汽车动力性计算matlab程序

科教前哨　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｉｓｉｏｎ　科技视ＰＰ－　２０１２年８月第２３期　

基于ＭＡＴＬＡＢ的汽车动力性及　

燃油经济性的计算机仿真　

张静　

（重庆力帆乘用车有限公司　中国重庆４０１　１２２）　

【摘要】建立汽车动力性和燃油经济性仿真计算的数学模型，利用ＭＡＴＬＡＢ计算机仿真程序，为车辆的前期设计提供理　

论计算依据。　

【关键词】动力性；经济性；ＭＡＴＬＡＢ仿真　

０引言　

动力性和燃油经济性是汽车性能的重要指标，石油价格　

的飞速上涨，对汽车性能有了更高的要求。动力性和燃油经　

济性的计算机仿真能准确、快速、有效的预测性能指标。节省　

实车试验中不必要的巨额浪费及实车道路试验中驾驶员、道　路环境、气候等因素对汽车使用性能测定的影响，在新车设　

计中迅速且经济地选择最佳方案。　＝薹　Ｉ￣　Ｕ　ｎ　￣ｈ　｝　

其中ｎ　，Ｐ　，ｂ（ｎ　，Ｐｍ）为给定的万有特性上的节点。　

发动机转矩、油门开度与转速之间的关系复杂，通过试　

验测试只能得到部分点值。为了得到任意工况下的燃油消耗　

率值．必须仿真出燃油消耗率值与发动机转速和转矩之问的　

函数关系，建立发动机燃油｝肖耗率模型。　

１　发动机数学模型　２动力性指标　

发动机数学模型是整车动力性和燃油经济性仿真计算　

的重要依据，包括外特性数学模型和万有特性数学模型。本　

文以发动机台架实验数据为依据．采用插值法描述发动机万　

有特性；采用最小二乘法曲线拟合描述发动机外特性。　

１．１发动机的外特性　在进行动力性估算时，一般仍沿用稳态工况时发动机台　

架试验所得到的使用外特性中的功率与转矩曲线。稳定工况　

时发动机转矩曲线基本呈抛物线形状，并且为转速的一元函　

数，所以采用最小二乘法曲线拟合法描述。　

２　ｋ　＝ａｏ＋ａ１ｎ＋ａ２ｎ＋…＋ａｋｎ　式中ｎ为发动机转速（ｒ／ｍｉｎ）；Ｔｒ　为稳定工况下发动机转　

矩（Ｎ・ｍ）；系数ａ。，ａ　，ａ：，…，ａ　可由最，＇ｂＺ－乘法来确定；拟合　

确定一轻型货车的动力性能货车可装用4挡或5挡变速器,任选

其中的一种进行整车性能计算：

1绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图;

2求汽车最高车速,最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率;

3绘制汽车行驶加速度倒数曲线,用图解积分法求汽车用2档起步加速行驶至70km/h的车速－时间曲线,或者用计算机求汽车用2档起步加速行驶至70km/h的加速时间;

轻型货车的有关数据：

汽油发动机使用外特性的Tq-n曲线的拟合公式为

式中,Tq为发动机转矩N m;n为发动机转速r/min;

发动机的最低转速nmin=600r/min,最高转速nmax=4000r/min;

装载质量 2000kg

整车整备质量 1800kg

总质量 3880kg

车轮半径

传动系机械效率 ηt=

滚动阻力系数 f=

空气阻力系数×迎风面积 CDA=

主减速器传动比 i0=

飞轮转动惯量 If=m2

二前轮转动惯量 Iw1=m2

四后轮转动惯量 Iw2=m2

变速器传动比 ig数据如下表

Ⅰ档 Ⅱ档 Ⅲ档 Ⅳ档 Ⅴ档

四档变速器 -

五档变速器

[精品]基于MATLAB的汽车动力性和燃油经济性仿真

1. 简介

汽车动力性和燃油经济性是评价一辆汽车性能的两个重要指标。基于MATLAB的仿真可以帮助工程师和研究人员更好地理解汽车的动力性能和燃油经济性，从而优化设计和改进汽车技术。本文将介绍基于MATLAB的汽车动力性和燃油经济性仿真的方法和技术。

2. 动力性仿真

汽车的动力性指的是汽车加速性能、最高速度、扭矩特性等。基于MATLAB的动力性仿真可以通过建立数学模型来预测和评估汽车的动力性能。以下是一个基本的汽车动力性仿真流程：

- 建立车辆动力学模型：可以使用MATLAB的Simulink工具箱，将汽车的运动学、动力学和能量转换等方程建立为一个系统模型。

- 定义输入信号：输入信号可以包括驾驶员的驾驶指令、动力系统的输入等。例如，加速踏板的输入信号可以用一个阶跃函数模拟。

- 仿真和分析：运行仿真模型，获取汽车的速度、加速度、油耗等数据。通过对仿真结果的分析，可以评估汽车的动力性能，比较不同设计和控制策略的效果。

3. 燃油经济性仿真

燃油经济性是指车辆在单位里程下消耗的燃油量，通常以百公里行驶的油耗来表示。基于MATLAB的燃油经济性仿真可以通过模拟车辆的行驶过程和能量转换来评估汽车的油耗。以下是一个基本的燃油经济性仿真流程：

- 建立车辆行驶模型：可以使用MATLAB的Simulink工具箱，将车辆的行驶阻力、发动机效率、行驶工况等建立为一个系统模型。

- 设置行驶循环：选择合适的行驶循环来模拟不同的驾驶工况，如城市驾驶、高速驾驶等。

- 仿真和分析：运行仿真模型，获取车辆的行驶速度、驱动力、油耗等数据。通过对仿真结果的分析，可以评估汽车的燃油经济性，比较不同设计和控制策略的效果。

4. 结论

基于MATLAB的汽车动力性和燃油经济性仿真可以为汽车工程师和研究人员提供一个快速、准确和可靠的评估工具。通过仿真分析，可以优化汽车的设计和控制策略，提高汽车的性能和燃油经济性。同时，基于MATLAB的仿真还可以用于教学和研究领域，帮助学生和研究人员更好地理解汽车技术和性能。

ＶＡ　瓣　【技术研发】　基于ＭＡＴＬＡＢ仿真的纯电动车动力系统匹配研究　琚　（北京交通大学　龙　北京１０００４４）　摘要：　介绍纯电动车辆动力系统匹配的理论计算方法，并根据某型纯电动车的特点，兼顾整车动力需求及零部件所能达到的最优组合，对车辆动力系统进　行匹配优化。基于ＭＡＴＬＡＢＡＤＶＩＳＯＲ进行建模仿真，通过实车试验进行验证。　关键词：　ＭＡＴＬＡＢ；ＡＤＶＩＳＯＲ；纯电动车：动力匹配　中图分类号：ｕ４文献标识码：Ａ文章编号：Ｉ６７１－－７５９７（２０１０）１１１００８２－－０１　０前言　石油是不可再生资源，发展纯电动汽车对我国摆脱对石油的依赖性有　着重要贡献。同时由于汽车尾气排放是城市大气污染的主要源头，因此节　能且零排放的纯电动汽车成为未来的发展趋势。电动汽车是以车载电源为　动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。本文基于最优电机驱动系统的选择及　匹配进行了理论研究及实际测试。　１某蛩纯电动车的整车参数及性能指标要求　某型纯电动车的整车参数如下：变速箱一档速比（ＩＫＩ）为１３．９，变速　箱二档速比（Ｉｋ２）为５．６２５，整车满载总质量（ｍ）为１０１０ｋｇ，迎风面积为　（Ａ）２．３１，轮胎滚动半径（Ｒｋ）０．２４ｍ。具体的性能指标要求如下：　０ｋｍ／￣５０ｋｍ／ｈ２ｎ速时间≤３０ｓ，满载最高车速（ｕｍａ）≥７０ｋｍ／ｈ，满载６０ｓ之　内爬坡能力≥２０％，满载长时间运行爬坡能力≥１２％，４０ｋｍ／ｈ等速行驶百公　里耗电量≤１０度。　２纯电动汽车动力系统匹配的理论计算方法　纯电动汽车的动力性评价指标与传统内燃机汽车基本相同，即汽车的　最高车速、最大爬坡度和加速时间。用电机的额定外特性计算电动汽车的　最高车速，用电动机的峰值外特性进行计算加速时间。采用峰值特性计算　最大爬坡度则必须限定在短时运行状态，即爬坡时间不能大于峰值特性运　行的时间，如果超过此时间则会导致电机驱动系统过热损坏。如采用额定　特性计算爬坡度则会浪费电机驱动系统的功率容量。所以本文针对这两种　情况对最大爬坡度提出了不同的要求　理论上应使电动汽车的常规车速落　在基速点以下，从而可以在不换挡的情况下获得最高车速。　２．１以最高车速确定电机的额定功率　ｌ　ｒ１●　＋，，２　丽　ｇ　ｆ　“　（１）　计算得ＰＮ＝６．７ｋｗ　２．２电机转速的确定。汽车速度与电机转速之间的关系为：　：　：　：　…　０．３７７　Ｒ　…　以最高车速计算得ｎ＝４３５２ｒｐｍ，即电机峰值转速ｎ　≥４３５２ｒｐｍ。以常　规等速平地行驶速度计算，当Ｕ＝４０ｋｍ／ｈ时，ｎ＝２４８６￣ｐ电机额定转速ｍ≥　２４８６ｒｐｍ。　２．３以常规等速平地行驶速度确定电机系统效率。由３．２可知当Ｕ＝４０　Ｉ（Ⅱｌ／ｈ时，电机输出功率为２．４ｋｗ。行驶ｌＯＯｋｍ需输出功率为６ｋｗ。若百公里耗　电在１０度时，若电池放电效率在０．９５，则电机驱动系统效率不小于６４％。　２．４以最大爬坡度确定的峰值／额定转矩。满足最大爬坡度要求的转　矩计算公式为：　ｒ　＞　！星！　！　：！　！璺　±　璺　一　，０．＾ｌ　Ｊ７ｒ　（３）　计算得：当Ⅱｏ：ｌ２％时，ＴＨ￣２４Ｎｍ。当Ⅱ０＝２０％时，Ｔｍａｘ￣３８Ｎｍ。　２．５匹配电机。根据以上计算，得到匹配电机参数为：ＰＮ＝６．７ｋｗ、　ｎ￣４３５２ｒｐｍ、ｍ＞ｔ２４８６ｒｐｍ、Ｔｓ￣２４Ｎｍ、Ｔｍｘ￣３８Ｎｍ、电机系统效率＞６４％的　区间要大于电机运行区间的６０％以上。峰值外特性运行时间大于６０ｓ。　经过性能、价格比较，选择如下电机：Ｐ　：７．５ｋｗ、ｎ￣＝６０００ｒｐｍ、　ｍ＝２５００ｒｐｍ、Ｔ￣＝２８Ｎｍ、Ｔｍ“＝５０Ｎｍ电机驱动系统效率＞８０％的区间大于电机运　行区间的７０％、峰值外特性运行时间１８０ｓ。　由３．４可知，如果采用二档变速器，则要求转矩为ＴＮ≥６０Ｎｍ和Ｔ　≥　９４ＮＥ。通过市场调研，若采用这种电机，若额定转速为２４８５，则电机控制　系统的额定功率为１６ｋｗ，峰值功率为２５ｋｗ，电机驱动系统的价格会大幅提　高。综合考虑电机系统的价格、性能以及车辆需求，最终选择二档变速器　来进行传动。一档变速器在整车爬坡情况下使用，二档变速器在正常行驶　时使用。这样即可以满足整车爬坡度的要求，又可以减少对驱动系统的功　率需求，在合理匹配的基础上达到了最优化的组合。　本文使用的变量：ｎ　：传动系统效率（取０．９５）；ｆ：轮胎滚动阻力　系数（取０．０１５）；ｃｄ：风阻系数（取０．３３５）；ａ　：最大爬坡角度；Ｉｏ：　汽车驱动桥速比（取１）。　３　ＡＤＶＩＳ０Ｒ建模仿真曩实车测试　首先在ＡＤＶＩＳＯＲ第一个界面中通过对ｍ文件的修改来快速输入部件的各　种参数，从而建立整车仿真部件的仿真模型。然后通过汽车路况仿真参数　输入界面选择试验方案和设定仿真初始条件。设置好汽车参数、道路仿真　参数后便可运行仿真，查看仿真结果。以下为本文研究的纯电动车的仿真　结果。　欧洲城市循环工况仿真结果：采用二档运行。Ｏｋｍ／￣５０ｋｍ／ｈ加速时间　为１６．５ｓ。由于电机驱动系统运行点多数分布在电机额定点以下，效率较　低，电机系统总体效率在７７％左右。　在电机峰值转矩输出的情况下的爬坡度仿真：采用一档运行。在　ｌＯｋｍ／ｈ速度下，最大爬坡度为２５．８％。运行时电机驱动系统总体效率在　８１％左右。　在电机额定转矩输出的情况下的爬坡度仿真：在１０ｋｍ／ｈ速度下，最大　爬坡度为ｌ３．６％。运行时电机驱动系统总体效率在８１％左右。　４０ｋｍ／ｈ匀速运行工况仿真：电机驱动系统总体效率在８４％。　实际车辆测试结果：３Ｏ分钟最高车速测试结果为平均车速７０．２ｋｍ／ｈ、　０－３Ｏｋｍｈ２￣速时间为９．４５ｓ，３０—５０ｋｍｈ２￣速时间为７．３５ｓ、２０％坡道起步正　常。　４结论与展望　本文通过理论研究，针对电动车辆，总结了选择驱动系统所需的各个　性能指标。建立了基于ＭＡＴＬＡＢＡＤＶＩＳＯＲ的动力系统车辆模型。通过计算及结　￣ＡＤＶＩＳＯＲ软件进行车辆仿真，快速、准确的针对某型纯电动车的机械结构　及性能特点进行了动力系统的匹配。仿真匹配后进行了实际车辆验证，由　于车辆测试场地的限制，无法全部验证仿真结果，但是通过实车测试验证　了大部分仿真结果，证明了通过本文的理论计算和仿真结合的方法进行纯　电动车动力系统匹配的可行性及准确性。该研究结果不仅可以指导设计人　员的设计工作，而且为车辆的进一步改型设计及动力系统进一步优化提供　了依据。　（下转第６５页）