汽车整车动力性仿真计算
![汽车整车动力性仿真计算](https://img.360docs.net/img1e/0x4q9tq08bpxbhsz0yt-e1.webp)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
汽车整车动力性仿真计算
1 动力性数学模型的建立
汽车动力性是汽车最基本、最重要的性能之一。汽车动力性主要有最高车速、加速时间t 及最大爬坡度。其中汽车加速时间表示汽车的加速能力,它对平均行驶车速有着很大影响,而最高车速与最大爬坡度表征汽车的极限行驶能力。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(F t )包括滚动阻力F R 、空气阻力F Lx 、坡度阻力F St 和加速阻力F B 。
根据图1就可以建立驱动的基本方程,各车节之间的连接暂时无需考虑。而车辆必须分解为总的车身和单个车轮。节点处只画出了x 方向的力;z 方向的力对于讨论阻力无关紧要,可以忽略。
图1
(a )车辆,车轮和路面;(b )车身上的力和力矩;
(c )车轮上的力和力矩;(d )路面上的力
如果忽略两个车节间的相对运动,根据工程力学的重心定理,汽车(注脚1)和挂车(注
脚2)的车身运动方程为:
∑=++--=+n
j j Lx X αG G F x
m m 12121sin )()( (1)
其中1G 和2G 是车节的车身重量,1m 和2m 它们的质量,α是路面的纵向坡度角,∑j
X 是n 车轴上的纵向力之和,L F 是空气阻力。
由图1(c ),对第j 个车轴可列出方程
αG F X x
m Rj xj j Rj Rj sin -+-= (2) j zj j xj Rj Rj Rj e F r F M φ
J --= (3) Rj G 是该车轴上所有车轮的重量,Rj m 是它们的质量,Rj J 是绕车轴的车轮转动惯量之和,xj F 是在轮胎印迹上作用的切向力之和,zj F 是轴荷,Rj M 是第j 个车轴上的驱动力矩。
如果假设车轴的平移加速度Rj x 和车身的加速度x
相等,由式(1)到式(3)在消去力j X 和xj F 以后就得到方程
∑∑∑
∑∑=====--++-=+++n
j j
j zj
Lx n
j Rj n
j j
Rj Rj n
j j
Rj n
j Rj r e F F αG G G r M φ
r J x
m m m 1
1
211
11
21sin )()(
引进总质量和总重量(力)
m m m m n
j Rj =++∑=121
mg G G G G n
j Rj ==++∑=1
21
把车轮角加速度转化为平移加速度x
,即得到 ∑∑
∑
===++++=n
j j
j zj Lx n
j j
j Rj
n
j j
Rj r e F F αG x
R r J m r M 1
11
sin )( (4)
右边是由4项阻力组成,我们称之为 1)滚动阻力 ∑==n
j j
j zj
R r e F F 1 (5)
令j
j r e f =
,f 为阻力系数,代入式(5),则整车的滚动阻力为
zj n
j R F f F ∑==1 (5-1)
还常常进一步假定,所有车轮(尽管比如各个车轮胎压不同)的滚动阻力系数相等,又因为所有车轮轮荷zj F 之和等于车重G ,如果车辆行驶在角度为α的坡道上,则轮荷之和等于αcos G (参看图1)
,这样,式(5-1)可改写为 αfG F f F n
j zj R cos 1==∑=
因为道路上的坡度较α不是很大,整车滚动阻力因而近似于整车车轮阻力
G f F R R = (5-2)
2)空气阻力 2
a D 15
.21u A C F Lx = (6)
3)上坡阻力 αG F St sin = (7) 在式(4)中的αG sin 项用以表示上坡阻力
αG F St sin = (7-1) 参看式(7)。如果我们用αtan 以及等价的值p 来取代αsin ,那么上述表达式就更为直
观了。这里p 是坡度,即
p αα=≈tan sin (7-2)
用αtan 取代αsin ,在α小于17°,所带来的误差不会超过5%。这对应的坡度%3030.0==p 。
由上述两式,可列出
Gp F St = (7-3) 4)加速阻力 x
R
r J m F n
j j
j
Rj
B )(1
∑=+
= (8) 为使车辆加速,按式(8),必须可续“加速阻力” ∑
=+=n
j j
j Rj B x
R r J m F 1)( (8-1) 它包括质量m=G/g 的平移加速度和转动部分j j n
j Rj R r J ∑=1
的旋转加速度。m 是比较容易
确定的,而估计转动质量的数值是比较困难的。这一点我们用图2上面的一辆由内燃机和传
动系驱动后轴的双轴汽车的例子来加以说明。
图2 加速阻力必须考虑的转动质量 总的转动质量的加速力矩是2211R R R R φJ φ
J +,其中注脚1指前轴,注脚2指后轴。对于非驱动的前轴,其转动惯量RV R J J =1是由两个轮胎、车轮轮毂和制动器的转动惯量组成,这
些部件以相同的角速度旋转RV R φφ =1。后轴转动惯量2R J 于此不同,不仅包括以角速度RH φ
旋转的轮胎、轮毂、制动器和半轴的转动惯量RH J ,而且也包括分别以角速度A φ
和M φ 旋转的传动部分A J 和发动机M J 。我们现在把各部分折算到一个角速度。适当地折算到后轮角速度RH φ
上。 为进行换算,关键是考虑储存能量的变化。能量表达式为
)(2
121212
2222222M M A A RH RH RH R R R φJ φJ φJ φJ φJ E ++===
(8-2) 引进主减速器输入和输出端之间的传动比A i 即可得:
RH A A φi φ
= (8-3) 而通过变矩装置输入和输出端之间的传动比G i 可得(比如机械式变速器或自动变速器):
RH A G A G M φi i φi φ == (8-4) 按式(8-2)其能量为
)(2
121222222G A M A A RH RH RH R i i J i J J φφJ E ++==
如果采用无级变速器,当G i 连续变化时,能量的变化为
22
2222d d )(d d RH G G A M G A M A A RH RH RH RH RH R φ
t
i i i J i i J i J J φφφφJ t E +++== 所求的这算转动惯量为
)d d (2
222RH RH G G
G A M A A RH R φ
φ
t i i i i J i J J J +++= (8-5)