基于matlab的汽车动力学仿真计算

Equipment Manufacturing Technology No 11, 2015基于 matlab的汽车动力学仿真计算郑战光汪兆亮,王佳祥朱帅黄世鹏(广西制造系统与先进制造技术重点实验室广西大学机械工程学院,广西南宁530004)摘要: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。鉴于以上试验项目繁多,试验周期长耗时耗力且需要特定的场地等缺点,基于 matlab进行仿真分析,结果表明较好地反映了汽车动力学特性并获得了最高车速、加遠时间与最大爬坡度之间的规律。关镳词:最高车速;加速时间;最大爬坡度; matab中图分类号:U462文献标识码:A文章编号:1672-545X(2015)11-001602汽车是日常生活中应用最广泛的交通工具,认加速、克服松软坡道路面的阻力、克服坡道上崎岖不识和了解汽车的各种性能对于汽车性能的综合评价平路面的局部最大阻力等要求的缘故。本文利用有着十分重要的意义。汽车的一些常用性能包括:汽 matlab软件编程实现汽车动力学模型的建立与求解,车的动力性、汽车的燃油经济性汽车的制动性、汽为用户依据汽车相关参数来计算汽车动力性指标提车的操纵稳定性汽车的平顺性汽车的通过性。汽供了方法参考,同时也为开发车辆动力学软件仿真车性能试验周期长、耗时耗力需要特定的场地给汽奠定了一定的基础。车性能测试带来了诸多不便,同时,为避免人为操作不当等因的影响,目前常用 matlab编程或者结合2汽车的最高车速加速时间最大爬坡度求解simulink仿真等建立相关数学模型的方法共同实现本文着眼于汽车各种性能中最基本也是最重要的性动力性数学模型能——汽车的动力性研究做了部分工作,为相关工汽车行驶方程:F=F+F+F+F作人员提供了一些参考。行驶方程具体化:Triin= Cf+ CDA-u,+Gi+8m du.1汽车的动力性相关分析1.15式中:F为驱动力(N);F为滚动阻力(N);F为汽车动力性评价指标有最高车速加速时间最空气阻力(N);F为坡度阻力(N);F为加速阻力(N);大爬坡度等,与之对应的试验内容有最高车速的测T为发动机输出转矩(Nm);、i为变速器传动比、试、汽车起步连续换挡加速时间与超车加速时间的主减速器传动比;为传动系的机械效率:为车轮测试和汽车最大爬坡度的测试另外,按照我国标滚动半径(m)G为汽车重量(kg)f为滚动阻力系准动力性评价试验均在满载情况下进行。轿车的最数;为道路坡度;CD为空气阻力系数;A为迎风面积高车速大,加速时间短,经常在较好的道路上行驶(m2);u为车速(km/h);8为汽车旋转质量换算系数;般不强调它的爬坡能力;然而它的I挡加速能力m为汽车质量(kg);业为加速度(m大,故爬坡能力也强p。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,一般最大爬所研究汽车动力模型的参数如表1所列,模型坡度在30%即167左右。需要进一步说明的是:最变速器传动比如表2所列。大爬坡度代表了汽车的极限爬坡能力,它应该比实汽车动力模型参数网际行驶中遇到的道路最大坡度超出很多,这是因为装载质整车整备专动系机重力加量mlM车轮半径r械效率力系数速度g应考虑到实际坡道行驶时,在坡道上停车顺利起步2004180380367m08500198m中国煤化工收稿日期:2015-08-30基金项目广西制造系统与先进制造技术重点实验室项目(14-045-194),玉林CNMH G21001作者简介:郑战光(1975-),男,江西临川人,博士,副教授,硕士研究生导师,主要研究方向机楲强度理论及CAE;汪兆亮(1991-),男,湖北孝感人,硕士研究生,主要研究方向机械强度理论。《装备制造技术》2015年第11期表2变速器传动比(g汽车在水平路面上匀速行驶时阻力包括滚动阻挡认1)Ⅱ挡认2)Ⅲ挡认3)Ⅳ挡认4)V挡认5)力和空气阻力,运用式(1)可求出不同挡位下汽车的5.562.769100行驶速度。程序设计流程:依据汽油发动机的使用外特性=0.377ynT-n曲线的拟合公式叫计算出最低转速与最高转速Lglo范围内不同转速下的转矩大小,根据计算出来的不同继而利用式(2)和式(3)分别求出滚动阻力和空转速对应下的转矩表1、表2所提供的汽车相关参气阻力。数结合驱动力公式计算出变速器不同档位下、不同车F=M·g了f(2速所对应的驱动力结合计算出来的滚动阻力与空气(3)阻力大小,便可得到汽车驱动力-行驶阻力平衡图,进Fr=Cp'Au21.15而得到最高车速(在驱动力-行驶阻力平衡图上F曲F+F与车速的关系为行驶阻力曲线,再结合线与F+F曲线交点对应的车速,即最高车速U式(4)所描绘的各档驱动力曲线就可得到汽车驱动ax);依据计算出的不同档位、不同车速下的驱动力、力一行驶阻力平衡关系,再用 matlab绘制出汽车驱空气阻力汽车重量可求得汽车的动力因数,进而得动力与阻力平衡图如图2所示。到汽车在各档位下的动力因数与车速的关系曲线(动F=T·m(4)力特性图),汽车1档下的最大动力因数求出最大爬坡度;依据求得的不同档位及车速下的驱动力、滚动驱动力一行驶阻力平衡图14000阻力、空气阻力质量换算系数,可求出汽车的加速度大小,便得到加速度关于车速曲线、加速度导数关于0000车速曲线,进而可以求得汽车加速时间。根据以上发动机外特性的参数可以计算出多组4000不同转速下的转矩,如表3所示。2000表3不同转速下的转矩转速/(rmin)6009001200150018002100输出转矩N·m106621139698159435169.838174166174929图2驱动力与阻力平衡图40027003000330036003900输出转矩N·m173891172068169.730166398160845151.100在汽车驱动力与阻力平衡图中将第F5曲线与再根据发动机的外特性T。-n曲线方程用 matlabF+E曲线的交点便求出最高车速u-,此时汽车最绘制出该汽车发动机输出转矩特性曲线如图1所示。高车速=997353发动机输出转矩特性同样,在汽车驱动力与阻力平衡图中采用 matlab170进行仿真分析可以得到汽车最大爬坡度:1档的最大爬坡度为nmax=0.428,1挡的最大爬坡角为alphamax=23.15°渠120现利用图3来求出汽车从0km/h全力加速至11070km/h所用的加速时间。图3为基于 MATLAB软件5001000150020002500300035004000绘制的汽车动力特性图。图1汽车发动机输出转矩特性曲线汽车动力特性图D=ua汽车动力装置参数一旦确定了,汽车的动力性基0.25本上可以得到初步的认识。该轻型货车的相关参数出自文献[3],如表4所示。表4整车配置参数装载质量整车整备质量总质量车轮半径传动系机械效率0.05m1=2000gm0=1800kgM=3880kgr=0367mm=0.85中国煤化工100120滚动阻力系数重力加速度主减速器空气阻力系数变速器传CNMHG=0013898m°63583coA27m(下转第27页)《装备制造技术》2015年第11期文件,可以在课堂外自主进行实验,通过动画演示,参考文献可以了解一些新的机构,解决了实验模型更新的问[马晓丽机构运动简图测绘虚拟实验系统的研制门机械,题,在提高学生动手能力的同时,可以提高学生的观2010,27(5):33-34.2]宋一兵赵景波李春艳等 Delphi7基础教程M]北京:机察和思维能力,从而提高学生对机械原理课程的学械工业出版社,2005习兴趣。3]王成志黄凯旋陈飞燕计算机可视化绘制机构及其动画系统的研究门机械设计与制造,2011,(3):24-25.The design and Exploitation of simulation ExperimenSoftware System of Kinematic Diagram of MechanismHE Yu-lin CHEN Lei-leGuilin University of Electronic Technology, Guilin Guangxi 541004, China)Abstract: Mechanical principle is an important professional basic course of bachelor degree of mechanicalengineering. The simulation experiment software system of kinematic diagram of mechanism based on Delphi andSolid Works is designed and exploited. Practice results show that the teaching effect is goodKey words: mechanical principle; kinematic diagram of mechanism; simulation experiment····◆◆·◆與变免身奭、奭奭免、奭(上接第17页)由行驶方程式(5)并结合图3所示的各档节气3结束语门全开时的加速度曲线,再由运动学知识可得式(6),再对式(6)积分就可得式(7)。利用动力学公式在mtab中建立汽车动力性试a= om, -(F+F)(5)验的仿真模型可得到汽车动力性的各项参数。设计合理的数学模型及高效的仿真程序,能得出接近真1(6)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。(7)参考文獻:此时,加速时间可用计算机进行数值积分法或何耀华汽车试验技术M北京:机械工业出版社,0图解积分法求出,曲线下两个速度区间的面积就是(2杨万福汽车理论M广州:华南理工大学出版社,2010通过此速度区的加速时间,采用的方法也就是数值3]余志生汽车理论M北京机械工业出版社20积分法。经过数值求解可得汽车从0kmh全力加速4肖启瑞,樊明明车辆工程仿真与分析基于 MATLAB的实现[M]北京机械工业出版社,2010.至70kmh所用的加速时间经计算约为2582238.5王薇 MATLAB从基础到精通M北京:电子工业出版社2012Vehicle Dynamics Simulation Based on MatlabZHENG Zhan-guang, WANG Zhao-liang, WANG Zhao-liang, WANG Jia-xiang, ZHU Shuai, HUANG Shi-pengGuangxi Key Laboratory of Manufacturing System and Advanced Manufacturing TechnologyMechanical Engineering College, Guangxi University, Nanning Guangxi 530004, ChinaAbstract: The vehicle dynamic evaluation index has the highest speed, acceleration time, the maximumgradeability, and the corresponding test content has the highest speed of the test, the car starts a continuous shiftacceleration time and overtaking acceleration time test and maximum gradability of the automobile test. In view ofthe above test items, test cycle is long time-consuming and require sp中国煤化工, the simulationanalysis based on matlab, the results show that better reflects the vehi-s and obtain theCNMHGhighest speed, acceleration time and maximum gradability ruleKey words: maximum speed; acceleration time; the maximum gradeability; matlab