基于Matlab-GUI的汽車動力性分析

張兵華

（重慶交通大學，中國 重慶400074）

0 引言

汽車的動力性能指車輛在水平良好的路面上，以直線運動時，由汽車受到的縱向外力所決定，所能達到的平均行駛車速。一般用加速時間、最大爬坡度、最高車速來評價。傳統的汽車動力性能的分析是通過試驗來進行的，試驗周期長，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、形象的優點。本論文正是通過驅動力-行駛阻力圖，加速時間圖，最大爬坡度圖，功率平衡圖來客觀、直接的評價汽車的動力性能，建立GUI的汽車動力評價軟件并結合實車數據，通過得到該車動力性能評價指標的特性圖，分析某車動力性能。

1 汽車動力性數學建模

1.1 驅動力——行駛阻力平衡圖

1.1.1 汽車驅動力

來自于汽車發動機的轉矩，經各種驅動組件傳遞至驅動輪。施加于驅動輪上的有效轉矩Tt相對于車輪產生圓周力F0，地面對于車輪的反作用力Ft稱為驅動力，其值為：Ft=Tt/r

其中Ttq發動機轉矩，ig變速器傳動比，i0主減速器傳動比，ηT傳動效率，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）滾動阻力

汽車在良好的路面上行駛時，輪胎與地面的接觸區域將會產生與汽車行駛方向相反的力，阻礙輪胎的正常行駛，此力稱為滾動阻力。

其中G汽車重量，f滾動阻力系數，α坡道角。

2）空氣阻力

在良好的路面上，汽車直線行駛時，空氣作用在汽車行駛方向上的分力，稱為空氣阻力。因為風的影響比較復雜，所以考慮無風時的情況，根據公式知：

其中CD空氣阻力系數,A迎風面積,ua汽車速度。

3）坡度阻力

黨內法規是中國共產黨在其領導中國革命、建設和改革開放的實踐中，結合中國社會的現實和發展特點，不斷調整黨內與社會各種關系的規范。黨內法規是中國共產黨結合實踐的獨創，為中國共產黨從嚴治黨、治國理政起到了不可估量的作用。黨的紀律性法規是黨內法規的一種，是黨內法規中關于紀律要求的具體化。

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，要克服質量加速所產生的阻力，此阻力稱為加速阻力。得出以下公式：

其中

小結：由力學平衡，可以得到車輛的行駛方程式為：

1.2 加速時間圖

加速時間表示汽車的加速能力，根據加速時間圖，能推出某車由某一車速全力加速至另一高速所花的時間。根據運動學知識得：

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，以及經過計算后的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，發電動機功率等于各阻力功率和耗損功率。經常遇到的滾動阻力功率有滾動阻力功率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的界面設計

2.1 GUI設計的原則

使用GUI最主要的是為了達到以下目的：（1）編寫一個函數它需要反復使用，但又不需反復編寫，且具有動態文本、靜態文本框作為參數的輸入方法。（2）編寫實用函數或開發實用程序供給用戶使用。（3）GUI可以創建一個分析方法的交互式示例。

2.2 GUI的創建

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構造整個界面的布局，設計靜態文本，動態文本，合理安排控件位置等等，并進行開始必要屬性的設置，如Font Name，Font Size，還有最主要的Tag，Callback屬性設置。

第三，界面綜合內容完成。這個階段的工作是在Callback中編寫源程序，實現具體界面之間的互動功能，使得四幅圖的曲線達到一個動態的過程。

圖1 參數輸入界面

3 動力參數對動力性的影響分析

3.1 變速器傳動比的分析

以下討論都用控制變量法進行研究。擋位數越多增加了發動機發揮最大功率附近高功率的機會，提高了汽車的動力性，改善了燃油經濟性。

圖2 某款汽車參數圖

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

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

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

綜上從變速器傳動比的分配可以看出，選取傳動比比值近似于等比級數時有以下優點：①發動機工作范圍舒適，加速時便于操作。②各擋工作所對應的發動機功率都較大，有利于汽車的動力性。③便于和副變速器的結合，構成更多擋位的變速器。

3.2 滾動阻力系數的分析

滾動阻力系數為0.013時得相應的動力性曲線圖，將滾動阻力系數改為0.23時，可以看出滾動阻力明顯增大，其中汽車的最高車速和加速時間明顯降低，但爬坡度有所增高。

4 總結

結果表明，該方法具有處理數據速度快、精度高和可重復性等優點，為汽車動力性仿真提供了切實可行的方法。

［1］余志生.汽車理論[M].5版.北京：機械工業出版社,2006,5.

［2］劉磊.基于經濟性與排放性的輕型貨車動力系統匹配優化方法研究[D].淄博：山東理工大學,2008.