毕业设计(论文)-汽车整车性能模拟仿真.doc
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1、汽车整车性能模拟仿真摘要 汽车动力性和燃油经济性是汽车的两个重要性能。而汽车是一种高效率的运输工具,其运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。因为汽车行驶的平均速度越高,汽车的运输生产越高,而影响平均速度的因素,除运输组织原因外,主要就是汽车的动力性。以燃油消耗完成尽可能多的运输量的观点出发,汽车的燃油经济性常用一定运输工况下汽车行驶百公里的耗油量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。在目前,一般采用等速燃油经济性和多工况燃油经济性评价汽车燃油经济性。在以往通常需要在完成汽车道路试验以后才能对其进行评价,但随着汽车技术、计算机技术的发展及消费者对经济性的关注逐步提高,汽车动力性与经济性分
2、析已经在概念开发阶段就开始了。这样不仅可以节省大量的试验费用,缩短设计周期,而且使得厂家对自己所设计的车有个预先的了解。 本文以MATLAB为工具,利用其强大的界面开发功能,设计了汽车动力性和燃油经济性模拟计算的界面。并利用汽车理论的相关知识及汽车动力性燃油经济性的计算方法,编写计算程序。应用该软件,在我们输入相关的汽车参数时,执行计算程序后,便得到动力性及燃油经济性模拟仿真的结果,从而为汽车新产品设计与开发提供参考依据。关键词:动力性;经济性;MATLAB;模拟计算Abstract Two important performance of automobile is power and fu
3、el economy.Automobile is a highly efficient means of transport , the level of thetransport efficient of that determined in the automobile power, because of the higher the average speed of automobile, the higher transportation and production of the vehicle. But the factors that affect the average spe
4、ed, in addition to the reasons of the organization of transportation,the most of these are power. To fuel consumption as much as possible to complete the point of view of traffic, automobile fuel economy often use a certain transport conditions the fuel consumption of 100 kilometers, or a certain am
5、ount of fuel mileage to measure. At present,we generally use isokinetic fuel economy and the status of multi-fuel economy to evaluate automobile fuel economy. In this paper, MATLAB is used as a tool, using its powerful function of interface development design a interface that can simulate and calcul
6、ate the vehicle power and fuel economy. Application of the software , as we input the vehicle-related parameters, after the implementation of the calculation procedure we can get the simulation of result of vehicle power and fuel economy. Consequently we can also provide reference for the design and
7、 the development of the new automotive products.Keywords:power; fuel economy; MATLAB; interface; programming; simulation目录1 绪 论11.1 选题背景11.2 汽车模拟仿真的国内外研究现状21.3 汽车模拟仿真研究的内容和意义32 MATLAB的功能简介52.1 MATLAB特点及功能52.2 MATLAB程序设计62.3 MATLAB绘图功能63 发动机数学模型的建立83.1发动机转矩方程和燃油消耗率方程的拟合84 汽车动力性164.1 汽车动力性的评价164.2 汽车行
8、驶平衡方程式174.3 汽车动力性的计算174.3.1 最佳动力性换挡规律184.3.2 最高车速184.3.3 汽车最大爬坡度184.3.4 直接挡加速时间194.3.5 原地起步加速时间195 汽车燃油经济性215.1 燃油经济性的评价215.1.1 等速燃油经济性215.1.2 多工况燃油经济性215.2 汽车燃油经济性的计算方法225.2.1 等速行驶工况燃油消耗量的计算225.2.2 等加速行驶工况燃油消耗量的计算225.2.3 等减速行驶工况燃油消耗量的计算235.2.4 怠速停车时的燃油消耗量245.2.5 整个循环工况的百公里燃油消耗量246 模拟软件及应用266.1 软件介绍
9、266.2 应用举例28结论31致谢32参考文献33附录(部分程序)341 绪 论1.1 选题背景 人类在经济、政治、文化和军事活动中,总会有人的出行和物品的运输。 随着社会的发展,出行与运输的范围越来越广,频率越来越高,节奏越来越快。所以人类对出行和运输所用的工具特别重视,不断地开发新品种。汽车就是人类开发出的杰出产品之一,并已成为人类社会活动中难以离开的必需品。进入20世纪以来,全世界的汽车保有量愈来愈多,特别是第二次世界大战以后汽车保有量增加很快,1950年为6897万辆,而在1986年达到5.033亿辆,如今已达到6.785亿辆。在汽车运输成本中,燃料消耗占20%-30%,而目前汽车发
10、动机使用的仍是石油燃料,随着国民经济的进步和交通运输的发展,能源供给日趋紧张。因此,提高汽车的运输生产率,降低汽车的燃油消耗是目前汽车工业急需解决的重要课题之一。毕业设计论文代做平台 580毕业设计网 是专业代做团队 也有大量毕业设计成品提供参考 QQ3449649974 自70年代世界范围的能源危机发生后,各国汽车界都被迫努力降低燃油消耗,围绕着汽车和发动机主要采取了以下措施: 1. 提高汽车行驶效率 (1)减少行驶阻力通过改进车身造型、改善车身结构来减少迎风面积和空气阻力;通过改进轮胎结构减少滚动阻力。 (2)底盘轻量化采用新型轻质材料,通过可靠性设计技术使整车质量轻量化,使各总成部件、附
11、件紧凑;前置发动机、前轮驱动化。 (3)提高驱动效率采用自动或无级变速系统,减少轴承与齿轮的摩擦损失,提高传动系统的传动效率。 2. 提高发动机性能 (1)改进现有发动机通过改善燃烧,减少冷却损失以提高热效率;采用可变气门定时、变排量技术以改善部分负荷性能通过降低运转部件的摩擦损失和发动机辅助设备的损失以提高机械效率;采用汽油喷射、电子点火和微机控制使发动机工作过程最佳化。 (2) 提高能源利用率利用涡轮增压回收废气能量;利用储能装置(飞轮)回收制动能量;提高附属装置(空调、电器装置等)的效率。 3. 开发利用新型动力 (1) 开发新一代发动机 研制高效率循环发动机;研制氢气发动机;研制利用电
12、能的电动车;采用混合动力驱动系统。(2)利用代用燃料采用外燃机燃烧低质燃油;利用天然气、液化石油气等燃料;利用乙醇、甲醇等合成燃料。 (3)利用新能源研制高效太阳能电池;应用氢气储存法和氢气混合燃法。 4. 优化匹配动力传动系统 (1)发动机的选型汽油机与柴油机的选择;发动机使用特性的选择;发动机排量的选择。 (2)传动系型式及参数的选择变速器的型式、速比范围、档位数、速比间隔;液力变矩器型式及尺寸;驱动桥的类型及尺寸。汽车动力性和燃油经济性是汽车重要的使用性能,也是衡量其质量的重要指标之一,直接影响汽车的运输效率和运输成本,我国也即将拟定中国燃油经济性标准来限制高油耗汽车的生产和销售。开发动
13、力性良好、低能耗和低污染的汽车是当今汽车研究与开发所面临的主要任务。用计算机仿真模拟计算汽车的动力性和燃油经济性,能够给汽车设计或改进提供既迅速又经济的方法,使设计开发者在诸多设计方案中选择最佳方案。计算机仿真方法为汽车动力性和燃油经济性预测提供了准确、快速、有效的工具,消除了实车道路试验中驾驶员、道路环境、气候等因素对汽车使用性能测定的影响,具有可比性好、重复性强的优点。国外早在60年代初期就开始了对汽车动力性和燃油经济性计算机仿真程序的研究,现在几乎各个大的汽车公司都有自己繁简不同的仿真软件。国内从70年代末才开始研究汽车动力性和燃油经济性仿真,虽起步较晚但也做了许多工作,并用于指导汽车的
14、设计与改进。但由于试验数据的缺乏,许多地方还有待完善。1.2 汽车模拟仿真的国内外研究现状 目前国外汽车制造商在研发一款新车之前,要由市场和产品设计等相关部门进行可行性研究,即针对当前汽车市场、竞争对手及潜在竞争对手的车型,分析要投放车型的技术参数、尺寸、价格、成本、收益率等等。通过以上研究分析,基本上明确要开发车型的主要技术参数和量化指标,剩下的只是开发设计部门如何实现这些目标与指标。在这些性能当中,汽车动力性与经济性是汽车最为重要与基本的性能。在原来通常需要在完成汽车整车道路试验以后才能对其进行评价,但随着汽车技术、计算机技术及计算机模拟技术的发展及用户对动力性和经济性的关注度的提高,汽车
15、动力性与经济性分析已经在概念开发阶段就开始进行了。通过这样的模拟与分析,既节省了大量的试验费用,又大大缩短了设计周期,并使相关设计人员对自己所设计的整车有了一个概括性和方向性的了解。 国外早在60年代初期就开始了对汽车动力性和燃油经济性计算机仿真程序的研究,最早应用程序模拟分析汽车动力性与经济性是通用公司,它在1972年首先开发了GPSIM计算程序,该程序可以模拟汽车在任何行驶工况下的瞬时油耗、累计油耗、行驶时间、距离等,同时也可以预测重量、后桥速比、变速箱速比、空气阻力系数等对汽车动力性与经济性的影响。此外还有FORT TOEFP、康明斯VMS, BENZ-TRASCO, AVL-CRUIS
16、E等。这些程序的出现,使得汽车制造商在开发设计阶段就能对汽车的动力性与经济性进行预测,并可以根据几种传动系速比的变化所引起整车性能的变化找到这种变化间的关系,找到与所选发动机合理匹配的传动系,甚至可以根据整车要求和汽车经常行驶工况来对发动机性能提出要求,做为发动机选型或设计的依据。我国在这方面的研究起步较晚,目前国内大的汽车制造商都没有形成自己的通用计算程序和方法,目前基本上都是购买福特的FORT TOEFP模拟软件和AVL的AVL-CRUISE模拟软件进行模拟计算与分析。希望在不久的将来,在国家全力做强自主研发的大背景下,我国能拥有我们自己的模拟分析软件,应用于我国汽车的开发设计中,以进一步
17、提高我国汽车行业的整体研发水平2。1.3 汽车模拟仿真研究的内容和意义1. 通过对MATLAB的熟悉,编程开发模拟软件。 2. 建立汽车动力性和燃油经济性计算模型界面,对给定车型进行模拟计算。3. 将仿真计算的结果作为一定得参考数据,对汽车进行优化计算。并为汽车新产品的开发与设计提供可靠的参考依据。本文旨在通过汽车的动力性与经济性初步的仿真模拟分析与计算,得到汽车动力性与经济性的评价指标与计算方法,分析不同参数对汽车动力性与燃油经济性的影响程度,从而能够给汽车设计或改进提供了有效的参考数据,消除了实车道路试验中驾驶员、道路环境、气候等因素对汽车使用性能测定的影响,具有可比性好、重复性强的优点。
18、通过这样的模拟与分析,既节省了大量的试验费用,又大大缩短了设计周期,并使相关设计人员对自己所设计的整车有了一个概括性和方向性的了解,从而提高了汽车的研发效率。2 MATLAB的功能简介 MATLAB被称为第四代编程语言,在美国已经作为大学工科学生必修的计算机语言之一。近年来,MATLAB语言已在我国推广使用,现在已应用于各学科研究部门和许多高等院校。MATLAB语言不受计算机硬件的影响,286以上的计算机都可以使用。在本文主要应用MATLAB编程设计GUI界面,对汽车动力性燃油经济性模拟。2.1 MATLAB特点及功能MATLAB可应用于工业研究与开发;数学教学,特别是线性代数;数值分析和科学
19、计算方面的教学与研究;电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方面的教学与研究;经济学、化学和生物学等计算问题的所有其他领域中的教学与研究。 1.MATLAB语言的特点: (1)语言简洁紧凑,语法限制不严,程序设计自由度大,可移植性好 (2)运算符、库函数丰富 (3)图形功能强大 (4) 界面友好、编程效率高 (5)扩展性强2.MATLAB语言的功能: (1)强大的数值(矩阵)运算功能 (2)广泛的符号运算功能 (3)高级与低级兼备的图形功能(计算结果的可视化功能) (4)可靠的容错功能 (5)应用灵活的兼容与接口功能 (6)信息量丰富的联机检索功能2.2 MATLAB程序设计一般来说,程序按
20、照结构可以分划分为3种:顺序结构、分支结构以及循环结构。由于MATLAB是由C语言编成的,因此在语法方面,它和C语言极为相似,但它要比C语言简单得多。下面对编程过程中需要用到的的分支结构、循环结构进行简单介绍。分支结构又叫条件控制语句。分支结构在程序中占有重要的地位,因为在编程过程中总要对某些条件进行判断,从而根据判断的结果进行不同的处理。MATLAB提供两种分支结构。分别是if-else-end和switch-case-end。循环是计算机解决实际问题的主要手段。循环语句也涉及到判断,只有满足一定的条件才执行循环,否则就会跳出循环。MATLAB主要提供的循环有两种:for-end循环和whi
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