汽车理论课程设计基于Matlab汽车动力性仿真

2009 届

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：

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名称

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1 课程设计论文 1 3Matlab编程源程序 1

2 设计任务书 1

2012年6月20日

成绩

汽车理论课程设计任务书

姓名黄生锐学号20090504 专业09交通运输

课程设计题目汽车动力性的仿真

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 ）

转速n （r/min ）

15 1000 36 1750 50 2200 66 2850 80 3300 90 4000 110 5100 105

5500

各档传动比

主减速器传动比

第1档 3.665 4.778

第2档 1.999 第3档 1.407 第4档 1 第5档 0.472 车轮半径

0.316（m ）

传动机械效率

0.91 假设在良好沥青或水泥路面上行驶，滚动阻力系数 0.014 整车质量 1522kg

C D A

2.4m

2

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 ）r

i i T Ft 0g q η

???=

（b ）0

g a i i n

r 377

.0u ??= （c ）f g f ??=M 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 。显然最高

车速为90km/h 。

3.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。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) )(i Fw Ff Ft F +-=

(2) ）（15

.21cos -r

i i sin 2

0g q ua A C G T G D ?+???=

αη

α

(3) 2

1)(sin f

G Fw Ft +-=

+?α

为坡道的角度

(4) 2

11cos f

+=

?

5.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。

432)1000

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

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m in n =1000r/min,最高转速m ax n =5500r/min

???

? ??

++++=dt du mu Afu C Giu Gfu P a a D a a e 3600761403600360013

δη

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);

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;

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;

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）');