汽车动力学仿真(动力性,档位)并附程序

[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。

1 概述整车动力和传动系统的匹配，直接影响车辆动力性和经济性。

对于商用车而言，动力匹配的传统思路是根据车辆应用工况，结合零部件资源，着重零部件可靠性与成本进行选型，车辆动力性、经济性一般在样车试制完成后，基于实车试验进行验证。

这种传统设计思路大大延长了产品开发周期和开发成本。

目前，整车动力和传动系统匹配仿真技术快速发展，新能源卡车设计开发过程中，在整车方案设计阶段，利用AVL 软件对车辆性能进行仿真分析，再利用实车试验验证设计精度，并逐步优化车辆模型的正向开发思路，已经得到广泛应用。

2 整车模型建立2.1 车辆构型和基本参数根据纯电动卡车的使用场景，确定车辆动力、传动系统构型和性能指标。

现基于某款6×4纯电动牵引车工况，选用驱动电机和多挡AMT 变速器构型，整车设计参数见表1，整车性能指2。

表1 整车设计参数表2 整车性能指标2.2 仿真模型建立根据车辆构型和基本参数状态，在AVL Cruise 软件界面，添加整车、驾驶员、驱动电机、动力电池、变速器、换挡控制、主减速器、轮胎等模块，并进行参数设置，建立机械和数据总线连接，构建仿真模型，如图1所示。

图1 整车仿真模型2.3 后桥速比的确定根据驱动电机和变速器参数、最高车速性能要求，由可得，主减速比i 0≤5.53。

根据整车轴核和附着力、坡道起步能力要求，由可得，主减速比i 0≥5.04。

基于AVL Cruise 的纯电动卡车动力性、经济性仿真分析/郭晓勐 刘国庆 崔红雨 公彦峰（中国重汽集团汽车研究总院）【摘要】文章根据整车设计参数和性能要求，进行动力系统匹配。

基于AVL Cruise 建立整车模型，对车辆动力性、经济性进行仿真分析，通过样车试验验证匹配方案的合理性。

基于匹配和仿真的纯电动卡车正向设计开发流程，有效保证产品匹配方案的合理性，降低产品开发风险，缩短新产品开发周期。

项 目量 值尺寸参数驱动型式6×4外形尺寸/mm 7 480×2 500×3 335轴距/mm 3 800/1 400质量参数整备质量/kg 10 500满载质量/kg 49 000驱动电机持续/峰值功率/kW 220/360持续/峰值扭矩/Nm 1 500/2 100最高转速/rpm3 400变速器型式4AMT Ⅰ挡速比 5.53Ⅱ挡速比 3.05Ⅲ挡速比 1.66Ⅳ挡速比 1.00额定扭矩/Nm 2 500驱动桥主减速比待定轮胎型号12R22.5滚动半径/m0.538项 目设计指标最高车速/(km/h)11030 min 最高车速/(km/h)750-50 km/h 加速时间/s 2280-110 km/h 超越加速时间/s200坡道起步能力/(%)20电量消耗经济性/(kWh/km)＜2.2图2 整车滑行阻力曲线3 整车性能仿真分析3.1 动力性分析对整车的最高车速、0-50km/h 加速、80-110km/h超越加速、坡道起步能力等动力性项目进行仿真计算，整车动力性仿真结果见图3至图5。

序号：5-10 汽车理论课程设计说明书题目：汽车动力性计算班级：车辆0805姓名：张海涛学号：0812103927序号：5-10指导教师：苗立东目录1.题目要求 (1)2.计算步骤 (2)3.结论 (6)4.心得体会 (7)5.参考资料 (8)1. 题目要求确定一轻型货车的动力性能（5挡）： 1） 根据所给发动机使用外特性曲线拟合公式，绘制P e 和T tq -e n 曲线；2） 绘制驱动力-行驶阻力平衡图；3） 绘制汽车等速行驶时发动机的负荷率图，画在一张图上。

4） 绘制动力特性图； 5） 绘制加速度倒数曲线；6）绘制加速时间曲线，包括原地起步连续换挡加速时间和直接挡加速时间（计算速度区间按GB/T12543-1990规定选取）； 7） 列表表示最高档和次高档在20整数倍车速参数值; 8） 对动力性进行总体评价。

轻型货车的有关数据：汽油发动机使用外特性的T q -n 曲线的拟合公式为432q)1000n(8445.3)1000n (874.40)1000n 165.44(-)1000n 295.27(-19.313T -++=式中，T q 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min n =600r/min ，最高转速max n =4000r/min 总质量 m =3880kg 车轮半径 r =0.367m 传动系机械效率 T η=0.85 滚动阻力系数 f =0.013 空气阻力系数⨯迎风面积 A C D =2.77 主减速器传动比 0i =5.66 飞轮的转动惯量 f I =0.2 两前轮转动惯量 1w I =1.7982.m kg 四后轮转动惯量 2w I =3.5982.m kg 轴距 L =3.2m 质心至前轴距离（满载） a =1.947m 质心高 g h =0.9m变速器传动比 g i （数据见下表1）表1 变速器传动比 g iⅠ挡 Ⅱ挡 Ⅲ挡 Ⅳ挡 Ⅴ挡 五挡变速器 5.56 2.769 1.644 1.00 0.7932. 计算步骤1）绘制P e 和T tq -e n 曲线：由所给发动机使用外特性曲线拟合公式432)1000n (8445.3)1000n (874.40)1000n 165.44(-)1000n 295.27(-19.313T -++=q9550n T P q e ⨯=两条曲线放在一个坐标系里，如图1所示：20004000100120140160180n/(r/min)T q /(N m )50010001500250030003500020406080P e /(k W )←Tq←Pe图1 发动机外特性中的功率和转矩曲线2）绘制驱动力-行驶阻力平衡图：根据公式0tq g Tt T i i F r=η 0377.0i i nr u g a ⨯⨯=15.212a D w f AuC mgf F F +=+=阻力在MATLAB 里获取驱动力-行驶阻力平衡图如图2所示。

Modeling and Simulation 建模与仿真, 2020, 9(3), 357-366Published Online August 2020 in Hans. /journal/moshttps:///10.12677/mos.2020.93036Dynamic Matching Design and ModelSimulation of Pure Electric VehicleWentao Zhang, Li Ye, Zhijun Zhang, Huan Ye, Mengya ZhangSchool of Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, ShanghaiReceived: Aug. 6th, 2020; accepted: Aug. 20th, 2020; published: Aug. 27th, 2020AbstractBased on the selection of basic vehicle parameters and the determination of performance indica-tors, this paper carries out the design matching of dynamic performance parameters of pure elec-tric vehicles. Then, a pure electric vehicle dynamic simulation model is established by vehicle si-mulation software, and the vehicle dynamic performance index is simulated and analyzed by in-putting relevant parameters. Finally, the rationality of simulation model and parameter matching is verified by real car test. This study can provide theoretical basis for the matching design of var-ious systems in the initial stage of pure electric vehicles, carry out range and performance test evaluation of vehicle performance, and provide reference for the analysis of dynamic performance and economic index of pure electric vehicles.KeywordsPure Electric Vehicle, Parameter Design Matching, Vehicle Power Model, Simulation Analysis纯电动汽车动力性匹配设计与模型仿真张文韬，叶立，张志军，叶欢，张梦伢上海理工大学动力工程学院，上海收稿日期：2020年8月6日；录用日期：2020年8月20日；发布日期：2020年8月27日摘要本文基于对整车基本参数的选取与性能指标的确定，进行了纯电动汽车动力性能参数的设计匹配。

案例一、汽车基本性能的计算机仿真汽车基本性能的分析是汽车总体设计的重要内容，也为后续的总成设计、零部件设计等提出了具体的性能要求。

在当前汽车的研发领域，由于汽车本身的结构和相关控制策略日趋复杂，根据理论分析得出的数学模型难以用手工方式实现求解，计算机仿真以其特有的优势得以广泛应用。

通过编写程序（如C 、C++、VB 等），或是应用一些工程软件（如Matlab 等），对复杂的数学模型进行数值求解，从而对汽车在各种典型工况下的运动过程或动力过程进行模拟仿真，求出其相应性能或响应特性，为设计提供了依据。

下面以某轻型货车的动力性能分析为例，看一看计算机仿真是如何进行的。

关于汽车动力性能的理论分析，大家在“汽车理论”课程中已经很熟悉了，可参见教材[1]，这里不再赘述。

用到的软件是美国MathWorks 公司开发的MATLAB ，仿真是通过在其环境下编写m 文件来实现的。

关于MATLAB 的学习，可参阅软件帮助文档或到图书馆借阅相关书籍[2]。

一、问题的提出确定一轻型货车的动力性能[1]。

1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图；2）求汽车最高车速与最大爬坡度；3）绘制汽车行驶加速度倒数曲线；4）计算汽车用II 挡起步加速到70 km/h 所需的时间；5）绘制汽车的功率平衡图。

轻型货车的有关数据：汽油发动机使用外特性的曲线的拟合公式为：n T tq −432)1000(8445.3)1000(874.40)1000(44.165)1000(27.295313.19n n n n T tq −+−+−= 式中 － 发动机转矩，单位为tq T m N ⋅； － 发动机转速，单位为。

n min /r 发动机的最低转速，最高转速min /600min r n =min /4000max r n =；装载质量 ；kg 2000整车整备质量 ；kg 1800总质量 ；kg 3880车轮半径 ；m 367.0传动系机械效率 85.0=T η；滚动阻力系数 ；013.0=f 空气阻力系数×迎风面积 ；277.2m A C D =主减速器传动比 ；83.50=i 飞轮转动惯量 ；2218.0m kg I f ⋅=二前轮转动惯量 ；21798.1m kg I w ⋅=四后轮转动惯量 ；22598.3m kg I w ⋅=变速器传动比 （数据如下表）g i I 挡 II 挡 III 挡 IV 挡 V 挡 g i5.56 2.769 1.644 1.00 0.793二、Matlab 程序 % 绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图部分nmin=600; % 发动机的最低转速nmax=4000; % 发动机的最高转速n=nmin:1:nmax; % 发动机转速变化向量me=2000; % 汽车的装载质量m0=1800; % 汽车的整车整备质量ma=3880; % 汽车的总质量g=9.81; % 重力加速度r=0.367; % 汽车车轮半径nT=0.85; % 传动系机械效率f=0.013; % 滚动阻力系数；如果不是常数，如何来处理呢？CdA=2.77; % 空气阻力系数×迎风面积i0=5.83; % 主减速器传动比If=0.218; % 飞轮转动惯量Iw1=1.798; % 二前轮转动惯量Iw2=3.598; % 四后轮转动惯量ig1=5.56; % 变速器一挡传动比；如果熟悉了Matlab的数组运算，程序表达会更加简洁。

基于汽车动力学的虚拟驾驶模拟仿真汽车动力学虚拟驾驶模拟仿真是一种基于计算机技术的仿真系统，它可以模拟和分析汽车在各种道路条件下的行驶特性。

这种系统可以帮助驾驶员在不同的情况下进行驾驶测试，提供驾驶过程中的实时数据和反馈，以及提供实际驾驶测试中未能获得的有意义的数据和分析结果。

汽车动力学虚拟驾驶模拟仿真系统采用了高度精确的数学模型，以反映现实世界中汽车运动的行为。

这些模型包括车辆的惯性、悬挂系统的特性、轮胎的性能、发动机的输出特性等等。

系统还使用了先进的计算方法和算法，以模拟车辆在真实环境下的加速、制动、转向等操作，同时还包括加速度、速度、行驶距离和能量消耗等数据分析。

汽车动力学虚拟驾驶模拟仿真系统可以应用于汽车制造商和驾驶员培训中。

在汽车制造商方面，这种虚拟仿真系统可以帮助制造商在优化车辆设计和技术参数时进行测试和实验。

通过模拟系统来分析和调整车辆各个部分的参数，以确保最终的汽车在各种道路条件下都有高效的运动性能。

在驾驶员培训方面，汽车动力学虚拟驾驶模拟仿真系统可以提供驾驶员各种不同情况下的驾驶测试。

这种虚拟反馈可以为驾驶员提供准确的数据和信息，以帮助他们改善驾驶技能和提高安全性。

此外，这种虚拟仿真系统还能在驾驶员培训的早期阶段提供帮助，让学习驾驶的人们可以在虚拟环境中进行实际的驾驶测试，以便更好地理解和掌握驾驶技能。

总的来说，汽车动力学虚拟驾驶模拟仿真系统是一种高效、准确和可靠的技术工具。

它可以模拟各种不同的驾驶条件和环境，为汽车制造商和驾驶员培训提供有效的技术支持。

同时，它也可以节省大量时间和费用，减少实际测试所需的物理设备和实验成本。

未来的发展将不断提高这种系统的功能和性能，使其能够更好地满足汽车制造商和驾驶员培训的需求。

利用Cruise对某款车型进行动力性、经济性仿真分析上次对某电动车的驱动电机和动力电池进行了选型计算，本次就该选型方案进行Cruise仿真，已验证整车性能。

整车动力性、经济性仿真报告1 目的与范围1.1 目的本车型是在成熟的底盘平台上开发，因此需要对动力传动系统进行重新匹配设计。

本文档根据所提出的动力性、经济性能指标，完成动力传动系统的正向匹配计算和电机、电池的初步选型工作，可为性能指标的实现提供理论指导。

1.2 适用范围本文适用于纯电动汽车的动力性、经济性的概念设计阶段。

2 工作内容工作内容主要分为：a) 纯电动载货汽车整车参数b) 纯电动载货汽车设计性能目标c) 电机电池参数d) 动力性、经济性能仿真分析3 纯电动载货汽车整车参数表1 EV整车参数参数名称数值整车整备质量（kg）6300整车最大设计总质量（kg）12000半载质量（kg）9150长x宽x高（mm）8000X2500X3180前悬/后悬长度（mm）1370/2130轴距（mm）4500迎风面积（m^2） 5.79风阻系数0.77滚动阻力系数0.01主减速器传动比 5.833传动效率0.9轮胎型号9.00R20轮胎滚动半径(mm) 4965 纯电动载货汽车整车设计性能目标表2 电动车性能指标设计项目目标值最大爬坡度（%）≥20 0-50km/h加速时间（s）≤20 30分钟最高车速（km/h）≥80 1km最高车速（km/h）≥80等速40km/h续驶里程（km）≥200注：其中电池+电机效率为估计值。

6 电机参数7 电池参数电池电池类型锂电池单体电压（V） 3.2单体容量（Ah）25电压平台（V）576成组后总容量（Ah）175成组后总电量（kWh）100.8串并方式7并180串8动力系统方案验证为验证搭载电机后整车的动力性、经济性，应用AVL-CRUISE 软件，建立的整车纵向动力学模型根据GB/T 18385 《电动汽车动力性能试验方法》和GB/T 18386 《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》相关规定完成仿真模型的设置依次对各指标进行仿真计算，搭建整车模型如下：图1整车模型8.1 NEDC循环工况NEDC工况，半载质量，NEDC循环工况（最高车速80km/h）仿真结果如下，电池SOC由100%放电到10%，续驶里程为113km，百公里电耗为79.4kwh（未考虑电网充电效率）。