基于matlab的汽车动力性与经济性分析计算(编辑修改稿)

基于matlab的汽车动力性与经济性分析计算(编辑修改稿)内容摘要：

算公式如下： (310) 式中：为起步时间； 为起步过程结束，汽车最低稳定车速。 在动力性计算时,一般忽略原地起步的离合器滑磨时间,即假设最初时刻汽车已经具有起步挡位的最低车速. 换挡时刻则基于最大加速原则,如果相邻挡位的加速度(或加速度倒数)曲线相交,则在相交速度点换挡。 如果不相交,则在最大转速点对应的车速换挡[10].图32 汽车的行驶加速度曲线图33 汽车的行驶加速度倒数曲线 根据加速度倒数曲线得知相邻两个档位之间没有没有交点，故应该在低档最大车速的时候换入高档，忽略原地起步的离合器滑磨时间,即假设最初时刻汽车已经具有起步挡位的最低车速，发动机的最低稳定转速=800r/min，可以得出汽车起步的最低车速为7km/h,把汽车从0到100km/h原地起步加速分为四个部分，7km/,，利用matlab程序计算四个档位加速时间之和即为起步加速时间，可得出0到100km/。 超车加速时间指用最高档或次高档由某一较低车速全力加速某一高速所需要的时间。 因为超车时汽车与被超车辆并行，容易发生安全事故，所以超车加速能力强，并行行程短，行驶就安全。 对超车加速能力还没有一致的规定，采用较多的是用最高档或次高档由以较低车速全力加速行驶至某一较高车速所需要的时间。 计算公式如下[14]： (311)式中：、 分别为超车加速的起始车速和终了车速。 基于matlab程序得出下表部分超车加速时间：表32 五档与六档超车加速时间加速区间五档30到100五档80到120六档80到120所需时间汽车的爬坡性能是指在指定载荷时汽车在良好路面上的最大爬坡度。 显然，最大爬坡度是指一档最大爬坡度。 有的国家规定在常遇到的坡度上，以汽车必须保证的车速来表明它的爬坡能力。 控制这个指标可以保证各种车辆的动力性相差不致太悬殊，以维持路面上各种车辆畅通行驶。 例如，要求单车在坡度为3%的坡道上能以60km/ h的车速行驶，汽车列车在坡度为2%的坡道上能以50km/h的车速行驶。 一般所谓汽车的爬坡能力，是指汽车在良好的路面上克服后的余力全部用来（即等速）克服坡度阻力时能爬上的坡度，所以。 因此 (312)一般汽车最大爬坡度达30%左右，因此利用汽车行驶方程式确定一档及低档爬坡能力时，应采用作为坡度阻力，即上式应为 (313)即 (314)基于matlab根据已知试验数据得如下各档的汽车爬坡度图[4]：图34 汽车的最大爬坡度图有matlab程序得各档最大爬坡度见表三表33 试验车型各档位最大爬坡度档位一档二档三档四档五档六档最大爬坡度（%）汽车的动力性还可以用动力特性图来分析。 动力因数是汽车牵引性能的主要指标，是剩余牵引力（总牵引力减空气阻力）和汽车总重之比。 此值越大，汽车的加速、爬坡和克服道路阻力的能力越大。 将汽车行驶方程两边除以汽车重力并整理如下[10]： （315）则动力因数为 （316）根据前面汽车行驶功率平衡图进一步化简得 （317）其中，可以利用第二章中拟合的外特性曲线插值求得。 按此理论编写matlab程序，以所给试验数据为基础可得到如下动力特性图[9]：图35 动力特性图汽车在各档下的动力因数与车速的关系曲线成为动力特性图。 在动力特性图上作滚动阻力系数曲线fua，显然f线与直接档Dua曲线的交点即为汽车的最高车速。 在求最大爬坡度时，故动力因数，因此D曲线与f曲线间的距离就表示汽车的上坡能力。 一档时，坡度较大，此时之误差较大，应用下式计算 （318）用带入上式，整理后可得 （319）然后再根据换算成最大爬坡度。 加速时，i=0，故 （320）用上述同样方法亦可求得加速度值，然后再计算出加速时间。 本章中建立了汽车动力性仿真的数学模型，详细分析了汽车动力性的三个评价指标，最高车速、加速时间以及最大爬坡度，分别给出计算分析方法，并用Matlab语言编写了动力性计算分析的程序，并以某车的试验数据为实例进行了计算分析，由已知的试验数据的得出了汽车行驶中各档的最高车速，原地起步加速时间，不同档位不同车速情况下的超车加速时间，各档的最大爬坡度，动力因数。 通过计算分析可知，从0到100km/，五档下汽车从30km/h加速到100km/，五档下汽车从80km/h加速到120km/，六档下汽车从80km/h加速到120km/，%，因此，由这些评价指标结合动力特性图可知该试验车型的动力性一般。 本章中对汽车动力性的仿真分析获得了比较满意的结果，说明该程序能够较好的对汽车动力性进行预测。 4 汽车燃油经济性模拟计算在保证汽车动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称作汽车的燃油经济性。 燃油经济性好，可以降低汽车的使用费用、减少国家对进口石油的依赖性、节省石油资源；同时也降低了发动机产生的二氧化碳（温室效应气体）的排放量，可以起到阻止地球变暖的作用。 发动机的燃油消耗率与排放污染是有着密切的关系，只能在保证排放达到有关规定要求的前提下来降低发动机的燃油消耗率，提高汽车的燃油经济性。 汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。 评价汽车燃油经济性指标有多工况百公里油耗(L/100km )、汽车等速油耗。 等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷下(我国标准规定轿车为半载，货车为满载)，以最高档在水平良好的路面上等速行驶100km的燃油消耗量。 常测出每隔10km/h或20km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，燃油在图上连成曲线，成为等速百公里燃油消耗量曲线，用它来评价汽车的燃油经济性。 但是，等速行驶工况并没有全面反映汽车的实际运行情况，特别是市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速停车等行驶工况。 因此各国都制定了一些典型的循环行驶试验工况来模拟实际汽车运行状况，并以其百公里燃油消耗量来评定相应行驶工况的燃油经济性。 自上世纪70年代起，各国为了能正确地模拟汽车行驶工况，在测定汽车典型使用工况的基础上，制订了各种试验规范，如联合国欧洲经济委员会ECE规定，要测量车速为90km/h和120km/h的等速百公里燃油消耗量和按ECE ，并各取1/3相加来作为混合百公里燃油消耗量来评定汽车燃油经济性。 美国环境保护局EPA规定要测量市区的循环工况（UDDS）及公路的循环工况HWFET的燃油经济性(单位为每加仑燃油汽车行驶英里数mile/gal)，并按下式计算综合燃油经济性(单位为mile/ gal)[15]：以它作为燃油经济性的综合评价指标。 匀速过程中发动机的燃油消耗量为[16]： （41）式中：Pe为汽车等速工况下行驶阻力功率，为等速工况下车速对应发动机转速下发动机发出功率时的燃油消耗率。 在汽车加速行驶时，发动机还要提供为克服加速阻力所消耗的功率。 若加速度为(),则发动机的功率（KW）应为 （42）在加速过程中,车速、发动机的功率和转速也在不断地变化,因而燃油消耗率也不是定值。 可以把每一个加速段分成若干个速度间隔,每个区间的燃油消耗量可根据起平均的单位时间燃油消耗量与行驶时间之积求得。 各个区间的燃油消耗量可根据其平均单位时间的燃油消耗量,可根据相应的发动机发出的功率与燃油消耗率求得速度（km/h）41 等加速过程的燃油消耗量计算 (43)而汽车行驶速度每增加1km/h所需的时间（s）为 (44)从行驶的初速度加速至+1km/h所需的燃油量（ml）为 (45)式中，为行驶初速度时，即时刻的单位时间燃油消耗量；为车速为+1km/h时，即时刻的单位时间的燃油消耗量。 由车速+1km/h再增加1km/h所需要的燃油量为 (46)式中，为车速等于+2km/h时，即时刻的单位时间燃油消耗量。 以此类推，每个区间的燃油消耗量为 (47) (48)式中，、，为，，各个时刻的单位时间燃油消耗量。 整个加速过程中燃油消耗量为 (49)或 (410)汽车减速行驶时,发动机处于强制怠速状态,其油耗量即为正常怠速油耗。 所以减速工况燃油消耗量等于减速行驶时间与怠速油耗的乘积。 减速过程燃油消耗量Q(mL) 为: （411） 若怠速停车时间为t(单位为s),则怠速停车燃油消耗量Q(mL) 为: （412） 整个多工况循环的总油耗为组成该循环的各工况耗油量之和。 转化为试验循环的百公里油耗量Q(单位为L/100km): （413）在汽车的设计与开发工作中，常需要根据发动机台架试验得到的万有特性图与汽车功率平衡图，对汽车燃油经济性进行估算。 本节将介绍燃油经济性循环行驶试验的等速行驶工况的燃油消耗量的计算方法。 在本文第二章中，已根据所给试验数据绘制出了万有特性图，根据等速行驶车速及阻力功率，在万有特性图上（利用插值法）可确定相应的燃油消耗率be，从而计算出以该车速等速行驶时单位时间内的燃油消耗量（ml/s）为 （414）式中，b为燃油消耗率[g/()]；为燃油的密度（kg/L）；g为重力加速度（），—，—。 整个等速过程行经s（m）行程的燃油消耗量（ml）为 （415）这算成百公里燃油消耗量（L/100km）为 （416）计算模型及过程如下[17]:1)首先计算出与汽车行驶速度、变速器传动比ig相对应的发动机转速n(r/min) （417）式中，i0为主减速器传动比，r为车轮滚动半径。 2) 计算在此汽车行驶速度下,发动机所消耗的功率Pe(kW) （418）式中，G为汽车重力，f为滚动阻力系数，为空气阻力系数，A为迎风面积，传动效率。 3） 计算发动机转矩（） （419）4） 计算发动机燃油消耗率b[g/()]根据第一章中发动机万有特性曲线,b在已知汽车行驶速度和阻力功率的情况下，可以利用插值法确定油耗率。 5）计算发动机百公里燃油消耗量 （420）图42 四档、五档、六档等速百公里油耗 利用已知试验数据，基于matlab计算出各档部分车速下的百公里燃油消耗量，见下表[18]：表41 一档部分车速下百公里油耗车速（km/h）1020304050油耗(L/100km)表42 二档部分车速下百公里油耗车速（km/h）2030405060油耗(L/100km)表43 三档部分车速下百公里油耗车速（km/h）2030405060油耗(L/100km)车速（km/h）708090油耗(。