【文章內容簡介】 FF? 的大??； 3）如果發(fā)動機轉速達到最大轉速 maxen 或者 tF 等于或者小于 fwFF? ，則此時的車速為該檔的最高車速； 4）換入下一檔，按照同樣的方法求出此檔的最高車速。求出每一檔的最高 車速之后，比較它們的大小，最大值即為該車的最大車速。一般汽車的最高車速出現(xiàn)在直接檔或者最高檔。 重慶理工大學畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動力性與經(jīng)濟性分析計算 14 最高車速的模擬流程圖 [12]，如圖 1 所示： 輸入?yún)?shù) 外特性擬合模型 設定循環(huán)檔位，從 I檔到最高檔依次增大 i檔 minee nn ? 計算車速、行駛阻力 fw FF? 和驅動力 tF 是 否 圖 31 最高車速模擬流程圖 為了清晰的而形象 地表明汽車行駛時的受力情況及平衡關系，一般是將汽車行駛方程式用圖解法進行分析的。就是說在汽車驅動力圖上把汽車行駛中經(jīng)常遇到的滾動阻力和空氣阻力也算出畫上，作出汽車驅動力 行駛阻力平衡圖，并以它確定汽車動fwt FFF ?? 且 m a xee nn ? 此時車速即為該檔最高車速 輸出最高車速 結束 eiee nnn ?? 重慶理工大學畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動力性與經(jīng)濟性分析計算 15 力性。 其中發(fā)動機轉速與汽車行駛速度之間的關系式為 [10] iirnu ga ? (35) 式中， au 為汽車行駛速度（ km/h）； n 為發(fā)動機轉速（ r/min）； r 為車 輪滾動半徑；gi 為變速器傳動比； 0i 為主減速器傳動比。 汽車行駛過程中的驅動力 riiTF Tgtqt ?0?，其中 tqT 表示發(fā)動機轉矩， T? 表示傳動系的機械效率。 汽車行駛中經(jīng)常遇到的滾動阻力和空氣阻力之和 fF ， aDf uACGfF ?? (36) 式中， f 為滾動阻力系數(shù)， DC 為風阻系數(shù)， A 為迎風面積。 圖 31 為論文所給數(shù)據(jù)的驅動力 行駛阻力平衡圖 [13]。圖中既有各檔的驅動力，又有滾動阻力和空氣阻力疊加后得到的行駛阻力曲線。從圖上可以清楚地看出不同車速時的驅動力和行駛阻力之間的關系。汽車以最高擋行駛時的最高車速可 以直接在圖上找到。顯然， F 曲線與 Ff 曲線的交點便是 maxu ，此時驅動力和行駛阻力相等，汽車處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，基于 Matlab 可以計算出最高車速為 200km/h，對應的轉速為4604r/min。 表 31 各個檔位最高車速及對應轉速 檔位 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 轉速 6000 6000 6000 6000 6000 4604 最高車速 重慶理工大學畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動力性與經(jīng)濟性分析計算 16 圖 31 汽車驅動力 行駛阻力平衡 圖 由于驅動力圖中的驅動力是根據(jù)發(fā)動機的外特性求得的，因此它是使用各檔位時在一定車速下汽車能發(fā)出的驅動力的極限值。實際行駛中，發(fā)動機常在節(jié)氣門部分開啟下工作，相應的驅動力要比它小。 加速時間的計算 常用原地起步加速時間與超車加速時間來表示汽車的加速性能。原地起步的加速時間系指用一檔或二檔起步，按最佳換檔時間逐次換至高檔，油門開度保持全開，加速至某一預定的距離或車速所需要的時間。超車加速時間系指用最高檔或次高檔由某一較低車速在油門全開情況下，加速至某一高速所需用的時間。 加速時間表示汽 車的加速能力 ,常用原地起步加速時間與超車加速時間來表明汽車的加速能力。由汽車行駛方程得加速阻力為 [10]： ? ?wfttuj FFFddmF ???? ? (37) 重慶理工大學畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動力性與經(jīng)濟性分析計算 17 加速度為 ? ?m FFFdd wfttu ? ??? (38) 加速時間為 ? ???21 uu ufwt dFFFmt ? (39) 式中： 1u 為汽車初速度， km/h； 2u 為汽車末速度， km/h。即對加速度倒數(shù)曲線進行積分，曲線的兩個速度區(qū)間的面積就是通過此速度區(qū)間的加速時間。 原地起步加速時間 原地起步加速時間指汽車由 I 檔或者 II 檔起步，并以最大的加速強度（包括選擇恰當?shù)膿Q擋時機）逐步換至最高檔后到某一預定的距離或車速所需要的時間。計算公式如下： ? ????aauu ufwt dFFFmTTm i 10 ? (310) 式中： 0T 為起步時間； minau 為起步過程結束，汽車最低穩(wěn)定車速。 在動力性計算時 ,一般忽略原地起步的離合器滑磨時間 ,即假設最初時刻汽車已經(jīng)具有起步擋位的最低車速 . 換擋時刻則基于最大加速原則 ,如果相鄰擋位的加速度(或加速度倒數(shù) )曲線相交 ,則在相交速度點換擋 。如果不相交 ,則在最大轉速點對應的車速換擋 [10]. 重慶理工大學畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動力性與經(jīng)濟性分析計算 18 圖 32 汽車的行駛加速度曲線 圖 33 汽車的行駛加速度倒數(shù)曲線 重慶理工大學畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動力性與經(jīng)濟性分析計算 19 根據(jù)加速度倒數(shù)曲線得知相鄰兩個檔位之間沒有沒有交點，故應該在低檔最大車速的時候換入高檔，忽 略原地起步的離合器滑磨時間 ,即假設最初時刻汽車已經(jīng)具有起步擋位的最低車速，發(fā)動機的最低穩(wěn)定轉速 maxn =800r/min，可以得出汽車起步的最低車速為 7km/h,把汽車從 0到 100km/h 原地起步加速分為四個部分， 7km/h 到,， ，利用 matlab 程序計算四個檔位加速時間之和即為起步加速時間，可得出 0 到 100km/h的加速時間為 。 超車加速時間 超車加速時間指用最高檔或次高檔由某一較低車速全力加速某一高速所需要的時間。因為超車時汽車與被超車輛并行，容易發(fā)生安全事故，所以超車加速能力強，并行行程短，行駛就安全。對超車加速能力還沒有一致的規(guī)定，采用較多的是用最高檔或次高檔由以較低車速全力加速行駛至某一較高車速所需要的時間。 計算公式如下[14]： ? ??? uu ufwt dFFF mT ? (311) 式中： 1u 、 2u 分別為超車加速的起始車速和終了車速。 基于 matlab 程序得出下表部分超車加速時間： 表 32 五檔與六檔超車加速時間 加速區(qū)間 五檔 30 到 100 五檔 80 到 120 六檔 80 到 120 所需時間 最大爬坡度的計算 汽車的爬坡性能是指在指定載荷時汽車在良好路面上的最大爬坡度。顯然，最大爬坡度是指一檔最大爬坡度。有的國家規(guī)定在常遇到的坡度上，以汽車必須保證的車速來表明它的爬坡能力?？刂七@個指標可以保證各種車輛的動力性相差不致太懸殊，以維持路面上各種車輛暢通行駛。例如，要求單車在坡度為 3%的坡道上能以 60km/ h的車速行駛，汽車列車在坡度為 2%的坡道上能以 50km/h 的車速行駛。 一般所謂汽車的爬坡能力，是指汽車在良好的路面上克服 fw FF ? 后的余力重慶理工大學畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動力性與經(jīng)濟性分析計算 20 全部用來（即等速）克服坡度阻力時能爬上的坡度，所以 0/ ?dtdu 。因此 ? ?wfti FFFF ??? (312) 一般汽車最大爬坡度達 30%左右，因此利用汽車行駛方程式確定一檔及低檔爬坡能力時，應采用 ?sinG 作為坡度阻力，即上式應為 ???????? ??? o ss in20 aDTgtq AuCfGriiTG ??? (313) 即 GAuCfGriiT aDTgtq ???????? ??? c o sa r c s in20 ??? (314) 基于 matlab 根據(jù)已知試驗數(shù)據(jù)得如下各檔的汽車爬坡度圖 [4]： 圖 34 汽車的最大爬坡度圖 重慶理工大學畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動力性與經(jīng)濟性分析計算 21 有 matlab 程序得各檔最大爬坡度見表三 表 33 試驗車型各檔位最大爬坡度 檔位 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 最大爬坡度（ %） 各檔動力因數(shù)的計算 汽車的動力性還可以用動力特性圖來分析。動力因數(shù)是汽車牽引性能的主要指標，是剩余牽引力（總牽引力減空氣阻力）和汽車總重之比。此值越大，汽車的加速、爬坡和克服道路阻力的能力越大。將汽車行駛方程兩邊除以汽車重力并整理如下 [10]： jwift FFFFF ???? （ 315） 則動力因數(shù)為 gdtduG FFD wt ?? ???? （ 316） 根據(jù)前面汽車行駛功率平衡圖進一步化簡得 G AuCrigiTD DTtq 2?? ? （ 317） 其中 igirnu ??， tqT 可以利用第二章中擬合的外特性曲線插值求得。 按此理論編寫 matlab 程 序，以所給試驗數(shù)據(jù)為基礎可得到如下動力特性圖 [9]： 重慶理工大學畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動力性與經(jīng)濟性分析計算 22 圖 35 動力特性圖 汽車在各檔下的動力因數(shù)與車速的關系曲線成為動力特性圖。在動力特性圖上作滾動阻力系數(shù)曲線 fua，顯然 f線與直接檔 Dua 曲線的交點即為汽車的最高車速。 在求最大爬坡度時， 0?dtdu ，故動力因數(shù) ifD ???? ，因此 D曲線與 f曲線間的距離就表示汽車的上坡能力。一檔時，坡度較大，此時 fDi ax ?? Immax 之誤差較大，應用下式 計算 m a xm a xIm s inc o s ?? ?? fD ax （ 318） 用 m a x2m a x sin1c o s ?? ?? 帶入上式，整理后可得 222ImImm a x 1 1s in f fDfDar axax ? ????? （ 319） 然后再根據(jù) maxmaxtan i?? 換算成最大爬坡度。 加速時， i=0，故 重慶理工大學畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動力性與經(jīng)濟性分析計算 23 ? ?fDgdtdu ??? （ 320） 用上述同樣方法亦可求得加速度值，然后再計算出加速時間。 小結 本章中建立了汽車動力性仿真的數(shù)學模型，詳細分析了汽車動力性的三個評價指標，最高車速、加速時間以及最大爬坡度，分別給出計算分析方法，并用 Matlab 語言編