汽车理论课程设计：基于Matlab的汽车动力性的仿真

2009 届 成 绩

海南大学机电工程学院

汽车工程系

汽 车 理 论 课 程 设 计

题 目： 汽车动力性的仿真 学 院： 机 电 工 程 学 院 专 业： 09级交通运输 姓 名： 黄 生 锐 学 号： 20090504 指导教师：

编号 名 称 课程设计论文件数 页数 编号 名 称 Matlab编程源程序 件数 1 页数 1 2

设计任务书 1 1 3 2012年6月20日

汽车理论课程设计任务书

姓名 黄生锐 学号 20090504 汽车动力性的仿真 专业 09交通运输 课程设计题目 内容摘要： 本设计的任务是对一台Passat 1.8T手动标准型汽车的动力性能进行仿真。采用MATLAB编程仿真其性能，其优点是：一是能过降低实际成本，提高效率；二是获得较好的参数模拟，对汽车动力性能提供理论依据。 主要任务： 根据该车的外形、轮距、轴距、最小离地间隙、最小转弯半径、车辆重量、满载重量以及最高车速等参数，结合自己选择的适合于该车的发动机型号求出发动机的最大功率、最大扭矩、排量等重要的参数。并结合整车的基本参数，选择适当的主减速比。依据GB、所求参数，结合汽车设计、汽车理论、机械设计等相关知识，计算出变速器参数，进行设计。论证设计的合理性。 设计要求： 1、动力性分析： 1) 绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图； 2) 求汽车的最高车速、最大爬坡度； 3) 用图解法或编程绘制汽车动力特性曲线 4) 汽车加速时间曲线。 2、燃油经济性分析： 1) 汽车功率平衡图； 完成内容： 1．Matlab编程汽车驱动力与行驶阻力平衡图 2．编程绘制汽车动力特性曲线图 3．编程汽车加速时间曲线图 4．课程设计论文1份 汽车理论课程设计论文

汽车动力性仿真

摘要

本文是对Passat 1.8T手动标准型汽车的动力性能采用matlab编制程序，对汽车动力性进行计算。从而对汽车各个参数做出准确的仿真研究，为研究汽车动力性提供理论依据，本文主要进行的汽车动力性仿真有：最高车速、加速时间和最大爬坡度。及相关汽车燃油性经济。

关键词：汽车；动力性；试验仿真；matlab

1. Passat 1.8T手动标准型汽车参数 功率Pe（kw） 15 36 50 66 80 90 110 105

各档传动比 第1档 第2档 第3档 第4档 第5档 车轮半径 3.665 1.999 1.407 1 0.472 0.316（m） 传动机械效率 0.91 0.014 2.4m2 转速n（r/min） 1000 1750 2200 2850 3300 4000 5100 5500 主减速器传动比 4.778 假设在良好沥青或水泥路面上行驶，滚动阻力系数 整车质量 1522kg CDA - 1 -

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2. 最高车速

汽车的最高车速是指汽车标准满载状态，在水平良好的路面(混凝土或沥青路面)上所能达到的最高行驶速度。由已知的Tq曲线和其他参数可得到汽车各挡位下的驱动力Ft，并可做出驱动力曲线。 （a）Ft?Tq?ig?i0??r

（b）ua?0.377r?n ig?i0（c）Ff?M?g?f

（d）

汽车在水平路面上匀速行驶时阻力包括滚动阻力和空气阻力，运用公式（b）可求出不同挡位下汽车的行驶速度，继而利用公式（c）、公式（d）分别求出滚动阻力和空气阻力。Ft+Fw与车速的关系为行驶阻力曲线，结合公式（a）的各档驱动力曲线就得到汽车驱动力—行驶阻力平衡，如图1。第Ft5曲线与Ft+Fw曲线的交点便是最高车速u车速为90km/h。

3.加速时间

。显然最高

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常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。原地起步加速时间是指汽车由Ⅰ挡或Ⅱ挡起步，并以最大的加速度（包括选择最恰当的换挡时间）逐步换至最高挡到某一预定的距离或车速所需的时间。如图2.一般常用0—100km/h所需的时间来表明原地起步的加速能力。

4.最大爬坡度

汽车的上坡能力是用满载时汽车在良好的路面上的最大爬坡度。轿车的最高车速大，加速时间短，经常在较好的道路上行驶，一般不强调它的爬坡能力；然而，它的Ⅰ挡加速能力大，故爬坡能力也强。货车在各种地区的各种道路上行驶，所以必须具有足够的爬坡能力，一般最大爬坡度在30%即16.7o左右。

(1) Fi?Ft?(Ff?Fw)

(2) Gsin??Tq?ig?i0??rCDA?ua2（-Gcos??）

21.15- 3 -

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(3) sin(???)?Ft?FwG1?f

2 为坡道的角度

(4) cos??11?f25.汽车功率平衡

汽车行驶时，不仅驱动力和行驶阻力互相平衡，发动机功率和汽车行驶的阻力功率也总是平衡。如图3汽车功率平衡图。

nn2n3n4Tq??19.313?295.27()?165.44()?40.874()?3.8445()

1000100010001000式中，Tq为发动机转矩（N*m）；n为发动机转速（r/min）。 发动机最低转速nmin=1000r/min,最高转速nmax=5500r/min

?muadu?1?GfuaGiuaCDAfuaPe???????

???36003600761403600dt??

3

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附件：matlab编程原程序

（1）驱动力与行驶阻力平衡图（注：红色字为本文要仿真的参数）

Matlab输入语句： close all;

n=linspace(1000,5500);%设定转速范围

ua1=0.377*0.316*n/(4.778*3.665);%公式计算各档车速范围 ua2=0.377*0.367*n/(4.778*1.999); ua3=0.377*0.367*n/(4.778*1.407); ua4=0.377*0.367*n/(4.778*1.00); ua5=0.377*0.367*n/(4.778*0.472);

Ttq=(-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4);% Ttq-n 曲线拟合公式

x1=3.665; x2=1.999; x3=1.407; x4=1; x5=0.472;

Ft1=x1*Ttq*4.778*0.91/0.316;%公式计算各档对应转速下的驱动力 Ft2=x2*Ttq*4.778*0.91/0.316; Ft3=x3*Ttq*4.778*0.91/0.316; Ft4=x4*Ttq*4.778*0.91/0.316; Ft5=x5*Ttq*4.778*0.91/0.316;

F1=1522*9.8*0.014+(2.4/21.15)*ua1.^2;%公式计算各档对应的各个车速下的行驶阻力 F2=1522*9.8*0.014+(2.4/21.15)*ua2.^2; F3=1522*9.8*0.014+(2.4/21.15)*ua3.^2; F4=1522*9.8*0.014+(2.4/21.15)*ua4.^2; F5=1522*9.8*0.014+(2.4/21.15)*ua5.^2;

plot(ua1,Ft1,'g',ua2,Ft2,'g',ua3,Ft3,'g',ua4,Ft4,'g',ua5,Ft5,'g',ua1,F1,'r',ua2,F2,'r',ua3,F3,'r',ua4,F4,'r',ua5,F5,'r');%汽车驱动力-行驶阻力平衡图

xlabel('ua/(km/h)');%汽车驱动力-行驶阻力平衡图 ylabel('F/N');

title('汽车驱动力-行驶阻力平衡图');

（2）汽车功率平衡仿真

Matlab输入语句： close all;

n=linspace(1000,5500);%设定转速范围

ua1=0.377*0.316*n/(4.778*3.665);%公式计算各档车速范围 ua2=0.377*0.367*n/(4.778*1.999); ua3=0.377*0.367*n/(4.778*1.407); ua4=0.377*0.367*n/(4.778*1.00);

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ua5=0.377*0.367*n/(4.778*0.472);

Ttq=(-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4);% Ttq-n 曲线拟合公式

x1=3.665; x2=1.999; x3=1.407; x4=1; x5=0.472;

Ft1=x1*Ttq*4.778*0.91/0.316;%公式计算各档对应转速下的驱动力 Ft2=x2*Ttq*4.778*0.91/0.316; Ft3=x3*Ttq*4.778*0.91/0.316; Ft4=x4*Ttq*4.778*0.91/0.316; Ft5=x5*Ttq*4.778*0.91/0.316;

F1=1522*9.8*0.014+(2.4/21.15)*ua1.^2;%公式计算各档对应的各个车速下的行驶阻力 F2=1522*9.8*0.014+(2.4/21.15)*ua2.^2; F3=1522*9.8*0.014+(2.4/21.15)*ua3.^2; F4=1522*9.8*0.014+(2.4/21.15)*ua4.^2; F5=1522*9.8*0.014+(2.4/21.15)*ua5.^2; Pe1=Ft1.*ua1./3600;%计算各档对应转速下的功率 Pe2=Ft2.*ua2./3600; Pe3=Ft3.*ua3./3600; Pe4=Ft4.*ua4./3600; Pe5=Ft5.*ua5./3600;

P1=F1.*ua1./(3600*0.85);%计算各档对应的各个车速下的行驶阻力功率 P2=F2.*ua2./ (3600*0.85); P3=F3.*ua3./ (3600*0.85); P4=F4.*ua4./ (3600*0.85); P5=F5.*ua5./ (3600*0.85);

plot(ua1,Pe1,'b',ua2,Pe2,'b',ua3,Pe3,'b',ua4,Pe4,'b',ua5,Pe5,'b',ua1,P1,'r',ua2,P2,'r',ua3,P3,'r',ua4,P4,'r',ua5,P5,'r');%汽车功率平衡图

xlabel('ua/(km/h)');%汽车功率平衡图 ylabel('P/kW'); title('汽车功率平衡图'); axis([0,160,0,80]);

（3）汽车2档加速时间仿真

Matlab输入语句： clear nT=0.85; r=0.316;

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f=0.014; CDA=2.4; i0=4.778;If=0.218; Iw1=1.798; Iw2=3.598; L=3.2; a=1.947; hg=0.9; m=1552; g=9.8;

G=m*g; ig=[3.665 1.999 1.407 1.00 0.472]; nmin=600;nmax=1000; u1=0.377*r*nmin./ig/i0; u2=0.377*r*nmax./ig/i0; deta=0*ig; for i=1:5

deta(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*(ig(i))^2*i0^2*nT)/(m*r^2); end

ua=[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*(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-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; else

n=ua(i)*(ig(5)*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(5)*i0*nT/r;

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inv_a(i)=(deta(5)*m)/(Ft-Ff-Fw(i)); delta(i)=0.01*inv_a(i)/3.6; end a=delta(1:k); t(i)=sum(a); end plot(t,ua); axis([0 40 0 80]);

title('汽车2档原地起步换挡加速时间曲线'); xlabel('时间t（s）'); ylabel('速度ua（km/h）');

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3nnr.html