汽车动力性试验 仿真 matlab

基于matlab 的一款轻型货车动力性试验仿真

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（武汉理工大学汽车学院，汽车##班；1049####）

摘要：利用一款轻型货车发动机外特性的转矩拟合曲线及整车的其他配置参数建立了整车的动力学模型，在matlab 环境下用m 语言完成了仿真过程。动力性是汽车的最基本性能，是汽车整车性能道路试验的必备项目之一，但道路试验需要较好的试验场地和有经验的试验人员，过程也很繁琐。但若利用发动机及整车的参数建立数学模型，在软件中进行试验 仿真则会方便很多。设计合理的数学模型及高效的仿真程序，能得出接近真实试验的结果，为工作人员提供了重要参考，有很强的实用性。 关键词：汽车；动力性；试验仿真；matlab ；m 语言；实用性

1 汽车动力性试验的基本内容

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。 1.1 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（清洁、干燥、平坦的混凝土或沥青路面，纵向坡度在0.1％以内)上所能达到的最高行驶速度。 1.2 加速时间

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。一般常用0—100km/h 所需的时间来表明原地起步的加速能力。

超车加速是指用最高挡或次高挡有某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。对超车加速能力还没有一致的规定，采用较多的是用最高挡或次高挡由30km/h 或40km/h 全力加速至某一高速所需的时间。

本文所取模型为一款轻型货车，动力性一般，再结合生活使用实际需要，现用40km/h 全力加速至70km/h 所用的时间来评价汽车的加速性能，因为此速度区间是城市道路在较佳的通车情况下加速时的常用工况。 1.3 最大爬坡度

实际的各类公路不可避免会有一定的坡度，若汽车能顺利且快速的通过遇到的各类斜坡，必然需要较强的动力。

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。要进一步说明的是：最大爬坡度代表了汽车的极限爬坡能力，它应该比实际行驶中遇到的道路最大坡度超出很多，这是因为应考虑到实际坡道行驶时，在坡道上停车顺利起步加速、克服松软坡道路面的阻力、克服坡道上崎岖不平路面的局部最大阻力等要求的缘故。

2 动力模型的参数

2.1 发动机使用外特性的Tq-n 的拟合曲线

4

32q )1000

(8445.3)1000(874.40)1000(44.165)1000(27.295313.19n n n n T -+-+-=

式中，q T 为发动机转矩（N*m ）；n 为发动机转速（r/min ）。 发动机最低转速min n =600r/min,最高转速max n =4000r/min

2.2 整车配置参数

装载质量 m1=2000kg 整车整备质量 m0=1800kg 总质量 M =3880kg 车轮半径 r =0.367m 传动系机械效率 η=0.85 滚动阻力系数 f=0.013

空气阻力系数×迎风面积 C D ·A=2.77m^2 主减速器传动比 i0=5.83

飞轮的转动惯量 If=0.218kg ·㎡ 二前轮转动惯量 Iw1=1.798kg ·㎡ 四后轮转动惯量 Iw2=3.598kg·㎡

重力加速度 g=9.8 m/s 2

变速器传动比 ig

I 挡 ig(1) II 挡 ig(2) III 挡ig(3) IV 挡 ig(4)

V 挡 ig(5) 5.56

2.769

1.644

1.00

0.793

3 模型的动力方程

3.1 外特性功率曲线的求出

由公式(1)可求出功率曲线与给出参数中的转矩曲线一起可得出此发动机的外特性曲线，如图1.外特性曲线可反映发动机的做功性能，为汽车动力性的求解提供重要参考。 9550

n

q e ⋅=

T P 公式（1） 公式中Pe 为发动机的功率，Tq 为转矩，n 为转速。 3.2 最高车速的求出

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。

r

i0ig Tq Ft η

⋅⋅⋅=

公式（2）

图1发动机外特性曲线

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（3）可求出不同挡位下汽车的行驶速度，继而利用公式（4）、公式（5）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（2）的各档驱动力曲线就得到汽车驱动力—行驶阻力平衡，如图2。第Ft5曲线与Ft+Fw 曲线的交点便是最高车速u amax 。显然最高车速为100km/h 。

i0

ig n r 377.0u a

⋅⋅= 公式（3）

f g f ⋅⋅=M F 公式（4）

15

.21u w 2

a ⋅⋅=A C F D 公式（5）

图2汽车驱动力—行驶阻力平衡图

3.3 汽车的加速时间

如上所述，本文用40km/h 全力加速至70km/h 所用的时间来评价汽车的加速性能。现利用图2来求出汽车的加速时间。 由行驶方程的

)]([m

1a Fw Ff Ft +-=δ 公式（6）结合各档节气门全开时的加

速度曲线，见图3。有图可以看出，高挡位的加速度要小些。