汽車?yán)碚撜n程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

湖北汽車工業(yè)學(xué)院HubeiAutomotiveIndustriesInstitute課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程名稱汽車?yán)碚撛O(shè)計(jì)題目汽車動(dòng)力性能仿真計(jì)算班號(hào)KT843-4專業(yè)車輛工程學(xué)號(hào)17學(xué)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(jì)任務(wù)及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12.車輛參數(shù).............................................23.汽車動(dòng)力性能計(jì)算.....................................3.1驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖......................3.2最高轉(zhuǎn)速Ｕamax.......................3.3加速時(shí)間t...............................3.4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..................................4.GUI界面設(shè)計(jì)........................................5.歸納與總結(jié)........................................6.參考文獻(xiàn)......................................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-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)?？紤]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ＭＡＴＬＡＢ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)碚摗罚?72習(xí)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(shí)間t；最大爬坡度imax；圖形：驅(qū)動(dòng)力阻力平衡力；汽車加速時(shí)間曲線；汽車的爬坡度圖；動(dòng)力特性圖；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：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；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；界面友好，使用靈活方便；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)碚摗妨?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(dòng)機(jī)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(dòng)系機(jī)械效率：ηt=0.85；滾動(dòng)阻力系數(shù)f=0.013；空氣阻力系數(shù)*迎風(fēng)面積CA=2.77;主減速器傳動(dòng)比I=5.83；飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I=0.218;二前輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比I=1.798；四后輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(yuǎn)=0.9;表2.1變速器傳動(dòng)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(dòng)力性計(jì)算3.1驅(qū)動(dòng)力——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——行駛阻力平衡圖〔動(dòng)力特性曲線〕，以便清晰地說(shuō)明汽車行駛時(shí)的受力情況及其平衡關(guān)系。汽車的驅(qū)動(dòng)力〔單位為N〕為：Ft=ηt(3.1)式中，F(xiàn)t為汽車的驅(qū)動(dòng)力；為對(duì)應(yīng)于每一個(gè)汽車轉(zhuǎn)速的汽車轉(zhuǎn)矩；為汽車的減速器傳動(dòng)比；汽車的主減速器比；ηt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〕。=(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(shí)經(jīng)常遇到的滾動(dòng)阻力和空氣阻力為+=Gf+〔3.3〕其中車速〔km/h〕與發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)算各檔位下發(fā)動(dòng)機(jī)最底轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速對(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)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(dòng)力-行駛阻力平衡圖如圖3.1所示。圖3.1.a四擋車驅(qū)動(dòng)力——行駛阻力平衡圖五擋車驅(qū)動(dòng)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(dòng)力-行駛阻力平衡圖。由上圖可以清晰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。因?yàn)榇藭r(shí)驅(qū)動(dòng)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(jì)算可知，五檔變速箱情況下最大車速為98.7km/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〔0-70Km/h〕和超車加速時(shí)間(40-70Km/h)具體結(jié)果見(jiàn)下面3.5汽車加速時(shí)間圖。數(shù)學(xué)表達(dá)式〔設(shè)F=0〕(.1)(.2)其中(.3)換檔點(diǎn)確實(shí)定加速過(guò)程中的換擋時(shí)刻可根據(jù)各擋的a-ua曲線來(lái)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(jiàn)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(wú)交點(diǎn)。積分過(guò)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(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(ua1,ac1,u,'spline');3.5汽車加速時(shí)間圖數(shù)學(xué)表達(dá)式可由以下公式計(jì)算加速時(shí)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(lái)克服坡度阻力時(shí)能爬上的坡度。數(shù)學(xué)表達(dá)式(.1)(.2)(.3)3.7汽車動(dòng)力特性圖動(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(shí)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(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。數(shù)學(xué)表達(dá)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(jì)可按照以下步驟進(jìn)行：1.創(chuàng)立GUI2.設(shè)計(jì)主界面3.參數(shù)設(shè)計(jì)和導(dǎo)入用到以下語(yǔ)句以上點(diǎn)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(jì)，我學(xué)習(xí)到很多的知識(shí)，不僅可以穩(wěn)固之前學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)，而且又熟悉了學(xué)習(xí)到書(shū)本上沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理