基于Matlab-GUI的汽車動(dòng)力性分析

張兵華

（重慶交通大學(xué)，中國(guó) 重慶400074）

0 引言

汽車的動(dòng)力性能指車輛在水平良好的路面上，以直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由汽車受到的縱向外力所決定，所能達(dá)到的平均行駛車速。一般用加速時(shí)間、最大爬坡度、最高車速來評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)的汽車動(dòng)力性能的分析是通過試驗(yàn)來進(jìn)行的，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，成本大，具有一定的盲目性。用Matlab—GUI繪制曲線圖的方法來分析具有更加直觀、形象的優(yōu)點(diǎn)。本論文正是通過驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力圖，加速時(shí)間圖，最大爬坡度圖，功率平衡圖來客觀、直接的評(píng)價(jià)汽車的動(dòng)力性能，建立GUI的汽車動(dòng)力評(píng)價(jià)軟件并結(jié)合實(shí)車數(shù)據(jù)，通過得到該車動(dòng)力性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的特性圖，分析某車動(dòng)力性能。

1 汽車動(dòng)力性數(shù)學(xué)建模

1.1 驅(qū)動(dòng)力——行駛阻力平衡圖

1.1.1 汽車驅(qū)動(dòng)力

來自于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)各種驅(qū)動(dòng)組件傳遞至驅(qū)動(dòng)輪。施加于驅(qū)動(dòng)輪上的有效轉(zhuǎn)矩Tt相對(duì)于車輪產(chǎn)生圓周力F0，地面對(duì)于車輪的反作用力Ft稱為驅(qū)動(dòng)力，其值為：Ft=Tt/r

其中Ttq發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，ig變速器傳動(dòng)比，i0主減速器傳動(dòng)比，ηT傳動(dòng)效率，r車輪半徑。

1.1.2 汽車行駛阻力

在良好水平路面上正常行駛的汽車，要克服滾動(dòng)阻力Ff、空氣阻力Fw、加速阻力Fj、坡度阻力Fi。所以，汽車正常行駛的總阻力主要為：

1）滾動(dòng)阻力

汽車在良好的路面上行駛時(shí)，輪胎與地面的接觸區(qū)域?qū)?huì)產(chǎn)生與汽車行駛方向相反的力，阻礙輪胎的正常行駛，此力稱為滾動(dòng)阻力。

其中G汽車重量，f滾動(dòng)阻力系數(shù)，α坡道角。

2）空氣阻力

在良好的路面上，汽車直線行駛時(shí)，空氣作用在汽車行駛方向上的分力，稱為空氣阻力。因?yàn)轱L(fēng)的影響比較復(fù)雜，所以考慮無風(fēng)時(shí)的情況，根據(jù)公式知：

其中CD空氣阻力系數(shù),A迎風(fēng)面積,ua汽車速度。

3）坡度阻力

黨內(nèi)法規(guī)是中國(guó)共產(chǎn)黨在其領(lǐng)導(dǎo)中國(guó)革命、建設(shè)和改革開放的實(shí)踐中，結(jié)合中國(guó)社會(huì)的現(xiàn)實(shí)和發(fā)展特點(diǎn)，不斷調(diào)整黨內(nèi)與社會(huì)各種關(guān)系的規(guī)范。黨內(nèi)法規(guī)是中國(guó)共產(chǎn)黨結(jié)合實(shí)踐的獨(dú)創(chuàng)，為中國(guó)共產(chǎn)黨從嚴(yán)治黨、治國(guó)理政起到了不可估量的作用。黨的紀(jì)律性法規(guī)是黨內(nèi)法規(guī)的一種，是黨內(nèi)法規(guī)中關(guān)于紀(jì)律要求的具體化。

在良好的路面上以一定的車速上坡行駛的汽車，汽車重力沿坡道的分力表現(xiàn)為汽車坡度的阻力。

4）加速阻力

汽車在水平良好的路面上加速行駛時(shí)，要克服質(zhì)量加速所產(chǎn)生的阻力，此阻力稱為加速阻力。得出以下公式：

其中

小結(jié)：由力學(xué)平衡，可以得到車輛的行駛方程式為：

1.2 加速時(shí)間圖

加速時(shí)間表示汽車的加速能力，根據(jù)加速時(shí)間圖，能推出某車由某一車速全力加速至另一高速所花的時(shí)間。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)得：

1.3 車輛爬坡度圖

車輛的爬坡性能，指在良好不打滑的路面上，車輛克服滾動(dòng)阻力、坡度阻力后，剩余的功率能夠爬上的最大坡度。

即

通過該圖就能得出某車能爬上的最大坡度，以及經(jīng)過計(jì)算后的α角度的大小。

1.4 汽車功率平衡

水平良好路面上行駛的汽車，發(fā)電動(dòng)機(jī)功率等于各阻力功率和耗損功率。經(jīng)常遇到的滾動(dòng)阻力功率有滾動(dòng)阻力功率Pe、空氣阻力功率Pw、坡度阻力功率Pi、加速阻力功率Pj。

將汽車的行駛方程式的兩邊都乘以行駛的車速，整理得出汽車功率平衡的方程式如下：

2 GUI的界面設(shè)計(jì)

2.1 GUI設(shè)計(jì)的原則

使用GUI最主要的是為了達(dá)到以下目的：（1）編寫一個(gè)函數(shù)它需要反復(fù)使用，但又不需反復(fù)編寫，且具有動(dòng)態(tài)文本、靜態(tài)文本框作為參數(shù)的輸入方法。（2）編寫實(shí)用函數(shù)或開發(fā)實(shí)用程序供給用戶使用。（3）GUI可以創(chuàng)建一個(gè)分析方法的交互式示例。

2.2 GUI的創(chuàng)建

第一，界面的布置，主要是控件的布置。了解GUI的界面編輯過程，選擇一種適合的方法。

第二，主要工作是通過guide構(gòu)造整個(gè)界面的布局，設(shè)計(jì)靜態(tài)文本，動(dòng)態(tài)文本，合理安排控件位置等等，并進(jìn)行開始必要屬性的設(shè)置，如Font Name，F(xiàn)ont Size，還有最主要的Tag，Callback屬性設(shè)置。

第三，界面綜合內(nèi)容完成。這個(gè)階段的工作是在Callback中編寫源程序，實(shí)現(xiàn)具體界面之間的互動(dòng)功能，使得四幅圖的曲線達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。

圖1 參數(shù)輸入界面

3 動(dòng)力參數(shù)對(duì)動(dòng)力性的影響分析

3.1 變速器傳動(dòng)比的分析

以下討論都用控制變量法進(jìn)行研究。擋位數(shù)越多增加了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會(huì)，提高了汽車的動(dòng)力性，改善了燃油經(jīng)濟(jì)性。

圖2 某款汽車參數(shù)圖

（1）一檔到四檔的傳動(dòng)比比值依次增大時(shí)我們能得到如圖2所示的動(dòng)力性曲線圖。各檔傳動(dòng)比依次是6.09、3.09、1.71、1。

（2）一檔到四檔的傳動(dòng)比比值相等時(shí)，此時(shí)各檔的傳動(dòng)比依次是6.09、3.3357、1.8264、1。

（3）一檔到四檔的傳動(dòng)比比值依次減小時(shí)，此時(shí)各檔的傳動(dòng)比依次是6.09、3、1.71、1。

綜上從變速器傳動(dòng)比的分配可以看出，選取傳動(dòng)比比值近似于等比級(jí)數(shù)時(shí)有以下優(yōu)點(diǎn)：①發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍舒適，加速時(shí)便于操作。②各擋工作所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率都較大，有利于汽車的動(dòng)力性。③便于和副變速器的結(jié)合，構(gòu)成更多擋位的變速器。

3.2 滾動(dòng)阻力系數(shù)的分析

滾動(dòng)阻力系數(shù)為0.013時(shí)得相應(yīng)的動(dòng)力性曲線圖，將滾動(dòng)阻力系數(shù)改為0.23時(shí)，可以看出滾動(dòng)阻力明顯增大，其中汽車的最高車速和加速時(shí)間明顯降低，但爬坡度有所增高。

4 總結(jié)

結(jié)果表明，該方法具有處理數(shù)據(jù)速度快、精度高和可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)，為汽車動(dòng)力性仿真提供了切實(shí)可行的方法。

［1］余志生.汽車?yán)碚揫M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006,5.

［2］劉磊.基于經(jīng)濟(jì)性與排放性的輕型貨車動(dòng)力系統(tǒng)匹配優(yōu)化方法研究[D].淄博：山東理工大學(xué),2008.