基于MATLAB的汽车动力性仿真（论文）

### 基于MATLAB的汽车动力性仿真 #### 概述 本论文重点探讨了MATLAB在汽车动力性仿真中的应用及仿真程序的开发方法。汽车作为一种高效的运输工具，其动力性能对于提升运输效率至关重要。动力性不仅关乎汽车的加速性能、爬坡能力和拖带挂车的能力，更是消费者选择车辆时首要考虑的因素之一。因此，动力性被视为衡量一辆汽车性能的基本要素。 #### MATLAB在汽车动力性仿真中的应用 MATLAB是一款由美国MathWorks公司开发的强大计算软件，它具备处理矩阵变换运算、多项式运算、图形绘制、微积分运算以及微分方程求解等功能。尽管MATLAB的解释性语言执行效率较低且不利于良好的人机交互界面开发，但其强大的计算能力和便捷的编程方式使其在汽车动力性仿真的应用中表现出色。 #### 发动机外特性的建模 在进行动力性估算时，通常采用发动机台架试验获得的稳定工况下的外特性数据。这些数据主要包括功率与转矩曲线。为了简化计算过程，可以通过多项式拟合的方法来描述发动机的转矩曲线： \[ T = a_0 + a_1 n + \cdots + a_n n^k \] 其中，\( T \) 代表发动机的转矩（N·m），\( n \) 是发动机的转速（r/min）。系数 \( a_0, a_1, \ldots, a_k \) 可以通过最小二乘法确定，而 \( k \) 通常取值为 2 到 5。本研究中，采用了VC++编写的动态链接库（DLL）来实现与发动机台架试验台之间的通讯，并根据AK协议自动采集数据并存入Access数据库中。拟合程序则基于ODBC数据库进行数据读取和MATLAB函数进行拟合。 #### 动力性数学模型 汽车动力性的评价指标主要包括最高车速、加速时间和最大爬坡度。通过对作用于汽车上的外力进行分析，可以建立汽车行驶方程，进而定量评估这些指标。汽车行驶方程如下所示： \[ m \frac{du}{dt} = T_{e} i_t i_0 \eta_{tr} - F_f - F_a - F_i \] 其中： - \( m \) 为汽车质量； - \( u \) 为汽车行驶速度； - \( T_{e} \) 为发动机有效转矩； - \( i_t \) 和 \( i_0 \) 分别为变速器和主减速器的传动比； - \( \eta_{tr} \) 为传动系效率； - \( F_f \) 为滚动阻力； - \( F_a \) 为空气阻力； - \( F_i \) 为坡度阻力。 滚动阻力 \( F_f \) 通常表示为 \( F_f = C_r G \)，其中 \( C_r \) 为滚动阻力系数，\( G \) 为汽车总重力；空气阻力 \( F_a \) 表示为 \( F_a = \frac{1}{2} C_d A \rho u^2 \)，其中 \( C_d \) 为空气阻力系数，\( A \) 为汽车前迎风面积，\( \rho \) 为空气密度；坡度阻力 \( F_i \) 表示为 \( F_i = G \sin(\alpha) \)，其中 \( \alpha \) 为道路坡度。 #### 结论 通过MATLAB和VC++的联合应用，本研究成功开发了一套汽车动力性仿真程序。该程序利用MATLAB强大的计算功能和绘图功能，结合VC++的人机交互界面设计优势，实现了高效准确的动力性仿真。此方法不仅处理数据精度高，而且实用性好，为汽车动力性仿真提供了一种有效的解决方案。 MATLAB在汽车动力性仿真中的应用为汽车设计提供了有力支持，有助于加快产品开发速度和验证传动系统的配置优化效果。随着技术的发展，未来MATLAB在这一领域的应用将更加广泛和深入。