毕业设计(论文)-汽车整车性能模拟仿真.doc

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 fuel 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 speed, 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 amount 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 calculate 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 the development of the new automotive products.

Keywords：power; fuel economy; MATLAB; interface; programming; simulation

目录
1 绪 论 1
1.1 选题背景 1
1.2 汽车模拟仿真的国内外研究现状 2
1.3 汽车模拟仿真研究的内容和意义 3
2 MATLAB的功能简介 5
2.1 MATLAB特点及功能 5
2.2 MATLAB程序设计 6
2.3 MATLAB绘图功能 6
3 发动机数学模型的建立 8
3.1发动机转矩方程和燃油消耗率方程的拟合 8
4 汽车动力性 16
4.1 汽车动力性的评价 16
4.2 汽车行驶平衡方程式 17
4.3 汽车动力性的计算 17
4.3.1 最佳动力性换挡规律 18
4.3.2 最高车速 18
4.3.3 汽车最大爬坡度 18
4.3.4 直接挡加速时间 19
4.3.5 原地起步加速时间 19
5 汽车燃油经济性 21
5.1 燃油经济性的评价 21
5.1.1 等速燃油经济性 21
5.1.2 多工况燃油经济性 21
5.2 汽车燃油经济性的计算方法 22
5.2.1 等速行驶工况燃油消耗量的计算 22
5.2.2 等加速行驶工况燃油消耗量的计算 22
5.2.3 等减速行驶工况燃油消耗量的计算 23
5.2.4 怠速停车时的燃油消耗量 24
5.2.5 整个循环工况的百公里燃油消耗量 24
6 模拟软件及应用 26
6.1 软件介绍 26
6.2 应用举例 28
结论 31
致谢 32
参考文献 33
附录（部分程序） 34

1 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-CRUISE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。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while-end循环。
2.3 MATLAB绘图功能
由于本文需要绘制发动机特性曲线和等速百公里燃油消耗量曲线，因此，下面对MATLAB的二维绘图功能进行简单介绍。MATLAB语言丰富的图形表现方法，使得数学计算结果可以方便地、多样性地实现了可视化，这是其它语言所不能比拟的：
（1） 不仅能绘制几乎所有的标准图形，而且其表现形式也是丰富多样的。
（2） MATLAB语言不仅具有高层绘图能力，而且还具有底层绘图能力——句柄绘图方法。
（3）在面向对象的图形设计基础上，使得用户可以用来开发各专业的专用图形。
plot —— 最基本的二维图形指令
plot的功能：
（1）plot命令自动打开一个图形窗口Figure
（2）用直线连接相邻两数据点来绘制图形
（3）根据图形坐标大小自动缩扩坐标轴，将数据标尺及单位标注自动加到
两个坐标轴上，可自定坐标轴，可把x, y 轴用对数坐标表示
（4）如果已经存在一个图形窗口，plot命令则清除当前图形，绘制新图形
（5）可单窗口单曲线绘图；可单窗口多曲线绘图；可单窗口多曲线分图绘图；可多窗口绘图
（6）可任意设定曲线颜色和线型
（7）可给图形加坐标网线和图形加注功能
MATLAB提供了强大的图形界面开发功能，其开发过程可通过命令和图形设计窗口两种方法来创建界面。创建界面和控件以后，通过自动生成的M文件编写控件的回调函数来实现计算功能。本软件是通过图形界面窗口来创建主界面、动力性模拟界面和燃油经济性模拟界面的，这种方法简单、快捷，体现了MATLAB图形界面开发“所见即所得”的优点。
本章介绍了MATLAB在本设计中的运用，并介绍了其特点及功能，简介程序设计的基础，绘图功能，及GUI界面的特点。
3 发动机数学模型的建立
汽车动力性燃油经济性模拟计算是以发动机数学模型为重要依据的。发动机数学模型的描述，包括汽车发动机外特性（使用外特性。对于柴油机来说，是功率特性）和发动机万有特性。
3.1发动机转矩方程和燃油消耗率方程的拟合
描述发动机性能特性的方法有表格法、插值法和模型法三种，前两种方法精度较高，但占用内存较多、运算速度较慢，故目前都采用数学模型法。
为了便于计算，常采用多项式来描述由实验台测得的、接近于抛物线的发动机转矩曲线，即：
（3—1）
式中，表示发动机转矩，表示发动机转速，系数由最小二乘法来确定；拟合阶数k随特性曲线而异，一般在2、3、4、5中选取。利用MATLAB提供的polyfit语句可求出各项系数。
发动机的万有特性可以看作为发动机转速和转矩的二元函数，用曲面拟合法获得。限于发动机测试技术，目前还主要是利用稳态工况下发动机特性实验数据获得的模型近似地代替非稳态工况下发动机瞬态特性。发动机的万有特性的数学模型可以表示为：
(3—2）
式中，为发动机的燃油消耗率[], 为模型中各项系数组，为模型的阶数。采用MATLAB提供的曲面拟合的方法，可求取模型中参数。
根据以上原理，对本文中的某型号发动机建立了数学模型。
该发动机台架实验，转矩和转速实验点如下表3.1
表3.1 外特性拟合选取数据
发动机转速n(r/min)
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
发动机转矩

78.5
83.0
84.1
86.6
87.6
84.9
84.7
82.5
基于Matlab做出的外特性曲线图如下所示[4]：

图2-1转矩与转速之间的关系特性曲线

图2-2 功率与转速之间的关系特性曲线

图2-3 比油耗与转速之间的关系特性曲线

该发动机台架实验，燃油消耗率、转矩和转速实验点如下表3.2。
表3.2 万有特性拟合选取数据
序号
n
r/min
Ttq

b

序号
n
r/min
Ttq

b

1
1000
38.196
448.7
41
2500
54.293
394.3
2
1000
42.971
407.9
42
2500
60.022
380.7
3
1000
47.745
394.3
43
2500
70.935
367.1
4
1000
52.52
380.7
44
2500
81.849
353.5
5
1000
57.294
367.1
45
2500
92.762
339.9
6
1000
66.843
353.5
46
2500
103.68
326.3
7
1000
76.392
339.9
47
2500
114.59
312.7
8
1000
84.941
326.3
48
2500
124.14
299.1
9
1000
94.49
312.7
49
2500
133.96
284.5
10
1000
109.81
299.1
50
2500
144.96
284.5
11
1000
124.14
284.5
51
2500
156.88
299.1
12
1500
40.924
448.7
52
2500
162.33
312.7
13
1500
44.471
407.9
53
3000
44.017
448.7
14
1500
50.018
394.3
54
3000
56.385
407.9
15
1500
54.566
380.7
55
3000
64.792
394.3
16
1500
58.658
367.1
56
3000
74.082
380.7
17
1500
63.66
353.5
57
3000
84.122
367.1
18
1500
72.3
339.9
58
3000
91.398
353.5
19
1500
80.03
326.3
59
3000
100.04
339.9
20
1500
90.942
312.7
60
3000
109.13
326.3
21
1500
99.128
299.1
61
3000
120.5
312.7
22
1500
113.68
284.5
62
3000
137.55
299.1
23
1500
143.24
284.5
63
3000
144.51
299.1
24
1500
152.33
299.1
64
3000
156.88
312.7
25
2000
44.335
448.7
65
3500
54.566
448.7
26
2000
50.473
407.9
66
3500
61.386
407.9
27
2000
53.543
394.3
67
3500
79.9
394.3
28
2000
56.953
380.7
68
3500
86.721
380.7
29
2000
61.045
367.1
69
3500
92.576
367.1
30
2000
69.912
353.5
70
3500
99.388
353.5
31
2000
78.438
339.9
71
3500
109.13
339.9
32
2000
86.946
326.3
72
3500
118.88
326.3
33
2000
94.49
312.7
73
3500
146.16
326.3
34
2000
107.43
299.1
74
3500
149.08
339.9
35
2000
122.73
284.5
75
4000
77.586
448.7
36
2000
146.65
284.5
76
4000
88.669
407.9
37
2000
161.99
299.1
77
4000
97.195
394.3
38
2000
164.4
312.7
78
4000
101.46
380.7
39
2500
43.38
448.7
79
4000
119.36
367.1
40
2500
49.109
407.9
80
4000
131.3
353.5
按照以上原理根据所给试验数据进行曲面拟合[8]，得到该试验车型的万有特性曲线如下所示：

图2-2 转速、转矩、燃油消耗率三维曲面

图2-3 等燃油消耗率万有特性曲线
在拟合时，同模拟外特性曲线一样，也是针对试验数据找到一个最接近实际的拟合阶数。有时虽然高阶拟合根接近试验数据，但往往在上下限区域产生畸变，在后续计算等速油耗时会出现错误，计算值远远超出实际。故调整一个比较合适的拟合阶数非常重要，本例中调整拟合阶数为4。

根据发动机台架实验得出的实验点，通过MATLAB提供的多项式拟合和曲面拟合的命令，求出转矩方程和燃油消耗率方程分别如下：
发动机转矩方程：

燃油消耗率拟合方程：

本章根据发动机的外特性和万有特性的数学模型，在发动机台架实验试验数据的基础上，对转矩和燃油消耗率的方程进行拟合，为汽车动力性和燃油经济性模拟计算提供数据基础。
4 汽车动力性
汽车的动力性系指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。
4.1 汽车动力性的评价
汽车是一种高效率的运输工具，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，汽车的运输生产率越高，而影响平均速度的因素，除运输组织原因外，主要是汽车的动力性。从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要由以下三方面的指标评定。
1.最高车速
最高车速是指在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶速度。它仅仅反映汽车本身具有的极限能力，并不反映汽车实际行驶中的平均速度。现代轿车的最高车速一般在140-250km/h之间，货车的最高车速一般在80-120km/h之间。
2.加速性能
加速性能对汽车平均行驶速度有着很大影响，它的评价指标很多，但通用和统一的评价准则还没有。欧美等多数国家的评价指标采用汽车油门全开时的加速距离和时间:而前苏联学者认为除此以外，还应包括汽车加速度系数(最大加速度与发动机最大功率之比)、汽车油门全开加速到最高车速一半的时间和距离。当今汽车界通常用原地起步加速时间与超车加速时间来表示汽车的加速能。原地起步的加速时间系指用一档或二档起步，按最佳换挡时间逐次换至高挡，油门开度保持全开，加速至某一预定的距离或车速所需要的时间。超车加速时间系指用最高挡或次高挡由某一较低车速在油门全开情况下，加速至某一高速所需用时间。
3.爬坡性能
汽车的爬坡性能是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度imax表示的。显然，最大爬坡度是指一挡最大爬坡度。有的国家规定在常遇到的坡度上，以汽车必须保证的车速来表明它的爬坡能力。控制这个指标可以保证各种车辆的动力性相差不致太悬殊，以维持路面上各种车辆畅通行驶。现有的汽车动力性的评价指标只是反映了汽车本身具有的极限能力，在一定程度上反映了汽车动力性的好坏，但由于未与复杂的实际使用工况统一考虑，因而往往与汽车实际使用效果相差很大。
4.2 汽车行驶平衡方程式
汽车行驶时，所受的驱动力Ft、滚动阻力、坡度阻力, 空气阻力和加速度阻力分别为:
（4—1）
（4—2）
（4—3）
（4—4）
（4—5）
式中—— 发动机转矩；
—— 汽车变速器传动比；
—— 主减速器传动比；
—— 传动系效率；
—— 车轮的静力半径(m)；
——汽车总重(N)；
—— 滚动阻力系数；
—— 道路坡度；
—— 空气阻力系数；
—— 迎风面积(m2)；
—— 汽车行驶速度(km/h)；
——汽车质量(kg)；
—— 汽车行驶速度(m/s)；
—— 旋转质量换算系数。

汽车行驶平衡方程式：
（4—6）4.3 汽车动力性的计算
4.3.1 最佳动力性换挡规律
在动力性模拟计算中使用了保证最佳动力性的换挡规律，即认为汽车尽可能在较低挡位行驶。关键问题是换挡点的选择，目前有两种判断方法：一种是以同一车速下各挡加速度的大小作为换挡依据；另一种是以同一车速下各挡驱动力的大小作为换挡依据。
模拟计算中，对驾驶员换挡规律规定：
1. 当发动机转速低于其最小稳定转速时，由高挡换入低挡；
2. 当发动机转速高于其最大转速时，有低挡换入高挡；
3. 当发动机转速介于其最大和最小转速之间时，若高挡加速度大于低挡加速度时，应由低挡换入高挡。
驾驶员是否需要换挡，在程序中可以用一组不等式进行运算和判断。
4.3.2 最高车速
最高车速是指在水平良好路面上汽车以最高挡行驶时能达到的最高行驶车速。在汽车驱动力— 行驶阻力平衡图上，最高挡驱动力曲线和行驶阻力曲线的交点所对应的车速即是最高车速。最高车速可由下式求得:
（4—7）
式中，，，，，G为车重，因此方程表现为关于发动机转速的多项式方程，利用MATLAB提供的 fzero命令可以求得汽车达到最高车速时的发动机转速，进而得到最高车速。
4.3.3 汽车最大爬坡度
如果地面附着力足够大，当驱动力小于附着力的极限值时，设第一档最大坡度角为α，则有:
（4—8）
解之，得：
（4—9）
第一档最大动力因数为：
（4—10）
式中—— 发动机输出的最大转矩(Nm)
——变速器一档传动比
——发动机最大转矩下的转速(r/min)
则最大爬坡度为：
（4—11）
式中，为一挡最大动力因数。可以利用方程，即求方程的最大值，利用MATLAB提供的fminsearch命令求取最小值，即得出方程的最大值。
4.3.4 直接挡加速时间
设汽车由初速度加速到末速度，其中各工况参数可由下列公式求得：
（4—12)
(4—13）
（4—14）
（4—15）
（4—16）
式中为所取时间间隔。
依照上述公式的顺序利用MATLAB提供的While-end语句进行循环计算，直至达到末速度为止。
4.3.5 原地起步加速时间
原地起步加速时间的计算与超车加速时间的计算相似，利用两个嵌套的While-end循环语句实现，外循环语句用来判断是否达到换挡条件，内循环用来实现车速的增加。根据此方法就能编写相应控件的回调函数，计算出原地起步加速时间。
在软件的设计过程中，我们设汽车以二挡起步。首先确定初始的车速，并设此时的时间为t,将挡位设置成i(1,j)的行向量，i(1,j)代表第j个挡位。以车速小于100km/h为条件，进行外循环，计算此时的第二挡和第三挡的加速度值。然后以发动机转速小于最高转速并且第二挡加速度大于第三挡加速度为条件，进行内循环，使得车速逐渐增加，以达到换挡条件。当车速增加到使发动机转速超过其最大转速或使得第二挡加速度小于第三挡加速度时，跳出内循环，执行语句j=j+1,实现换挡。当换到最高挡时，利用break语句跳出这两个嵌套循环，利用一个单循环使车速在最高挡条件下达到100km/h。
本章简述了汽车动力性的评价指标，介绍了换挡规律中的最佳动力性换挡。并具体介绍了汽车动力性的计算方法，即对于汽车动力性的最高车速、最大爬坡度、直接挡加速时间、原地起步加速时间的计算。
5 汽车燃油经济性
在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称作汽车的燃油经济性。
燃油经济性好，可以降低汽车的使用费用、减少国家对进口石油的依赖性、节省石油资源；同时也降低了发动机产生的二氧化碳的排放量，起到防止地球变暖的作用。发动机的燃油消耗率与排放污染是有密切关系的，只能在保证排放达到有关法规要求的前提下来降低发动机的燃油消耗率，提高汽车的燃油经济性。
5.1 燃油经济性的评价
5.1.1 等速燃油经济性
从以最少的燃油消耗完成尽可能多的运输量的观点出发，汽车燃料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。在我国及欧洲，燃油经济性指标的单位为L/100km，即行驶100km所消耗的燃油升数。其数值愈大，汽车燃油经济性愈差。美国为MPG或mile/gal,指的是每加仑燃油能行驶的英里数。这个数值愈大，汽车燃油经济性愈好。
汽车等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，它指汽车在额定载荷下，以最高挡在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。通常测出每隔10km/h或20km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，并以此来评价汽车的燃料经济性。
5.1.2 多工况燃油经济性
汽车多工况循环模式，是在大量进行汽车实际行驶工况调研和统计的基础上获得的，因而采用多工况循环实验规范获得的汽车燃油经济性更接近实际行驶状况。
自70年代起，各国为了能正确的模拟汽车行驶工况，在测定汽车典型使用工况的基础上，制定了各种试验规范，如联合国欧洲经济委员会颁布的ECE15循环工况，美国环境保护局EPA制定的市区循环工况UDDS及公路循环工况HWFET，美国汽车工程师学会SAE制定的燃油经济性测量道路试验程序J1082b，日本的十工况和十一工况试验循环，中国的载货汽车六工况试验循环JB3352、城市客车四工况试验循环JB3972等，并以这些试验循环的百公里燃油消耗量来评定相应行驶工况的燃油经济性。
现有汽车燃油经济性的评价指标只是反映汽车本省具有的极限能力，在一定程度上反映了汽车燃油经济性的优劣，但它并不能区别出动力传动系各部分（发动机的损耗、传动系的损耗、克服各种行驶阻力）所需的燃油消耗量，不能确定出影响燃油消耗量的主要因素和次要因素，从而不能查清提高燃油经济性的