基于GT—SUITE对汽车加速能力分析

时间:2022-10-09 12:48:45

基于GT—SUITE对汽车加速能力分析

【摘要】随着世界经济的发展,人们对汽车的认识已不在是简单的代步工具,随着对汽车性能的理解日益加深,对汽车动力性、舒适性和安全性等要求越来越高。汽车的动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能,而其中汽车的加速时间表示汽车的加速能力,是评定汽车动力性的重要指标之一,运用GT-SUITE软件可以建立汽车的动力学模式的计算机仿真分析参数化模型,模拟汽车的运动状态,对汽车的动力性能进行仿真分析,为进一步的设计开发提供依据。

【关键词】汽车;动力性;超车加速;GT-SUITE;仿真

0.引言

在汽车开发前期,准确了解的性能对汽车的开发至关重要,汽车的动力性指标作为汽车的重要指标之一,对它的研究是很关键的。在汽车超车时与被超车辆并行,容易发生安全事故,所以超车加速能力强,并行行程短,行驶就安全。本文借助GT-SUITE软件模拟汽车在各档位的加速情况,用软件模拟的手段,计算汽车由某初始速度加速到指定速度所用的时间,最后计算和评估汽车的动力性。

1.数学模型

要确定汽车的行驶情况,就要掌握汽车沿行驶方向作用于汽车的各种外力,即驱动力与行驶阻力。驱动力是由发动机的转矩经传动系统传至驱动轮上的力;行驶阻力有滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡度阻力等。其数学方程式为:

Ft=∑F

其中Ft为驱动力,∑F为行驶阻力之和。

当发动机的转速特性、变速器的传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空阻系数、汽车迎风面积以及汽车的质量确定以后,就可以利用上述公式分析在附着性能一定的路面上的行驶性能。即确定在节气门全开时汽车的加速能力等动力性能。

2.建立仿真模型

对于GT-SUIT软件来书,所有的,它们处于同一操作平台和同一后处理器,所以对于它们的操作和后处理是相同的。操作平台称为GT-ISE,对于不同的软件模块来说,它们的操作环境大致相同,如图1。

GT-ISE中建立汽车模型有动力学和运动学等多种形式,本文研究在动力学模式下对超车加速进行仿真分析。要建立基本的GT-ISE模型,首先要对汽车从发动机到车轮和道路整个动力传动系进行分析,将所涉及到的模板添加到建模区中。根据动力传动的过程,将各个模板进行连接。本次仿真至少应包含上述11个关键零部件。然后根据汽车动力传动过程和相邻零部件的关系连接上述零部件。如图2所示。

3.参数化设计

在仿真开始前要将涉及到的各个模板进行参数化,这些参数包含了在数字模型中所涉及的各个参数,如发动机的转速特性、变速器的传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空阻系数、汽车迎风面积以及汽车的质量等。

在建立模型时应注意超车仿真时车辆状态和路况特点,为了真实反映出汽车的加速能力,应使发动机为全油门加速,阻力设置上应考虑汽车的滚动阻力、空气阻力和道路坡度(应为0),汽车的迎风面积和风阻系数。

在参数化设计中要注意以下参数的设置:发动机的初始速度,油门负荷(为100%);变速器的初始档位;车体中设置迎风面积、风阻系数、初始速度和仿真结束时车体速度(应和我们期望仿真的初速度和终速度一致,如从25km/h加速到80km/h) ;轮胎的滚动阻力系数;道路中将Road Grade设置成def或0。

根据各车辆状态的不同,可在在模型中将上述零部件参数设计成变量,只要在“CASE SETUP”中不同的CASE对应不同的变量,整个仿真就会按照我们输入的参数进行。

4.动力学仿真

通过动力学仿真可以得出所有上述零部件的各种曲线和数据,通过GT-POST,我们可以对这些曲线和数据进行处理,根据需求,我们得出了某SUV车辆在各个档位,从不同初速度加速到某终速度的速度曲线。

分析:从曲线中我们还能看出随着汽车档位的增加,曲线斜率越来越小,即汽车的驱动力越小,加速度也越小,符合汽车的实际加速状态。在3档加速时从汽车从40km/h加速到60km/h用时约3秒。

a、从60km/h加速到80km/h用时4档约4.5秒,5档约7秒。

b、高速加速时,从85km/h加速到105km/h时4档用时约6.5秒,5档用时约7.1秒。

上述数据表明无论是低速加速还是高速加速,该汽车动力性较强,提速快、用时短,在超车时能迅速提高加速度,缩短会车和超车的时间,提高行驶安全性。

在对汽车进行分析时,我们还能得出汽车的加速过程加速度的曲线、驱动力曲线、阻力曲线和行驶路程曲线等(本文略)。

5.结论

运用GT-SUIT仿真软件对汽车的动力性进行分析,我们可以在汽车开发前期得出汽车的动力性能,在开发之初便可为汽车的目标性能定位提供依据,在开发时可以提高设计效率,缩短开发时间,方便开发的并行性和数据的管理,同时,运用虚拟样机技术,可以方便地修改设计参数、直观地观测系统各参数之间的关系和对汽车性能的影响,因而可为后期的开发提供参数改良和性能提高的理论依据。

【参考文献】

[1]清华大学,余志生.汽车理论(第五版).清华大学出版社.

[2]张小虞.汽车工程手册设计篇.人民交通出版社.

[3]GT-ISE TUTORIALS V7.0.

[4]GT-POST User′s Manual V7.0.

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