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(重庆交通大学,中国 重庆 400074)

【摘　要】利用Matlab-GUI软件为开发工具,根据汽车参数编制优化程序,以Matlba-GUI为界面开发工具,建立数学模型和人机交互界面,得出动力性曲线图.结果表明,该方法具有处理数据速度快、精度高和可重复性等优点,为汽车动力性仿真提供了切实可行的方法.

【关键词】汽车动力性；Matlab-GUI；动力性曲线

作者简介：张兵华(1991—),男,汉族,江西抚州人,重庆交通大学研究生,研究方向汽车动力系统及结构优化.

0　引言

汽车的动力性能指车辆在水平良好的路面上,以直线运动时,由汽车受到的纵向外力所决定,所能达到的平均行驶车速.一般用加速时间、最大爬坡度、最高车速来评价.传统的汽车动力性能的分析是通过试验来进行的,试验周期长,成本大,具有一定的盲目性.用Matlab—GUI绘制曲线图的方法来分析具有更加直观、形象的优点.本论文正是通过驱动力-行驶阻力图,加速时间图,最大爬坡度图,功率平衡图来客观、直接的评价汽车的动力性能,建立GUI的汽车动力评价软件并结合实车数据,通过得到该车动力性能评价指标的特性图,分析某车动力性能.

1.　汽车动力性数学建模

1..1　驱动力——行驶阻力平衡图

1..1.1　汽车驱动力

来自于汽车发动机的转矩,经各种驱动组件传递至驱动轮.施加于驱动轮上的有效转矩Tt相对于车轮产生圆周力F0,地面对于车轮的反作用力Ft称为驱动力,其值为：Ft等于Tt/r

(1)

其中Ttq发动机转矩,ig变速器传动比,i0主减速器传动比,ηT传动效率,r车轮半径.

1..1.2　汽车行驶阻力

在良好水平路面上正常行驶的汽车,要克服滚动阻力Ff、空气阻力Fw、加速阻力Fj、坡度阻力Fi.所以,汽车正常行驶的总阻力主要为：

∑F等于Ff+Fw+Fj+Fi(2)

１)滚动阻力

汽车在良好的路面上行驶时,轮胎与地面的接触区域将会产生与汽车行驶方向相反的力,阻碍轮胎的正常行驶,此力称为滚动阻力.

Ff等于Gfcosα(3)

其中G汽车重量,f滚动阻力系数,α坡道角.

２)空气阻力

在良好的路面上,汽车直线行驶时,空气作用在汽车行驶方向上的分力,称为空气阻力.因为风的影响比较复杂,所以考虑无风时的情况,根据公式知：

(4)

其中CD空气阻力系数,A迎风面积,ua汽车速度.

３)坡度阻力

在良好的路面上以一定的车速上坡行驶的汽车,汽车重力沿坡道的分力表现为汽车坡度的阻力.

Fi等于Gsinα(5)

４)加速阻力

汽车在水平良好的路面上加速行驶时,要克服质量加速所产生的阻力,此阻力称为加速阻力.得出以下公式：

a、du/dt直线行驶加速度、Iw轮胎转动惯量、If飞轮转动惯量、δ转换系数为.

小结：由力学平衡,可以得到车辆的行驶方程式为：

(8)

1..2　加速时间图

加速时间表示汽车的加速能力,根据加速时间图,能推出某车由某一车速全力加速至另一高速所花的时间.根据运动学知识得：

(9)

汽车滚动阻力系数:动画模拟汽车阻力产生的唯美效果【视觉】

1..3　车辆爬坡度图

车辆的爬坡性能,指在良好不打滑的路面上,车辆克服滚动阻力、坡度阻力后,剩余的功率能够爬上的最大坡度.

Fi等于Ft-(Fw+Ff)(10)

车辆的最大爬坡度大约30％上下,在计算最大坡度时忽略加速阻力的作用,具体写上式应为：

通过该图就能得出某车能爬上的最大坡度,以及经过计算后的α角度的大小.

1..4　汽车功率平衡

水平良好路面上行驶的汽车,发电动机功率等于各阻力功率和耗损功率.经常遇到的滚动阻力功率有滚动阻力功率Pe、空气阻力功率Pw、坡度阻力功率Pi、加速阻力功率Pj.

将汽车的行驶方程式的两边都乘以行驶的车速,整理得出汽车功率平衡的方程式如下：

(13)

汽车经常遇到的行驶阻力的功率

,把它们绘制在同一坐标图上,即得到汽车的功率平衡图.结合转速与转矩之间的公式ua等于0.377

来得到.

2.　GUI的界面设计

2..1　GUI 设计的原则

使用GUI最主要的是为了达到以下目的：(1)编写一个函数它需要反复使用,但又不需反复编写,且具有动态文本、静态文本框作为参数的输入方法.(２)编写实用函数或开发实用程序供给用户使用.(３)GUI可以创建一个分析方法的交互式示例.

2..2　GUI 的创建

第一、界面的布置,主要是控件的布置.了解GUI的界面编辑过程,选择一种适合的方法.

第二,主要工作是通过guide构造整个界面的布局,设计静态文本,动态文本,合理安排控件位置等等,并进行开始必要属性的设置,如Font Name,Font Size,还有最主要的Tag,Callback属性设置.

第三,界面综合内容完成.这个阶段的工作是在Callback中编写源程序,实现具体界面之间的互动功能,使得四幅图的曲线达到一个动态的过程.

3.　动力参数对动力性的影响分析

3..1　变速器传动比的分析

以下讨论都用控制变量法进行研究.挡位数越多增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会,提高了汽车的动力性,改善了燃油经济性.

(１)一档到四档的传动比比值依次增大时我们能得到如图2所示的动力性曲线图.各档传动比依次是6.09、3.09、1.71、1.

(2)一档到四档的传动比比值相等时 ,此时各档的传动比依次是6.09、3.3357、1.8264、1.

(3)一档到四档的传动比比值依次减小时,此时各档的传动比依次是6.09、3、1.71、1.

综上从变速器传动比的分配可以看出,选取传动比比值近似于等比级数时有以下优点：①发动机工作范围舒适,加速时便于操作.②各挡工作所对应的发动机功率都较大,有利于汽车的动力性.③便于和副变速器的结合,构成更多挡位的变速器.

3..2　滚动阻力系数的分析

滚动阻力系数为0.013时得相应的动力性曲线图,将滚动阻力系数改为0.23时,可以看出滚动阻力明显增大,其中汽车的最高车速和加速时间明显降低,但爬坡度有所增高.

4.　总结

结果表明,该方法具有处理数据速度快、精度高和可重复性等优点,为汽车动力性仿真提供了切实可行的方法.

【参考文献】

［１］余志生.汽车理论[M].5版.北京:机械工业出版社,2006,5.

［２］刘磊.基于经济性与排放性的轻型货车动力系统匹配优化方法研究[D].淄博:山东理工大学,2008.

［责任编辑：汤静］

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