汽車?yán)碚撈囋O(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書

1、湖北汽車工業(yè)學(xué)院HubeiAutomotiveIndustriesInstitute課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱汽車?yán)碚撛O(shè)計(jì)題目汽車動(dòng)力性班號(hào)專業(yè)車輛工程學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師簽字起止日期2022年7月工日2022年7月9日1.設(shè)計(jì)任務(wù)及要求.車輛參數(shù).汽車動(dòng)力性能計(jì)算.3.1驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖.000003.2最高轉(zhuǎn)速Uamax.3.3加速時(shí)間to3.4汽車加速度倒數(shù)圖.3.5汽車加速時(shí)間圖.3.6汽車爬坡度圖3.7汽車動(dòng)力特性圖.3.8汽車功率平衡圖.oGUI界面設(shè)計(jì).歸納與總結(jié).在汽車設(shè)計(jì)中和改良中,需對(duì)樣車的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)、多方案選優(yōu)或進(jìn)行傳動(dòng)系的優(yōu)化匹配,這些都必須進(jìn)行汽車動(dòng)力性E-

2、P性能的計(jì)算.如采用手算并在坐標(biāo)紙上作圖,工作量大,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且手算和作圖誤差較大,易出錯(cuò).考慮到計(jì)算機(jī)在當(dāng)前設(shè)計(jì)工作中的普遍應(yīng)用,有必要利用計(jì)算機(jī)編程序進(jìn)行模擬計(jì)算,以方便迅速得到具有相當(dāng)精確度的數(shù)據(jù)和圖形.1 .設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)采用 MATLABMATLAB 軟件,編制程序?qū)ζ嚨膭?dòng)力性能進(jìn)行計(jì)算,有關(guān)參數(shù)可參考?汽車?yán)碚?P272習(xí)題1.3.要求得到以下數(shù)據(jù)和圖形：數(shù)據(jù)：1 1 . .最高車速 U Umax;2 2 . .加速時(shí)間 t;t;3 3 . .最大爬坡度imax；圖形：1 1 . .驅(qū)動(dòng)力阻力平衡力；2 2 . .汽車加速時(shí)間曲線；3 3 . .汽車的爬坡度圖；4

3、 4 . .動(dòng)力特性圖；5 5 . .功率平衡圖；最終根據(jù)上述的設(shè)計(jì)計(jì)算,進(jìn)行GUI界面設(shè)計(jì).1.2設(shè)計(jì)要求程序應(yīng)滿足以下要求：1 1 . .在給定了足夠參數(shù)時(shí)能自動(dòng)計(jì)算得到以上所有數(shù)據(jù)和圖形, ,并能保證一定的計(jì)算精度；2 2 . .程序具有一定的通用性,能盡量滿足多種車型動(dòng)力性能計(jì)算的要求；3 3 . .界面友好,使用靈活方便；4 4 . .課程設(shè)計(jì)完成后,將所有的同課程設(shè)計(jì)有關(guān)的計(jì)算機(jī)文件保存在自建的以“班號(hào)+學(xué)號(hào)+姓名的文件中二.車輛數(shù)據(jù)以?汽車?yán)碚?習(xí)題1.3車輛數(shù)據(jù)為例設(shè)計(jì)程序進(jìn)行繪圖計(jì)算.某一輕型車的有關(guān)數(shù)據(jù)：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性的Tq-n曲線的擬合公式為:表2.1變速器傳動(dòng)比一

4、檔Ig0二檔Ig1三檔Ig2四檔Ig3五檔Ig4四擋變速器6.093.091.711.00-五擋變速器5.562.7691.6441.00007933.汽車動(dòng)力性計(jì)算3.1驅(qū)動(dòng)力一一行駛阻力平衡圖為全面地評(píng)價(jià)汽車在各個(gè)擋位和不同車速下的動(dòng)力性,需要繪制驅(qū)動(dòng)力一一行駛阻力平衡圖(動(dòng)力特性曲線),以便清楚地說明汽車行駛時(shí)的受力情況及其平衡關(guān)系.T Tq二-19.313+295.27()-165.44(；)2+40.874(M3-3.8445(10000001)發(fā)動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速nmin=600(r/min)；裝載質(zhì)量m1=2000;總質(zhì)量m3=3880;傳動(dòng)系機(jī)械效率：4t=0.85;空氣阻力系數(shù)*

5、迎風(fēng)面積CDA=2.77;飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量If=0.218;四后輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比Iw2=3.598;式(2.最高轉(zhuǎn)速nmax=4000(r/min);整車整備質(zhì)量m2=1800;車輪半徑r=0o367;滾動(dòng)阻力系數(shù)f=0.013;主減速器傳動(dòng)比I0=5.83;二前輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比I必=1.798;軸局距L=3.2;質(zhì)心至前軸距高a=1.947;質(zhì)心高h(yuǎn)g=009;汽車的驅(qū)動(dòng)力(單位為N)為:Ft=Ttqlglot3.1r式中,Ft為汽車的驅(qū)動(dòng)力；Ttq為對(duì)應(yīng)于每一個(gè)汽車轉(zhuǎn)速的汽車轉(zhuǎn)矩；1g為汽車的減速器傳動(dòng)比；lo汽車的主減速器比；4t汽車的傳動(dòng)效率；r汽車的車輪半徑；在動(dòng)力性計(jì)算中,目前一般采用穩(wěn)態(tài)工況

6、時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)所得到的使用外特性中的功率與轉(zhuǎn)矩曲線常為采用最小二乘法擬合得到的多項(xiàng)式.2kTtq=aoa1na2nakn3.2式中,n代表汽車轉(zhuǎn)速；擬合階數(shù)k隨特性曲線而異,一般在2,3,4,5中選取.這里選取k=40汽車在良好路面上行駛時(shí)經(jīng)常遇到的滾動(dòng)阻力Ff和空氣阻力Fw為其中車速uakm/h與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nr/min之間的關(guān)系為rnua=0.377“aigi0在程序中,二重循環(huán)計(jì)算各檔位下發(fā)動(dòng)機(jī)最底轉(zhuǎn)速Rm.到最高轉(zhuǎn)速nmax對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力,并連接成線即得到驅(qū)動(dòng)力圖Ft-；計(jì)算I檔最底轉(zhuǎn)速到發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax所對(duì)應(yīng)白阻力,連接成線即得到阻力曲線Fw+Ff扇.繪制四擋和五擋車驅(qū)動(dòng)力一行駛

7、阻力平衡圖如圖3.1.a和3.1.b所示.Ff+Fw=Gf+CDA21.152Ua3.415000驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力. .行駛阻力圖行駛阻力圖圖3.1.a四擋車驅(qū)動(dòng)力一-行駛阻力平衡圖驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力. .行駛阻力圖行駛阻力圖1400012C0Qo ooOoO oorlooorlo086圖3.1.b五擋車驅(qū)動(dòng)力一-行駛阻力平衡圖3.2確定最高車速上圖是五擋車驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖.由上圖可以清楚的看出不同車速的時(shí)候驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力之間的關(guān)系.汽車以最高檔行駛時(shí)的最高車速,可以直接由Ft4與F的交點(diǎn)取得.由于此時(shí)驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力相等,汽車處于穩(wěn)定的平衡狀由圖中和計(jì)算可知,五檔變速箱情況下最大車速為98.7

8、km/h.3.3加速時(shí)間t加速時(shí)間可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行積分計(jì)算或用圖解積分法求出.加速時(shí)間分為原地加速時(shí)間070Km/h和超車加速時(shí)間3.3.1數(shù)學(xué)表達(dá)式3.1.2)du出其中Ft(FwUa2uaminFf)一du3.可匕(FfUa(設(shè)Fi=0)(3.3.1.1)0.377以igi0duFw)(3.31.33.3.2換檔點(diǎn)確實(shí)定加速過程中的換擋時(shí)刻可根據(jù)各擋的a-ua曲線來確定.假設(shè)一擋與二檔加速度曲線有交點(diǎn),顯然應(yīng)在交點(diǎn)對(duì)應(yīng)車速換擋.假設(shè)兩曲線不相交,那么應(yīng)在一擋加速行駛到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高時(shí)換入二擋.3.4汽車加速度倒數(shù)圖4070Km/h)具體結(jié)果見下面3.5汽車加速時(shí)間圖.繪制四擋和五擋車加速度

9、倒數(shù)曲線圖如圖下列圖所示0102030405060703090100ua/(knn/h)ua/(knn/h)從圖中可見加速到70km/h,從一檔到四檔即可完成,且各檔加速度的倒數(shù)無交點(diǎn).積分過程可從速度為零,用一檔的加速度倒數(shù)積分到一檔的最高車速,再用二檔的加速度倒數(shù)從速度一檔的最高車速積分到二檔的最高車速,以此類推.9000JU1111BJIr1/a11/a31/a4仇仇51i加速度倒數(shù)曲豉加速度倒數(shù)曲豉0-500-2CC020403010060ua/(km/h)120由于速度由070km/h,速度間隔通常取1,與初始計(jì)算的加速度并不對(duì)應(yīng),此時(shí)的加速度可用插值函數(shù),如：ac=interp1(

10、ua1,ac1,u,spline)；3.5汽車加速時(shí)間圖3.5.1數(shù)學(xué)表達(dá)式可由以下公式計(jì)算加速時(shí)間dudtua21ua1.du5.1.2)5.1.1)Ua25101520253D時(shí)間時(shí)間s7070ua-3.6Ft(FfFw)du(3.5.1.3)40403n3n加速時(shí)間加速時(shí)間原地起步加速原地起步加速超車加速超車加速t(1)=0;ii=2；foruu=10:1:70；ifuumax(ua1)；a1=interp1(ua1,y1,uu,spline)；t(ii)=t(ii1)+a1./3.6；elseifuumax(ua1)&uumax(ua2)a2=interp1(ua2,y2,uu

11、,spline);t(ii)=t(ii1)+a2./3.6；elseifuumax(ua2)&uumax(ua3)a3=interp1(ua3,y3,uu,spline);t(ii)=t(ii-1)+a3./3.6；elseifuumax(ua3)&uumax(ua4)a4=interp1(ua4,y4,uu,spline);(ii-1)+a4./3.6;end10印4040t(ii)=tii=ii+1;endtmax=t(end)四檔車：原地起步tmax=25.3926超車加速tmax=23.9686五檔車：原地起步tmax=24.7156超車加速tmax=23.96863.

12、6汽車爬坡度圖3.7.1汽車爬坡度的定義汽車的爬坡水平是指汽車在良好路面上克服Ft+Fw后的余力全部用來克服坡度阻力時(shí)能爬上的坡度.3.6.2數(shù)學(xué)表達(dá)式FiFtFfFw3.6.2.12Ttqigi0TCDAua/oGsinGf3.6.2.2r21.15arcsinTtqigi.TGfCDAU；21.15(3.6.2.3)爬坡度圖爬坡度圖3.7汽車動(dòng)力特性圖3.7.1動(dòng)力特性圖定義汽車在各檔下的動(dòng)力因數(shù)與車速的關(guān)系稱為動(dòng)力特性圖,在圖上,滾動(dòng)阻力系數(shù)f-ua與直接擋D-ua曲線的交點(diǎn)即為汽車的最高車速.3.7.2數(shù)學(xué)公式將汽車行駛方程兩邊除以汽車重力并整理如下：FtFwGdu出FtFwG3.7.

13、2.13.7.2.240檔檔檔檔檔檔檔檔檔檔一一二三二三四五四五繪制四擋和五擋車加速度倒數(shù)曲線圖如圖下列圖所示由圖可得,采用五擋變速器時(shí)最高爬坡度為:imax=3405%.5 53 3.3O.O10203040506070S390100速度速度動(dòng)方特性圖動(dòng)方特性圖5 5口5 53 3,3,3口O O5,25,2,2口OO O150150o.Oo.OO O動(dòng)力特性圖動(dòng)力特性圖-0.061111110204060301D0120速度速度*km/h)3.8汽車功率平衡圖3.8.1汽車功率平衡圖的定義汽車行駛時(shí)的每一瞬間,發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率始終等于機(jī)械傳動(dòng)損失的功率與全部運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率.以縱坐標(biāo)表

14、示功率,橫坐標(biāo)表示車速,將發(fā)動(dòng)機(jī)功率,汽車遇到的阻力功率對(duì)車速的關(guān)系曲線繪在坐標(biāo)圖上,即得到汽車功率平衡圖.3.8.2數(shù)學(xué)表達(dá)式3_1zGfuaGiuaCDAuamuadu、,八、R(-aa)(3.8.2.1)T36003600761403600dt3.8.3.繪制四擋和五擋車功率平衡圖曲線圖的主要程序以四擋車為例如下：0=600:50:4000;x=length(n);n1,Ig1=meshgrld(n,ig)；ua=0.377*r*n1./(ig1*i0)；ua1=0:ua(end,end)/(x-1)：ua(end,end);n2=n1/1000;Tq=19.313+295.27*n21

15、65.44*n2.A A2+40.874*n2.A A3-3.8445*n2A A4Ttq=Tq(1,:);Ttq1,ig2=meshgrid(Ttq,ig);deta=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If0.*ig.A2*QA2*nt)/(m*A2)；F=Ttq1o*ig2*i0*nt/r;Fz=G*f+CdA*ua.A2/21.15;Fz1=G*f+CdA*ua1.A2/21.15;Fx=FFz;Fx1=F(1,:)Fz1;Fx2=F(2,:)-Fz1;Fx3=F(3,:)-Fz1;Fx4=F(4,:)-Fz1;xt=deta.*m；Pe=Tq.*n1/9550;Pe0=(1/n

16、t)*(G*f.*ua1)/3600+(CdA.*ua1.A3)/76140);繪制四擋和五擋車功率平衡圖曲線圖如下列圖所示功率平衡圖功率平衡圖100908070605040302010功率平衡圖功率平衡圖7060604030201000102030405060708090100速度速度/(km/h)0020406080100120速度速度/(km/h)4.GUI界面設(shè)計(jì)可根據(jù)以下步驟進(jìn)行:1.創(chuàng)立GUIJ：MATLABMATLABToolboxes眸Simulirik日I口cksets*一尸Y123ImportWizard司Profiler,GUIDE(GUIBuilder)Notebook

17、而ShortcutsDesktopToolsWeb-Q；PictToolsHelpDemosPreferences.,FindFiles# #SUrtSUrt多Help:QDemosGMATLABCentral(WehJProductPage(Web)ExcelLinkMATLABBuilderforCOMMATLABBuilderforExcelMATLABCompilerMATLABReportGenerator2.設(shè)計(jì)主界面3.參數(shù)設(shè)計(jì)和導(dǎo)入用到以下語句tmax二十(end)set(handles,editljStrmgJnnuniZstr(usunax);set(handles,edi

18、t2jStringnuni2stx(tmax);set(handles,editSjString,nijn2stx(imax):以上點(diǎn)擊Callback彈出以下界面functionpushbutton.l_Callback(hObject,cvenctda.thandles)handletcpushbutonl(seeGC0O)handletcpushbutonl(seeGC0O)reservied-tobedefined,inafuturereservied-tobedefined,inafuture/handlesEtructurcwithhandlesanduserdataseeGUIDATA)nntitledl依Ubi&Lui+qkUbi&Lui+qktnirikiikii+十mnTa-rmnTa-rFETTHIFETTHI-rInhi1+-rInhi1+nm7nm7輸入鏈接名untitledl藝藝main.fi9I口口I回回iMSMl&Wbject% %eventdataeventdataversionofversionofm mLTLAfiLTLAfi4.顯示結(jié)果廿,慢指慟加速時(shí)離博置知5.歸納與總結(jié)在這段日子里課程設(shè)計(jì),我學(xué)習(xí)到很多的知識(shí),不僅可以鞏固之前學(xué)習(xí)到的理論知識(shí),而且