汽车理论课程设计：基于Matlab的汽车动力性的仿真

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：编号名称件数页数编号名称件数页数1课程设计论文13Matlab编程源程序12设计任务书12012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Passat1.8T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份汽车理论课程设计论文-1-汽车动力性仿真摘要本文是对Passat1.8T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；matlab1.Passat1.8T手动标准型汽车参数功率Pe（kw）转速n（r/min）15100036175050220066285080330090400011051001055500各档传动比主减速器传动比第1档3.6654.778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1522kgCDA2.4m2汽车理论课程设计论文-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）riiTFt0gq（b）0gaiinr377.0u（c）fgfMF（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.加速时间汽车理论课程设计论文-3-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))(iFwFfFtF(2)）（15.21cos-riisin20gquaACGTGD汽车理论课程设计论文-4-(3)21)(sinfGFwFt为坡道的角度(4)211cosf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(27.295313.19nnnnTq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minn=1000r/min,最高转速maxn=5500r/mindtdumuAfuCGiuGfuPaaDaae3600761403600360013汽车理论课程设计论文-5-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：closeall;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：closeall;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);汽车理论课程设计论文-6-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：clearnT=0.85;r=0.316;汽车理论课程设计论文-7-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=[3.6651.9991.4071.000.472];nmin=600;nmax=1000;u1=0.377*r*nmin./ig/i0;u2=0.377*r*nmax./ig/i0;deta=0*ig;fori=1:5deta(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*(ig(i))^2*i0^2*nT)/(m*r^2);endua=[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;fori=1:Nk=i;ifua(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;elseifua(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(