Equipment Manufacturing Technology No 11, 2015基于 matlab的汽車(chē)動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算鄭戰(zhàn)光汪兆亮,王佳祥朱帥黃世鵬(廣西制造系統(tǒng)與先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,廣西南寧530004)摘要:汽車(chē)動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)有最高車(chē)速、加速時(shí)間、最大爬坡度等,與之對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)內(nèi)容有最高車(chē)速的測(cè)試、汽車(chē)起步連續(xù)換擋加速時(shí)間與超車(chē)加速時(shí)間的測(cè)試和汽車(chē)最大爬坡度的測(cè)試。鑒于以上試驗(yàn)項(xiàng)目繁多,試驗(yàn)周期長(zhǎng)耗時(shí)耗力且需要特定的場(chǎng)地等缺點(diǎn),基于 matlab進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明較好地反映了汽車(chē)動(dòng)力學(xué)特性并獲得了最高車(chē)速、加遠(yuǎn)時(shí)間與最大爬坡度之間的規(guī)律。關(guān)鑣詞:最高車(chē)速;加速時(shí)間;最大爬坡度; matab中圖分類(lèi)號(hào):U462文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-545X(2015)11-001602汽車(chē)是日常生活中應(yīng)用最廣泛的交通工具,認(rèn)加速、克服松軟坡道路面的阻力、克服坡道上崎嶇不識(shí)和了解汽車(chē)的各種性能對(duì)于汽車(chē)性能的綜合評(píng)價(jià)平路面的局部最大阻力等要求的緣故。本文利用有著十分重要的意義。汽車(chē)的一些常用性能包括:汽 matlab軟件編程實(shí)現(xiàn)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型的建立與求解,車(chē)的動(dòng)力性、汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性汽車(chē)的制動(dòng)性、汽為用戶(hù)依據(jù)汽車(chē)相關(guān)參數(shù)來(lái)計(jì)算汽車(chē)動(dòng)力性指標(biāo)提車(chē)的操縱穩(wěn)定性汽車(chē)的平順性汽車(chē)的通過(guò)性。汽供了方法參考,同時(shí)也為開(kāi)發(fā)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)軟件仿真車(chē)性能試驗(yàn)周期長(zhǎng)、耗時(shí)耗力需要特定的場(chǎng)地給汽奠定了一定的基礎(chǔ)。車(chē)性能測(cè)試帶來(lái)了諸多不便,同時(shí),為避免人為操作不當(dāng)?shù)纫虻挠绊?目前常用 matlab編程或者結(jié)合2汽車(chē)的最高車(chē)速加速時(shí)間最大爬坡度求解simulink仿真等建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型的方法共同實(shí)現(xiàn)本文著眼于汽車(chē)各種性能中最基本也是最重要的性動(dòng)力性數(shù)學(xué)模型能——汽車(chē)的動(dòng)力性研究做了部分工作,為相關(guān)工汽車(chē)行駛方程:F=F+F+F+F作人員提供了一些參考。行駛方程具體化:Triin= Cf+ CDA-u,+Gi+8m du.1汽車(chē)的動(dòng)力性相關(guān)分析1.15式中:F為驅(qū)動(dòng)力(N);F為滾動(dòng)阻力(N);F為汽車(chē)動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)有最高車(chē)速加速時(shí)間最空氣阻力(N);F為坡度阻力(N);F為加速阻力(N);大爬坡度等,與之對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)內(nèi)容有最高車(chē)速的測(cè)T為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩(Nm);、i為變速器傳動(dòng)比、試、汽車(chē)起步連續(xù)換擋加速時(shí)間與超車(chē)加速時(shí)間的主減速器傳動(dòng)比;為傳動(dòng)系的機(jī)械效率:為車(chē)輪測(cè)試和汽車(chē)最大爬坡度的測(cè)試另外,按照我國(guó)標(biāo)滾動(dòng)半徑(m)G為汽車(chē)重量(kg)f為滾動(dòng)阻力系準(zhǔn)動(dòng)力性評(píng)價(jià)試驗(yàn)均在滿(mǎn)載情況下進(jìn)行。轎車(chē)的最數(shù);為道路坡度;CD為空氣阻力系數(shù);A為迎風(fēng)面積高車(chē)速大,加速時(shí)間短,經(jīng)常在較好的道路上行駛(m2);u為車(chē)速(km/h);8為汽車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù);般不強(qiáng)調(diào)它的爬坡能力;然而它的I擋加速能力m為汽車(chē)質(zhì)量(kg);業(yè)為加速度(m大,故爬坡能力也強(qiáng)p。貨車(chē)在各種地區(qū)的各種道路上行駛,所以必須具有足夠的爬坡能力,一般最大爬所研究汽車(chē)動(dòng)力模型的參數(shù)如表1所列,模型坡度在30%即167左右。需要進(jìn)一步說(shuō)明的是:最變速器傳動(dòng)比如表2所列。大爬坡度代表了汽車(chē)的極限爬坡能力,它應(yīng)該比實(shí)汽車(chē)動(dòng)力模型參數(shù)網(wǎng)際行駛中遇到的道路最大坡度超出很多,這是因?yàn)檠b載質(zhì)整車(chē)整備專(zhuān)動(dòng)系機(jī)重力加量mlM車(chē)輪半徑r械效率力系數(shù)速度g應(yīng)考慮到實(shí)際坡道行駛時(shí),在坡道上停車(chē)順利起步2004180380367m08500198m中國(guó)煤化工收稿日期:2015-08-30基金項(xiàng)目廣西制造系統(tǒng)與先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(14-045-194),玉林CNMH G21001作者簡(jiǎn)介:鄭戰(zhàn)光(1975-),男,江西臨川人,博士,副教授,碩士研究生導(dǎo)師,主要研究方向機(jī)楲強(qiáng)度理論及CAE;汪兆亮(1991-),男,湖北孝感人,碩士研究生,主要研究方向機(jī)械強(qiáng)度理論?！堆b備制造技術(shù)》2015年第11期表2變速器傳動(dòng)比(g汽車(chē)在水平路面上勻速行駛時(shí)阻力包括滾動(dòng)阻擋認(rèn)1)Ⅱ擋認(rèn)2)Ⅲ擋認(rèn)3)Ⅳ擋認(rèn)4)V擋認(rèn)5)力和空氣阻力,運(yùn)用式(1)可求出不同擋位下汽車(chē)的5.562.769100行駛速度。程序設(shè)計(jì)流程:依據(jù)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的使用外特性=0.377ynT-n曲線的擬合公式叫計(jì)算出最低轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速Lglo范圍內(nèi)不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩大小,根據(jù)計(jì)算出來(lái)的不同繼而利用式(2)和式(3)分別求出滾動(dòng)阻力和空轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)下的轉(zhuǎn)矩表1、表2所提供的汽車(chē)相關(guān)參氣阻力。數(shù)結(jié)合驅(qū)動(dòng)力公式計(jì)算出變速器不同檔位下、不同車(chē)F=M·g了f(2速所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力結(jié)合計(jì)算出來(lái)的滾動(dòng)阻力與空氣(3)阻力大小,便可得到汽車(chē)驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖,進(jìn)Fr=Cp'Au21.15而得到最高車(chē)速(在驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖上F曲F+F與車(chē)速的關(guān)系為行駛阻力曲線,再結(jié)合線與F+F曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車(chē)速,即最高車(chē)速U式(4)所描繪的各檔驅(qū)動(dòng)力曲線就可得到汽車(chē)驅(qū)動(dòng)ax);依據(jù)計(jì)算出的不同檔位、不同車(chē)速下的驅(qū)動(dòng)力、力一行駛阻力平衡關(guān)系,再用 matlab繪制出汽車(chē)驅(qū)空氣阻力汽車(chē)重量可求得汽車(chē)的動(dòng)力因數(shù),進(jìn)而得動(dòng)力與阻力平衡圖如圖2所示。到汽車(chē)在各檔位下的動(dòng)力因數(shù)與車(chē)速的關(guān)系曲線(動(dòng)F=T·m(4)力特性圖),汽車(chē)1檔下的最大動(dòng)力因數(shù)求出最大爬坡度;依據(jù)求得的不同檔位及車(chē)速下的驅(qū)動(dòng)力、滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)力一行駛阻力平衡圖14000阻力、空氣阻力質(zhì)量換算系數(shù),可求出汽車(chē)的加速度大小,便得到加速度關(guān)于車(chē)速曲線、加速度導(dǎo)數(shù)關(guān)于0000車(chē)速曲線,進(jìn)而可以求得汽車(chē)加速時(shí)間。根據(jù)以上發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的參數(shù)可以計(jì)算出多組4000不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩,如表3所示。2000表3不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速/(rmin)6009001200150018002100輸出轉(zhuǎn)矩N·m106621139698159435169.838174166174929圖2驅(qū)動(dòng)力與阻力平衡圖40027003000330036003900輸出轉(zhuǎn)矩N·m173891172068169.730166398160845151.100在汽車(chē)驅(qū)動(dòng)力與阻力平衡圖中將第F5曲線與再根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性T。-n曲線方程用 matlabF+E曲線的交點(diǎn)便求出最高車(chē)速u(mài)-,此時(shí)汽車(chē)最繪制出該汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖1所示。高車(chē)速=997353發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性同樣,在汽車(chē)驅(qū)動(dòng)力與阻力平衡圖中采用 matlab170進(jìn)行仿真分析可以得到汽車(chē)最大爬坡度:1檔的最大爬坡度為nmax=0.428,1擋的最大爬坡角為alphamax=23.15°渠120現(xiàn)利用圖3來(lái)求出汽車(chē)從0km/h全力加速至11070km/h所用的加速時(shí)間。圖3為基于 MATLAB軟件5001000150020002500300035004000繪制的汽車(chē)動(dòng)力特性圖。圖1汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩特性曲線汽車(chē)動(dòng)力特性圖D=ua汽車(chē)動(dòng)力裝置參數(shù)一旦確定了,汽車(chē)的動(dòng)力性基0.25本上可以得到初步的認(rèn)識(shí)。該輕型貨車(chē)的相關(guān)參數(shù)出自文獻(xiàn)[3],如表4所示。表4整車(chē)配置參數(shù)裝載質(zhì)量整車(chē)整備質(zhì)量總質(zhì)量車(chē)輪半徑傳動(dòng)系機(jī)械效率0.05m1=2000gm0=1800kgM=3880kgr=0367mm=0.85中國(guó)煤化工100120滾動(dòng)阻力系數(shù)重力加速度主減速器空氣阻力系數(shù)變速器傳CNMHG=0013898m°63583coA27m(下轉(zhuǎn)第27頁(yè))《裝備制造技術(shù)》2015年第11期文件,可以在課堂外自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示,參考文獻(xiàn)可以了解一些新的機(jī)構(gòu),解決了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ透碌膯?wèn)[馬曉麗機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研制門(mén)機(jī)械,題,在提高學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí),可以提高學(xué)生的觀2010,27(5):33-34.2]宋一兵趙景波李春艷等 Delphi7基礎(chǔ)教程M]北京:機(jī)察和思維能力,從而提高學(xué)生對(duì)機(jī)械原理課程的學(xué)械工業(yè)出版社,2005習(xí)興趣。3]王成志黃凱旋陳飛燕計(jì)算機(jī)可視化繪制機(jī)構(gòu)及其動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)的研究門(mén)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,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····◆◆·◆與變免身奭、奭奭免、奭(上接第17頁(yè))由行駛方程式(5)并結(jié)合圖3所示的各檔節(jié)氣3結(jié)束語(yǔ)門(mén)全開(kāi)時(shí)的加速度曲線,再由運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)可得式(6),再對(duì)式(6)積分就可得式(7)。利用動(dòng)力學(xué)公式在mtab中建立汽車(chē)動(dòng)力性試a= om, -(F+F)(5)驗(yàn)的仿真模型可得到汽車(chē)動(dòng)力性的各項(xiàng)參數(shù)。設(shè)計(jì)合理的數(shù)學(xué)模型及高效的仿真程序,能得出接近真1(6)實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果為工作人員提供了重要參考,有很強(qiáng)的實(shí)用性。(7)參考文獻(xiàn):此時(shí),加速時(shí)間可用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值積分法或何耀華汽車(chē)試驗(yàn)技術(shù)M北京:機(jī)械工業(yè)出版社,0圖解積分法求出,曲線下兩個(gè)速度區(qū)間的面積就是(2楊萬(wàn)福汽車(chē)?yán)碚揗廣州:華南理工大學(xué)出版社,2010通過(guò)此速度區(qū)的加速時(shí)間,采用的方法也就是數(shù)值3]余志生汽車(chē)?yán)碚揗北京機(jī)械工業(yè)出版社20積分法。經(jīng)過(guò)數(shù)值求解可得汽車(chē)從0kmh全力加速4肖啟瑞,樊明明車(chē)輛工程仿真與分析基于 MATLAB的實(shí)現(xiàn)[M]北京機(jī)械工業(yè)出版社,2010.至70kmh所用的加速時(shí)間經(jīng)計(jì)算約為2582238.5王薇 MATLAB從基礎(chǔ)到精通M北京:電子工業(yè)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中國(guó)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