基于Matlab的发动机特性研究

基于MATLAB的货车动力性能的分析实验一、实验目的及要求1.1 实验目的1.了解MATLAB的基本知识，熟悉相关的操作；2.能够熟练运用其中的一些方法来解决和专业有关的基本问题。

1.2 实验要求1.掌握MATLAB数值计算、程序设计以及二维绘图的基本操作方法；2.以轻型货车为例，通过独立的编程实验确定汽车的动力性能；3.以4挡和5挡两种变速器的对比、2挡和4挡两种起步挡位的对比来分析变速器传动比和起步挡位的变化对汽车的动力性能的影响。

二、背景介绍数值计算指有效使用数字计算机求数学问题近似解的方法与过程，主要研究如何利用计算机更好的解决各种数学问题。

MATLAB软件具有出色的数值计算能力，在世界上同类软件中占据主导地位，它的数值计算功能主要包括：①变量和数值；②矩阵和数组；③多项式计算；④数据分析等四个方面的内容。

MATLAB语言简洁紧凑，使用方便灵活，其语法规则与人的思维和书写习惯相近，方面操作。

且程序书写形式自由，利用其丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了很多不必要的编程工作。

另外，它的语法限制不严格，程序设计自由度大。

此外，MATLAB 还有着非常强大的绘图功能。

作为一个功能强大的工具软件，MATLAB 提供了大量的二维、三维图形函数。

由于系统采用面向对象的技术和丰富的矩阵运算，所以在图形处理方面既方便又高效。

在此背景下，像确定汽车动力性能这样不是很复杂的数值计算和二维图形处理问题，运用MATLAB来进行解决是绰绰有余的。

三、基本实验内容3.1 实验原理汽车的动力性系指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。

从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要由三方面的指标来评定，即：，指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达1）汽车的最高速度umax到的最高行驶速度；2）汽车的加速时间t，表示汽车的加速能力，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；，指满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的3）汽车的最大爬坡度imax最大爬坡度，表征汽车的上坡能力。

MATLAB及Origin绘制发动机万有特性曲线实例1.MATLAB绘制发动机万有特性实例（含程序代码）2.Origin绘制发动机万有特性曲线方法（操作步骤）一、MATLAB方法MTALB绘制发动机万有特性曲线需要建立M文件，并在M文件中将程序写入，运行即可，当然也可以通过调用excel数据来绘制万有特性曲线，下面是MATLAB绘制实例，可借鉴修改然后运行。

MATLAB程序如下：clcclear all%不同转速下的燃油消耗率与扭矩的曲线拟合be1=[222.8,220.4,232.4,228.5,227.8,232.6,248.5,245.9,272.4,329.7];Ttq1=[399.8,354.1,318.5,278.1,236.2,203.6,185.3,157.2,117.2,80.8];T1=80:320/9:400;%转换矩阵格式Be1=interp1(Ttq1,be1,T1,'spline');%n=1400r/min时燃油消耗率与扭矩的曲线拟合be2=[222.0,221.7,235.4,226.5,230.5,236.8,249.1,276.1,407.9,487.0];Ttq2=[409.1,365.7,328.3,284.1,243.7,203.2,164.3,123.9,83.5,39.7];T2=39:371/9:410;Be2=interp1(Ttq2,be2,T2,'spline');be3=[226.0,225.3,226.4,233.9,242.1,283.3,253.9,271.4,323.5,468.6];Ttq3=[408.3,368.3,328.3,289.0,244.4,208.8,167.7,132.1,89.5,46.1];T3=46:363/9:409;Be3=interp1(Ttq3,be3,T3,'spline');be4=[206.5,231.1,231.1,233.0,242.0,244.9,265.0,299.8,398.0,596.8];Ttq4=[425.6,380.3,332.7,290.9,244.4,205.1,160.2,114.5,68.8,30.7];T4=30:396/9:426;Be4=interp1(Ttq4,be4,T4,'spline');be5=[234.7,259.8,235.5,237.6,242.8,292.3,277.9,308.7,396.2,605.9];Ttq5=[420.7,379.6,334.6,291.6,244.4,202.8,157.5,116.0,74.1,37.8];T5=37:384/9:421;Be5=interp1(Ttq5,be5,T5,'spline');be6=[174.2,242.2,252.1,287.4,253.6,263.6,290.6,316.8,378.0,518.8];Ttq6=[404.6,360.5,322.7,283.0,243.3,205.5,162.1,124.7,86.8,52.4];T6=52:353/9:405;Be6=interp1(Ttq6,be6,T6,'spline');be7=[256.9,253.7,253.5,260.0,303.8,280.7,300.6,346.6,435.6,812.9];Ttq7=[378.0,344.7,310.3,264.3,226.1,186.8,154.2,115.3,76.3,34.1];T7=34:344/9:378;Be7=interp1(Ttq7,be7,T7,'spline');be8=[257.9,295.3,282.4,288.7,301.9,329.7,357.0,475.4,580.3,1080.1];Ttq8=[315.6,275.5,242.5,210.3,178.5,145.6,118.6,72.6,52.8,22.4];T8=22:294/9:316;Be8=interp1(Ttq8,be8,T8,'spline');B=[Be1';Be2';Be3';Be4';Be5';Be6';Be7';Be8'];N=[1400*ones(10,1);1600*ones(10,1);1800*ones(10,1);2000*ones(10,1);2200*ones(10,1);2400*ones (10,1);2600*ones(10,1);2800*ones(10,1)];Ttqn=[T1';T2';T3';T4';T5';T6';T7';T8'];G=[ones(80,1),N,Ttqn,N.^2,N.*Ttqn,Ttqn.^2];A=G\B;%A为6*1矩阵[n,Ttq]=meshgrid(1400:2800,100:600);%生成n-Ttq平面上的自变量“格点”矩阵be=A(1)+n.*A(2)++Ttq*A(3)+n.^2*A(4)+n.*Ttq*A(5)+Ttq.^2*A(6);Pe=Ttq.*n/9550;%外特性实验数据拟合Nw=[1403,1597,1797,1986,2102,2199,2303,2400,2507,2598,2700,2802]; Ttqw=[474,497,515,526,528.8,522.8,509.5,492.2,471.2,448.4,408.3,357.4]; n0=1400:2800;Ttqw_N=interp1(Nw,Ttqw,n0,'spline');h=repmat(Ttqw_N,501,1);ii=find(Ttq>h);%确定超出边界的“格点”下标be(ii)=NaN;%强制为非数Pe(ii)=NaN;%强制为非数%绘制等燃油消耗率曲线和等功率曲线三维拟合图subplot(1,2,1);mesh(n,Ttq,be);hold on;mesh(n,Ttq,Pe);axis([1000,3000,100,600,0,500]);hold on;xlabel('n(r/min)')ylabel('Ttq(N*m)')zlabel('Pe(KW) be(g/(KW*h))')title('等燃油消耗曲线和等功率曲线的三维拟合图')%绘制边界线(外特性曲线)subplot(1,2,2);plot(n0,Ttqw_N,'LineWidth',2);axis([1400,2800,100,550]);xlabel('n(r/min)');ylabel('Ttq(N*m)');title('万有特性曲线');hold on;%绘制等油耗率曲线的二维图B=contour(n,Ttq,be,11);%画等位线，并给出标识数据clabel(B);%把“等位值”沿等位线随机标识hold on;%绘制等功率曲线的二维图P=contour(n,Ttq,Pe,11);%画等位线，并给出标识数据clabel(P);%把“等位值”沿等位线随机标识legend('等油耗曲线','等功率曲线','外特性曲线')hold off二、Origin方法用origin软件绘制发动机万有特性曲线方法一、万有特性数据输入在excel中整理好发动机万有特性数据，主要包括发动机转速、扭矩、燃油消耗率及功率数据。

基于MATLAB基础上的发动机万有特性曲线的建立杨丽娟;赵丹平【摘要】发动机性能的好坏直接影响着整车运行的平顺性、安全性、稳定性等,要全面评价发动机性能,万有特性曲线则是一个很好的工具.万有特性曲线是以发动机转速为横坐标,以扭矩或平均有效压力为纵坐标,在坐标系内画出等燃油消耗率曲线和等功率曲线[1].绘制万有特性曲线的方法有很多种,MATLAB语言是其中之一.本文利用强大的MATLAB绘图工具,绘制了发动机的万有特性曲线,经分析,该方法是一个有效的精确度较高的方法.【期刊名称】《交通节能与环保》【年(卷),期】2010(000)001【总页数】3页(P32-33,48)【关键词】MATLAB;发动机;万有特性【作者】杨丽娟;赵丹平【作者单位】内蒙古工业大学,内蒙古,赤峰,010051;内蒙古工业大学,内蒙古,赤峰,010051【正文语种】中文0 引言发动机是汽车的动力源，发动机性能的好坏直接影响着整车的动力性与经济性。

汽车的运行工况是个随机的过程，受到很多因素的影响，如道路条件、交通流量、气候条件以及汽车自身技术性能的变化等等。

在所有的运行工况下，发动机都应能够与传动系实现最佳匹配，以使整车动力性、经济性、排放性和噪声污染等方面均处于最佳状态。

然而，对发动机性能的分析与研究是保证整车性能达到最佳的重要前提。

MATLAB语言是一个功能强大的仿真软件，可以完成复杂的数学运算，实现对动态系统的建模仿真等，在工程计算中应用非常广泛。

本文利用MATLAB的强大的绘图功能，建立了发动机的输出转矩模型、油耗模型及万有特性曲线。

通过输出转矩模型，由当前发动机节气门开度及转速既可得到与之相对应的发动机的转出转矩，从而为分析发动机性能奠定基础；发动机油耗模型反应了其有效燃油消耗率与转速和转矩之间的关系，发动机在不同工况下运行时，由此模型既可得到不同工况下发动机的比油耗，从而为分析整车燃油经济性提供数据支持；万有特性曲线是在由发动机转速和转矩构成的坐标系内，绘制出等油耗曲线、等功率曲线、外特性曲线等，通过万有特性曲线既可较全面地了解发动机在不同工况下的性能指标。

【设计研究】基于 M AT LAB 的发动机万有特性曲线绘制方法周广猛 1, 郝志刚 2, 刘瑞林 1, 陈东 3, 管金发 1, 张春海4(1. 军事交通学院汽车工程系 , 天津 300161;2. 军事交通学院训练部 , 天津300161; 3. 军事交通学院基础部 , 天津 300161;4. 兰州军区军械汽车技工训练大队 , 陕西 710111摘要 :利用 MAT LAB 数学运算能力 , , , 有曲线直观明了 , 把等燃油消耗率曲线、 , 拟合程度较高。

关键词 ; :A文章编号 :1673-6397(2009 02-0034-03U niversal Characteristics Curve Plotting Method based on MAT LABZ H O U G uang -m eng 1,H A O Z hi -gang 2, L I U Rui -lin 1,CHE N D ong 3,G U A N Jin -fa 1,Z H A NG Chun -hai 4(1. Autom obile Engineering Department , Academy of Military T ransportation , T ianjin 300161,China ;2. T raining Department ,Academy of Military T ransportation , T ianjin 300161,China ;3. G eneral C ourse Department , Academy of Military T ransportation , T ianjin 300161,China ;4. Ordnance Mechanic T raining Brigade , Lan Zhou Theater , X i ’ an 710111,China Abstract :Taking advantage of MAT LAB mathematic operation , data from engine characteristic test was processed , the method is sim ple and credible , The universal characteristics curve plotted is intuitionistic and perspicuous ,and was in g ood fit with data g ot in test.K ey Words :MATLAB ;Universal Characteristics Curve ;Plot作者简介 :周广猛 (1984- , 男 , 山东邹城人 , 在读硕士研究生 , 主要研究方向为动力机械特殊环境适应性。

基于MATLAB拟合工具箱的发动机性能分析与建模试验数据处理是发动机特性试验的一个重要环节，是对发动机指标及动力性、经济性能分析的基础。

本文利用MATLAB拟合工具箱的数据处理和绘图功能，采用最小二乘法对某型发动机试验数据进行拟合处理，建立其数学模型。

利用所建模型能够有效地分析发动机的各项性能，为研究发动机与变速器及整车的合理匹配提供了理论基础。

标签：MATLAB；拟合工具箱；发动机；试验数据；分析；建模0 引言发动机是车辆的动力核心部件，其特性对车辆的动力性、燃油经济性等性能影响很大。

发动机要与整车合理匹配才能发挥其自身优势，匹配的前提在于建立精确的发动机数学模型[1]。

发动机模型要能够全面准确的反映发动机特性，并对其性能进行相应的计算分析。

发动机主要性能指标（如有效功率Pe、有效扭矩Ttq、燃油消耗率be等）和相关的特性参数随运行工况变化而变化的关系，称为发动机特性，其中与车辆密切相关的有速度特性、负荷特性、万有特性和调速特性等[2]。

本文主要根据发动机的特性试验结果，利用MATLAB拟合工具箱进行多项式拟合，建立发动机的模型，为发动机与变速器及整车的匹配和控制提供理論和技术基础。

1 发动机速度特性柴油发动机速度特性是指在油量调节机构（油量调节齿条、拉杆）保持在某一位置（油门开度α不变）的情况下，主要性能指标随发动机转速ne的变化规律[3]。

当油量控制机构位于标定位置时（α=1），测得的特性为全负荷速度特性，简称为外特性。

油量控制机构位于低于标定位置的其他位置时（0<α<1）的速度特性，称为部分负荷速度特性。

2 发动机调速特性3 发动机万有特性為了能在一张图上较为全面的表示各种工况下内燃机行的参数的变化，形成多参数的特性曲线，即为发动机的万有特性。

发动机万有特性曲线上的等油耗曲线和等功率曲线，实际上是在不同转速、负荷条件下燃油消耗率或功率相等点连接而成的曲线，类似于等高线，其实质是二维曲线表示三维曲面[6]。

MATLAB曲线拟合工具箱在发动机特性拟合中的应用摘要：详细介绍了MA TLAB的曲线拟合工具箱（Curve Fitting Toolbox）的GUI交互式图形界面和函数调用两种方式的使用方法，并以某柴油发动机稳态工况下的试验数据绘制万有特性图为例，介绍了利用曲线拟合工具箱进行曲面拟合的步骤和方法，并给出了关键代码。

对拟合结果的数理统计校验表明，拟合结果完全符合要求。

结果表明，MA TLAB的曲线拟合工具箱为发动机特性的曲面拟合提供了极大的便利。

主题词：发动机特性，曲面拟合，多元回归，曲线拟合工具箱中图分类号: TK421 文献标识码：AApplication of MATLAB Curve Fitting Toolbox on Engine Characteristic Maps FittingAbstract：The usage of MATLAB Curve Fitting Toolbox GUI mode and function mode is detailed introduced. The procedures and method of surface fitting employ Curve Fitting Toolbox are demonstrated with the universal characteristic map plotting of a diesel engine steady state test data. Key codes are provided also. The statistics results show that the fitting accuracy is very high. The results prove that MATLAB Curve Fitting Toolbox can provide much convenience to the surface fitting of engine characteristics.Key Words：Engine Characteristic Map, Surface Fitting, Multiple Regression, Curve Fitting Toolbox引言根据发动机稳态工况下的性能试验数据绘制转速特性、负荷特性和万有特性曲线的过程较为繁琐，工作量较大，目前一般应用计算机编制程序对大量的试验数据进行处理，从而得到万有特性曲线[1] ;尤其是MA TLAB 软件，因其强大的数值计算和绘图功能，越来越广泛的被应用于发动机万有特性的研究[2,3,4]。

基于matlab的车辆发动机主动吸振控制方法研究摘要：目前针对发动机主动吸振器的研究大多以转速为参考进行间接反馈，本文在建立吸振器动力学模型的基础上以发动机激振特性为直接反馈信号，实现对发动机激振频率的智能跟踪。

本文通过对单自由度和二自由度主系统动力吸振器的弹簧刚度进行了主动控制，从而使主系统稳态响应有了明显的减小。

本项研究成果可以提高整车平顺性、降低发动机能量消耗，具有重要的理论创新价值。

1.发动机主动吸振控制系统的组成发动机主动吸振控制系统由以下三部分构成，第一部分是观测器系统，对汽车发动机振动控制而一言，观测器用来检测发动机位移响应；第二部分是运算系统，对观测器检测出来的位移响应进行傅里叶变换，然后计算出相应的吸振器刚度；第三部分是控制执行机构，它根据控制指令，调整工作状态，使整个系统按照预定的振动控制指标工作。

发动机半主动吸振系统构成如图1.1所示。

2.发动机主动吸振的研究方法本文首先建立了汽车发动机主动吸振系统的动力学模型，然后利用机械振动基础的基本理论，进行主动吸振器对发动机的振动的仿真，具体优化过程如下图所示：图2.1 优化过程图3.发动机主动吸振系统的matlab实现3.1单自由度动力吸振器的控制研究建立单自由度动力学模型，如下所示如图3.1所示，在主系统m1上附加一个动力吸振器m2，x1表示主系统的绝对位移，x2表示动力吸振器的位移，其中ki表示弹簧的刚度，ci表示阻尼系数，主系统受到的激励为F（t）。

图3.1 两自由度系统模型假设主系统和吸振器的刚度和阻尼均为线性的，则系统的运动方程m x (c c )x -c x (k k )x -k x fsin t 111212212122m x c (x -x )k (x -x )022212212ω++++=⎧⎪⎨-+=⎪⎩ (3-1)系统的各参数取值如表3.1所示：表3.1 单自由度振动系统参数取值根据表3-1我们将其中的数据带入到式（3-1）中，这样我们就可以得到C ，M ，K 矩阵中的每一个元素的具体数值，从而得到这些矩阵的具体值，并且我们假设时间t 为从0s 到10s 间隔为0.001s,外界激励为简谐波即可以设f(t)=50sin((50) t),有了这些值我们就可以利用MATLAB中的ode函数解出主系统位移x1的响应。

10.16638/ki.1671-7988.2017.13.020基于MATLAB编程绘制动力特性图分析汽车动力性尹佣博（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070 ）摘要：汽车动力性主要由最高车速、加速时间、最大爬坡度三个指标来评价。

汽车动力性试验主要包括最高车速、起步连续换挡加速与超车加速和汽车最大爬坡度三大内容。

上述试验项目需要特定的试验路段，且耗时较长。

基于MA TLAB编程可以绘出发动机外特性曲线图和动力特性图，从动力特性图的角度研究汽车的动力性，不仅可以准确获得最高车速、加速时间和最大爬坡度等指标，还可以通过图像观察相关变化趋势，为进一步研究汽车的动力性提供了参考。

关键词：汽车动力性；MATLAB编程；动力特性图中图分类号：U461.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)13-65-04Drawing dynamic characteristic diagram based on MATLAB programming toanalyze automobile powerYin Yongbo( Wuhan University of Technology. School of Automotive Engineering, Hubei Wuhan 430070 )Abstract:Vehicle dynamics mainly by the highest speed, acceleration time, the maximum climbing three indicators to evaluate. Vehicle power test includes the maximum speed, starting continuous shift acceleration and overtaking acceleration and the maximum car climbing three content. The pilot project requires a specific test section, and take a long time. Based on the MA TLAB programming, we can plot the engine characteristic curve and the dynamic characteristic diagram. From the view of the dynamic characteristic diagram, we can study the dynamic performance of the vehicle, not only can get the maximum vehicle speed, acceleration time and maximum climbing index, but also observe the correlation And provides a reference for further research on the dynamics of the vehicle.Keywords: Vehicle dynamics; MATLAB programming; Dynamic characteristics mapCLC NO.: U461.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-65-04前言汽车是高效率的交通工具，在汽车的众多性能中，动力性是汽车最重要的性能。

提供全套毕业论文图纸，欢迎咨询编号毕业设计（论文）题目基于Matlab的汽车动力性与经济性分析计算二级学院专业车辆工程班级学生姓名学号指导教师职称时间目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1选题背景 (1)1.2国内外汽车动力性经济性仿真研究发展过程与现状 (2)1.3课题研究主要内容与意义 (3)2汽车动力性经济性计算中发动机模拟的理论基础 (5)2.1发动机数学模型的建立 (5)2.1.1发动机外特性 (5)2.1.2发动机万有特性 (8)2.2本章小结 (10)3汽车动力性模拟计算 (12)3.1汽车最高车速的计算 (13)3.2加速时间的计算 (16)3.2.1原地起步加速时间 (17)3.2.2超车加速时间 (19)3.3最大爬坡度的计算 (19)3.4各档动力因数的计算 (21)3.5小结 (23)4汽车燃油经济性模拟计算 (24)4.1汽车燃油经济性的评价指标 (24)4.2不同行驶工况的汽车燃油经济性计算 (25)4.2.1等速工况 (25)4.2.2加速工况 (25)4.2.3减速工况 (27)4.2.4怠速工况 (27)4.2.5多工况循环百公里油耗 (27)4.3等速行驶工况的汽车燃油经济性计算 (27)4.4影响汽车燃油经济性的因素 (31)4.5小结 (38)5动力性和燃油经济性的参数敏感性分析 (39)5.1汽车动力性的参数敏感度分析 (39)5.2汽车燃油经济性的灵敏度分析 (40)5.3本章小结 (42)6结论 (44)致谢 (46)参考文献 (47)附录 (49)附录一 (49)附录二 (51)附录三 (62)附录四 (68)文献综述 (85)摘要本文首先利用了最小二乘法和回归分析法对所给试验数据拟合，得到了一个函数化的发动机外特性模型和万有特性模型，为后文汽车动力与燃油经济性的仿真奠定了基础。

然后，我们建立了汽车的动力性数学模型，详细分析了汽车动力性的几个评价指标，给出各个指标的计算方法及计算公式，并绘制出汽车的动力特性图，在完成动力性仿真分析之后，我们建立了汽车燃油经济性的数学模型，分析不同工况下汽车的燃油经济性并重点分析等速百公里的燃油消耗量，得到不同档位下不同车速的等速百公里燃油消耗量，并从汽车的使用方面和汽车结构方面详细的分析了影响汽车燃油经济性的因素。