汽车整车动力性仿真计算.docx

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1、汽车整车动力性仿真计算1动力性数学模型的建立汽车动力性是汽车最基本、最重要的性能之一。汽车动力性主要有最高车速、加速时间t及最大爬坡度。其中汽车加速时间表示汽车的加速能力，它对平均行驶车速有着很大影响，而最高车速与最大爬坡度表征汽车的极限行驶能力。根据汽车的驱动力与行驶阻力的平衡关系建立汽车行驶方程，从而可计算汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度。其中行驶阻力（Ft）包括滚动阻力FR、空气阻力FLx、坡度阻力FSt和加速阻力FB。根据图1就可以建立驱动的基本方程，各车节之间的连接暂时无需考虑。而车辆必须分解为总的车身和单个车轮。

2、节点处只画出了方向的力；方向的力对于讨论阻力无关紧要，可以忽略。图1（a）车辆，车轮和路面；（b）车身上的力和力矩；（c）车轮上的力和力矩；（d）路面上的力如果忽略两个车节间的相对运动，根据工程力学的重心定理，汽车（注脚1）和挂车（注脚2）的车身运动方程为：（1）其中和是车节的车身重量，和它们的质量，是路面的纵向坡度角，是n车轴上的纵向力之和，是空气阻力。由图1（c），对第个车轴可列出方程（2）（3）是该车轴上所有车轮的重量，是它们的质量，是绕车轴的车轮转动惯量之和，是在轮胎印迹上作用的切向力之和，是轴荷，是第个车轴上的驱动力矩

3、。如果假设车轴的平移加速度和车身的加速度相等，由式（1）到式（3）在消去力和以后就得到方程引进总质量和总重量（力）把车轮角加速度转化为平移加速度，即得到（4）右边是由4项阻力组成，我们称之为1）滚动阻力（5）令，f为阻力系数，代入式（5），则整车的滚动阻力为（5-1）还常常进一步假定，所有车轮（尽管比如各个车轮胎压不同）的滚动阻力系数相等，又因为所有车轮轮荷之和等于车重G，如果车辆行驶在角度为α的坡道上，则轮荷之和等于（参看图1），这样，式（5-1）可改写为因为道路上的坡度较α不是很大，整车滚动阻力因而近似于整车车轮阻力（5-2

4、）2）空气阻力（6）3）上坡阻力（7）在式（4）中的项用以表示上坡阻力（7-1）参看式（7）。如果我们用以及等价的值p来取代，那么上述表达式就更为直观了。这里是坡度，即（7-2）用取代，在α小于17°，所带来的误差不会超过5%。这对应的坡度。由上述两式，可列出（7-3）4）加速阻力（8）为使车辆加速，按式（8），必须可续“加速阻力”（8-1）它包括质量m=G/g的平移加速度和转动部分的旋转加速度。m是比较容易确定的，而估计转动质量的数值是比较困难的。这一点我们用图2上面的一辆由内燃机和传动系驱动后轴的双轴汽车的例子来加以说明。图

5、2加速阻力必须考虑的转动质量总的转动质量的加速力矩是，其中注脚1指前轴，注脚2指后轴。对于非驱动的前轴，其转动惯量是由两个轮胎、车轮轮毂和制动器的转动惯量组成，这些部件以相同的角速度旋转。后轴转动惯量于此不同，不仅包括以角速度旋转的轮胎、轮毂、制动器和半轴的转动惯量，而且也包括分别以角速度和旋转的传动部分和发动机。我们现在把各部分折算到一个角速度。适当地折算到后轮角速度上。为进行换算，关键是考虑储存能量的变化。能量表达式为（8-2）引进主减速器输入和输出端之间的传动比即可得：（8-3）而通过变矩装置输入和输出端之间的传动比可得（

6、比如机械式变速器或自动变速器）：（8-4）按式（8-2）其能量为如果采用无级变速器，当连续变化时，能量的变化为所求的这算转动惯量为（8-5）因为图2所示的后轴驱动车辆，所以确定后即可列出（8-8）如果是前轴驱动，必须把注脚V和H互换；对于全轮驱动，要把驱动装置的转动惯量相应地分配折算到前后轮上。图3（a）轿车传动系统传动比与旋转质量系数的分布范围（b）轿车与货车旋转质量系数的比较按式（8-1）加速阻力的总和通常简化为（8-9）式中为旋转质量系数。它由式（8-1）和式（8-9）给出(8-10)经常取，这是由于忽略了车轮的滑移率。则

7、上述等式可简化为：（8-11）为便于估计值，在图3中汇总了有关车辆的值。汽车行驶阻力为Ft=FR+FLx+FSt+FB（9）式（4）的左边是驱动力矩之和被相应的静态轮胎半径除（按其量纲来说，是一个力），我们称为牵引力，记为（10）由式（4）到式（10），我们得到驱动的基本方程（11）牵引力必须克服这些阻力。将行驶方程具体化为（12）式中，Ttq为发动机输出转矩；ig、i0为变速器传动比、主减速器传动比；ηT为传动系机械效率；r为车轮滚动半径；G为汽车重量；f为滚动阻力系数；i为道路坡度；CD为空气阻力系数；A为迎风面积；ua为车

8、速；为旋转质量系数；m为汽车质量；为加速度。2最高车速的理论计算汽车的最高车速是指在水平良好路面上汽车能达到的最高行驶车速。此时汽车的加速度及道路坡度都为0，故汽车行驶方程变为（13）另外，发动机转速n与汽车车速ua之间存在以下关系ua=0.377（14）发动机