汽車理論課程設(shè)計

1、汽車理論設(shè)計報告汽車動力性、經(jīng)濟性的計算機模擬學(xué)號20152805037姓名張少波學(xué)院交通學(xué)院班級車輛本1501班2017 年 12 月 18 日目 錄1汽車驅(qū)動力圖11.1汽車驅(qū)動力圖簡介11.2汽車驅(qū)動力圖22汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖22.1汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖簡介2滾動阻力3空氣阻力32.2汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖33汽車爬坡度圖33.1汽車爬坡度圖簡介33.2汽車爬坡度圖44汽車加速度圖54.1汽車加速度圖簡介54.2汽車加速度圖55汽車動力特性圖65.1汽車動力特性圖簡介65.2汽車動力特性圖66汽車功率平衡圖66.1汽車功率平衡圖簡介66.2汽車功率平衡圖77汽車百公里油

2、耗圖77.1汽車百公里油耗圖簡介77.2汽車百公里油耗圖888汽車動力性、經(jīng)濟性的計算機模擬張少波（交通學(xué)院，車輛工程，1501班，20152805037）摘要：通過MATLAB計算機軟件進行汽車動力性、經(jīng)濟性的計算機模擬，模擬得出汽車的各種特性曲線。包括：驅(qū)動力圖，驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖，爬坡度圖，加速度圖，動力特性圖，功率平衡圖，百公里油耗圖。同時對汽車特性曲線的計算公式加以統(tǒng)計匯總學(xué)習(xí)。關(guān)鍵詞：驅(qū)動力圖，驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖，爬坡度圖，加速度圖，動力特性圖，功率平衡圖，百公里油耗圖，汽車特性曲線的計算公式1 汽車驅(qū)動力圖1.1 汽車驅(qū)動力圖簡介驅(qū)動力是由發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)傳至驅(qū)動輪

3、上得到的。汽車發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)傳動系傳至驅(qū)動輪上。此時作用于驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩Tt產(chǎn)生一對地面的圓周力F0,地面對驅(qū)動輪的反作用力Ft（方向與F0相反）既是驅(qū)動汽車的外力，此外力稱為汽車的驅(qū)動力。其數(shù)值為 （1.1）式中，Tt為作用于驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩；r為車輪半徑。作用于驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩Tt是由發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系傳至車輪上的。若令Ttq表示發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，ig表示變速器的傳動比，i0表示主減速器的傳動比，表示傳動系的機械效率，則有 （1.2）對于裝有分動器、輪邊減速器、液力傳動等裝置的汽車，上式應(yīng)計入相應(yīng)的傳動比和機械效率。因此驅(qū)動力為 （1.3）汽油發(fā)動機使用外特性的Tq-n曲線的擬合公式為

4、（1.4）一般用根據(jù)發(fā)動機外特性確定的驅(qū)動力與車速之間的函數(shù)關(guān)系曲線Ft-ua來全面表示汽車的驅(qū)動力，稱為汽車的驅(qū)動力圖。設(shè)計中的汽車有了發(fā)動機的外特性曲線、傳動系的傳動比、傳動效率、車輪半徑等參數(shù)后，即可用式（1.1）求出各個檔位的Ft值，再根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間轉(zhuǎn)換關(guān)系求出ua，即可求得各個檔位的Ft于ua曲線。發(fā)動機轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為 （1.5）式中，ua為汽車行駛速度（km/h）;n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速（r/min）;r為車輪半徑（m）;ig為變速器傳動比；i0為主減速器傳動比。另：實際行駛中，發(fā)動機常在節(jié)氣門部分開啟下工作，相應(yīng)的驅(qū)動力要比它小。1.2汽車驅(qū)動力圖其車

5、輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄2。附圖：2 汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖2.1 汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖簡介汽車在水平道路上等速行駛時，必須克服來自地面的滾動阻力和來自空氣的空氣阻力。滾動阻力以符號Ff表示，空氣阻力以符號Fw表示。當(dāng)汽車在坡道上上坡行駛時，還必須克服重力沿坡道的分力，稱為坡道阻力，以符號Fi表示。汽車加速行駛時還需要克服加速阻力，以符號Fj表示。因此，汽車行駛的總阻力為 （2.1） 在汽車驅(qū)動力圖上把汽車行駛中經(jīng)常遇到的滾動阻力和空氣阻力一并畫出，做出汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖。2.1.1 滾動阻力滾動阻力等于滾動阻力系數(shù)與車輪負載之乘積。即 （2.2）其中滾動

6、阻力系數(shù)由試驗確定。滾動阻力系數(shù)與路面的種類、行駛車速以及輪胎的構(gòu)造、材料、氣壓等有關(guān)。這里選取滾動阻力系數(shù)為良好的瀝青或混凝土路面滾動阻力系數(shù)。（詳見附錄1）。2.1.2 空氣阻力汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向上的分力稱為空氣阻力。此處討論無風(fēng)條件下汽車的運動，空氣阻力計算公式為 （2.3）式中，A為迎風(fēng)面積，即汽車行駛方向的投影面積（m2）；CD為空氣阻力系數(shù)；ua2為車速，km/h。（詳見附錄1）。2.2 汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄3。3 汽車爬坡度圖3.1 汽車爬坡度圖簡介汽車的上坡能力是用滿載（或某一載質(zhì)量）時汽車在良好路面上

7、的最大爬坡度imax表示的。另外imax代表了汽車的極限爬坡能力，它應(yīng)比實際行駛中遇到的道路最大坡度超出很多，這是因為應(yīng)考慮到在實際坡道行駛時，在坡道上停車后順利起步加速、克服松軟坡道路面的大阻力、克服坡道上崎嶇不平路面的局部大阻力等要求的緣故。也可以理解汽車的爬坡能力，指汽車在良好路面上克服Ff+Fw后的余力全部用來（即等速）克服坡度阻力時能爬上的坡度。因此 Fi=Ft-（Ff+Fw） （3.1）一般汽車最大爬坡度達30%左右，因此利用汽車行駛方程式確定1檔及低檔爬坡能力時，應(yīng)采用Gsin作為坡道阻力，即上式應(yīng)為 （3.2）即 （3.3）根據(jù)驅(qū)動力-行駛阻力圖求出汽車能爬上之坡道角，相應(yīng)地根

8、據(jù)tan=i可求出坡度值。3.2 汽車爬坡度圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄4。4 汽車加速度圖4.1 汽車加速度圖簡介汽車的加速能力可用它在水平良好路面上行駛時能產(chǎn)生的加速度來評價。而汽車加速行駛時，需克服的其質(zhì)量加速運動時的慣性力，就是加速阻力Fj。汽車的質(zhì)量分為平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量兩部分。為了簡易計算旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，常用系數(shù)作為計算計入旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力偶矩后的汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。主要與飛輪的轉(zhuǎn)動慣量、車輪的轉(zhuǎn)動慣量以及傳動系的傳動比有關(guān)。其公式如下： （4.1） 式中，Iw為車輪的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；If為飛輪的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；i0為主傳動比；i

9、g為變速器的速比。汽車加速時其驅(qū)動力需全力加速，即坡道阻力為0 。 4.2 汽車加速度圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄5。5 汽車動力特性圖5.1 汽車動力特性圖簡介用動力特性圖來分析汽車動力性。將汽車行駛方程兩邊除以汽車重力并整理如下： （5.1） (5.2)令 為汽車的動力因數(shù)并以符號D表示，則 （5.3） 汽車在各檔下的動力因數(shù)與車速的關(guān)系曲線稱為動力特性圖。5.2 汽車動力特性圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄6。6 汽車功率平衡圖6.1 汽車功率平衡圖簡介在汽車行駛的每一瞬間，發(fā)動機發(fā)出的功率始終等于機械傳動損失功率與全部運動阻力多消耗的功率。汽車運

10、動阻力所消耗的功率有滾動阻力功率Pf、空氣阻力功率Pw、坡度阻力功率Pi及加速阻力功率Pj。將汽車行駛方程式兩邊乘以行駛車速ua，并經(jīng)單位換算整理出汽車功率平衡方程式（式中功率單位為kW），如下 （6.1）將汽車經(jīng)常遇到的阻力功率 （Pf+Pw）。發(fā)動機功率對車速的曲線繪制。得到汽車功率平衡圖。6.2 汽車功率平衡圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄7。7 汽車百公里油耗圖7.1 汽車百公里油耗圖簡介根據(jù)參考文獻1，等速行駛工況燃油消耗量的計算。在萬有特性圖上有等燃油消耗率曲線。根據(jù)曲線可以確定發(fā)動機在一定轉(zhuǎn)速n,發(fā)出一定功率Pe時的燃油消耗率b。 （7.1） （7.2） （7.

11、3）7.2 汽車百公里油耗圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄8。1 余志生.汽車理論M.北京：機械工業(yè)出版社，2009.3.附錄1車輛基本參數(shù)為發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速 600r/min ， 最高轉(zhuǎn)速 4000r/min ， 裝載質(zhì)量 2000kg ，整車整備質(zhì)量 1800kg ,車輪半徑 0.367m ，傳動系效率 0.85 ,滾動阻力系數(shù) 0.013 ，空氣阻力系數(shù)與迎風(fēng)面積之積為 2.77m2 ， 主減速器傳動比5.83 ,飛輪轉(zhuǎn)動慣量 0.218kg m2 ,前輪總轉(zhuǎn)動慣量為 1.798kg m2 ,后輪總的轉(zhuǎn)動慣量為 3.598kg m2,軸距為 3.2m 質(zhì)心至前軸距離 1.

12、947m ，質(zhì)心高 0.9m ， 四擋變速器的變速比分別為 6.09 ， 3.09 ， 1.71 ， 1 。附錄2close all;n=linspace(600,4000,100);%設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍(linspace(x1,x2,N)在x1x2范圍內(nèi)選取N個點，均分。)ua1=0.377*0.367*n/(5.83*6.09);%公式計算各檔車速范圍ua2=0.377*0.367*n/(5.83*3.09);ua3=0.377*0.367*n/(5.83*1.71);ua4=0.377*0.367*n/(5.83*1);Ttq=(-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n

13、/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4);%?Ttq-n曲線擬合公式x1=6.09;x2=3.09;x3=1.71;x4=1;Ft1=x1*Ttq*5.83*0.85/0.367;%公式計算各檔對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動力Ft2=x2*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft3=x3*Ttq*5.83*0.85/0.367; Ft4=x4*Ttq*5.83*0.85/0.367;plot(ua1,Ft1,'g',ua2,Ft2,'r',ua3,Ft3,'y',ua4,Ft4,'b');%

14、汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖xlabel('ua/(km/h)');%汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖ylabel('F/N');legend('1','2','3','4');grid on;title('汽車驅(qū)動力圖');附錄3close all;n=linspace(600,4000);%設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍ua1=0.377*0.367*n/(5.83*6.09);%公式計算各檔車速范圍ua2=0.377*0.367*n/(5.83*3.09);ua3=0.377*0.367*n/(5.83

15、*1.71);ua4=0.377*0.367*n/(5.83*1);Ttq=(-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4);%?Ttq-n曲線擬合公式x1=6.09;x2=3.09;x3=1.71;x4=1;Ft1=x1*Ttq*5.83*0.85/0.367;%公式計算各檔對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動力Ft2=x2*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft3=x3*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft4=x4*Ttq*5.83*0.85/0.367;F1=3800*9.8*0.013

16、+(2.77/21.15)*ua1.2;%公式計算各檔對應(yīng)的各個車速下的行駛阻力F2=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua2.2;F3=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua3.2;F4=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua4.2;plot(ua1,Ft1,'g',ua2,Ft2,'b',ua3,Ft3,'y',ua4,Ft4,'m',ua1,F1,'r',ua2,F2,'r',ua3,F3,'r',ua4,F4,

17、'r');%汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖?xlabel('ua/(km/h)');%汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖ylabel('F/N');legend('1','2','3','4','行駛阻力');grid on;title('汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖');附錄4close all;n=600:10:4000;Tq=-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n

18、/1000).4;m=3800;g=9.8;nmin=600;nmax=4000;G=m*g;ig=6.09 3.09 1.71 1 ;nT=0.85;%傳動系效率r=0.367;%車輪半徑f=0.013;%滾動阻力系數(shù)CDA=2.77;%空氣阻力系數(shù)與迎風(fēng)面積之積i0=5.83;%主減速器傳動比L=3.2;%軸距a=1.947;%質(zhì)心至前軸距離hg=0.9;%質(zhì)心高If=0.218;%飛輪轉(zhuǎn)動慣量Iw1=1.798;%前輪總轉(zhuǎn)動慣量Iw2=3.598;%后輪總轉(zhuǎn)動慣量Ft1=Tq*ig(1)*i0*nT/r;Ft2=Tq*ig(2)*i0*nT/r;Ft3=Tq*ig(3)*i0*nT/r;

19、Ft4=Tq*ig(4)*i0*nT/r;ua1=0.377*r*n/ig(1)/i0;ua2=0.377*r*n/ig(2)/i0;ua3=0.377*r*n/ig(3)/i0;ua4=0.377*r*n/ig(4)/i0;Fw1=CDA*ua1.2/21.15;Fw2=CDA*ua2.2/21.15;Fw3=CDA*ua3.2/21.15;Fw4=CDA*ua4.2/21.15;Ff=G*f;i1=asin(Ft1-Ff-Fw1)/G);i2=asin(Ft2-Ff-Fw2)/G);i3=asin(Ft3-Ff-Fw3)/G);i4=asin(Ft4-Ff-Fw4)/G);plot(ua1

20、,i1,ua2,i2,ua3,i3,ua4,i4);title('汽車的爬坡度圖');xlabel('ua/(km*h-1)');ylabel('i/%');legend('1','2','3','4');grid on;附錄5close all;n=600:10:4000;Tq=-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;m=3880;g=9.8;nmin=600;nmax

21、=4000;G=m*g;ig=6.09 3.09 1.71 1.00;nT=0.85;r=0.367;f=0.013;CDA=2.77;i0=5.83;L=3.2;a=1.947;hg=0.9;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;Ft1=Tq*ig(1)*i0*nT/r;Ft2=Tq*ig(2)*i0*nT/r;Ft3=Tq*ig(3)*i0*nT/r;Ft4=Tq*ig(4)*i0*nT/r;ua1=0.377*r*n/ig(1)/i0;ua2=0.377*r*n/ig(2)/i0;ua3=0.377*r*n/ig(3)/i0;ua4=0.377*r*n/ig(4)/i

22、0;Fw1=CDA*ua1.2/21.15;Fw2=CDA*ua2.2/21.15;Fw3=CDA*ua3.2/21.15;Fw4=CDA*ua4.2/21.15;Ff=G*f; deta1=1+(Iw1+Iw2)/(m*r2)+(If*ig(1)2*i02*nT)/(m*r2);%汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)deta2=1+(Iw1+Iw2)/(m*r2)+(If*ig(2)2*i02*nT)/(m*r2);deta3=1+(Iw1+Iw2)/(m*r2)+(If*ig(3)2*i02*nT)/(m*r2);deta4=1+(Iw1+Iw2)/(m*r2)+(If*ig(4)2*i02*nT)/(m

23、*r2);a1=(Ft1-Ff-Fw1)/(deta1*m);a2=(Ft2-Ff-Fw2)/(deta2*m);a3=(Ft3-Ff-Fw3)/(deta3*m);a4=(Ft4-Ff-Fw4)/(deta4*m);plot(ua1,a1,ua2,a2,ua3,a3,ua4,a4);title('汽車的行駛加速度曲線');xlabel('ua/(km*h-1)');ylabel('a/(m*s-2)');legend('1','2','3','4');grid on;附錄6clos

24、e all;n=linspace(600,4000);%設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍 ua1=0.377*0.367*n/(5.83*6.09);%公式計算各檔車速范圍 ua2=0.377*0.367*n/(5.83*3.09); ua3=0.377*0.367*n/(5.83*1.71); ua4=0.377*0.367*n/(5.83*1.00); Ttq=(-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4);%Ttq-n 曲線擬合公式 m=3800;g=9.8;G=m*g;x1=6.69;x2=3.0

25、9; x3=1.71;x4=1; Ft1=x1*Ttq*5.83*0.85/0.367;%公式計算各檔對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動力Ft2=x2*Ttq*5.83*0.85/0.367; Ft3=x3*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft4=x4*Ttq*5.83*0.85/0.367; F1=(2.77/21.15)*ua1.2;%公式計算各檔對應(yīng)的各個車速下的空氣阻力F2=(2.77/21.15)*ua2.2;F3=(2.77/21.15)*ua3.2;F4=(2.77/21.15)*ua4.2;D1=(Ft1-F1)/G;D2=(Ft2-F2)/G;D3=(Ft2-F2)/G;D4=(Ft3

26、-F3)/G;plot(ua1,D1,ua2,D2,ua3,D3,ua4,D4);title('汽車的動力特性圖');xlabel('ua/(km*h-1)');ylabel('D');legend('1','2','3','4')grid on;附錄7close all;n=linspace(600,4000);%設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍?ua1=0.377*0.367*n/(5.83*6.09);%公式計算各檔車速范圍?ua2=0.377*0.367*n/(5.83*3.09);ua3=0.

27、377*0.367*n/(5.83*1.71);ua4=0.377*0.367*n/(5.83*1.00);Ttq=(-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4);%?Ttq-n?曲線擬合公式?x1=6.09;x2=3.09;x3=1.71;x4=1;Ft1=x1*Ttq*5.83*0.85/0.367;%公式計算各檔對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動力?Ft2=x2*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft3=x3*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft4=x4*Ttq*5.83*0.85/

28、0.367;F1=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua1.2;%公式計算各檔對應(yīng)的各個車速下的行駛阻力?F2=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua2.2;F3=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua3.2;F4=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua4.2;Pe1=Ft1.*ua1./(3600*0.85);%計算各檔對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的功率?Pe2=Ft2.*ua2./(3600*0.85);Pe3=Ft3.*ua3./(3600*0.85);Pe4=Ft4.*ua4./(3600*0.85);P1=F1.*

29、ua1./(3600*0.85);%計算各檔對應(yīng)的各個車速下的行駛阻力功率?P2=F2.*ua2./(3600*0.85);P3=F3.*ua3./(3600*0.85);P4=F4.*ua4./(3600*0.85);plot(ua1,Pe1,'b',ua2,Pe2,'y',ua3,Pe3,'m',ua4,Pe4,'y',ua1,P1,'r',ua2,P2,'r',ua3,P3,'r',ua4,P4,'r');%汽車功率平衡圖?xlabel('ua/(km/h)');%汽車功率平衡圖ylabel('P/kW');grid on;legend('1','2','3','