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汽车动力学仿真_驱动力与行驶阻力平衡图

时间：2019-11-14 21:40:11

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引言：

汽车动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的，所能达到的平均行驶速度。汽车动力性评价指标主要有汽车最高速度、汽车加速能力和汽车爬坡度。

汽车动力性仿真所需参数：

发动机参数：

最低转速：800 r/min

最高转速：6800r/min

利用上表的转速与转矩数据，在MATLAB中编写发动机转矩与转速关系曲线拟合程序如下：

n = [1000,1500,2000,2500,3000,3500,4000,4500,5000]; %转速赋值T = [78.6,83.0,85.0,86.6,87.1,85.9,84.7,82.5,80.5]; %转矩赋值cftool %条用曲线拟合工具箱

程序运行后

在1中利用“X date”和“Y date”下拉菜单读取转速数据n和转矩数据T；选择多项式函数“Polynomial”，选择拟合阶数“degree”为3或者4，上图拟合为3，曲线窗口显示出拟合结果，在上图3中显示拟合公式的参数p1/p2/p3,根据该参数得到发动机转矩与转速的关系：

注：如已知该公式，在动力性仿真中直接使用，不必重新拟合。

汽车的基本参数表

汽车总质量：963kg

车轮半径：0.272m

传动系机械效率：t =0.9

滚动阻力系数： f=0.012

空气阻力系数：

迎风面积：

主减速器传动比：

变速器的1-5挡传动比：ig = 3.416 1.894 1.280 1.000 0.757；

旋转质量换算系数：1.03+0.04

一、汽车驱动力-行驶阻力平衡图

MATLAB程序

%发动机的扭矩n = 800:10:6800 ; %定义转速范围，根据发动机的转速范围进行定义Ttq = (2.714e-10)*n.^3 - (4.255e-06)*n.^2 + 0.01756 *n + 65.07 ; %计算发动机转矩% 汽车的基本参数m = 936; % 汽车的总质量r =0.272; %车轮半径nt =0.9; %传动效率CD = 0.3;%迎风阻力系数A =1.75;%迎风面积f =0.012; %滚动阻力系数i0 = 4.388;%主减速器传动比ig =[3.416 1.894 1.28 1.00 0.757]; %变速器各档传动比g =9.8 ; %重力加速度%1-5档位的驱动力Ft1 = Ttq* ig(1)*i0*nt/r;Ft2 = Ttq* ig(2)*i0*nt/r;Ft3 = Ttq* ig(3)*i0*nt/r;Ft4 = Ttq* ig(4)*i0*nt/r;Ft5 = Ttq* ig(5)*i0*nt/r;%1-5档位的速度ua1 = 0.377*r*n/ig(1)/i0;ua2 = 0.377*r*n/ig(2)/i0;ua3 = 0.377*r*n/ig(3)/i0;ua4 = 0.377*r*n/ig(4)/i0;ua5 = 0.377*r*n/ig(5)/i0;%计算汽车的阻力ua = 0:5:220;Ff = m*g*f;Fw = CD*A*ua.^2/21.25;F = Ff +Fw;% 绘制驱动力与行驶阻力曲线plot(ua1,Ft1,ua2,Ft2,ua3,Ft3,ua4,Ft4,ua5,Ft5,ua,F);xlabel('车速/km/h');ylabel(['汽车驱动力/行驶阻力/N']);text(35,4100,'Ft1'),text(55,2300,'Ft2'),text(100,1600,'Ft3'),text(200,900,'Ft5'),text(175,1150,'Ff+Fw')%求出最高车速Fw5 = CD*A*ua5.^2/21.25; %计算五档空气阻力Fz1 = Ff + Fw5;%计算五档空气阻力和滚动阻力之和k=find(abs(Ft5-Fz1)<1.5);%计算五档驱动力与阻力之差umax = ua5(k);%计算最高车速fprintf('最高车速 Vmax = %.2fkm/h\n',umax)%输出最高车速

2. 运行结果

最高车速 Vmax = 173.49km/h

二、各档加速度曲线

MATLAB程序

%发动机的扭矩n = 800:10:5600 ; %定义转速范围，根据发动机的转速范围进行定义Ttq = (2.714e-10)*n.^3 - (4.255e-06)*n.^2 + 0.01756 *n + 65.07 ; %计算发动机转矩% 汽车的基本参数m = 936; % 汽车的总质量r =0.272; %车轮半径nt =0.9; %传动效率CD = 0.3;%迎风阻力系数A =1.75;%迎风面积f =0.012; %滚动阻力系数i0 = 4.388;%主减速器传动比ig =[3.416 1.894 1.28 1.00 0.757]; %变速器各档传动比g =9.8 ; %重力加速度%1-5档位的驱动力Ft1 = Ttq* ig(1)*i0*nt/r;Ft2 = Ttq* ig(2)*i0*nt/r;Ft3 = Ttq* ig(3)*i0*nt/r;Ft4 = Ttq* ig(4)*i0*nt/r;Ft5 = Ttq* ig(5)*i0*nt/r;%1-5档位的速度ua1 = 0.377*r*n/ig(1)/i0;ua2 = 0.377*r*n/ig(2)/i0;ua3 = 0.377*r*n/ig(3)/i0;ua4 = 0.377*r*n/ig(4)/i0;ua5 = 0.377*r*n/ig(5)/i0;%计算1-5档旋转质量换算系数dt1=1.03+0.04*ig(1);dt2=1.03+0.04*ig(2);dt3=1.03+0.04*ig(3);dt4=1.03+0.04*ig(4);dt5=1.03+0.04*ig(5);%计算1-5档的空气阻力Fw1 = CD*A*ua1.^2/21.25;Fw2 = CD*A*ua2.^2/21.25;Fw3 = CD*A*ua3.^2/21.25;Fw4 = CD*A*ua4.^2/21.25;Fw5 = CD*A*ua5.^2/21.25;%计算汽车的阻力Ff = m*g*f;%计算1-5挡的加速度a1 = (Ft1-Ff-Fw1)/dt1/m;a2 = (Ft2-Ff-Fw2)/dt2/m;a3 = (Ft3-Ff-Fw3)/dt3/m;a4 = (Ft4-Ff-Fw4)/dt4/m;a5 = (Ft5-Ff-Fw5)/dt5/m;% 绘制驱动力与行驶阻力曲线plot(ua1,a1,ua2,a2,ua3,a3,ua4,a4,ua5,a5);xlabel('车速/km/h');ylabel(['加速度/（m/s^2)']);text(35,3.7,'一档'),text(55,2.2,'二档'),text(85,1.3,'三档'),text(120,0.8,'四档'),text(150,0.3,'五档')

2. 运行结果

三、汽车爬坡度

MATLAB 程序

%发动机的扭矩n = 800:10:5600 ; %定义转速范围，根据发动机的转速范围进行定义Ttq = (2.714e-10)*n.^3 - (4.255e-06)*n.^2 + 0.01756 *n + 65.07 ; %计算发动机转矩% 汽车的基本参数m = 936; % 汽车的总质量r =0.272; %车轮半径nt =0.9; %传动效率CD = 0.3;%迎风阻力系数A =1.75;%迎风面积f =0.012; %滚动阻力系数i0 = 4.388;%主减速器传动比ig =[3.416 1.894 1.28 1.00 0.757]; %变速器各档传动比g =9.8 ; %重力加速度%1-5档位的驱动力Ft1 = Ttq* ig(1)*i0*nt/r;Ft2 = Ttq* ig(2)*i0*nt/r;Ft3 = Ttq* ig(3)*i0*nt/r;Ft4 = Ttq* ig(4)*i0*nt/r;Ft5 = Ttq* ig(5)*i0*nt/r;%1-5档位的速度ua1 = 0.377*r*n/ig(1)/i0;ua2 = 0.377*r*n/ig(2)/i0;ua3 = 0.377*r*n/ig(3)/i0;ua4 = 0.377*r*n/ig(4)/i0;ua5 = 0.377*r*n/ig(5)/i0;%计算1-5档旋转质量换算系数dt1=1.03+0.04*ig(1);dt2=1.03+0.04*ig(2);dt3=1.03+0.04*ig(3);dt4=1.03+0.04*ig(4);dt5=1.03+0.04*ig(5);%计算1-5档的空气阻力Fw1 = CD*A*ua1.^2/21.25;Fw2 = CD*A*ua2.^2/21.25;Fw3 = CD*A*ua3.^2/21.25;Fw4 = CD*A*ua4.^2/21.25;Fw5 = CD*A*ua5.^2/21.25;%计算汽车的阻力Ff = m*g*f;%计算1-5挡的爬坡度a1 = asin((Ft1-Ff-Fw1)/m/g);a2 = asin((Ft2-Ff-Fw2)/m/g);a3 = asin((Ft3-Ff-Fw3)/m/g);a4 = asin((Ft4-Ff-Fw4)/m/g);a5 = asin((Ft5-Ff-Fw5)/m/g);% 绘制驱动力与行驶阻力曲线plot(ua1,a1,ua2,a2,ua3,a3,ua4,a4,ua5,a5);xlabel('车速/km/h');ylabel(['爬坡度/（rad)']);text(35,0.45,'一档'),text(55,0.25,'二档'),text(85,0.15,'三档'),text(120,0.1,'四档'),text(150,0.05,'五档')