基于MATLAB的汽车动力性仿真实验

【摘 要】文章从车辆动力学的角度建立了汽车动力性数学模型，用MATLAB编程，对某轻型货车的动力性能参数进行计算并仿真出其驱动力-行驶阻力平衡图、行驶加速度及加速度倒数曲线图，计算出该轻型货车的最高车速及II档起步加速到70km/h所需的时间，为研究该型载货汽车的动力性能提供了很好的依据。

【关键词】MATLAB；轻型货车；动力性能；仿真

一、前言

汽车动力性是评价汽车性能的重要指标，通常用汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度来评定。绘出汽车驱动力-行驶阻力平衡图和汽车加速度曲线图是求出最高车速、加速时间和最大爬坡度的前提，本文通过MATLAB仿真求出实验用轻型货车的动力性指标，使其参数指标优化轻型货车的动力性匹配实验。

二、实验用轻载货汽车

本实验用使用的汽车是福田轻型厢式货车。其主要的技术参数见表1。变速器传动比数据见表2。

三、建立汽车动力性数学模型

1.发动机的外特性

利用FZD发动机综合实验台测出该型厢式货车汽车的外特性的功率与转矩曲线，利用多项式拟合求出发动机的转矩多项式， （1）

式中，为发动机转矩（）；为发动机转速（r/min）；系数可由曲线拟合中的最小二乘法来确定； k取4。

求得：

发动机最低转速=600r/min，最高转速=4000r/min

2.汽车行驶方程的建立及计算模型

汽车行驶时的一般方程式为：

式中：分别是驱动力、滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力；为发动机转矩；分别为变速器传动比、主减速器传动比；为传动系机械效率；为滚动阻力系数； 为空气阻力系数；A为迎风面积；为车速；为道路坡度；为汽车旋转质量换算系数；分别为汽车质量、行驶加速度。

不考虑坡度阻力和加速阻力时，方程（2）变为：

（3）

可得最高车速：

（4）

不考虑坡度阻力由汽车行驶方程可得加速时间：

（5）

由动力学可知：

（6）

汽车等速行驶时得到最大坡度：

四、仿真过程

1.汽车汽车驱动力-行驶阻力平衡图仿真

编写程序在MATLAB中做出汽车驱动力-行驶阻力平衡图，图1。

2.汽车加速度曲线和加速度倒曲线

采用相同方法，可获得汽车加速度曲线和加速度倒曲线图，图2，图3.

用MATLAB对汽车行驶加速度倒数曲线进行分段积分计算，可得汽车从II档起步加速行驶到70km/h的加速时间。求的加速时间t =25.9231s。

五、结论

利用MATLAB仿真可以方便得出汽车的动力性参数指标。在进行新车的动力性匹配实验时，利用得出的参数指标，优化匹配实验设计，减少重复性操作，提高产品开发的效率。

【参考文献】

[1]余志生.汽车理论[M].第五版.北京：机械工业出版社，2009.

[2]颜庆津.数值分析[M].北京航空航天大学出版社，2011.

[3]姚永玉.浅析汽车动力性仿真软件的制作[J].洛阳工业高等专科学校学报，2007，（4）.

[4]张世杰.汽车动力性分析软件介绍[J].汽车研究与开发，2002，（1）.