QICHEYANJIU
汽车研究
《重型汽车》
HEAVY TRUCK
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□文 /
厉晓飞 王孟志 孙 鹏（中国重汽集团技术发展中心）
前言
在车辆的各种性能中，动力性和经
济性是最基本、最重要的性能，也是用
户最看中的性能。因此，在汽车设计开
发过程中，优化汽车传动系统的匹配，
提高汽车的动力性和燃油经济性，具有
非常重要的意义。MATLAB 作为一款
可视化的计算程序，具有强大的数值计
算、符号计算和图形可视化功能，被广
泛应用于工程和科学等领域。汽车的动
力性和经济性计算，涉及庞大的发动机
外特性和万有特性数据、变速器的速比
等一系列数据，并需要对数据作插值、
拟合等处理，对计算结果以图形的形式
表现。因此，在 MATLAB 提供的 GUI
模块中，开发这款汽车动力性和经济性
仿真软件，对于熟悉 MATLAB 语言，
而对 VC、Java 等语言相对陌生的人来
说，可以大大的减少代码编写的工作量，
同时又能简洁明了的实现人机交互。
1 汽车动力性数学模型
汽车行驶过程中，驱动力和行驶
阻力是相互平衡的，同理，发动机功
率P
e
和汽车行驶的阻力功率也是平衡
的。汽车行驶时消耗的阻力功率有滚
动阻力功率 P
f
、空气阻力功率 P
w
、坡
度阻力功率 P
i
和加速阻力功率 P
j
，即
P
e
=P
f
+P
w
+P
i
+P
j
，经单位换算，可得
汽车功率平衡方程式：
式中 T
tq
——发动机输入扭矩；
i
g
——变速器传动比；
i
0
——主减速比传动比；
η——传动系的机械效率；
r ——车轮半径；
G ——汽车重力；
f ——滚动阻力系数；
u
a
——汽车行驶速度；
i ——道路坡度；
C
D
——空气阻力系数；
A ——迎风面积；
δ——汽车旋转质量换算系数；
m ——汽车总质量；
du/dt ——汽车行驶加速度。
若以纵坐标表示功率，横坐标表
示车速，则可用图解法将发动机功率
P
e
和汽车经常遇到的阻力功率 1/η
（P
f
+P
w
) 与车速的关系用曲线绘制出
来，得到汽车功率平衡图，如图 1 所示。
1.1 汽车各档车速特性
车速 u
a
可由发动机转速 n 转换而
来，u
a
=0.377nr/(i
g
i
0
)。从汽车功率
平衡图中可见，不同的档位，汽车功率
大小不变，只是各档所对应的车速位置
不同，低档时车速低，速度变化区域窄；
高档时车速高，速度变化区域宽。
1.2 最高车速的获取
此程序中，采用图解法求解汽车最
高车速。在汽车功率平衡图中，当某档
位的发动机功率线 P
e
与阻力功率线有
交点时，交点所对应的车速即为该档最
高车速；当某档位的发动机功率线 P
e
与阻力功率线没有交点时，该档位的发
动机功率线最右端所对应的车速，即为
该档最高车速。
1.3 各档动力因素计算
定义动力因素 D 为克服风阻之外
的所有动力，可得
D=fcosα+sinα+(δ/g)·(du/dt)
式中 α——爬坡角度。
1.4 爬坡度的计算
计算爬坡度时，加速度为 0，根据
基于 MATLAB/GUI 的
汽车动力性和经济性仿真软件开发
图 1 汽车功率平衡图
