基于MATLAB的貨車動(dòng)力性能的分析實(shí)驗(yàn)(共11頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于MATLAB的貨車動(dòng)力性能的分析實(shí)驗(yàn)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解MATLAB的基本知識(shí)，熟悉相關(guān)的操作；2. 能夠熟練運(yùn)用其中的一些方法來(lái)解決和專業(yè)有關(guān)的基本問(wèn)題。1.2 實(shí)驗(yàn)要求1. 掌握MATLAB數(shù)值計(jì)算、程序設(shè)計(jì)以及二維繪圖的基本操作方法；2. 以輕型貨車為例，通過(guò)獨(dú)立的編程實(shí)驗(yàn)確定汽車的動(dòng)力性能；3. 以4擋和5擋兩種變速器的對(duì)比、2擋和4擋兩種起步擋位的對(duì)比來(lái)分析變速器傳動(dòng)比和起步擋位的變化對(duì)汽車的動(dòng)力性能的影響。2、 背景介紹數(shù)值計(jì)算指有效使用數(shù)字計(jì)算機(jī)求數(shù)學(xué)問(wèn)題近似解的方法與過(guò)程，主要研究如何利用計(jì)算機(jī)更好的解決各種數(shù)學(xué)問(wèn)題。MA

2、TLAB軟件具有出色的數(shù)值計(jì)算能力，在世界上同類軟件中占據(jù)主導(dǎo)地位，它的數(shù)值計(jì)算功能主要包括：變量和數(shù)值；矩陣和數(shù)組；多項(xiàng)式計(jì)算；數(shù)據(jù)分析等四個(gè)方面的內(nèi)容。MATLAB 語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，其語(yǔ)法規(guī)則與人的思維和書(shū)寫習(xí)慣相近，方面操作。且程序書(shū)寫形式自由，利用其豐富的庫(kù)函數(shù)避開(kāi)繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了很多不必要的編程工作。另外，它的語(yǔ)法限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。此外，MATLAB 還有著非常強(qiáng)大的繪圖功能。作為一個(gè)功能強(qiáng)大的工具軟件，MATLAB 提供了大量的二維、三維圖形函數(shù)。由于系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)和豐富的矩陣運(yùn)算，所以在圖形處理方面既方便又

3、高效。在此背景下，像確定汽車動(dòng)力性能這樣不是很復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算和二維圖形處理問(wèn)題，運(yùn)用MATLAB來(lái)進(jìn)行解決是綽綽有余的。3、 基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.1 實(shí)驗(yàn)原理汽車的動(dòng)力性系指汽車在良好路面上直線行駛時(shí)由汽車受到的縱向外力決定的、所能達(dá)到的平均行駛速度。從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點(diǎn)出發(fā)，汽車的動(dòng)力性主要由三方面的指標(biāo)來(lái)評(píng)定，即：1） 汽車的最高速度umax，指在水平良好的路面（混凝土或?yàn)r青）上汽車能達(dá)到的最高行駛速度；2） 汽車的加速時(shí)間t，表示汽車的加速能力，常用原地起步加速時(shí)間與超車加速時(shí)間來(lái)表明汽車的加速能力；3） 汽車的最大爬坡度imax，指滿載（或某一載質(zhì)量）時(shí)汽車在良好路面上的最大

4、爬坡度，表征汽車的上坡能力。動(dòng)力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能，作為高效率的運(yùn)輸工具，汽車的運(yùn)輸效率之高低很大程度上取決于汽車的動(dòng)力性。確定汽車的動(dòng)力性能即確定上述三項(xiàng)動(dòng)力性指標(biāo)。通常將汽車行駛方程式用圖解法來(lái)進(jìn)行分析汽車行駛時(shí)的受力情況和平衡關(guān)系，作出汽車驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖，并以它來(lái)確定汽車的動(dòng)力性能。根據(jù)汽車?yán)碚摰闹R(shí)，汽車的行駛方程式為：Ft=F=Ff+Fw+Fi+Fj （1） 式中，F(xiàn)t為驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)為行駛阻力之和。， （2） Ttq為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，ig為變速器傳動(dòng)比，i0為主減速器傳動(dòng)比，T為傳動(dòng)系機(jī)械效率，r為車輪半徑；滾動(dòng)阻力Ff=W·f， （3）W為車輪負(fù)荷（

5、等于汽車重力），f為滾動(dòng)阻力系數(shù)； 空氣阻力， （4）CD為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積，ua為汽車行駛速度，；（5）坡度阻力Fi=Gi， （6）G為汽車的重力，i為道路坡度；加速阻力， （7）為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)， （8）m為汽車質(zhì)量，為行駛加速度。（1）由此便可得出驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖，圖中含有各擋的驅(qū)動(dòng)力，又有疊加后的行駛阻力曲線，可以很輕松地找到驅(qū)動(dòng)力曲線和行駛阻力曲線的交點(diǎn)，即為最高車速umax。其中，坡度阻力和加速阻力不疊加在內(nèi)。（2）汽車的加速能力由它從最低穩(wěn)定速度加速到一定距離或80%umax所需的時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)，由汽車?yán)碚撝R(shí)，可通過(guò)繪制汽車的行駛加速度倒數(shù)曲線用MATLAB編

6、程求得。分析1擋或2擋起步加速行駛至70km/h的加速時(shí)間。（3）當(dāng)汽車達(dá)到最大爬坡度時(shí)，此時(shí)imax=tan，為I擋時(shí)的最大爬坡度， 。 （9）3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輕型貨車的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性的Ttq-n曲線的擬合公式為（n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）：（10）發(fā)動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速nmin=600r/min，最高轉(zhuǎn)速nmax=4000r/min貨車裝載質(zhì)量2000kg，整車整備質(zhì)量1800kg，總質(zhì)量3880kg，車輪半徑0.367m，傳動(dòng)系機(jī)械效率T=0.85，滾動(dòng)阻力系數(shù)f=0.013，空氣阻力系數(shù)×迎風(fēng)面積CDA=2.77m2，主減速器傳動(dòng)比i0=5.83，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量If=0.2

7、18kg·m2，二前輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Iw1=1.798kg·m2,四后輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Iw2=3.598kg·m2，變速器傳動(dòng)比i0數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：1擋2擋3擋4擋5擋4擋變速器6.093.091.711.005擋變速器5.562.7691.6441.000.7933.3 實(shí)驗(yàn)步驟1. 裝用5擋變速器，確定貨車的動(dòng)力性能。根據(jù)MATLAB的數(shù)值計(jì)算規(guī)則，運(yùn)用plot函數(shù)，列寫程序以得到驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖。其中貨車總質(zhì)量m、車輪半徑r等常值變量可以直接用輔值語(yǔ)句寫出，需要注意的是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（令轉(zhuǎn)速數(shù)值的變化步長(zhǎng)為5r/min）和變速器傳動(dòng)比需要用矩陣的形式列出，各擋驅(qū)動(dòng)力、行駛

8、阻力、加速度等均可由上述各式推導(dǎo)得出，則有：Ft1=Tq*ig(1)*i0*nT/r; %1擋驅(qū)動(dòng)力曲線方程，往后各擋以此類推ua1=0.377*r*n/ig(1)/i0; %1擋加速度，往后各擋以此類推ua=0:5:120; %確定加速度變化范圍，取變化步長(zhǎng)為5Fz=Ff+Fw; %行駛阻力plot(ua1,Ft1,ua2,Ft2,ua3,Ft3,ua4,Ft4,ua5,Ft5,ua,Fz); %繪圖（1）汽車最大速度點(diǎn)可以在獲得曲線圖后用x,y=ginput(1);語(yǔ)句直接選取，也可以通過(guò)循環(huán)語(yǔ)句編程獲得。（2）汽車最大爬坡度根據(jù)式（9）直接計(jì)算出1擋時(shí)的坡度即可。（3）汽車的加速時(shí)間通過(guò)

9、順序、選擇、循環(huán)等結(jié)構(gòu)語(yǔ)句編程求出。2. 改變參數(shù)，觀察動(dòng)力性能的變化情況。（1） 根據(jù)步驟1，很快能夠得出裝用4擋變速器的貨車的動(dòng)力性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)比其與裝用5擋變速器的不同，進(jìn)行討論分析。（2） 以裝用5擋變速器為例，調(diào)整變速器的起步擋位，本次實(shí)驗(yàn)選取2擋和4擋兩個(gè)擋位作為低擋起步和高擋起步的研究對(duì)象，分析不同起步擋位對(duì)汽車加速時(shí)間的影響。4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析1. 兩種擋位的貨車動(dòng)力性能對(duì)比分析 圖（1）5擋變速器平衡圖 圖（2） 4擋變速器平衡圖 圖（3） 5擋變速器運(yùn)行結(jié)果 圖（4） 4擋變速器運(yùn)行結(jié)果 圖（5） 5擋變速器加速度倒數(shù)曲線 圖（6） 4擋變速器加速度倒數(shù)曲線由圖（1）、

10、圖（2）的對(duì)比圖可以看出，擋位數(shù)的多少對(duì)車輛的驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力并沒(méi)有特別大的影響，兩者在驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖中的對(duì)應(yīng)曲線變化都十分接近。當(dāng)采用5擋變速器時(shí)，驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力曲線的交點(diǎn)很明顯，進(jìn)而得出最高車速，而采用4擋變速器時(shí)，兩者沒(méi)有交點(diǎn)，無(wú)法直觀得到貨車的最高車速，因此在運(yùn)行結(jié)果中裝用4擋變速器的貨車無(wú)法得出最高時(shí)速的數(shù)值。從圖（3）、（4）來(lái)看，5擋的最大爬坡度比4擋的大4%，也就是說(shuō)擋位數(shù)越多，貨車的上坡能力越好，但爬坡能力也不宜過(guò)大，否則會(huì)影響汽車行駛的加速性能。由圖（5）、（6）共同表明，I擋的加速度是最大的，而高檔位時(shí)的加速度要小些，又I擋與II擋沒(méi)有交點(diǎn)，所以應(yīng)該在I擋位加速

11、行駛至發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時(shí)換入II擋，但擋位數(shù)量幾乎沒(méi)有對(duì)汽車的加速性能產(chǎn)生影響。2. 不同擋位起步對(duì)貨車動(dòng)力性能影響的對(duì)比分析 圖（7） 2擋起步加速時(shí)間曲線 圖（8） 4擋起步加速時(shí)間曲線 圖（9） 2擋起步運(yùn)行結(jié)果 圖（10） 4擋起步運(yùn)行結(jié)果根據(jù)圖（7）、（8）（9）、（10）可知，低速擋起步的加速時(shí)間曲線的斜率明顯大于高速擋，且同樣加速到70km/h，2擋原地起步只需25s，4擋原地起步需要65s，多了不止一倍的時(shí)間，這說(shuō)明了，汽車具有快的起步速度并不代表具有更好的加速能力，這是因?yàn)榈蛽跷粫r(shí)汽車的加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高速擋。5、 源程序清單由于裝用4擋變速器的源程序只需在5擋的基礎(chǔ)上進(jìn)

12、行簡(jiǎn)單修改即可獲得，因此這里只列出了裝用5擋變速器的源程序清單。專心-專注-專業(yè)m(1)=1800;%整車整備質(zhì)量（單位：kg）；m(2)=2000;%裝載質(zhì)量（單位：kg）；m(3)=3880;%總質(zhì)量（單位：kg）；g=9.8;%重力加速度（單位：N/kg）；r=0.367;%車輪半徑（單位：m）；nT=0.85;%傳動(dòng)系機(jī)械效率；f=0.013;%滾動(dòng)阻力系數(shù)；CDA=2.77;%空氣阻力系數(shù)*迎風(fēng)面積CDA（單位：m2）；io=5.83;%主減速器傳動(dòng)比；If=0.218;%飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(單位：kg·m2)；Iw1=1.798;%二前輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(單位：kg·m2)；

13、Iw2=3.598;%四后輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(單位：kg·m2)；ig=5.56 2.769 1.644 1.00 0.793;%5檔變速器的各檔傳動(dòng)比；L=3.2;%軸距（單位：m）；a=1.947;%質(zhì)心至前軸距離（滿載）(單位：m)；hg=0.9;%質(zhì)心高（滿載）(單位：m)；nmin=600;nmax=4000;%轉(zhuǎn)速的最小值和最大值（單位：r/min）； %(1)繪制汽車驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力平衡圖n=linspace(600,4000);%發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最低600r/min,最高4000r/min；Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+

14、40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;%發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系；Ft1=ig(1,1)*Tq*io*nT/r;%各檔的驅(qū)動(dòng)力公式；Ft2=ig(1,2)*Tq*io*nT/r;Ft3=ig(1,3)*Tq*io*nT/r;Ft4=ig(1,4)*Tq*io*nT/r;Ft5=ig(1,5)*Tq*io*nT/r;ua1=0.377*(r/io)*n/ig(1,1);%各檔的速度公式；ua2=0.377*(r/io)*n/ig(1,2);ua3=0.377*(r/io)*n/ig(1,3);ua4=0.377*(r/io)*n/ig(1,4);ua5=0.377

15、*(r/io)*n/ig(1,5);F1=m(3)*g*f+(CDA/21.15)*ua1.2;%行駛阻力F2=m(3)*g*f+(CDA/21.15)*ua2.2;F3=m(3)*g*f+(CDA/21.15)*ua3.2;F4=m(3)*g*f+(CDA/21.15)*ua4.2;F5=m(3)*g*f+(CDA/21.15)*ua5.2;subplot(1,2,1)plot(ua1',ua2',ua3',ua4',ua5',Ft1',Ft2',Ft3',Ft4',Ft5');%繪圖；hold on plot(

16、ua1',ua2',ua3',ua4',ua5',F1',F2',F3',F4',F5');%繪圖；xlabel('ua/(km/h)');ylabel('F/N');%坐標(biāo)的含義；axis(0 120 0 15000);%坐標(biāo)范圍；gridtitle('汽車驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力平衡圖');%圖形的含義；legend('Ft1','Ft2','Ft3','Ft4','Ft5','Ff+

17、Fw');%曲線的含義；%gtext（1檔）手動(dòng)選取位置 %（2）求汽車最高車速、最大爬坡度；%求最高車速：即5檔時(shí)，驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力平衡時(shí)；x,y=ginput(1);disp('汽車最高時(shí)速=');disp(x);disp('km/h')手動(dòng)選點(diǎn)Ft5_F5 = diff(Ft5-F5)>=0);id = find(Ft5_F5);cross_num = length(id);%穿越次數(shù)xcross = ;ycross = ;if isempty(id) fenmu = F5(id)-F5(id+1)+Ft5(id+1)-Ft5(id); xc

18、ross = (ua5(id+1).*(F5(id)-Ft5(id)+ua5(id).*(Ft5(id+1)-F5(id+1)./fenmu; ycross = (Ft5(id+1).*F5(id)-Ft5(id).*F5(id+1)./fenmu;endplot(xcross, ycross, 'ko')%vpa(xcross' ycross',10)提高精度;disp('汽車最高時(shí)速=');disp(xcross);%結(jié)果顯示:最高車速為99.0828km/h,驅(qū)動(dòng)力為1780.0992N;%最大爬坡度b=asin(max(Ft1-F1)/(

19、m(3)*g);i=tan(b);disp('汽車最大爬坡度=');disp(i);%結(jié)果顯示i = 0.3522,最大爬坡度為35.22%； %繪制汽車行駛加速度倒數(shù)曲線,求汽車用2檔起步加速行駛至70km/h的加速時(shí)間；%繪制汽車行駛加速度倒數(shù)曲線：R1=1+(Iw1+Iw2)/(m(3)*r2)+(If*ig(1,1)2*io2*nT)/(m(3)*r2);%汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；for i=1:5 R(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m(3)*r2)+(If*(ig(i)2*io2*nT)/(m(3)*r2) endR2=1+(Iw1+Iw2)/(m(3)*r2)+(I

20、f*ig(1,2)2*io2*nT)/(m(3)*r2);R3=1+(Iw1+Iw2)/(m(3)*r2)+(If*ig(1,3)2*io2*nT)/(m(3)*r2);R4=1+(Iw1+Iw2)/(m(3)*r2)+(If*ig(1,4)2*io2*nT)/(m(3)*r2);R5=1+(Iw1+Iw2)/(m(3)*r2)+(If*ig(1,5)2*io2*nT)/(m(3)*r2);aa1=(Ft1-F1)/(R1*m(3);%各檔的加速度a；aa2=(Ft2-F2)/(R2*m(3);aa3=(Ft3-F3)/(R3*m(3);aa4=(Ft4-F4)/(R4*m(3);aa5=(F

21、t5-F5)/(R5*m(3);a1=1./aa1;%各檔的加速度倒數(shù)1/a；a2=1./aa2;a3=1./aa3;a4=1./aa4;a5=1./aa5;subplot(1,2,2)plot(ua1',ua2',ua3',ua4',ua5',a1',a2',a3',a4',a5')xlabel('汽車的加速度倒數(shù)曲線');ylabel('1/a');%坐標(biāo)的含義；axis(0 120 0 14);%坐標(biāo)范圍；gridtitle('汽車行駛加速度倒數(shù)曲線');%圖形

22、的含義；legend('1/a1','1/a2','1/a3','1/a4','1/a5');%曲線的含義； %求汽車用2檔起步加速行駛至70km/h的加速時(shí)間曲線；clearnT=0.85;r=0.367;f=0.013;CDA=2.77;i0=5.83;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;L=3.2;a=1.947;hg=0.9;m=3880;g=9.8; G=m*g; ig=5.56 2.769 1.644 1.00 0.793; nmin=600;nmax=4000;u1=0.377*

23、r*nmin./ig/i0; u2=0.377*r*nmax./ig/i0; deta=0*ig; for i=1:5deta(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m*r2)+(If*(ig(i)2*i02*nT)/(m*r2); endua=6:0.01:99;N=length(ua);n=0;Tq=0;Ft=0;inv_a=0*ua;delta=0*ua; Ff=G*f;Fw=CDA*ua.2/21.15; for i=1:N k=i;if ua(i)<=u2(2)n=ua(i)*(ig(2)*i0/r)/0.377;Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(

24、n/1000)2+40.874*(n/1000)3-3.8445*(n/1000)4;Ft=Tq*ig(2)*i0*nT/r;inv_a(i)=(deta(2)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=0.01*inv_a(i)/3.6; elseif ua(i)<=u2(3)n=ua(i)*(ig(3)*i0/r)/0.377;Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000)2+40.874*(n/1000)3-3.8445*(n/1000)4;Ft=Tq*ig(3)*i0*nT/r;inv_a(i)=(deta(3)*m)/(Ft-Ff-

25、Fw(i); delta(i)=0.01*inv_a(i)/3.6;elseif ua(i)<=u2(4)n=ua(i)*(ig(4)*i0/r)/0.377;Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000)2+40.874*(n/1000)3-3.8445*(n/1000)4;Ft=Tq*ig(4)*i0*nT/r;inv_a(i)=(deta(4)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=0.01*inv_a(i)/3.6; elsen=ua(i)*(ig(5)*i0/r)/0.377;Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/100