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汽车理论作业P271 T1.3确定一轻型货车的动力性能（货车可装用4档或5档变速器，任选其中的一种进行整车性能计算）：1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。2）求汽车的最高车速、最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。3）绘制汽车行驶加速度倒数曲线，用图解积分法求汽车用II档起步加速行驶至70km/h的车速时间曲线，或者用计算机求汽车用II档起步加速行驶至70km/h的加速时间。轻型货车的有关数据：汽油发动机使用外特性的Tqn曲线的拟合公式为 Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000)2+40.874*(n/1000)3-3.8445*(n/1000)4;式中，Tq为发动机转矩（N.m）；n为发动机转速（r/min）。发动机的最低转速nmin600r/min，最高转速nmax=4000r/min。整车质量2000kg；整车装备质量1800kg；总质量3880kg；车轮半径0.367m；传动系机械效率T0.85；滚动阻力系数f0.013；空气阻力系数*迎风面积CDA2.77m2；主减速器传动比i05.83；飞轮转动惯量If0.218kg.m2；二前轮转动惯量Iw11.798kg.m2；后四轮转动惯量Iw23.598kg.m2；变速器传动比ig（数据如下表）I档II档III档IV档V档四档变速器6.093.091.711.00五档变速器5.562.7691.6441.000.793轴距L3.2m；质心至前轴距离（满载）a1.947m；质心高（满载）hg=0.9m用matlab解题程序如下： %题目已知条件m1=2000;m2=1800;m=3880;g=9.8; ig=6.09 3.09 1.71 1.00; i0=5.83; r=0.367;yt=0.85;f=0.013;CDA=2.77;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;L=3.2;a=1.947;Hg=0.9; Iw=2*Iw1+4*Iw2;%绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图for i=1:69 n(i)=550+50*i; Tq(i)=-19.313+295.27*(n(i)/1000)-165.44*(n(i)/1000)2) . +40.874*(n(i)/1000)3)-3.8445*(n(i)/1000)4);endfor j=1:4 for i=1:69 Ft(i,j)=Tq(i)*ig(j)*i0*yt/r; ua(i,j)=0.377*r*n(i)/(ig(j)*i0); Fz(i,j)=m*g*f+CDA*(ua(i,j)2)/21.15; endendfigureplot(ua,Ft,ua,Fz); title(汽车驱动力与行驶阻力平衡图);xlabel(ua(km/h);ylabel(Ft(N); text(9,14300,Ft1);text(20,8000,Ft2);text(30,4500,Ft3);text(70,2500,Ft4);text(80,1500,Ff+Fw);%求汽车最高车速for k=1:50 n1(k)=3950+k*1; Tq(k)=-19.313+295.27*(n1(k)/1000)-165.44*(n1(k)/1000)2) . +40.874*(n1(k)/1000)3)-3.8445*(n1(k)/1000)4); Ft(k)=Tq(k)*ig(4)*i0*yt/r; ua(k)=0.377*r*n1(k)/(ig(4)*i0); Fz(k)=m*g*f+CDA*(ua(k)2)/21.15; E(k)=abs(Ft(k)-Fz(k); end Emin,kmin=min(E); Umax=ua(kmin) %输出汽车最高速度Um %求汽车最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率 for k1=1:50 n2(k1)=2030+k1*1; Tq(k1)=-19.313+295.27*(n2(k1)/1000)-165.44*(n2(k1)/1000)2) . +40.874*(n2(k1)/1000)3)-3.8445*(n2(k1)/1000)4); Ft(k1)=Tq(k1)*ig(1)*i0*yt/r; ua(k1)=0.377*r*n2(k1)/(ig(1)*i0); Fz(k1)=m*g*f+CDA*(ua(k1)2)/21.15; E(k1)=Ft(k1)-Fz(k1); end Emax,k1max=max(E); alf=asin(Emax/(m*g); imax=tan(alf) %输出汽车最大爬坡度 C=imax/(a/L+Hg*imax/L) %输出克服最大坡度时相应的附着率%绘制汽车行驶加速度倒数曲线for i=1:69 n(i)=550+50*i; Tq(i)=-19.313+295.27*(n(i)/1000)-165.44*(n(i)/1000)2) . +40.874*(n(i)/1000)3)-3.8445*(n(i)/1000)4);endfor j=1:4 for i=1:69 Ft(i,j)=Tq(i)*ig(j)*i0*yt/r; ua(i,j)=0.377*r*n(i)/(ig(j)*i0); Fz(i,j)=m*g*f+CDA*(ua(i,j)2)/21.15; deta(i,j)=1+Iw/(m*r2)+If*ig(j)2*i02*yt/(m*r2); a(i,j)=(Ft(i,j)-Fz(i,j)/(deta(j)*m); b(i,j)=1/a(i,j); endend x1=ua(:,1);y1=b(:,1);x2=ua(:,2);y2=b(:,2);x3=ua(:,3);y3=b(:,3);x4=ua(:,4);y4=b(:,4);figureplot(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4);title(汽车行驶加速度倒数曲线);xlabel(ua(km/h);ylabel(1/a); text(-2,1,一档);text(8,1.5,二档);text(30,2.5,三档);text(70,4,四档);%求汽车用II档起步加速行驶至70km/h的加速时间for i=1:69 A1=ua(i,3)-ua(69,2); if (A10) j1=i; end A2=ua(i,4)-ua(69,3); if (A20) j2=i; end if (ua(i,4)【从汽车驱动力与行驶阻力平衡图可以看出，行驶阻力曲线和驱动力曲线没有交点，这说明发动机的动力不能得到充分的利用，要达到汽车的最高车速，节气门不能全开，应适当收一点。】【汽车驱动力与行驶阻力平衡图如上图所示；汽车最高车速Umax94.9290km/h最大爬坡度imax0.3923克服最大爬坡度时相应的附着率C0.5457汽车用二档起步加速行驶至70km/h的加速时间t =37.7330s.】P273 T2.7习题图2是题1.3中货车装用发动机的负荷特性与万有特性。负荷特性曲线的拟合公式为b=B0+B1Pe+B2Pe2+B3Pe3+B4Pe4式中，b为燃油消耗率g/(kW.h);Pe为发动机净功率（kW）。拟合式中的系数为n/（r.min-1）B0B1B2B3B481512071614201226033006340338041326.81354.71284.41122.91141.01051.21233.91129.7-416.46-303.98-189.75-121.59-98.893-73.714-84.478-45.29172.37936.65714.5247.00354.47632.85932.97880.71113-5.8629-2.0553-0.51184-0.18517-0.091077-0.05138-0.047449+0.000752150.177680.0430720.00681640.00185550.000689060.000350320.00028230-0.000038568怠速油耗Qid0.299mL/s（怠速转速400r/min）。计算与绘制题1.3中货车的1）汽车功率平衡图。2）最高档与次高档的等速百公里油耗曲线。或利用计算机求货车按JB335283规定的六工况循环行驶的百公里油耗。计算汇总确定燃油消耗率值b时，若发动机转速与负荷特性中给定的转速不相等，可由相邻转速的两根曲线用插值法求得。六工况循环的参数如下表工况累积行程/m时间/s累积时间/s车速/（km.h-1）说明I507.27.225等速II20016.723.92540匀加速度为0.25m/sIII45022.546.440等速IV62514.060.44050匀加速度为0.20m/sV87518.078.450等速VI107519.397.75025匀加速度为0.36m/s用matlab解题程序如下： %题目已知条件m1=2000;m2=1800;m=3880;g=9.8; ig=6.09 3.09 1.71 1.00; i0=5.83; r=0.367;yt=0.85;f=0.013;CDA=2.77;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;L=3.2;a=1.947;Hg=0.9; Iw=2*Iw1+4*Iw2;nd=400;Qid=0.299;%绘制功率平衡图for j=1:4 for i=1:69 n(i)=550+50*i; Tq(i)=-19.313+295.27*(n(i)/1000)-165.44*(n(i)/1000)2) . +40.874*(n(i)/1000)3)-3.8445*(n(i)/1000)4); Pe(i)=Tq(i)*n(i)/9550; ua(i,j)=0.377*r*n(i)/(ig(j)*i0); Pz(i,j)=(m*g*f*ua(i,j)/3600+CDA*ua(i,j)3/76140)/yt; endendplot(ua,Pe,ua,Pz);title(功率平衡图);xlabel(ua(km/h);ylabel(P(kW);text(13,65,一档Pe);text(28,65,二档Pe);text(52,65,三档Pe);text(85,65,四档Pe);text(85,35,Pz);%绘制最高档和次高档的等速百公里油耗曲线n0=815,1207,1614,2012,2603,3006,3403,3804;for j=1:4 for i=1:8 Td(i)=-19.313+295.27*(n0(i)/1000)-165.44*(n0(i)/1000)2) . +40.874*(n0(i)/1000)3)-3.8445*(n0(i)/1000)4); Pd(i)=Td(i)*n0(i)/9550; u(i,j)=0.377*r*n0(i)/(ig(j)*i0); endendb(1)=1326.8-416.46*Pd(1)+72.379*Pd(1)2-5.8629*Pd(1)3+0.17768*Pd(1)4;b(2)=1354.7-303.98*Pd(2)+36.657*Pd(2)2-2.0553*Pd(2)3+0.043072*Pd(2)4;b(3)=1284.4-189.75*Pd(3)+14.524*Pd(3)2-0.51184*Pd(3)3+0.0068164*Pd(3)4;b(4)=1122.9-121.59*Pd(4)+7.0035*Pd(4)2-0.18517*Pd(4)3+0.0018555*Pd(4)4;b(5)=1141.0-98.893*Pd(5)+4.4763*Pd(5)2-0.091077*Pd(5)3+0.00068906*Pd(5)4;b(6)=1051.2-73.714*Pd(6)+2.8593*Pd(6)2-0.05138*Pd(6)3+0.00035032*Pd(6)4;b(7)=1233.9-84.478*Pd(7)+2.9788*Pd(7)2-0.047449*Pd(7)3+0.00028230*Pd(7)4;b(8)=1129.7-45.291*Pd(8)+0.71113*Pd(8)2+0.00075215*Pd(8)3-0.000038568*Pd(8)4;u1=u(:,1);u2=u(:,2);u3=u(:,3);u4=u(:,4);B1=polyfit(u1,b,3);B2=polyfit(u2,b,3);B3=polyfit(u3,b,3);B4=polyfit(u4,b,3);for k=1:69 bh(k,1)=polyval(B1,ua(k,1); bh(k,2)=polyval(B2,ua(k,2); bh(k,3)=polyval(B3,ua(k,3); bh(k,4)=polyval(B4,ua(k,4);endfor i=1:4 for k=1:69 Q(k,i)=Pz(k,i)*bh(k,i)/(1.02*ua(k,i)*7.10); endendplot(ua(:,3),Q(:,3),ua(:,4),Q(:,4);title(最高档（四档）和次高档（三档）等速百公里油耗图);xlabel(ua(km/h);ylabel(Qs(L/100km);text(45,26,三档);text(82,40,四档); 按第三档计算货车六工况循环行驶的百公里油耗用matlab解题程序如下： %题目已知条件m1=2000;m2=1800;m=3880;g=9.8; ig=6.09 3.09 1.71 1.00; i0=5.83; r=0.367;yt=0.85;f=0.013;CDA=2.77;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;L=3.2;a=1.947;Hg=0.9; Iw=2*Iw1+4*Iw2;nd=400;Qid=0.299;n0=815,1207,1614,2012,2603,3006,3403,3804;for j=1:4 for i=1:69 n(i)=550+50*i; Tq(i)=-19.313+295.27*(n(i)/1000)-165.44*(n(i)/1000)2) . +40.874*(n(i)/1000)3)-3.8445*(n(i)/1000)4); Pe(i)=Tq(i)*n(i)/9550; ua(i,j)=0.377*r*n(i)/(ig(j)*i0); Pz(i,j)=(m*g*f*ua(i,j)/3600+CDA*ua(i,j)3/76140)/yt; endendfor j=1:4 for i=1:8 Td(i)=-19.313+295.27*(n0(i)/1000)-165.44*(n0(i)/1000)2) . +40.874*(n0(i)/1000)3)-3.8445*(n0(i)/1000)4); Pd(i)=Td(i)*n0(i)/9550; u(i,j)=0.377*r*n0(i)/(ig(j)*i0); endendb(1)=1326.8-416.46*Pd(1)+72.379*Pd(1)2-5.8629*Pd(1)3+0.17768*Pd(1)4;b(2)=1354.7-303.98*Pd(2)+36.657*Pd(2)2-2.0553*Pd(2)3+0.043072*Pd(2)4;b(3)=1284.4-189.75*Pd(3)+14.524*Pd(3)2-0.51184*Pd(3)3+0.0068164*Pd(3)4;b(4)=1122.9-121.59*Pd(4)+7.0035*Pd(4)2-0.18517*Pd(4)3+0.0018555*Pd(4)4;b(5)=1141.0-98.893*Pd(5)+4.4763*Pd(5)2-0.091077*Pd(5)3+0.00068906*Pd(5)4;b(6)=1051.2-73.714*Pd(6)+2.8593*Pd(6)2-0.05138*Pd(6)3+0.00035032*Pd(6)4;b(7)=1233.9-84.478*Pd(7)+2.9788*Pd(7)2-0.047449*Pd(7)3+0.00028230*Pd(7)4;b(8)=1129.7-45.291*Pd(8)+0.71113*Pd(8)2+0.00075215*Pd(8)3-0.000038568*Pd(8)4;u1=u(:,1);u2=u(:,2);u3=u(:,3);u4=u(:,4);B1=polyfit(u1,b,3);B2=polyfit(u2,b,3);B3=polyfit(u3,b,3);B4=polyfit(u4,b,3);for k=1:69 bh(k,1)=polyval(B1,ua(k,1); bh(k,2)=polyval(B2,ua(k,2); bh(k,3)=polyval(B3,ua(k,3); bh(k,4)=polyval(B4,ua(k,4);end%按三档行驶时计算六工况百公里油耗Q1=interp1(ua(:,3),Pz(:,3),25)*interp1(ua(:,3),bh(:,3),25)*50/(102*25*7.10);for i=1:16 ua2(i)=24+i; Qt2(i)=interp1(ua(:,3),Pz(:,3),ua2(i)*interp1(ua(:,3),bh(:,3),ua2(i)/(367.1*7.10);enddt2=1/(3.6*0.25);Q2=0;for i=1:15 Q22(i)=(Qt2(i)+Qt2(i+1)*dt2/2; Q2=Q2+Q22(i);endQ3=interp1(ua(:,3),Pz(:,3),40)*interp1(ua(:,3),bh(:,3),40)*250/(102*40*7.10);for i=1:11 ua4(i)=39+i; Qt4(i)=interp1(ua(:,3),Pz(:,3),ua4(i)*interp1(ua(:,3),bh(:,3),ua4(i)/(367.1*7.10);enddt4=1/(3.6*0.2);Q4=0;for i=1:10 Q44(i)=(Qt4(i)+Qt4(i+1)*dt4/2; Q4=Q4+Q44(i);endQ5=interp1(ua(:,3),Pz(:,3),50)*interp1(ua(:,3),bh(:,3),50)*250/(102*50*7.10);Q6=(50-25)*Qid/(3.6*0.36);Qs=(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6)*100/1075Qs = 9.9208计算求得六工况循环行驶的百公里油耗Qs9.9208L/100km。P274 T3.1改变1.3题中轻型货车的主减速器传动比，作出i0为5.17、5.43、5.83、6.17、6.33时的燃油经济性加速时间曲线，讨论不同i0值对汽车性能的影响和采用不同变速器对汽车性能的影响。 用matlab解题程序如下： %题目已知条件m1=2000;m2=1800;m=3880;g=9.8; ig=6.09 3.09 1.71 1.00;i0=5.17 5.43 5.83 6.17 6.33;r=0.367;yt=0.85;f=0.013;CDA=2.77;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;L=3.2;a=1.947;Hg=0.9; Iw=2*Iw1+4*Iw2;nd=400;Qid=0.299; for i=1:69 n(i)=550+50*i; Tq(i)=-19.313+295.27*(n(i)/1000)-165.44*(n(i)/1000)2) . +40.874*(n(i)/1000)3)-3.8445*(n(i)/1000)4); Pe(i)=Tq(i)*n(i)/9550;endfor k=1:5 for j=1:4 for i=1:69 Ft(i,j,k)=Tq(i)*ig(j)*i0(k)*yt/r; ua(i,j,k)=0.377*r*n(i)/(ig(j)*i0(k); Fz(i,j,k)=m*g*f+CDA*(ua(i,j,k)2)/21.15; Pz(i,j,k)=(m*g*f*ua(i,j,k)/3600+CDA*ua(i,j,k)3/76140)/yt; deta(i,j,k)=1+Iw/(m*r2)+If*ig(j)2*i0(k)2*yt/(m*r2); a(i,j,k)=(Ft(i,j,k)-Fz(i,j,k)/(deta(i,j,k)*m); ad(i,j,k)=1/a(i,j,k); end endend%求汽车原地起步加速行驶至70km/h的加速时间for k=1:5 for i=1:69 A1=ua(i,2,k)-ua(69,1,k); if (A10) j1=i; end A2=ua(i,3,k)-ua(69,2,k); if (A20) j2=i; end A3=ua(i,4,k)-ua(69,3,k); if(A30) j3=i; end if (ua(i,4,k)【从燃油经济性动力性曲线可以看出：i0值较大时，加速时间较短，动力性较好，但百公里油耗较大，燃油经济性下降；i0较小时，加速时间延长，动力性变差，但燃油经济性较好。从图中还可以看出，在题中已知的五个主减速器传动比中选用5.43或5.83可以兼顾汽车的动力性和燃油经济性。】P275 T4.3一中型货车装有前、后制动器分开的双管路制动系，其有关参数如下：1） 计算并绘制利用附着系数曲线与制动效率曲线，并说明该车的制动系统是否满足法规要求；2） 求行驶车速ua30km/h, 在=0.80路面上车轮不抱死的制动距离。计算时取制动系反应时间1=0.02s,制动减速减速度上升时间20.02s；3） 求制动系前部管路损坏时汽车的制动距离，制动系后部管路损坏时汽车的制动距离。载荷质量m/kg质心高hg/m轴距L/m质心至前轴距离a/m制动力分配系数空载40800.8453.9502.1000.38满载92901.1703.9502.9500.381）2）用matlab解题程序如下： %已知条件m1=4080;Hg1=0.845;L=3.950;a1=2.100;B=0.38;m2=9290;Hg2=1.170;a2=2.959;%绘制利用附着系数曲线z=0:0.01:1.00;for i=1:101 Fir1(i)=(1-B)*z(i)*L/(a1-z(i)*Hg1); Fir2(i)=(1-B)*z(i)*L/(a2-z(i)*Hg2); Fif1(i)=B*z(i)*L/(L-a1+z(i)*Hg1); Fif2(i)=B*z(i)*L/(L-a2+z(i)*Hg2);Fi(i)=z(i);FiE(i)=(z(i)+0.07)/0.85;endplot(z,Fir1,z,Fir2,z,Fif1,z,Fif2,z,Fi,z,FiE);title(利用附着系数曲线与制动强度的关系曲线);xlabel(制动强度z/g);ylabel(利用附着系数);text(0.7,1.45,r(空车);text(0.7,1.05,r(满载);text(0.9,1.0,=z);text(0.85,0.75,f(满载);text(0.85,0.4,f(空车); m1=4080;Hg1=0.845;L=3.950;a1=2.100;B=0.38;g=9.8;%已知条件m2=9290;Hg2=1.170;a2=2.959;t1=0.02;t2=0.02;ua=30;Fi=0:0.01:1.00;%Fi=for i=1:101 Ef1(i)=100*(L-a1)/(B*L-Fi(i)*Hg1); Ef2(i)=100*(L-a2)/(B*L-Fi(i)*Hg2); Er1(i)=100*a1/(1-B)*L+Fi(i)*Hg1); Er2(i)=100*a2/(1-B)*L+Fi(i)*Hg2);endplot(Fi,Ef2,Fi,Er1,Fi,Er2);axis(0 1 0 100)%绘制制动效率曲线title(前、后制动效率曲线);xlabel(附着系数);ylabel(制动效率（）);text(0.45,95,满载);text(0.3,90,Ef);text(0.7,95,Er);text(0.6,73,Er);text(0.6,68,空载);%=0.8时的最大制动减速度。后轮不抱死时，汽车最多可供利用的附着力为对应的制动效%率Er1（81）乘以gab=Er1(81)*0.8*g/100;s=(t1+t2/2)*ua/3.6+ua2/(25.92*ab) %计算在0.8路面上车轮不抱死的制动距离（m）s = 6.84064） 当制动系前部管路损坏，即0时：用matlab计算程序如下：m1=4080;Hg1=0.845;L=3.950;a1=2.100;B=0;g=9.8;m2=9290;Hg2=1.170;a2=2.959;t1=0.02;t2=0.02;ua=30; Fi=0:0.01:1.00;for i=1:101 Er1(i)=100*a1/(1-B)*L+Fi(i)*Hg1); Er2(i)=100*a2/(1-B)*L+Fi(i)*Hg2);endplot(Fi,Er1,Fi,Er2);axis(0 1 0 100)ab1=Er1(81)*0.8*g/100;ab2=Er2(81)*0.8*g/100;s1=(t1+t2/2)*ua/3.6+ua2/(25.92*ab1)s2=(t1+t2/2)*ua/3.6+ua2/(25.92*ab2)s1 = 10.0061s2 = 7.5631即空载制动距离为s110.0061m；满载时制动距离为s27.5631m当制动系后部管路损坏，即1时：用matlab计算程序如下： m1=4080;Hg1=0.845;L=3.950;a1=2.100;B=1;g=9.8; m2=9290;Hg2=1.170;a2=2.959;t1=0.02;t2=0.02;ua=30;Fi=0:0.01:1.00;for i=1:101 Ef1(i)=100*(L-a1)/(B*L-Fi(i)*Hg1); Ef2(i)=100*(L-a2)/(B*L-Fi(i)*Hg2);endplot(Fi,Ef1,Fi,Ef2);axis(0 1 0 100)ab1=Ef1(81)*0.8*g/100;ab2=Ef2(81)*0.8*g/100;s1=(t1+t2/2)*ua/3.6+ua2/(25.92*ab1)s2=(t1+t2/2)*ua/3.6+ua2/(25.92*ab2)s1 = 8.0879s2 = 13.7198即空载时制动距离为s18.0879m；满载时制动距离为s213.7198m。P276 T5.11二自由度轿车模型的有关参数如下：总质量m1818.2kg；绕Oz轴转动惯量Iz3885kg.m2;轴距L=3.048m；质心至前轴距离a=1.463m；质心至后轴距离b=1.585m；前轮总侧偏刚度k1=-62618N/rad；后轮侧偏刚度k2=-110185N/rad；转向系总传动比i=20；试求：1） 稳定因数K，特征车速uch；2） 稳定横摆角速度增益曲线r/）sua、车速u22.35m/s时的转向灵敏度r/sw。3） 静态储备系数S.M.，侧向加速度为0.4g是的前、后轮侧偏角绝对值之差1-2与转弯半径的比值R/R0（R015m）。4） 车速u30.56m/s时，瞬态响应的横摆角速度波动的固有频率0、阻尼比、反应时间与峰值反应时间。用matlab解题程序如下：1） m=1818.2;Iz=3885;L=3.048;a=1.463;b=1.585;k1=-62618;k2=-110185;i=20;g=9.806;ay=0.4*g;u4=30.56;K=m*(a/k2-b/k1)/L2if(K0) uch=sqrt(1/K)endif(K【求得：1）稳定性因数K0.0024s2/m2；特征车速uch20.6053m/s;2)稳态横摆角速度增益曲线如下图所示，车速u22.35m/s时的转向灵敏度r/s3.3683；3）静态储备系数S.M.0.1576；加速度为0.4g时前后轮侧偏角绝对值之差1-20.0282。；转弯半径的比值曲线R/R0曲线如下图所示；4）车