汽車整體動力性仿真計算演示文稿

1、汽車整體動力性仿真計算演示文稿第一頁，共二十二頁。（優(yōu)選）汽車整體動力性仿真計算.第二頁，共二十二頁。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。3汽車的動力性第三頁，共二十二頁。 汽車動力性評價指標有最高車速、加速時間、最大爬坡度等，與之對應的試驗內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。4動力性評價指標第四頁，共二十二頁。動力性數(shù)學模型的建立 根據汽車的驅動力與行駛阻力的平衡關系建立汽車行駛方程

2、，從而可計算汽車的最高車速、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：5第五頁，共二十二頁。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高行駛車速。此時汽車加速度 及道路坡度 都為0，故汽車行駛方程變?yōu)?6Ttq 發(fā)動機轉矩；ig變速器傳動比；i0主減速器傳動比；T傳動系的機械效率。第六頁，共二十二頁。7最高車速的理論計算 另外，發(fā)動機轉速n與汽車車速ua之間存在以下關系: 發(fā)動機轉矩Ttq與轉速n的關系常采用多項式描述: 式中，系數(shù)a0、a1、a2.ak由最小二乘法確定；擬合階數(shù)k

3、隨特性曲線而異，一般取3、4、5。第七頁，共二十二頁。 將以上幾式可以加以合并，則可將行駛方程變成以車速為變量的一元高次函數(shù)：8最高車速的理論計算第八頁，共二十二頁。9最高車速的理論計算 當發(fā)動機轉速在怠速與最高轉速之間變化且變速器處于最高檔位時，對上式求導即可解出此函數(shù)的極值。其中極大值即為汽車的最高車速。顯然，階數(shù)k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平衡關系，可將汽車行駛方程用圖解法表示，即將不同檔位的驅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圖中直接檔驅動力曲線與行駛阻力曲線的交點處得到。第九頁，共二十二頁

4、。10輸出轉矩仿真計算 取國產某小型轎車進行仿真計算，發(fā)動機輸出轉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1所示：轉矩/(r/min)150020002500300035004000450050005500輸出轉矩/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1096mL，最大轉矩為87N.m(30003500r/min),轉速范圍為8005400r/min，滿載總質量約為970kg，車輪滾動半徑為0.272m，傳動系統(tǒng)機械效率為0.9，空氣阻力系數(shù)為0.3，迎風面積為2.3m2,滾動阻力系數(shù)為0.0

5、12，變速器速比ig=（3.416,1.894,1.280,0.914,0.757），主減速比為4.388。 表1 發(fā)動機外特性具體參數(shù)第十頁，共二十二頁。M文件根據上述理論公式編寫M文件，具體程序如下：11clear allclcn=1500:500:5500; %轉速范圍T=78.59,83.04,85.01,86.63,87.09,85.87,84.67,82.50,80.54; %對應各轉矩dt=polyfit(n,T,4); %對發(fā)動機輸出轉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,

6、x),grid on %圖示發(fā)動機輸出轉矩特性title(發(fā)動機外特性)第十一頁，共二十二頁。M文件汽車驅動力計算，具體程序如下：12G=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=0.272;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=

7、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end第十二頁，共二十二頁。M文件行駛阻力計算，具體程序如下：13f0=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F

8、w=Cd*A*u.2/21.15; %計算空氣阻力F=Ff+Fw;title(驅動力-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 on第十三頁，共二十二頁。M文件圖解法求解最高車速，具體程序如下：14for 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

9、 F=Ff+Fw; if abs(Ft-F)1; %當驅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果=)disp(驅動力-行駛阻力平衡圖以及最高車速)fprintf(汽車理論最高車速（驅動力與行駛阻力曲線交點）Vmax=%3.3fkm/hn,umax)第十四頁，共二十二頁。仿真計算結果運行程序可以得到以下結果：15第十五頁，共二十二頁。16輸出功率 汽車行駛時，其驅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

10、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： 可以看出，兩部分阻力功率分別為車速u的一元函數(shù)，在MATLAB中可以容易地對它們進行計算與圖示。第十六頁，共二十二頁。17輸出功率仿真計算 仍然取先前國產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，如下表2所示：轉矩/(r/min)150020002500300035004000450050005500輸出功率/kW10.613.417.621.825.227.531.135.431.6 與輸出轉矩一樣，功率與發(fā)動機轉速的關系

11、也可以用MATLAB提供的多項式進行曲線擬合，非常實用、簡便，可以滿足工程設計需要。 表2 發(fā)動機輸出功率特性第十七頁，共二十二頁。M文件根據上述理論公式編寫M文件，具體程序如下：18clear allclcn=1500:500:5500; %轉速范圍P=10.6 13.4 17.6 21.8 25.2 27.5 31.3 35.4 31.6;%對應各輸出功率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)動機輸出轉矩特性titl

12、e(發(fā)動機外特性（功率）)第十八頁，共二十二頁。M文件汽車驅動力計算，具體程序如下：19G=970*9.8;%整車重力/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

13、動阻力系數(shù)Cd=0.3; %空氣阻力系數(shù)Cd，輸入0.3A=2.3; %迎風面積A，輸入2.3第十九頁，共二十二頁。M文件發(fā)動機輸出功率計算，具體程序如下：20for 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end第二十頁，共二十二頁。M文件發(fā)動機阻力功率計算，具體程序如下：21u=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(功率平衡圖（五檔速比為3.416 1.894 1.28 0.914 0.757）)plot(u,p);grid on hold on第二十一頁，共二十二頁。M文件圖解法求解最高車速，具體程序如下：22for 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*(