【正文】 個(gè)概括性和方向性的了解。此外還有 FORT TOEFP、康明斯 VMS, BENZTRASCO, AVLCRUISE 等。 我國(guó)在這方面的研究起步較晚，目前國(guó)內(nèi)大的汽車制造商都沒有形成自己的通 用計(jì)算程序和方法，目前基本上都是購(gòu)買福特的 FORT TOEFP 模擬軟件和 AVL 的AVLCRUISE 模擬軟件進(jìn)行模擬計(jì)算與分析。 課題研究主要內(nèi)容與意義 研究主要內(nèi)容 本課題是以指導(dǎo)老師提供某一車型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)該車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性分析做一個(gè)初步的基于 Matlab 的仿真模擬計(jì)算與研究分析，主要工作內(nèi)容如下： [1]發(fā)動(dòng)機(jī)外特性擬合； [2]發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性擬合； [3]整車動(dòng)力性計(jì)算； [4]整車燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算； [5]分析影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素； [6]動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的參數(shù)敏感性分析。近年來(lái)，由于石油價(jià)格的持續(xù)上漲，對(duì)于汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求，尤其是燃油經(jīng)濟(jì)性的改善受到了世界各國(guó)汽車行業(yè)的高度重視。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是由設(shè)計(jì)者憑經(jīng)驗(yàn)選擇各部件參數(shù)，對(duì) 汽車性能進(jìn)行估算，然后進(jìn)行樣車制造、道路試驗(yàn)、評(píng)定樣車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的好壞，再修改，再試驗(yàn)，直到樣車性能滿意為止，汽車的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，成本高，而且各個(gè)部件參數(shù)的選取帶有盲目性，可能將較好的方案遺漏，造成人力，財(cái)力的浪費(fèi)。它可以讓設(shè)計(jì)者在新車設(shè)計(jì)和舊車改進(jìn)時(shí)迅速且經(jīng)濟(jì)地在諸多設(shè)計(jì)方案中選擇最佳方案。因此，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，在新車設(shè)計(jì) 階段就能比較精確地預(yù)測(cè)出汽車的性能，且既迅速又經(jīng)濟(jì)。通過(guò)這樣的模擬與分析，既節(jié)省了大量的試驗(yàn)費(fèi)用，又大大縮短了設(shè)計(jì)周期，重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算 4 并使相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)自己所設(shè)計(jì)的整車有了一個(gè)概括性和方向性的了解，從而提高了汽車的 研發(fā)效率。本文采用最小二乘法和線性回歸原理擬合的方法建立發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型 ,以發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)某一車型進(jìn)行分析計(jì)算。在汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算模擬過(guò)程中都用到了發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性。 tqT 為穩(wěn)定工況下發(fā)動(dòng)機(jī)外特性轉(zhuǎn)矩， ； Pe 為穩(wěn)定工況下發(fā)動(dòng)機(jī)外特性功率， KW； be 為穩(wěn)定工況下發(fā)動(dòng)機(jī)外特性比油耗， g/kWh； 系數(shù) 0a ， 1a ， 2a ， ???， ka ； 0b ， 1b ， 2b ...kb ； 0c ， 1c ， 2c ...kc 由最小二乘法擬定； k 為曲線擬合最高次方 ,一般取 k=3～ 5，本例中取 k=4。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的建模 , 目前主要有兩種方法，一是采用根據(jù)試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)列成矩陣來(lái)描述 , 計(jì)算時(shí)編寫插值函數(shù)提??；二是采用曲面擬合的方法。 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、油門開度與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系比較復(fù)雜 ,通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試只能得到部分點(diǎn)的值。 在擬合發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性時(shí)，可以把燃油消耗率 be。 采用曲面擬合的方法，求取參數(shù)，根據(jù)多元線性回歸理論 ,建立模型如下 [6]: ?????????????????????????????????????????????????????????NklT q NlNlNt q Nt q NNnNt q NNltqlltqtqtqltqlltqtqtqN eeeaaaTnnTTnnTnTnnTTnnTnTnnTTnnTnbebebe??????????????????101101221222222222211112111211121111 可表示為 :B=G A+ E,式中 k 為多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù) ,L 為多項(xiàng)式的最高次冪 ,其中 k=(L +1) (L +2)/2,(1,2? , N) ,為不同的試驗(yàn)點(diǎn) ,A=(a0, a1 ? ,ak 1)為模型中的待定系數(shù) , E=(e0, e1 ? , eN)為隨機(jī)誤差 ,又稱為殘差 [7]。有時(shí)雖然高階擬合根接近試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但往往在上下限區(qū)域產(chǎn)生畸變，在后續(xù)計(jì)算等速油耗時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，計(jì)算值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)際。 本章小結(jié) MATLAB 強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力 ,方便實(shí)用的繪圖功能為發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線的繪制提供了一個(gè)很好的途徑 ,利用 MATLAB 繪制萬(wàn)有曲線 ,作圖方法簡(jiǎn)單 ,擬合 程度高 ,提高了數(shù)據(jù)處理的速度與精度 ,為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的研究、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的標(biāo)定及重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算 11 發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的匹配提供了更可靠的依據(jù)，與其它的利用 MATLAB 繪制萬(wàn)有特性曲線的方法相比 ,文章所述的方法能夠很好地把等油耗曲線、等功率曲線及外特性曲線擬合在一張圖上 ,圖像更加直觀可靠 [9]。后文中關(guān)于汽車 動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算分析都是基于這兩個(gè)基本函數(shù)的，所以找到一個(gè)比較附和實(shí)際的函數(shù)是至關(guān)重要的，本章中通過(guò)多次擬合比較得出了一個(gè)比較精確的外特性曲線和萬(wàn)有特性曲線，為后文的準(zhǔn)確的分析計(jì)算打下基礎(chǔ)。對(duì)于轎車則根據(jù)其在市場(chǎng)上的定位不同，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的側(cè)重點(diǎn)也不同。 分析沿汽車行駛方向作用于汽車的外力 ,建立汽車行駛方程式 ,就可以估算這些評(píng)價(jià)指標(biāo)。 汽車行駛時(shí) ,還應(yīng)該滿足汽車的最大驅(qū)動(dòng)力小于或等于最大附著力 Fφ ,即應(yīng)滿足下式： tzF F F? ??? (33) 下面就每項(xiàng)指標(biāo)如何模擬計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。無(wú)風(fēng)條件下 ,汽車在水平良好路面上行駛 ,行駛阻力與驅(qū)動(dòng)力相平衡時(shí)達(dá)到的穩(wěn)定車速即是為最高車速。根據(jù)動(dòng)力學(xué) 公式推出最高車速為 : ???????? ?? GfriiTACu TgtqD?0m a x (34) 最高車速的確定： 1）在汽車格擋之間設(shè)定循環(huán)，從 I 檔依次增加到最高檔； 2）每一檔中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)淖钚∞D(zhuǎn)速 minen 以固定的步長(zhǎng) ein 增大。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。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)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(shè)定循環(huán)檔位，從 I檔到最高檔依次增大 i檔 minee nn ? 計(jì)算車速、行駛阻力 fw FF? 和驅(qū)動(dòng)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(shí)的受力情況及平衡關(guān)系，一般是將汽車行駛方程式用圖解法進(jìn)行分析的。 其中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為 [10] iirnu ga ? (35) 式中， au 為汽車行駛速度（ km/h）； n 為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min）； r 為車 輪滾動(dòng)半徑；gi 為變速器傳動(dòng)比； 0i 為主減速器傳動(dòng)比。 汽車行駛中經(jīng)常遇到的滾動(dòng)阻力和空氣阻力之和 fF ， aDf uACGfF ?? (36) 式中， f 為滾動(dòng)阻力系數(shù)， DC 為風(fēng)阻系數(shù)， A 為迎風(fēng)面積。圖中既有各檔的驅(qū)動(dòng)力，又有滾動(dòng)阻力和空氣阻力疊加后得到的行駛阻力曲線。汽車以最高擋行駛時(shí)的最高車速可 以直接在圖上找到。 表 31 各個(gè)檔位最高車速及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速 檔位 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 六檔 轉(zhuǎn)速 6000 6000 6000 6000 6000 4604 最高車速 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算 16 圖 31 汽車驅(qū)動(dòng)力 行駛阻力平衡 圖 由于驅(qū)動(dòng)力圖中的驅(qū)動(dòng)力是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性求得的，因此它是使用各檔位時(shí)在一定車速下汽車能發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力的極限值。 加速時(shí)間的計(jì)算 常用原地起步加速時(shí)間與超車加速時(shí)間來(lái)表示汽車的加速性能。超車加速時(shí)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(shí)間。由汽車行駛方程得加速阻力為 [10]： ? ?wfttuj FFFddmF ???? ? (37) 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算 17 加速度為 ? ?m FFFdd wfttu ? ??? (38) 加速時(shí)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。 原地起步加速時(shí)間 原地起步加速時(shí)間指汽車由 I 檔或者 II 檔起步，并以最大的加速?gòu)?qiáng)度（包括選擇恰當(dāng)?shù)膿Q擋時(shí)機(jī)）逐步換至最高檔后到某一預(yù)定的距離或車速所需要的時(shí)間。 在動(dòng)力性計(jì)算時(shí) ,一般忽略原地起步的離合器滑磨時(shí)間 ,即假設(shè)最初時(shí)刻汽車已經(jīng)具有起步擋位的最低車速 . 換擋時(shí)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(diǎn)換擋 。 超車加速時(shí)間 超車加速時(shí)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(shí)間。對(duì)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(shí)間。 基于 matlab 程序得出下表部分超車加速時(shí)間： 表 32 五檔與六檔超車加速時(shí)間 加速區(qū)間 五檔 30 到 100 五檔 80 到 120 六檔 80 到 120 所需時(shí)間 最大爬坡度的計(jì)算 汽車的爬坡性能是指在指定載荷時(shí)汽車在良好路面上的最大爬坡度。有的國(guó)家規(guī)定在常遇到的坡度上，以汽車必須保證的車速來(lái)表明它的爬坡能力。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。因此 ? ?wfti FFFF ??? (312) 一般汽車最大爬坡度達(dá) 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(shí)，應(yīng)采用 ?sinG 作為坡度阻力，即上式應(yīng)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(yàn)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(xué)畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算 21 有 matlab 程序得各檔最大爬坡度見表三 表 33 試驗(yàn)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(dòng)力因數(shù)的計(jì)算 汽車的動(dòng)力性還可以用動(dòng)力特性圖來(lái)分析。此值越大，汽車的加速、爬坡和克服道路阻力的能力越大。 按此理論編寫 matlab 程 序，以所給試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)可得到如下動(dòng)力特性圖 [9]： 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于 Matlab 的汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算 22 圖 35 動(dòng)力特性圖 汽車在各檔下