汽车理论1课程设计__汽车动力性匹配计算的研究

汽车理论课程设计

汽车动力性匹配计算的研究

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摘要

应用 MATLAB 进行汽车动力性匹配计算，首先求解出发动机与液力变矩器共同工作的输入输出特性，然后绘制出汽车的驱动力-行驶阻力平衡图，最后得出汽车的动力性参数，从而实现了汽车动力性匹配计算、分析及绘图的自动化，提高了设计效率和精度。

关键词：汽车动力性；匹配；MATLAB

Abstract

MATLAB was applied to matching calculation of the automotive dynamic performance. At fi rst, the input and output characteristics while the engine operates together with hydraulic torque converter were solved, and then the balancing diagram of automotive driving force and advancing resistance were plotted, fi nally the dynamic performance parameters were obtained. Thereby the automated calculation, analysis and plotting for matching of the automotive dynamic performance were achieved, which promoted the design effi ciency and precision.

Key Words：dynamic performance; matching; MATLAB

序言

矿用汽车运行工况比较复杂，路况比较恶劣，具有载重大、速度低的特点；因此，要求汽车动力系统在汽车较低速度下能输出较大的转矩。其中，发动机与液力变矩器的匹配计算是整个地下汽车动力系统设计的关键和难点。发动机与液力变矩器的合理匹配，能使汽车在较低速度下输出较大的转矩，从而获得较好的动力性和燃油经济性。在此基础上再进行合理的挡位选择，绘出汽车在不同挡位下的驱动力-行驶阻力平衡图，最后得出汽车的最高速度、加速度和最大爬坡度等反映汽车动力性的参数，从而对汽车动力性进行评定[1]。传统的匹配计算主要是作图法和解析法，其共同缺点是工作量大，计算误差大。利用 MATLAB设计相关匹配计算程序[2]，可以方便、精确地完成各种匹配计算，从而快速地对匹配方案进行筛选。

一、程序结构设计

按照流程，程序主要包括发动机外特性曲线的拟合、发动机与液力变矩器的匹配计算以及汽车动力性计算这 3 个模块[3]。

二、发动机外特性曲线的拟合

发动机外特性曲线是进行发动机与液力变矩器匹配计算的基础，通过发动机台架试验获得，常用 Me =Me(ne) 或 Ne = Ne(ne) 曲线表示。本文选用 Me =

Me(ne) 曲线来表示。用数值方法计算时，需要将没有函数关系的发动机外特性曲线以拟合的方式用解析式表示，以便求解发动机外特性曲线与变矩器输入特性曲线的交点，即二者共同工作点。已知发动机外特性曲线的若干离散点，采用最小二乘法拟合发动机外特性曲线的解析式，可以通过调整拟合阶次来控制曲线拟合的精度[4]。

运行程序，对所选的某型号发动机的外特性曲线进行拟合，拟合次数取 6。发动机的外特性参数如表1 所列，拟合结果如图 1 所示。

图1

三、发动机与液力变矩器的匹配计算

发动机与液力变矩器共同工作性能是指发动机与液力变矩器共同工作的输入输出特性的变化规律。当发动机与液力变矩器组合后，可视为一种新的动力装置，具有新的性能特性。发动机与液力变矩器的匹配计算主要根据发动机的外特性和液力变矩器的原始特性，确定共同工作的输入特性、共同工作区域及其输出特性。

（一）、液力变矩器的无因次特性

液力变矩器的特性一般用液力变矩器的无因次特性来表示，其数据通常通过变矩器的台架试验测得。无因次特性给出了变矩系数 K 、变矩效率 η 及泵轮转矩系数 λ p 随转速比 i 变化的关系。

变矩系数 K 为涡轮输出转矩 与泵轮输入转矩

之比，即

(1)

变矩器转速比 i 为涡轮转速 与泵轮转速

之比，即

(2)

变矩效率 η 为输出功率与输入功率之比，即

(3)

泵轮输入转矩

(4) 式中： 为泵轮转矩系数；ρ 为工作油密度；g 为重力加速度；D 为变矩器有效直径。

（二）、共同工作的输入特性

液力变矩器和发动机共同工作的输入特性是分析研究液力变矩器在不同工况时，液力变矩器和发动机共同工作的转速和转矩的变化特性。液力变矩器和发 动机共同工作的必要条件是二者的转速和转矩相等，即 (5)

(6)

其计算的本质就是求解发动机外特性曲线与泵轮转矩曲线的交点，即泵轮转速和对应的泵轮转矩。在一定转速比之下，有一个值确定一条泵轮转矩曲线。因此，液力变矩器的泵轮转矩曲线是一组曲线，与发动机外特性曲线的交点是一系列交点。采用最小二乘法拟合出不同转速比之下的泵轮转矩曲线的解析式，再联合发动机外特性曲线的解析式求解方程，即可求出发动机与液力变矩器共同工作的交点。

（三）、共同工作的输出特性

液力变矩器的涡轮输出转矩与涡轮转速的关系曲线称为液力变矩器的

输出特性。得到发动机与液力变矩器的共同工作点后，按下式求解共同工作的输出特性：

(7)

(8)

将得到的共同工作的输出特性离散数据通过最小二乘法拟合成曲线[5]，即可绘制出发动机与液力变矩器共同工作的输出特性。

在程序中输入所选的某型号液力变矩器的各项参数 (见表 2)，液力变矩器的有效直径为 0.36 m，油液密度为 830 kg/ m^3，设定曲线拟合的次数为 5，即可求出共同工作的输入输出特性曲线，如图2和图3所示。

图2