基于GT—SUITE對汽車加速能力分析

【摘要】隨著世界經濟的發展，人們對汽車的認識已不在是簡單的代步工具，隨著對汽車性能的理解日益加深，對汽車動力性、舒適性和安全性等要求越來越高。汽車的動力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能，而其中汽車的加速時間表示汽車的加速能力，是評定汽車動力性的重要指標之一，運用GT-SUITE軟件可以建立汽車的動力學模式的計算機仿真分析參數化模型，模擬汽車的運動狀態，對汽車的動力性能進行仿真分析，為進一步的設計開發提供依據。

【關鍵詞】汽車；動力性；超車加速；GT-SUITE；仿真

0.引言

在汽車開發前期，準確了解的性能對汽車的開發至關重要，汽車的動力性指標作為汽車的重要指標之一，對它的研究是很關鍵的。在汽車超車時與被超車輛并行，容易發生安全事故，所以超車加速能力強，并行行程短，行駛就安全。本文借助GT-SUITE軟件模擬汽車在各檔位的加速情況，用軟件模擬的手段，計算汽車由某初始速度加速到指定速度所用的時間，最后計算和評估汽車的動力性。

1.數學模型

要確定汽車的行駛情況，就要掌握汽車沿行駛方向作用于汽車的各種外力，即驅動力與行駛阻力。驅動力是由發動機的轉矩經傳動系統傳至驅動輪上的力；行駛阻力有滾動阻力、空氣阻力、加速阻力和坡度阻力等。其數學方程式為：

Ft=∑F

其中Ft為驅動力，∑F為行駛阻力之和。

當發動機的轉速特性、變速器的傳動比、主減速比、傳動效率、車輪半徑、空阻系數、汽車迎風面積以及汽車的質量確定以后，就可以利用上述公式分析在附著性能一定的路面上的行駛性能。即確定在節氣門全開時汽車的加速能力等動力性能。

2.建立仿真模型

對于GT-SUIT軟件來書，所有的，它們處于同一操作平臺和同一后處理器，所以對于它們的操作和后處理是相同的。操作平臺稱為GT-ISE，對于不同的軟件模塊來說，它們的操作環境大致相同，如圖1。

GT-ISE中建立汽車模型有動力學和運動學等多種形式，本文研究在動力學模式下對超車加速進行仿真分析。要建立基本的GT-ISE模型，首先要對汽車從發動機到車輪和道路整個動力傳動系進行分析，將所涉及到的模板添加到建模區中。根據動力傳動的過程，將各個模板進行連接。本次仿真至少應包含上述11個關鍵零部件。然后根據汽車動力傳動過程和相鄰零部件的關系連接上述零部件。如圖2所示。

3.參數化設計

在仿真開始前要將涉及到的各個模板進行參數化，這些參數包含了在數字模型中所涉及的各個參數，如發動機的轉速特性、變速器的傳動比、主減速比、傳動效率、車輪半徑、空阻系數、汽車迎風面積以及汽車的質量等。

在建立模型時應注意超車仿真時車輛狀態和路況特點，為了真實反映出汽車的加速能力，應使發動機為全油門加速，阻力設置上應考慮汽車的滾動阻力、空氣阻力和道路坡度（應為0），汽車的迎風面積和風阻系數。

在參數化設計中要注意以下參數的設置：發動機的初始速度，油門負荷（為100%）；變速器的初始檔位；車體中設置迎風面積、風阻系數、初始速度和仿真結束時車體速度（應和我們期望仿真的初速度和終速度一致，如從25km/h加速到80km/h） ；輪胎的滾動阻力系數；道路中將Road Grade設置成def或0。

根據各車輛狀態的不同，可在在模型中將上述零部件參數設計成變量，只要在“CASE SETUP”中不同的CASE對應不同的變量，整個仿真就會按照我們輸入的參數進行。

4.動力學仿真

通過動力學仿真可以得出所有上述零部件的各種曲線和數據，通過GT-POST，我們可以對這些曲線和數據進行處理，根據需求，我們得出了某SUV車輛在各個檔位，從不同初速度加速到某終速度的速度曲線。

分析：從曲線中我們還能看出隨著汽車檔位的增加，曲線斜率越來越小，即汽車的驅動力越小，加速度也越小，符合汽車的實際加速狀態。在3檔加速時從汽車從40km/h加速到60km/h用時約3秒。

a、從60km/h加速到80km/h用時4檔約4.5秒，5檔約7秒。

b、高速加速時，從85km/h加速到105km/h時4檔用時約6.5秒，5檔用時約7.1秒。

上述數據表明無論是低速加速還是高速加速，該汽車動力性較強，提速快、用時短，在超車時能迅速提高加速度，縮短會車和超車的時間，提高行駛安全性。

在對汽車進行分析時，我們還能得出汽車的加速過程加速度的曲線、驅動力曲線、阻力曲線和行駛路程曲線等（本文略）。

5.結論

運用GT-SUIT仿真軟件對汽車的動力性進行分析，我們可以在汽車開發前期得出汽車的動力性能，在開發之初便可為汽車的目標性能定位提供依據，在開發時可以提高設計效率，縮短開發時間，方便開發的并行性和數據的管理，同時，運用虛擬樣機技術，可以方便地修改設計參數、直觀地觀測系統各參數之間的關系和對汽車性能的影響，因而可為后期的開發提供參數改良和性能提高的理論依據。

【參考文獻】

[1]清華大學，余志生.汽車理論（第五版）.清華大學出版社.

[2]張小虞.汽車工程手冊設計篇.人民交通出版社.

[3]GT-ISE TUTORIALS V7.0.

[4]GT-POST User′s Manual V7.0.