汽车整体动力性MATLAB仿真计算课件

*,*,汽车整体动力性仿真计算,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,。,2,汽车的动力性,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,。,3,动力性评价指标,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速、加速时间和最大爬坡度。其中行驶阻力包括滚动阻力,F,f,、空气阻力,F,w,、坡度阻力,F,i,和加速阻力,F,j,。汽车行驶方程为,:,将行驶方程具体化为：,4,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高行驶车速。此时汽车加速度 及道路坡度 都为,0,，故汽车行驶方程变为,:,5,T,tq,发动机转矩；,i,g,变速器传动比；,i,0,主减速器传动比；,T,传动系的机械效率。,6,最高车速的理论计算,另外，发动机转速,n,与汽车车速,u,a,之间存在以下关系,:,发动机转矩,T,tq,与转速,n,的关系常采用多项式描述,:,式中，系数,a,0,、,a,1,、,a,2,.a,k,由最小二乘法确定；拟合阶数,k,随特性曲线而异，一般取,3,、,4,、,5,。,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,：,7,最高车速的理论计算,8,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,k,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力绘制在同一坐标系中。这样，汽车的最高车速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。,9,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可由台架试验获得，其发动机特性具体参数如下表,1,所示：,转矩,/(r/min),1500,2000,2500,3000,3500,4000,4500,5000,5500,输出转矩,/N,.,m,78.59,83.04,85.01,86.63,97.09,85.87,84.67,82.50,80.54,汽车基本参数如下：发动机排量为,1096mL,，最大转矩为,87N,.,m(30003500r/min),转速范围为,8005400r/min,，满载总质量约为,970kg,，车轮滚动半径为,0.272m,，传动系统机械效率为,0.9,，空气阻力系数为,0.3,，迎风面积为,2.3m,2,滚动阻力系数为,0.012,，变速器速比,ig=,（,3.416,1.894,1.280,0.914,0.757,），主减速比为,4.388,。,表,1,发动机外特性具体参数,M,文件,根据上述理论公式编写,M,文件，具体程序如下,：,10,clear all,clc,n=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,4,n1=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,),M,文件,汽车驱动力计算，具体程序如下,：,11,G=970*9.8;,%,整车重力,/N,ig=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)*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,end,M,文件,行驶阻力计算，具体程序如下,：,12,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,0.3,A=2.3;,%,迎风面积,A=,，输入,2.3,u=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,3.416 1.894 1.28 0.914 0.757,）,),plot(u,F,mo-);,grid on,hold on,M,文件,图解法求解最高车速，具体程序如下,：,13,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，近似认为为理论最高车速,umax=u;break,end,end,disp(=,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),仿真计算结果,运行程序可以得到以下结果：,14,15,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，发动机发出的功率始终等于机械传动损失与全部运动所消耗的功率。,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：,可以看出，两部分阻力功率分别为车速,u,的一元函数，在,MATLAB,中可以容易地对它们进行计算与图示。,16,输出功率仿真计算,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，如下表,2,所示：,转矩,/(r/min),1500,2000,2500,3000,3500,4000,4500,5000,5500,输出功率,/kW,10.6,13.4,17.6,21.8,25.2,27.5,31.1,35.4,31.6,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，可以满足工程设计需要。,表,2,发动机输出功率特性,M,文件,根据上述理论公式编写,M,文件，具体程序如下,：,17,clear all,clc,n=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,4,n1=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(,发动机外特性（功率）,),M,文件,汽车驱动力计算，具体程序如下,：,18,G=970*9.8;,%,整车重力,/N,ig=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;,%,三者都是轿车滚动阻力系数,Cd=0.3;,%,空气阻力系数,Cd,，输入,0.3,A=2.3;,%,迎风面积,A,，输入,2.3,M,文件,发动机输出功率计算,，具体程序如下,：,19,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,end,M,文件,发动机,阻力,功率,计算,，具体程序如下,：,20,u=10:10:150;,f=f0+f1*(u/100)+f4*(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 on,M,文件,图解法求解最高车速，具体程序如下,：,21,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,end,end,disp(=,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),仿真计算结果,运行程序可以得到以下结果：,22,23,