(guān)系，可將汽車行駛方程用圖解法表示，即將不同檔位的驅(qū)動力連同由滾動阻力與空氣阻力疊加形成的行駛阻位的驅(qū)動力連同由滾動阻力與空氣阻力疊加形成的行駛阻力繪制在同一坐標系中。這樣，汽車的最高車速便可以在力繪制在同一坐標系中。這樣，汽車的最高車速便可以在圖中直接檔驅(qū)動力曲線與行駛阻力曲線的交點處得到。圖中直接檔驅(qū)動力曲線與行駛阻力曲線的交點處得到。8蒼柏課資輸出轉(zhuǎn)矩仿真計算輸出轉(zhuǎn)矩

6、仿真計算 取國產(chǎn)某小型轎車進行仿真計算，發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩特性取國產(chǎn)某小型轎車進行仿真計算，發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩特性可由臺架試驗獲得，其發(fā)動機特性具體參數(shù)如下表可由臺架試驗獲得，其發(fā)動機特性具體參數(shù)如下表1所示：所示：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩/(r/min)150020002500300035004000450050005500輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩/N.m78.5983.0485.0186.6397.0985.8784.6782.5080.54 汽車基本參數(shù)如下：發(fā)動機排量為汽車基本參數(shù)如下：發(fā)動機排量為1096mL，最大轉(zhuǎn)矩為，最大轉(zhuǎn)矩為87N.m(30003500r/min),轉(zhuǎn)速范圍為轉(zhuǎn)速范圍為8005400r/mi

7、n，滿載總質(zhì)量，滿載總質(zhì)量約為約為970kg，車輪滾動半徑為，車輪滾動半徑為0.272m，傳動系統(tǒng)機械效率為，傳動系統(tǒng)機械效率為0.9，空，空氣阻力系數(shù)為氣阻力系數(shù)為0.3，迎風(fēng)面積為，迎風(fēng)面積為2.3m2,滾動阻力系數(shù)為滾動阻力系數(shù)為0.012，變速器，變速器速比速比ig=（3.416,1.894,1.280,0.914,0.757），主減速比為），主減速比為4.388。表表1 發(fā)動機外特性具體參數(shù)發(fā)動機外特性具體參數(shù)9蒼柏課資MM文件文件根據(jù)上述理論公式編寫根據(jù)上述理論公式編寫M M文件，具體程序如下文件，具體程序如下：clear allclcn=1500:500:5500;%轉(zhuǎn)速范圍T=

8、78.59,83.04,85.01,86.63,87.09,85.87,84.67,82.50,80.54;%對應(yīng)各轉(zhuǎn)矩dt=polyfit(n,T,4);%對發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩特性進行多項式擬合，階數(shù)取4n1=1000:100:5500;t=polyval(dt,n1);figure(1)plot(n1,t,n,T,x),grid on%圖示發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩特性title(發(fā)動機外特性)10蒼柏課資MM文件文件汽車驅(qū)動力計算，具體程序如下汽車驅(qū)動力計算，具體程序如下：G=970*9.8;%整車重力/Nig=3.416 1.894 1.28 0.914 0.757;k=1:5;%5個檔位r=0.27

9、2;i0=4.388;eta=0.9;%傳動效率ngk=800;ngm=5400;ugk=0.377.*r.*ngk./(ig(k).*i0);%計算每一檔發(fā)動機800rpm時的最低行駛速度ukm=0.377.*r.*ngm./(ig(k).*i0);%計算每一檔發(fā)動機5400rpm時的最低行駛速度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)*i0*eta/r;figure(2)plot(u,Ft)hold on,grid on%保證每次循環(huán)的圖形都保留顯示end11蒼柏課資MM文件文件行駛阻

10、力計算，具體程序如下行駛阻力計算，具體程序如下：f0=0.009;f1=0.002;f4=0.0003;%三者都是轎車滾動阻力系數(shù)Cd=0.3;%空氣阻力系數(shù)Cd，輸入0.3A=2.3;%迎風(fēng)面積A=，輸入2.3u=0:10:160;f=f0+f1*(u/100)+f4*(u/100).4;Ff=G*f;%計算滾動阻力Fw=Cd*A*u.2/21.15;%計算空氣阻力F=Ff+Fw;title(驅(qū)動力-阻力圖（五檔速比為3.416 1.894 1.28 0.914 0.757）)plot(u,F,mo-);grid on hold on12蒼柏課資MM文件文件圖解法求解最高車速，具體程序如下圖

11、解法求解最高車速，具體程序如下：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;%計算滾動阻力 Fw=Cd*A*u.2./21.15;%計算空氣阻力 F=Ff+Fw;if abs(Ft-F)1;%當驅(qū)動力與行駛阻力差值小于1N時，近似認為為理論最高車速 umax=u;break endenddisp(=汽車動力性能仿真計算結(jié)果=)disp(驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖以及最高車速)fprintf(汽車理論最高車速（驅(qū)動力與

12、行駛阻力曲線交點）Vmax=%3.3fkm/hn,umax)13蒼柏課資仿真計算結(jié)果仿真計算結(jié)果運行程序可以得到以下結(jié)果：運行程序可以得到以下結(jié)果：14蒼柏課資輸出功率輸出功率 汽車行駛時，其驅(qū)動力和行駛阻力是相互平衡的，發(fā)動機輸汽車行駛時，其驅(qū)動力和行駛阻力是相互平衡的，發(fā)動機輸出功率與汽車行駛的阻力功率也是平衡的。在汽車行駛的每一時出功率與汽車行駛的阻力功率也是平衡的。在汽車行駛的每一時刻，發(fā)動機發(fā)出的功率始終等于機械傳動損失與全部運動所消耗刻，發(fā)動機發(fā)出的功率始終等于機械傳動損失與全部運動所消耗的功率。的功率。汽車發(fā)動機輸出功率可以由發(fā)動機臺架試驗獲得。進行功率汽車發(fā)動機輸出功率可以由發(fā)

13、動機臺架試驗獲得。進行功率需求計算時，一般先只考慮滾動阻力功率與空氣阻力功率，他們需求計算時，一般先只考慮滾動阻力功率與空氣阻力功率，他們分別為：分別為：f3600GfuP 3w76140DC AuP eT1fwPPP 可以看出，兩部分阻力功率分別為車速可以看出，兩部分阻力功率分別為車速u的一元函數(shù)，在的一元函數(shù)，在MATLAB中可以容易地對它們進行計算與圖示。中可以容易地對它們進行計算與圖示。15蒼柏課資輸出功率仿真計算輸出功率仿真計算 仍然取先前國產(chǎn)某小型轎車進行仿真計算，整車綜合性仍然取先前國產(chǎn)某小型轎車進行仿真計算，整車綜合性能參數(shù)如前所述。發(fā)動機輸出功率特性可由臺架試驗獲得，能參數(shù)如

14、前所述。發(fā)動機輸出功率特性可由臺架試驗獲得，如下表如下表2所示：所示：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩/(r/min)150020002500300035004000450050005500輸出功率輸出功率/kW10.613.417.621.825.227.531.135.431.6 與輸出轉(zhuǎn)矩一樣，功率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系也可以用與輸出轉(zhuǎn)矩一樣，功率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系也可以用MATLAB提供的多項式進行曲線擬合，非常實用、簡便，提供的多項式進行曲線擬合，非常實用、簡便，可以滿足工程設(shè)計需要?？梢詽M足工程設(shè)計需要。表表2 發(fā)動機輸出功率特性發(fā)動機輸出功率特性16蒼柏課資MM文件文件根據(jù)上述理論公式編寫根據(jù)上述理論公式編

15、寫M M文件，具體程序如下文件，具體程序如下：clear allclcn=1500:500:5500;%轉(zhuǎn)速范圍P=10.6 13.4 17.6 21.8 25.2 27.5 31.3 35.4 31.6;%對應(yīng)各輸出功率dp=polyfit(n,P,4);%對發(fā)動機輸出功率進行多項式擬合，階數(shù)取4n1=1000:500:5500;p=polyval(dp,n1);figure(3)plot(n1,p,-x),grid on%圖示發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩特性title(發(fā)動機外特性（功率）)17蒼柏課資MM文件文件汽車驅(qū)動力計算，具體程序如下汽車驅(qū)動力計算，具體程序如下：G=970*9.8;%整車重力/

16、Nig=3.416 1.894 1.28 0.914 0.757;r=0.272;i0=4.388;eta=0.9;%傳動效率k=1:5;%5個檔位ngk=800;ngm=5400;ugk=0.377.*r.*ngk./(ig(k).*i0);%計算每一檔發(fā)動機800rpm時的最低行駛速度ukm=0.377.*r.*ngm./(ig(k).*i0);%計算每一檔發(fā)動機5400rpm時的最低行駛速度f0=0.009;f1=0.002;f4=0.0003;%三者都是轎車滾動阻力系數(shù)Cd=0.3;%空氣阻力系數(shù)Cd，輸入0.3A=2.3;%迎風(fēng)面積A，輸入2.318蒼柏課資MM文件文件發(fā)動機輸出功率

17、計算發(fā)動機輸出功率計算，具體程序如下，具體程序如下：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%保證每次循環(huán)的圖形都保留顯示end19蒼柏課資MM文件文件發(fā)動機發(fā)動機阻力阻力功率功率計算計算，具體程序如下，具體程序如下：u=10:10:150;f=f0+f1*(u/100)+f4*(u/100).4;Pf=G*f.*u/3600;%計算滾動功率Pw=Cd*A*u.3/76140;%計算空氣阻力功率p=(Pf+Pw)/eta;title(功率平

18、衡圖（五檔速比為3.416 1.894 1.28 0.914 0.757）)plot(u,p);grid on hold on20蒼柏課資MM文件文件圖解法求解最高車速，具體程序如下圖解法求解最高車速，具體程序如下：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;%當驅(qū)動力與行駛阻力差值小于1N時，近似認為相等，即為理論最高車速 umax=u;break endenddisp(=汽車功率平衡計算=)disp(功率平衡圖以及最高車速)fprintf(由功率平衡圖得到的最高車速Vmax=%3.3fkm/hn,umax)21蒼柏課資仿真計算結(jié)果仿真計算結(jié)果運行程序可以得到以下結(jié)果：運行程序可以得到以下結(jié)果：22蒼柏課資23蒼柏課資