汽車整體動力性MATLAB仿真計(jì)算.ppt

汽車整體動力性仿真計(jì)算,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(dá)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。,2,汽車的動力性,汽車動力性評價指標(biāo)有最高車速、加速時間、最大爬坡度等，與之對應(yīng)的試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)，動力性評價試驗(yàn)均在滿載情況下進(jìn)行。,3,動力性評價指標(biāo),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(jì)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：,4,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。此時汽車加速度及道路坡度都為0，故汽車行駛方程變?yōu)?,5,Ttq發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩；,ig變速器傳動比；,i0主減速器傳動比；,T傳動系的機(jī)械效率。,6,最高車速的理論計(jì)算,另外，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n與汽車車速ua之間存在以下關(guān)系:,發(fā)動機(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。,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)：,7,最高車速的理論計(jì)算,8,最高車速的理論計(jì)算,當(dāng)發(fā)動機(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，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(biāo)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(diǎn)處得到。,9,輸出轉(zhuǎn)矩仿真計(jì)算,取國產(chǎn)某小型轎車進(jìn)行仿真計(jì)算，發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性可由臺架試驗(yàn)獲得，其發(fā)動機(jī)特性具體參數(shù)如下表1所示：,汽車基本參數(shù)如下：發(fā)動機(jī)排量為1096mL，最大轉(zhuǎn)矩為87N.m(30003500r/min),轉(zhuǎn)速范圍為8005400r/min，滿載總質(zhì)量約為970kg，車輪滾動半徑為0.272m，傳動系統(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)動機(jī)外特性具體參數(shù),M文件,根據(jù)上述理論公式編寫M文件，具體程序如下：,10,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;%對應(yīng)各轉(zhuǎn)矩dt=polyfit(n,T,4);%對發(fā)動機(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)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性title(發(fā)動機(jī)外特性),M文件,汽車驅(qū)動力計(jì)算，具體程序如下：,11,G=970*9.8;%整車重力/Nig=3.4161.8941.280.9140.757;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(jì)算每一檔發(fā)動機(jī)800rpm時的最低行駛速度ukm=0.377.*r.*ngm./(ig(k).*i0);%計(jì)算每一檔發(fā)動機(jī)5400rpm時的最低行駛速度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end,M文件,行駛阻力計(jì)算，具體程序如下：,12,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(jì)算滾動阻力Fw=Cd*A*u.2/21.15;%計(jì)算空氣阻力F=Ff+Fw;title(驅(qū)動力-阻力圖（五檔速比為3.4161.8941.280.9140.757）)plot(u,F,mo-);gridonholdon,M文件,圖解法求解最高車速，具體程序如下：,13,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)動力與行駛阻力差值小于1N時，近似認(rèn)為為理論最高車速umax=u;breakendenddisp(=汽車動力性能仿真計(jì)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?yán)碚撟罡哕囁伲?qū)動力與行駛阻力曲線交點(diǎn)）Vmax=%3.3fkm/hn,umax),仿真計(jì)算結(jié)果,運(yùn)行程序可以得到以下結(jié)果：,14,15,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(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刻，發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率始終等于機(jī)械傳動損失與全部運(yùn)動所消耗的功率。汽車發(fā)動機(jī)輸出功率可以由發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)獲得。進(jìn)行功率需求計(jì)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(jìn)行計(jì)算與圖示。,16,輸出功率仿真計(jì)算,仍然取先前國產(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)動機(jī)輸出功率特性可由臺架試驗(yàn)獲得，如下表2所示：,與輸出轉(zhuǎn)矩一樣，功率與發(fā)動機(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、簡便，可以滿足工程設(shè)計(jì)需要。,表2發(fā)動機(jī)輸出功率特性,M文件,根據(jù)上述理論公式編寫M文件，具體程序如下：,17,clearallclcn=1500:500:5500;%轉(zhuǎn)速范圍P=10.613.417.621.825.227.531.335.431.6;%對應(yīng)各輸出功率dp=polyfit(n,P,4);%對發(fā)動機(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)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性title(發(fā)動機(jī)外特性（功率）),M文件,汽車驅(qū)動力計(jì)算，具體程序如下：,18,G=970*9.8;%整車重力/Nig=3.4161.8941.280.9140.757;r=0.272;i0=4.388;eta=0.9;%傳動效率k=1:5;%5個檔位ngk=800;ngm=5400;ugk=0.377.*r.*ngk./(ig(k).*i0);%計(jì)算每一檔發(fā)動機(jī)800rpm時的最低行駛速度ukm=0.377.*r.*ngm./(ig(k).*i0);%計(jì)算每一檔發(fā)動機(jī)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2.3,M文件,發(fā)動機(jī)輸出功率計(jì)算，具體程序如下：,19,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end,M文件,發(fā)動機(jī)阻力功率計(jì)算，具體程序如下：,20,u=10:10:150;f=f0+f1*(u/100)+f4*(u/100).4;Pf=G*f.*u/3600;%計(jì)算滾動功率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);gridonholdon,M文件,圖解法求解最高車速，具體程序如下：,21,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