汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算課件

汽車整體動(dòng)力性仿真計(jì)算

汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算

汽車的動(dòng)力性指汽車在良好路面上直線行駛時(shí)由汽車所受到的縱向外力決定的、所能達(dá)到的平均行駛速度。動(dòng)力性也是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。汽車的動(dòng)力性2汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算

汽車動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)有最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度等，與之對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)內(nèi)容有最高車速的測(cè)試、汽車起步連續(xù)換擋加速時(shí)間與超車加速時(shí)間的測(cè)試和汽車最大爬坡度的測(cè)試。另外，按照我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)力性評(píng)價(jià)試驗(yàn)均在滿載情況下進(jìn)行。動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)3汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算動(dòng)力性數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)汽車的驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力的平衡關(guān)系建立汽車行駛方程，從而可計(jì)算汽車的最高車速、加速時(shí)間和最大爬坡度。其中行駛阻力包括滾動(dòng)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：4汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算最高車速的理論計(jì)算汽車的最高車速指在水平良好路面上汽車能達(dá)到的最高行駛車速。此時(shí)汽車加速度及道路坡度都為0，故汽車行駛方程變?yōu)?Ttq—發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩；ig—變速器傳動(dòng)比；i0—主減速器傳動(dòng)比；ηT—傳動(dòng)系的機(jī)械效率。5汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算最高車速的理論計(jì)算

另外，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與汽車車速ua之間存在以下關(guān)系:

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩Ttq與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系常采用多項(xiàng)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隨特性曲線而異，一般取3、4、5。6汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算

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)：最高車速的理論計(jì)算7汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算最高車速的理論計(jì)算當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)，對(duì)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。顯然，階數(shù)k越高，計(jì)算越繁瑣。為了直觀地表達(dá)汽車各檔位行駛時(shí)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，即將不同檔位的驅(qū)動(dòng)力連同由滾動(dòng)阻力與空氣阻力疊加形成的行駛阻力繪制在同一坐標(biāo)系中。這樣，汽車的最高車速便可以在圖中直接檔驅(qū)動(dòng)力曲線與行駛阻力曲線的交點(diǎn)處得到。8汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算輸出轉(zhuǎn)矩仿真計(jì)算取國(guó)產(chǎn)某小型轎車進(jìn)行仿真計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性可由臺(tái)架試驗(yàn)獲得，其發(fā)動(dòng)機(jī)特性具體參數(shù)如下表1所示：轉(zhuǎn)矩/(r/min)150020002500300035004000450050005500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(dòng)機(jī)排量為1096mL，最大轉(zhuǎn)矩為87N.m(3000~3500r/min),轉(zhuǎn)速范圍為800~5400r/min，滿載總質(zhì)量約為970kg，車輪滾動(dòng)半徑為0.272m，傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率為0.9，空氣阻力系數(shù)為0.3，迎風(fēng)面積為2.3m2,滾動(dòng)阻力系數(shù)為0.012，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(dòng)機(jī)外特性具體參數(shù)9汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算M文件根據(jù)上述理論公式編寫M文件，具體程序如下：clearallclcn=[1500:500:5500];%轉(zhuǎn)速范圍T=[78.59,83.04,85.01,86.63,87.09,85.87,84.67,82.50,80.54];%對(duì)應(yīng)各轉(zhuǎn)矩dt=polyfit(n,T,4);%對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，階數(shù)取4n1=1000:100:5500;t=polyval(dt,n1);figure(1)plot(n1,t,n,T,'x'),gridon%圖示發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性title('發(fā)動(dòng)機(jī)外特性')10汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算M文件汽車驅(qū)動(dòng)力計(jì)算，具體程序如下：G=970*9.8;%整車重力/Nig=[3.4161.8941.280.9140.757];k=1:5;%5個(gè)檔位r=0.272;i0=4.388;eta=0.9;%傳動(dòng)效率ngk=800;ngm=5400;ugk=0.377.*r.*ngk./(ig(k).*i0);%計(jì)算每一檔發(fā)動(dòng)機(jī)800rpm時(shí)的最低行駛速度ukm=0.377.*r.*ngm./(ig(k).*i0);%計(jì)算每一檔發(fā)動(dòng)機(jī)5400rpm時(shí)的最低行駛速度fork=1:5u=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)holdon,gridon%保證每次循環(huán)的圖形都保留顯示end11汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算M文件行駛阻力計(jì)算，具體程序如下：f0=0.009;f1=0.002;f4=0.0003;%三者都是轎車滾動(dòng)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(jì)算滾動(dòng)阻力Fw=Cd*A*u.^2/21.15;%計(jì)算空氣阻力F=Ff+Fw;title('驅(qū)動(dòng)力-阻力圖（五檔速比為3.4161.8941.280.9140.757）')plot(u,F,'mo-');gridonholdon12汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算M文件圖解法求解最高車速，具體程序如下：foru=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(jì)算滾動(dòng)阻力

Fw=Cd*A*u.^2./21.15;%計(jì)算空氣阻力

F=Ff+Fw;ifabs(Ft-F)<1;%當(dāng)驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力差值小于1N時(shí)，近似認(rèn)為為理論最高車速

umax=u;breakendenddisp('===汽車動(dòng)力性能仿真計(jì)算結(jié)果===')disp('驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖以及最高車速')fprintf(‘汽車?yán)碚撟罡哕囁伲?qū)動(dòng)力與行駛阻力曲線交點(diǎn)）Vmax=%3.3fkm/h\n',umax)13汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算仿真計(jì)算結(jié)果運(yùn)行程序可以得到以下結(jié)果：14汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算輸出功率

汽車行駛時(shí)，其驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力是相互平衡的，發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)刻，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率始終等于機(jī)械傳動(dòng)損失與全部運(yùn)動(dòng)所消耗的功率。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率可以由發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)獲得。進(jìn)行功率需求計(jì)算時(shí)，一般先只考慮滾動(dòng)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(duì)它們進(jìn)行計(jì)算與圖示。15汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算輸出功率仿真計(jì)算仍然取先前國(guó)產(chǎn)某小型轎車進(jìn)行仿真計(jì)算，整車綜合性能參數(shù)如前所述。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率特性可由臺(tái)架試驗(yàn)獲得，如下表2所示：轉(zhuǎn)矩/(r/min)150020002500300035004000450050005500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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系也可以用MATLAB提供的多項(xiàng)式進(jìn)行曲線擬合，非常實(shí)用、簡(jiǎn)便，可以滿足工程設(shè)計(jì)需要。

表2發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率特性16汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算M文件根據(jù)上述理論公式編寫M文件，具體程序如下：clearallclcn=[1500:500:5500];%轉(zhuǎn)速范圍P=[10.613.417.621.825.227.531.335.431.6];%對(duì)應(yīng)各輸出功率dp=polyfit(n,P,4);%對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，階數(shù)取4n1=1000:500:5500;p=polyval(dp,n1);figure(3)plot(n1,p,'-x'),gridon%圖示發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性title('發(fā)動(dòng)機(jī)外特性（功率）')17汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算M文件汽車驅(qū)動(dòng)力計(jì)算，具體程序如下：G=970*9.8;%整車重力/Nig=[3.4161.8941.280.9140.757];r=0.272;i0=4.388;eta=0.9;%傳動(dòng)效率k=1:5;%5個(gè)檔位ngk=800;ngm=5400;ugk=0.377.*r.*ngk./(ig(k).*i0);%計(jì)算每一檔發(fā)動(dòng)機(jī)800rpm時(shí)的最低行駛速度ukm=0.377.*r.*ngm./(ig(k).*i0);%計(jì)算每一檔發(fā)動(dòng)機(jī)5400rpm時(shí)的最低行駛速度f0=0.009;f1=0.002;f4=0.0003;%三者都是轎車滾動(dòng)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汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算M文件發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率計(jì)算，具體程序如下：fork=1:5u=ugk(k):ukm(k);n=ig(k)*i0*u/r/0.377;pe=polyval(dp,n);figure(4)plot(u,pe)holdon,gridon%保證每次循環(huán)的圖形都保留顯示end19汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算M文件發(fā)動(dòng)機(jī)阻力功率計(jì)算，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(jì)算滾動(dòng)功率Pw=Cd*A*u.^3/76140;%計(jì)算空氣阻力功率p=(Pf+Pw)/eta;title('功率平衡圖（五檔速比為3.4161.8941.280.9140.757）')plot(u,p);gridonholdon20汽車整體動(dòng)力性MATLAB仿真計(jì)算M文件圖解法求解最高車速，具體程序如下：foru=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;ifabs(pe-p)<0.1;%當(dāng)驅(qū)動(dòng)力與行駛阻