汽車理論課程設(shè)計說明書

湖北汽車工業(yè)學院HubeiAutomotiveIndustriesInstitute課程設(shè)計說明書課程名稱汽車理論設(shè)計題目汽車動力性能仿真計算班號KT843-4專業(yè)車輛工程學號17學生姓名伊非凡指導(dǎo)教師(簽字)起止日期2011年7月4日——2011年7月9日目錄1.設(shè)計任務(wù)及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12.車輛參數(shù).............................................23.汽車動力性能計算.....................................3.1驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖......................3.2最高轉(zhuǎn)速Ｕamax.......................3.3加速時間t...............................3.4汽車加速度倒數(shù)圖...............................3.5汽車加速時間圖...............................3.6汽車爬坡度圖...............................3.7汽車動力特性圖．...............................3.8汽車功率平衡圖..................................4.GUI界面設(shè)計........................................5.歸納與總結(jié)........................................6.參考文獻......................................在汽車設(shè)計中和改良中,需對樣車的性能進行預(yù)測、評價、多方案選優(yōu)或進行傳動系的優(yōu)化匹配,這些都必須進行汽車動力性(E-P性能)的計算。如采用手算并在坐標紙上作圖，工作量大，費時費力，而且手算和作圖誤差較大，易出錯?？紤]到計算機在當前設(shè)計工作中的普遍應(yīng)用，有必要利用計算機編程序進行模擬計算，以方便迅速得到具有相當精確度的數(shù)據(jù)和圖形。1．設(shè)計任務(wù)及要求1.1設(shè)計任務(wù)采用ＭＡＴＬＡＢ軟件，編制程序?qū)ζ嚨膭恿π阅苓M行計算，有關(guān)參數(shù)可參考《汽車理論》Ｐ272習題1.3。要求得到以下數(shù)據(jù)和圖形：數(shù)據(jù)：最高車速Ｕmax;加速時間t；最大爬坡度imax；圖形：驅(qū)動力阻力平衡力；汽車加速時間曲線；汽車的爬坡度圖；動力特性圖；功率平衡圖；最終根據(jù)上述的設(shè)計計算，進行GUI界面設(shè)計。1.2設(shè)計要求程序應(yīng)滿足以下要求：在給定了足夠參數(shù)時能自動計算得到以上所有數(shù)據(jù)和圖形，并能保證一定的計算精度；程序具有一定的通用性，能盡量滿足多種車型動力性能計算的要求；界面友好，使用靈活方便；課程設(shè)計完成后，將所有的同課程設(shè)計有關(guān)的計算機文件保存在自建的以“班號＋學號＋姓名的文件中”；二.車輛數(shù)據(jù)以《汽車理論》習題1.3車輛數(shù)據(jù)為例設(shè)計程序進行繪圖計算。某一輕型車的有關(guān)數(shù)據(jù)：汽油發(fā)動機使用外特性的T—n曲線的擬合公式為：T=-19.313+295.27〔〕-165.44()+40.874〔〕-3.8445〔〕式〔2.1〕發(fā)動機的最低轉(zhuǎn)速=600〔r/min〕；最高轉(zhuǎn)速=4000〔r/min〕；裝載質(zhì)量m1=2000；整車整備質(zhì)量m2=1800;總質(zhì)量m3=3880;車輪半徑r=0.367;傳動系機械效率：ηt=0.85；滾動阻力系數(shù)f=0.013；空氣阻力系數(shù)*迎風面積CA=2.77;主減速器傳動比I=5.83；飛輪轉(zhuǎn)動慣量I=0.218;二前輪轉(zhuǎn)動慣量比I=1.798；四后輪轉(zhuǎn)動慣量比I=3.598；軸局距L=3.2；質(zhì)心至前軸距高a=1.947;質(zhì)心高h=0.9;表2.1變速器傳動比一檔I二檔I三檔I四檔I五檔I四擋變速器6.093.091.711.00-五擋變速器5.562.7691.6441.000.7933．汽車動力性計算3.1驅(qū)動力——行駛阻力平衡圖為全面地評價汽車在各個擋位和不同車速下的動力性，需要繪制驅(qū)動力——行駛阻力平衡圖〔動力特性曲線〕，以便清晰地說明汽車行駛時的受力情況及其平衡關(guān)系。汽車的驅(qū)動力〔單位為N〕為：Ft=ηt(3.1)式中，F(xiàn)t為汽車的驅(qū)動力；為對應(yīng)于每一個汽車轉(zhuǎn)速的汽車轉(zhuǎn)矩；為汽車的減速器傳動比；汽車的主減速器比；ηt汽車的傳動效率；r汽車的車輪半徑；在動力性計算中，目前一般采用穩(wěn)態(tài)工況時發(fā)動機臺架實驗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式〕。=(3.2)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=4。汽車在良好路面上行駛時經(jīng)常遇到的滾動阻力和空氣阻力為+=Gf+〔3.3〕其中車速〔km/h〕與發(fā)動機轉(zhuǎn)速n(r/min)之間的關(guān)系為=0.377(3.4)在程序中，二重循環(huán)計算各檔位下發(fā)動機最底轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的驅(qū)動力，并連接成線即得到驅(qū)動力圖〔Ft—〕;計算I檔最底轉(zhuǎn)速到發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速nmax所對應(yīng)的阻力，連接成線即得到阻力曲線〔〔+〕—〕。繪制四擋和五擋車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖如圖3.1所示。圖3.1.a四擋車驅(qū)動力——行駛阻力平衡圖五擋車驅(qū)動力——行駛阻力平衡圖3.2確定最高車速上圖是五擋車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖。由上圖可以清晰的看出不同車速的時候驅(qū)動力和行駛阻力之間的關(guān)系。汽車以最高檔行駛時的最高車速，可以直接由Ft4與F的交點取得。因為此時驅(qū)動力和行駛阻力相等，汽車處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。由圖中和計算可知，五檔變速箱情況下最大車速為98.7km/h。3.3加速時間t加速時間可以用計算機進行積分計算或用圖解積分法求出。加速時間分為原地加速時間〔0-70Km/h〕和超車加速時間(40-70Km/h)具體結(jié)果見下面3.5汽車加速時間圖。數(shù)學表達式〔設(shè)F=0〕(.1)(.2)其中(.3)換檔點確實定加速過程中的換擋時刻可根據(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，顯然應(yīng)在交點對應(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)動機轉(zhuǎn)速最高時換入二擋。3.4汽車加速度倒數(shù)圖繪制四擋和五擋車加速度倒數(shù)曲線圖如圖下列圖所示從圖中可見加速到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。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。由于速度由0~70km/h,速度間隔通常取1，與初始計算的加速度并不對應(yīng)，此時的加速度可用插值函數(shù)，如：ac=interp1(ua1,ac1,u,'spline');3.5汽車加速時間圖數(shù)學表達式可由以下公式計算加速時間〔.1〕〔.2〕〔.3〕由以下程序：t(1)=0;ii=2;foruu=10:1:70;ifuu<max(ua1);a1=interp1(ua1,y1,uu,'spline');t(ii)=t(ii-1)+a1./3.6;elseifuu>max(ua1)&uu<max(ua2)a2=interp1(ua2,y2,uu,'spline');t(ii)=t(ii-1)+a2./3.6;elseifuu>max(ua2)&uu<max(ua3)a3=interp1(ua3,y3,uu,'spline');t(ii)=t(ii-1)+a3./3.6;elseifuu>max(ua3)&uu<max(ua4)a4=interp1(ua4,y4,uu,'spline');t(ii)=t(ii-1)+a4./3.6;endii=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=23.96863.6汽車爬坡度圖汽車爬坡度的定義汽車的爬坡能力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能爬上的坡度。數(shù)學表達式(.1)(.2)(.3)3.7汽車動力特性圖動力特性圖定義汽車在各檔下的動力因數(shù)與車速的關(guān)系稱為動力特性圖，在圖上，滾動阻力系數(shù)f-ua與直接擋D-ua曲線的交點即為汽車的最高車速。3.7.2將汽車行駛方程兩邊除以汽車重力并整理如下：(.1)(.2)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，采用五擋變速器時最高爬坡度為：imax=34.5%。3.8汽車功率平衡圖汽車功率平衡圖的定義汽車行駛時的每一瞬間，發(fā)動機發(fā)出的功率始終等于機械傳動損失的功率與全部運動阻力所消耗的功率。以縱坐標表示功率，橫坐標表示車速，將發(fā)動機功率，汽車遇到的阻力功率對車速的關(guān)系曲線繪在坐標圖上，即得到汽車功率平衡圖。數(shù)學表達式(.1)．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：n=600:50:4000;x=length(n);[n1,ig1]=meshgrid(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*n2-165.44*n2.^2+40.874*n2.^3-3.8445*n2.^4Ttq=Tq(1,:);[Ttq1,ig2]=meshgrid(Ttq,ig);deta=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If0.*ig.^2*i0^2*nt)/(m*r^2);F=Ttq1.*ig2*i0*nt/r;Fz=G*f+CdA*ua.^2/21.15;Fz1=G*f+CdA*ua1.^2/21.15;Fx=F-Fz;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/nt)*((G*f.*ua1)/3600+(CdA.*ua1.^3)/76140);繪制四擋和五擋車功率平衡圖曲線圖如下列圖所示4.GUI界面設(shè)計可按照以下步驟進行：1.創(chuàng)立GUI2.設(shè)計主界面3.參數(shù)設(shè)計和導(dǎo)入用到以下語句以上點擊Callback彈出以下界面輸入鏈接名untitled14.顯示結(jié)果5.歸納與總結(jié)在這段日子里課程設(shè)計，我學習到很多的知識，不僅可以穩(wěn)固之前學習到的理論知識，而且又熟悉了學習到書本上沒有學習過的知識。通過這次課程設(shè)計，我認識了理論與實際相結(jié)合的重要性，只有理