基于ADVISOR的汽车动力系统参数匹配研究.docx
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基于ADVISOR的汽车动力系统参数匹配研究
毕业设计(论文)
题目:
基于ADVISOR的汽车动力系统参数匹配研究
学院:
机械工程学院
专业:
车辆工程
班级:
2011级1班
学号:
1001200103___
学生姓名:
钱祥
指导教师:
罗廉
2015年5月23日
摘要
动力性和燃油经济性的仿真是车辆设计的重要过程,仿真软件进的应用可以大大地缩短产品开发时间,降低产品研发成本,具有很大的实际应用价值。
国产汽车的发展日渐蓬勃,其必须面对各种新的挑战:
一方面,随着经济社会的蓬勃发展,人类对能源的依赖日益严重,地球上石油的储量日益减少,降低汽车的油耗成为了各大汽车生产商的一大新产品突破的目标,在过去,因为汽油的价格低廉,汽车的动力性是人们购买汽车时比较关心的。
然而,随着油价的上涨和国家不断出台越来越严厉的汽车尾气污染物排放标准,研发既能拥有一定的动力性,又有良好的燃油经济性和排放性能的汽车成为汽车生产商们的共同目标。
本论文以奇瑞产中级轿车威麟V5-2.0MT为研究对象,结合威麟V5-2.0MT用户在相关论坛、贴吧等不同渠道提及的用户体验。
使用ADVISOR2002建立威麟V5-2.0MT能量转换器、变速装置、车轮车轴及整车的模型,对威麟V5-2.0MT的动力性、燃油经济性进行仿真,并且还使用了MATLAB软件,仿真其功率平衡图。
为了改善用户提到的若干问题,对威麟V5-2.0MT的动力系统进行匹配,并拟定匹配方案。
在获得新的参数后,将新的动力参数加入仿真模型,获得改型后的威麟V5-2.0MT的动力性、燃油经济性数据。
将新的性能参数与原有参数进行对比,证明新动力匹配可行性。
关键词:
ADVISOR动力油耗仿真匹配
TheMatchAnalysisofAutomobilePowerSystemParametersonADVISOR2002
Abstract
Simulationofpowerperformanceandfueleconomyisanimportantprocessofvehicledesign,theapplicationofsimulationsoftwareincangreatlyshortentheproductdevelopmenttime,reduceproductdevelopmentcosts,hasgreatpracticalapplicationvalue.
Thedevelopmentofthedomesticcarsisbooming,itmustbefacedwithnewchallenges:
ontheonehand,withthevigorousdevelopmentofeconomicsociety,thehumandependenceonenergyisbecomingmoreandmoreserious,theearthoilreservesdwindling,reduceautomobilefuelconsumptionhasbecomeeachbigcarmakerstargetsabreakthroughnewproducts,inthepast,becausethepriceofpetrolislow,thecar'sperformanceismoreconcernedaboutwhenpeoplebuyacar.However,withoilpricesrisingandthenationalchurnoutmoreandmorestringentvehicleexhaustpollutantemissionstandards,researchanddevelopmentcannotonlyhavesomeperformance,andgoodfueleconomyandemissionperformanceofcarbecomethecommongoalofautomobilemanufacturers.
ThisthesisintermediateproduceswithcherycarsWEILINV5-2.0MTastheresearchobject,combinedwiththemodeltheuserintherelatedBBS,tiebareferredtodifferentchannels,suchasuserexperience.UsingADVISOR2002establishitsenergyconverter,variablespeeddevice,thewheelaxleandthewholevehiclemodel,powerperformanceandfueleconomyofthemodelsimulation,anditalsousetheMATLABsoftware,thesimulationofthepowerbalance.Inordertoimprovetheusermentionedsomeproblems,tomatchthedynamicsystemofWEILINV5-2.0MT,matchingandproposedsolutions.Aftertheygetnewparametersinthenewmodelforthesimulationofdynamicparameters,gainnewpowerperformance,fueleconomydata.Willnewperformanceparametersarecomparedwiththeoriginalparameters,toprovenewmatchingfeasibility.
Keywords:
ADVISOREnergyFuelconsumptionSimulationMatch
目录
第一章MATLAB简介1
1.1.MATLAB历史1
1.2.MATLAB功能1
1.3.MATLAB的优势1
第二章ADVISOR简介1
2.1.历史起源2
2.2.ADVISOR功能2
2.3.ADVISOR的应用范围2
2.4.局限性3
第三章威麟V5-2.0MT简介4
3.1.总体介绍4
3.2.基本参数4
3.3.市场定位及其优势5
3.4.用户对该车的评价5
第四章汽车的动力性和燃油经济性指标及相关计算6
4.1.汽车的动力性6
4.1.1汽车的驱动力6
4.1.2汽车的行驶阻力分析7
4.1.3影响汽车动力性能的因素10
4.2汽车的燃油经济性评价指标11
4.2.1汽车燃料经济性的试验工况11
4.2.2汽车燃料经济性的计算14
第五章利用MATLAB对汽车动力性进行计算15
5.1功率平衡图仿真15
5.2对功率平衡图和扭矩平衡图得到车速进行比较分析17
第六章使用ADVISOR对威麟V5性能仿真18
6.1建立基本车型模型18
6.2仿真及结果分析。
25
6.3.提出更改方案26
第七章使用MATLAB和ADVISOR分析改型后的汽车性能27
7.1汽车功率平衡图的编程27
7.2阻力平衡图和功率平衡图得出最大车速误差分析28
7.3改型后汽车性能仿真28
7.4改型总结30
主要参考文献32
致谢46
第一章MATLAB简介
本章主要介绍MATLAB的历史起源、功能、优点及应用。
1.1.MATLAB历史
二十世纪70年代末到80年代初,时任美国NewMexico大学教授的CleveMoler发现学生使用LINPACK(线性系统软件包,Linearsystempackage的缩写)及EISPACK(需要通过FORTRAN编程,)编程有困难,利用工作闲暇编写了EISPACK和LINPACK的接口程序,这就成为MATLAB的最初版本。
改版本应用范围十分有限,发出大约两三百份。
1984年,CleveMoler与另外两位合伙人看到了数学应用软件的市场潜力,MathWorks商标正式注册。
成立后的公司把MATLAB推向市场。
从那至今,MATLAB不断适应各种需求,使其能够满足不同领域的需求,根据MathWorks自己的数据,该软件的应用已经十分广泛。
1.2.MATLAB功能
MATLAB的功能主要体现在它的工具箱(Toolbox),其主要的Toolbox有Disciplinarytoolbox和Functionaltoolbox。
这些工具箱都是由各个领域的专业人员编写的,用户解决不同的问题可以选择不同的工具箱。
借助这些Toolbov用户可以进行各种数据的运算和处理。
1.3.MATLAB的优势
一系列工具箱组成了MATLAB,在MATLAB其主界面,这些工具能够被轻松地调用。
在Simlink窗口下,拥有各种各样用于计算的工具箱,这些工具箱的使用能减少编程带来的劳动。
同时MATLAB的程序接口能连接其他更专业的软件。
第二章ADVISOR简介
本章主要介绍ADVISOR的历史起源、功能、应用范围及其局限性,在其应用方面会附加一个应用实例。
2.1.历史起源
日益严重的环境和经济的问题已经推动近期努力生产更省油,排放更低的车辆。
这些合作伙伴的目标为开发新一代汽车(PNGV),为此政府、行业和美国的教育机构形成合作伙伴关系。
此次合作的主要目的是让到2010年将解决这些问题。
理想情况下,这些车辆将达到三倍于当前汽车的燃油经济性,同时显着降低排放水平,而不牺牲功能性、舒适性、和目前汽车的常规性能。
混合动力电动汽车提供一些最有希望满足PNGV目标能力的设计。
然而,在未来十年内研发车辆的过程需要准确、灵活的仿真工具。
为了快速使PNGV应用于HEV结构和系统,这样的模拟程序是必要的。
因此,仿真必须足够灵活,以涵盖各种各样可能会被使用的组件。
最后,它必须能够协助车辆设计师在在构建和测试原型汽车方面做具体决定。
其中最广泛使用的计算机模拟工具混合动力车是由国家可再生能源发展实验室开发的先进汽车驾驶模拟器(ADVISOR)。
2.2.ADVISOR功能
ADVISOR具有足够的灵活性,能在在当前的大多数平台的MATLAB/SIMULINK编程环境下运行。
ADVISOR的结构使得它可以互换各种部件、车辆的配置和控制策略。
其现代化的图形人机操作界面,可以很容易地操控各种输入和输出。
另外,快速执行具体车辆参数的能力和灵敏度研究是ADVISOR,一个独特而宝贵的功能。
然而,该仿真工具得到了大量车辆数据的验证,以确保它的预测的可靠性。
ADVISOR已经通过一些顶级工科院校的学生建混合动力车和全国各地的大学的数据测试。
ADVISOR不断发展,以满足车辆的设计团队不断变化的需求,这些测试将继续确保ADVISOR其作为仿真工具的可靠性。
一个电流验证研究最近在弗吉尼亚理工大学的概念车挑战项目完中成。
判断车辆能否跟随循环工况。
计算一次测试中需要消耗多少燃油和电能
分析动力传动系统部件能提供多大的峰值功率
分析发动机提供的转矩和转速是如何分配的
计算变速器的平均效率是多少
2.3.ADVISOR的应用范围
ADVISOR主要用于快速分析Conventionalcar、EV和HEV的动力性和燃油经济性。
分列如下:
估计车辆燃油经济性;
了解Conventionalcar、EV或HEV的各个组成部分能量利用和损失情况;
对比一些循环工况产生的汽车尾气排放量;
评价混合动力汽车的能量管理策略;
优化变速器传动比,以减少燃油消耗、最大限度地提高车辆性能等。
2.4.局限性
ADVISOR是开发来用作分析,而不是设计。
ADVISOR不可以用在仿真时间间隔低于0.1秒的现象。
它的各元件模型是准静态的。
很多动力学仿真只有通过与Saber、Simplorer和Sinda\Fluint等工具关联才能在ADVISOR中实现。
些工具对车辆的详尽分析数据能反馈回ADVISOR。
ADVISOR作为分析工具,被称为后向整车仿真。
也就是需求车速作为输入,然后确定为了满足车辆速度需求,发动机应该输出多大转矩、转速和功率。
因为信息流\功率流是经轮胎、车桥到主减速器、再到变速器,通过离合器流经发动机。
。
对于前向整车仿真,需要驾驶人模型判断需求转速及响应的加速踏板和制动踏板位置,对应着动力传动系统中转矩的响应。
这种类型的仿真软件非常适合控制系统的设计,例如集成电路和pc卡等级设计。
ADVOSOR适合通过反复评估、设计控制逻辑和能量管理策略来进行评估。
意思是“当发动机扭矩输出低,电池电荷状态高,关掉引擎。
”ADVISOR的控制逻辑就是X需求车。
详细的控制系统,进入如何在硬件实现该控制逻辑的细节是如何是使车辆达到要求,而不是顾问的应用程序的初衷。
用于电力传输的功率总线
ADVISOR对各部件间的数据传输不是电压和电流进行处理的,而是利用功率。
用户如果需要使用功率总线,就必须Saber和Simplorer等工具联合使用。
第三章威麟V5-2.0MT简介
本章将首先对改款车型进行一个总体介绍,其次分别介绍它的配置参数、市场定位的市场优势,然后会摘录一些用户对该车型的评价,最后对该车的优点和不足之处做出评价。
3.1.总体介绍
作为中高端全能商务车品牌,V5-2.0MT可以说是奇瑞的得意之作,通过奇瑞的的统计数据,该车型在发售当年的销售量,高达1.3万台。
是同档次商务车销量的领头羊。
3.2.基本参数
基本参数见表3..1
表3-1威麟V5-2.0MT基本参数表
技术参数
数据
长×宽×高mm
4662*1820*1590
整备质量kg
1500
轴距mm
2800
轮距(前/后)
1550/1535
总质量kg
2030
发动机型号
ACTECO-SQR484FC
最小离地间隙(满载)
164
最大功率kW
102
最大扭矩N.m
182
最小转弯半径m
6
轮胎规格
205/55R16
风阻系数CD
0.304
迎风面积A
2.344
最高车速km/h
132
滑动阻力系数f
0.015
爬坡速度km/h
30
传动系效率ηt
0.9
汽车旋转质量换算系数δ
1.1
加速时间s
10
车轮行驶半径
0.276
3.3.市场定位及其优势
奇瑞将该车型的市场定位为中高端全能商务车,其优势主要体现在以下几个方面:
舒适性。
该款车有超大的活动空间,有较大的长宽高。
增加该车乘驾人员活动自由度,提高舒适性
经济性。
威麟V5-2.0MT的百公里油耗仅为8.7L。
动力性。
该车配备的ACTECO-SQR484FC发动机为奇瑞与奥地利的AVL公司联合设计开发。
该车最大最大功率为102KW,最大扭矩达到182N.M。
能够适应各种工况条件的需要。
环保。
能够达到欧(Euro)Ⅳ排放指标。
3.4.用户对该车的评价
威麟V5的加速性能比较差,加速慢;
高速时最大爬坡度偏小;
最高档的动力性不足,最大车速上不去;
油耗比较大。
第四章汽车的动力性和燃油经济性指标及相关计算
。
4.1.汽车的动力性
汽车的动力性主要体现在以下3方面:
汽车的最高时速
。
汽车的加速时间t0。
汽车最大爬坡度
。
4.1.1汽车的驱动力
研究汽车的动力性即研究汽车行驶方向上的各种外力(主要是驱动力和行驶阻力)决定的汽车的运动状态。
汽车的驱动力分析
一般的后驱汽车的行驶驱动力来源于发动机,通过离合器传递给变速箱,变速箱的输出端与传动轴相连,再由传动轴另一端的主减速器传递给车轮,车轮与路面间产生摩擦力,地面对车轮的反作用力驱动车子前进。
汽车受力图如图4-1,车轮受力图如图4-2。
根据受力分析可得公式4-1
图4-1.行驶中的汽车受力图
图4-2.行驶中的汽车车轮受力图
公式4-1
——汽车的驱动力;
Φ——地面附着系数;
——车轮获得的驱动力矩;
——变速器传动比;
——主减速器传动比;
——传动效率;
——车轮滚动半径。
4.1.2汽车的行驶阻力分析
公式4-2
Ff——滚动阻力,即车轮与路面相互作用的阻力;
Fw——空气阻力,即空气对车辆作用的阻力;
Fi——坡度阻力,即自道路的坡度对汽车行驶所产生的阻力;
Fj——加速阻力,即车辆加速行驶的阻力,称为;
1.滚动阻力分析
车轮滚动时,轮胎与地面接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支撑路面的变形。
轮胎变形时对支撑路面做的功以轮胎内部摩擦产生弹性迟滞损失形式损失掉。
图4-3为某轮胎在硬路面上滚动受径向载荷时的变形曲线。
曲线OCA为加载过程的中,某轮胎变形曲线;ODA为卸载过程中,某轮胎的变形曲线,面积OACDO为加载和卸载过程中的能量损失。
车轮滚动阻力的计算公式如公式4-3
公式4-3
——车轮滚动阻力
W——车轮法向载荷
a——地面与水平面的夹角
f——滚动阻力系数,滚动阻力系数的取值如表4-1,或者使用近似计算公式
表4-1.滚动阻力系数f的取值
路面类型
滚动阻力系数
路面类型
滚动阻力系数
良好的沥青或混泥土路面
0.010~0.018
泥泞土路
0.100~0.250
一般的沥青或混泥土路面
0.018~0.020
干砂
0.100~0.300
碎石路面
0.020~0.025
湿砂
0.060~0.150
良好的卵石路面
0.025~0.030
压紧的雪道
0.030~0.050
坑洼的卵石路面
0.035~0.050
结冰路面
0.015~0.030
干燥的压紧土路
0.025~0.035
雨后的压紧土路
0.050~0.150
图4-3.某轮胎的径向变形曲线
2、空气阻力分析
汽车直线行驶时受到的空气作用在行驶方向上的分力称为空气阻力。
可分为摩擦阻力和压力阻力。
由于摩擦阻力仅占空气阻力的9%,在计算中可以忽略不计。
空气阻力的计算:
公式4-4
式中,CD为空气阻力系数,ρ=1.2258NS2m-4;A为迎风面积,即汽车在行驶方向上的投影面积;ur为车辆相对空气速度(风速)的速度,无风时即为车速。
一般设计时,只考虑无风的状态,则:
公式4-5
式中,ua为行驶车速。
空气阻力系数和迎风面积通过大量实验总结,可按图3-2所示选择:
表4-2汽车空气阻力系数与迎风面积
车型
迎风面积A(m2)
空气阻力系数CD
典型轿车
1.7~2.1
0.3~0.4
客车
4~7
0.5~0.8
货车
3~7
0.6~1.0
3、坡度阻力
汽车在上坡时重力可分为两个分力,其中,在坡度方向上的分离即为坡度阻力,则:
公式4-6
G——为车辆的重力,
m——车辆质量。
道路的坡度用坡高与坡的底长的比值来表示:
公式4-7
我国现行道路标准为高速公路在平原及微丘陵地段最大纵坡不大于3%,山区重丘陵路段不大于5%。
一级汽车专用道路在平原及微丘陵地段最大纵坡不大于4%,山区重丘陵路段不大于6%。
一般来说,城市道路的坡度都不大于10%,则上述公式可变为:
公式4-8
4、加速阻力
汽车的加速阻力可分为两部分:
平移质量加速阻力和旋转质量加速阻力。
加速阻力可表达为:
公式4-9
δ.0——汽车旋转质量换算系数;
m——汽车质量;
du/dt——行驶加速度;
为简化结构,葫芦传动部件的转动惯量,δ可由公式得:
公式4-10
Iw——为车轮的转动惯量
If——为电动机的转子的转动惯量。
4.1.3影响汽车动力性能的因素
1、发动机性能参数
图4-4.某发动机的外特性曲线
如图4-4所示,在发动机转速由nmin升高至ntq过程中,发动机的功率和转矩都在不断提高,并且在转速达到ntq时,转矩达到最大值,即发动机的最大输出转矩;在发动机转速由ntq升高至np过程中,发动机的功率在不断上升且在np时升到最大输出功率,但是发动机的输出转矩却在下降;在发动机转速由np升高至nmax过程中,发动机的功率和转矩都在不断下降。
汽车无论是在起步或者加速过程,还是爬坡,都需要大的扭矩输出,发动机的输出转矩和功率越大,汽车的动力性能就会越好。
2、汽车结构参数的影响
主减速器传动比:
主减速器在汽车行驶过程中,与变速器配合使用,达到减速增矩的目的。
在变速器档位不变的情况下,主减速器传动比越大,从车桥半轴传到车轮的力矩越大,汽车的起步,爬坡性能越好;但是主减速器传动比过大的话,会导致汽车最高车速下降,因此正确地选择主减速器的传动比对汽车动力性能影响颇大。
变速器档位数和传动比:
变速器档位数越多,汽车越能适应不同的工况条件,这是因为变速器档位越多,汽车越能在不同工况下输出最大功率或最大扭矩;但是随着档位的增加,变速器的结构会变复杂,生产成本会上升,此外,太多的档位也会导致驾驶员的操作变得更加复杂,使用户体验下降。
汽车质量、轮胎、空气阻力:
汽车总质量增加,会导致行驶阻力和坡度阻力增大,后备系数降低,加速也会变得更加困难。
所以减轻汽车质量,不仅可以提升汽车动力性,汽车的燃油经济性也会提高;随着汽车行驶速度的增加,空气阻力在汽车行驶阻力中的占比会增大,影响车辆加速,此外流动的空气会对汽车底盘有向上的升力,如果汽车线型不好,升力过大,会导致汽车车轮附着力变小,加速更加困难,不少跑车都加装挡流板的意义正在于此。
所以应改善汽车流线型,跑车炫酷的流线型设计意义正在于此;汽车轮胎半径越大,所能输出的最大扭矩越小,汽车轮胎半径越小,所能输出的最大扭矩越大。
此外,轮胎的结构和花纹对汽车的动力性能也有影响。
例如,硬路面比较适合浅而小的胎面花纹,而泥泞路面适合粗而深的花纹。
发动机技术状况:
发动机越能输出较大的功率和扭矩,汽车的动力性越好。
例如跑车的气缸数通常达到6甚至12,输出扭矩和功率大,动力型号。
汽车底盘技术状况:
底盘布置,传东西的效率,散热条件和各个传动部件的润滑条件等都会影响大汽车的动力性。
3、使用条件:
这里主要是指汽车的使用环境,主要包括气候条件、道路条件和运输条件。
汽车在不同的气候条件下行驶,动力性有差异,例如在高原环境下,氧气相对稀薄,汽车发动机供氧条件不如低海拔地区,动力性下降;在气温相对较高的地方,汽车的散热性能下降,发动机温度升高,在相同的其他条件下,汽车汽车载货量越大,在同样的道路环境下,维持汽车行驶所需的转矩和功率越大,汽车动力性下降;道路条件越差,维持汽车行驶所需的转矩和功率越大,汽车动力性下降。
4.2汽车的燃油经济性评价指标
汽车燃料经济性:
即汽车以最少的燃料消
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