汽车理论课程设计

1、作者: 日期:汽车理论设计报告汽车动力性、经济性的计算机模拟? 学号2 0 152 805 0 3 7姓名张少波学院交通学院班级车辆本15 0 1班2017年12 月18日?目 录1汽车驱动力图？11. 1汽车驱动力图简介?1.2.1. 2汽车驱动力图 2汽车驱动力一行驶阻力平衡图2. 1汽车驱动力-行驶阻力平衡图简介.22.1.1滚动阻力？32. 1 .2空气阻力.3.2. 2汽车驱动力-行驶阻力平衡图?33汽车爬坡度图?33. 1汽车爬坡度图简介？33. 2汽车爬坡度图4.4汽车加速度图?4. 1汽车加速度图简介£4. 2汽车加速度图,5.5汽车动力特性图5.1汽车动力特性图简介

2、5. 2汽车动力特性图6.6汽车功率平衡图6.6.1汽车功率平衡图简介7.6 .2汽车功率平衡图7汽车百公里油耗图?77.1汽车百公里油耗图简介？7 7 .2汽车百公里油耗图?8错误!未定义书签。错误!未定义书签。?8汽车动力性、经济性的计算机模拟张少波(交通学院，车辆工程，1 5 01班，2 01 5 2805037)摘要:通过MAT LAB计算机软件进行汽车动力性、经济性的计算机模拟模拟得出汽车的各种特性曲线。包括：驱动力图，驱动力-行驶阻力平衡图，爬坡度图，加速度图，动力特性图，功率平衡图，百公里油耗图。同时对汽车特性曲线的计算公式加以统计汇总学习。关键词：驱动力图，驱动力-行驶阻力平衡

3、图，爬坡度图，加速度图，动力特性图，功率平衡图，百公里油耗图，汽车特性曲线的计算公式1汽车驱动力图驱动力是由发动机的转矩经传动系统传至驱动轮上得到的。的转矩，经传动系传至驱动轮上。此时作用于驱动轮上的转矩T的圆周力F 0,地面对驱动轮的反作用力Ft(方向与Fo相反)既是驱动汽车的外力， 此外力称为汽车的驱动力。其数值为TtrFt汽车发动机产生t产生一对地面1.1汽车驱动力图简介(1.1)式中,Tt为作用于驱动轮上的转矩；r为车轮半径。作用于驱动轮上的转矩Tt是由发动机产生的转矩经传动系传至车轮上的。 若令Ttq表示发动机转矩，i g表示变速器的传动比，i 0表示主减速器的传动比，T 表示传动系

4、的机械效率，则有Tt Ttqigi0 T(1. 2)轮边减速器、液力传动等装置的汽车，上式应计入相应的对于装有分动器、 传动比和机械效率。因此驱动力为TtTtqigio T(1. 3)汽油发动机使用外特性的Tq-n曲线的拟合公式为Tq 19.13 259.27(亠)165.44(-)2 40.874(1000 1000 1000)3 3.8445(且)41000 (1.4 )一般用根据发动机外特性确定的驱动力与车速之间的函数关系曲线Ft-U a来全面表示汽车的驱动力，称为汽车的驱动力图。设计中的汽车有了发动机的外特性曲线、传动系的传动比、传动效率、车轮半径等参数后，即可用式 （1. 1）求出各

5、个档位的Ft值，再根据发动机转速与汽车行驶速度之间转换关系求出Ua,即可求得各个档位的Ft于Ua曲线。发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为ua 0.377竺ig io（1.5 ）式中，U a为汽车行驶速度（k m/h） ;n为发动机转速（r /min） ; r为车轮半径（m）;i g为变速器传动比；i 0为主减速器传动比。另：实际行驶中，发动机常在节气门部分开启下工作，相应的驱动力要比它小。1.2汽车驱动力图其车辆基本参数见附录1,其Mat 1 ab程序见附录2。2汽车驱动力-行驶阻力平衡图2.1汽车驱动力-行驶阻力平衡图简介附图：汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自

6、空气的 空气阻力。滚动阻力以符号F f表示,空气阻力以符号Fw表示。当汽车在坡道上上 坡行驶时,还必须克服重力沿坡道的分力，称为坡道阻力，以符号F表示。汽车加速行驶时还需要克服加速阻力，以符号F J表示。因此，汽车行驶的总阻力为F Ff Fw Fi Fj(2.1)在汽车驱动力图上把汽车行驶中经常遇到的滚动阻力和空气阻力一并画 出，做出汽车驱动力一行驶阻力平衡图。2.1.1滚动阻力滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负载之乘积。即Ff Wf(2. 2)其中滚动阻力系数由试验确定。滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及 轮胎的构造、材料、气压等有关。这里选取滚动阻力系数为良好的沥青或混凝土 路面滚动阻力

7、系数。(详见附录1)。2.1.2 空气阻力汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。此处讨论无风条件下汽车的运动，空气阻力计算公式为Cd AUaF w21.15(2.3)式中,A为迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积(m) ;Cd为空气阻力系数; ua?为车速，km/h。(详见附录1)。2.2汽车驱动力-行驶阻力平衡图其车辆基本参数见附录1,其Matla b程序见附录3。0汽乖驱动力紆联阻力卩衡ra100 DO30DOaooo7000SGOO4Q0Oaooo200010003040 so 60708090100>50000 10 20汽车爬坡度图3.1汽车爬坡度图简介汽

8、车的上坡能力是用满载(或某一载质量)时汽车在良好路面上的最大爬坡 max表示的。另外1 . a.代表了汽车的极限爬坡能力，它应比实际行驶中遇到度i的道路最大坡度超出很多，这是因为应考虑到在实际坡道行驶时，在坡道上停车 后顺利起步加速、克服松软坡道路面的大阻力、克服坡道上崎岖不平路面的局部 大阻力等要求的缘故。也可以理解汽车的爬坡能力，指汽车在良好路面上克服Ff+Fw后的余力全部 用来(即等速)克服坡度阻力时能爬上的坡度。因此(3.1 )一般汽车最大爬坡度达 爬坡能力时，应采用Gs iG sin(3. 2)30%左右,因此利用汽车行驶方程式确定1档及低档n a作为坡道阻力，即上式应为Ttqioi

9、g T上CDAUa(Geos f )r21.15.Ft (Ff Fw)ares inGF i= F t-(F f +Fw )(3 .3)根据驱动力-行驶阻力图求出汽车能爬上之坡道角，相应地根据tan a=i可求出坡度值。3.2汽车爬坡度图其车辆基本参数见附录1,其Matla b程序见附录4。4汽车加速度图4.1汽车加速度图简介汽车的加速能力可用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价。而汽车加速行驶时，需克服的其质量加速运动时的惯性力，就是加速阻力Fj。汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。为了简易计算旋转质量 ，常用系 数S作为计算计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车旋转质量换算系数。 S主

10、要与飞 轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关。其公式如下：(4.1)1丄m r2.221 1 fl gio T2m r式中,1 W为车轮的转动惯量(k gm2);I f为飞轮的转动惯量(k g m 为主传动比;i g为变速器的速比。汽车加速时其驱动力需全力加速，即坡道阻力为0。4.2汽车加速度图21.5 5000 5汽旺的行驶删速业曲纱10203040506070 so 90100曲(knVh'T)其车辆基本参数见附录1,其Mat 1 ab程序见附录5。汽车动力特性图5.1汽车动力特性图简介用动力特性图来分析汽车动力性。FtFf将汽车行驶方程两边除以汽车重力并整理如下：F

11、w Fjdu dt1)Ft-FwG(5. 2)FwDdu(5.3)汽车在各档下的动力因数与车速的关系曲线称为动力特性图。5.2汽车动力特性图其车辆基本参数见附录1,其Matl a b程序见附录6。6汽车功率平衡图6.1汽车功率平衡图简介在汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终 等于机械传动损失功率与全部运动阻力多消耗的功率。汽车运动阻力所消耗的功率有滚动阻力功率 功率Pi及加速阻力功率Pj。将汽车行驶方程式两边乘以行驶车速 Ua ,衡方程式(式中功率单位为kW正文部分用宋体小四号Pf、空气阻力功率Pw坡度阻力并经单位换算整理出汽车功率平,如下mua du1 /GfUaGiUa Cd Au3(

12、6.1 )将汽车经常遇到的阻力功率 (P + Pw)o发动机功率对车速的曲线绘制。得到汽车功率平衡图。6.2汽车功率平衡图其车辆基本参数见附录1,其Mat I a b程序见附录7。7汽车百公里油耗图7.1汽车百公里油耗图简介1,等速行驶工况燃油消耗量的计算。在n,发错误!未定义书签。根据参考文献万有特性图上有等燃油消耗率曲线。根据曲线可以确定发动机在一定转速 出一定功率P e时的燃油消耗率bob1BoBR B2Pe2BsPe3B4Pe4(7 .1)(7 .2)3)7.2Peb1 .02 u a g汽车百公里油耗图其车辆基本参数见附录11217Mat lab程序见附录&504540353

13、0卫52015105SO 9010001020304060 so 70Ua/(knVih)昴创次高样尊速a S里汕耗曲线(左 005 话 匚0错误!未定义书签。1余志生.汽车理论M.北京：机械工业出版社，2009. 3.错误!未定义书签。附录14 0 OOr/mi n ,0. 3 67m，传动系车辆基本参数为发动机最低转速 600 r / m in ,最高转速 装载质量2 000kg ,整车整备质量 1800 kg ,车轮半径 效率0.85 ,滚动阻力系数0 . 013 ,空气阻力系数与迎风面积之积为 2 . 77m2 ,主减速器传动比5.83，飞轮转动惯量0 .218kg m 2 ,前轮总转

14、动惯量为1.798kg m2，后轮总的转动惯量为3 . 5 98k g m2,轴距为3.2 m质心至前轴距离1.947m ,质心高0 .9m ,四挡变速器的变速比分别为6. 0 93 .071 , 1 o附录2c lose aln =丨 in spac e(600,4 0 0 0,10 0 ) ; %设定转速范围(1 in s pace(x1,x2,N)范围内选取N个点，均分。)ua 1 = 0.377* 0.3 6 7*n/(5.83*6 . 09) ; %公式计算各档车速范围在X 1x2ua2=0. 3 77*0 . 367*n/(5ua3= 0 . 3 77*0 . 3 6 7 *n/(

15、5.8 3 * 3 .09);.83*1.71);ua4=0 . 3 77*0.367 *n/(5.83*9 . 2 7 *(n/1000T tq = (-19 .13 + 2 50 0 ).A3 -3.81 );n /10004 45*)-165.44*(n/10 0 0 ).人 2+40.87 4* (n/ 1 0%? Ttq- n曲线拟合公式x 1 =6.09 ；x 2 = 3 .09;x3=1.71 ;x4= 1;F t1=x1*T t qFt4 = x4* Tt q * pl ot (ua1,F t 1,' 动力-行驶阻力平衡图5 .8 3*0.85/5 .8 3*0.85.

16、83*0 .8-5 .83*0.8*0*/5*gFt2=x 2* TtqFt 3 = X 3*Ttq.367;0.3%公式计算各档对应转速下的驱动力67 ;/0 .367 ;5/ 0. 367;,ua2,Ft2,'r', u a3,Ft 3, " y' , u a4 , Ft 4 , " b' ) ; %汽车驱xl a be 1 ( 'ua / (km/h) y label( / F / N')；/)；%汽车驱动力一行驶阻力平衡图le g end( '1', " 2' , '3'

17、;grid on ；t itle('汽车驱动力图/,'4'););附录3c 1 0 se all%设定转速范围5 . 8 3 * 6.09); %公式计算各档车速范围8 3 * 3 . 0 9);3 *1 . 71);* 1);T t q=(- 1 9. 1 3 + 2 5 9.27*(n/ 1000)-1 65.44*( n /1 0 0 0 ).人2+40. 8 7 4*(n/1000).人 3 - 3 .844 5 *(n/1 00 0 ).人4); %? T t q-n 曲线拟合公式x1=6.09;n =linspac e(600,403 6 7 * n/(6

18、7*n/(5.3 6 7*n/(5.8ua1=0 . 377*0 .ua2=0.37 7*0.3ua3=0 . 377*0 .ua4 = 0.377*0.367x2=3.09;0 0);* n/(5 .831 65.44*(x 3 =1.71 ;x4=1;Ft1 = x1* T tq*5.83*0.8 5/0.367; %公式计算各档对应转速下的驱动力F t 2=x2*Ttq*5.8 3*0 . 85/ 0 .367 ;Ft 3= x3 * Ttq *5. 83* 0 .85/0.367;F t 4 =x 4 *Ttq*5.83* 0. 8 5/0 .367 ;F1=3800*9 .8*0.0

19、13+ ( 2 . 77/2 1. 1 5)* u a1.A2;%公式计算各档对应的各个车速下的行驶阻力F 2 = 3 80 0 *9.8*0.013+(2 .77/2 1. 15 )*ua 2.A2;F 3=3800*9 .8* 0.013+(2.77/21.15j) *ua3 .A 2 ;F 4 = 3800* 9 .8*0.013+(2.77/21 .15)*ua4 .A2;plot(ua1,Ft 1, 'g',ua2, F t2,'b' ,u a 3,Ft 3 ,'y ' ,ua4,Ft4,'m' ,ua1, F1, &#

20、39;r / ,ua2,F 2 , 'r',u a3,F 3 ,'r' ,u a 4,F4, 'r');%汽车驱动力-行驶阻力平衡图X lyilegg rtitla bel( 'ua/(k m /h) ，) ; %汽车驱动力-行驶阻力平衡图 a be l CF / N');e n d ( '1', ' 2/ ,3, '4，,'行驶阻力，);i d on ;e ('汽车驱动力-行驶阻力平衡图');附录4cl o s e a 1 l ;n=600:10:400 0;T q =-1

21、9.13 + 2 5 9. 2 7 * (n/10 0 0)-1 65.44 * ( n/1(n/1000)人3-3844 5 *(n/1 0 0 0).人 4;0 00)人2+ 4 0 .874*m=3800; g =9.8;n m in = 6 0 0 ;nmaX =4 0 0 0;G=m*g;1 .711 :;ig= :6. 0 9 3.09nT = 0 . 8 5; %专动系效率r=0.3 67; %车轮半径f =0.013;%滚动阻力系数C DA= 2. 7 7; %空气阻力系数与迎风面积之积i 0 =5.83;%主减速器传动比L= 3 .2; %轴距a=1.947;%质心至前轴距离

22、hg=0.9;%质心高If =0.218; %飞轮转动惯量Iw1=1.7 98; %前轮总转动惯量Iw2=3.598;%后轮总转动惯量F t1 = Tq* i g( 1 )*i0*Ft2 =Tq *i g( 2 )*i0*Ft3=Tq*ig (3) *i0* nT/Ft 4 = T q*ig (4) *i ua 1= 0 . 3 77*r*n/ig( u a2 = 0.3 7 7*r*n/in T/r;nT /r;0*n T/r；1 )/ i 0 ； g (2 ) /i 0 ;u a 3= 0.3 77 * r*n/ig(3) /i 0 ;ua 4 =0. 3 77*r*n/ig(4)/i0;

23、F w 1= CD A*ua1 .人2/2 1 .1 5 ;Fw 2= CD A*ua2.A2/21 .15 ;Fw3= CD A*ua3.A2/21 .15;F w4= C D A* u a 4.人 2/21 .15;Ff=G*f ;i 1= asin( ( F t1 -Ff-Fw 1 )/G);i2 = a si n( (F t2-F f-Fw 2 )/G )i3 = a s i n (Ft3-Ff-F w3) /G );i4=a s i n (Ft4-Ff-Fw4) /G );p lot(ua 1,i1,ua2,i2 ,ua3, i 3ti tl e（'汽车的爬坡度图）；xlab

24、 e l( 'ua/(km*hA-1 )');yl a b e l( 'i/%');l e ge nd( ' 1' , " 2' ,3,4);gr i d 0 n;附录5cl 0 se all ;n= 6 00:10 :4000;Tq=-19.13+2 59.27* (n/1000)人 3-3.84 45 * (n/10 0 0 ).人4;m= 3880 ; g =9 . 8 ;nmi n =600;nmax=400 0;G=m*g;i g=6.0 9 3.091.711.0 0 ,u a4 , i4);165. 4 4 *(

25、n/1000).A2 + 4 0.874*(n/100 0 ).nT= 0 .85;r=0f = 0 .0 1 3;.367;C DA =2 . 7 7;i0=5.8 3;L = 3.2;a=1.947 ； h g=0.9;I f =0.218;lw1 = 1. 7 9 8 ;I w 2=3. 5 9 8 ;Ft 1=T q *F t 2 = T q*F t3= T q*iFt4 =Tq*iig(1 ) ig g(*i 0*nT/r;(2) *i 0 *nT/r3 )* i 0* n T/r;(4)*i0* nT / r;ua1=0.37 7*r*nua 2=0.377*r/i g(1)/ i

26、 0； * n/ig( 2) /i0;u a 3=0.37 7*ru a4=0.377*r* n/ig (3)* n/ig(4)/i0;/i 0 ；Fw1 =C DA*u a”2/ 2 1 .15；F w2=CDA * ua2 .人 2/ 2 1.F w 3= C DA*ua3.A 2 /2 1 .15;Fw4=CDA*u a 4.人2/21. 15;F f = G*f;de t a1=1 + (Iw1+ I转质量换算系数w2)/(m* rA2)+(I f*i g ( 1 )A 2 *i0A2 *nT)/ (m*r2);%气车旋d eta2 = 1+(Iw1deta3 =1 + (Iw1+Iw

27、d e ta4= 1 +(Iw1 +I w2) / (m a1=(Ft1-Fa 2=( F t2-+ lw2)/(2) /(mm* r* r2)+(* r2 )f Fw1) / (d et a 1* m)； F f-Fw2)/( d e t a2* m);)+(I f *ig (2 )A2*i0I f*ig (3)人 2 * i0(If * ig(4 ) A2*i0 人* n T )/(m*A 2 );T) / (m*rA2);2*nT)/(m*人2);人2 *na3= (Ft3-F a4 = (Ft 4 - p lotxl a bel( / ua/(km*hA-1) y la bel (&#

28、39; a /(m legend('1', '2grid on ；f Fw3) /( d eta 3 *m);Ff - F w4 )/(de t a 4 *m)；(ua1,a1 , ua 2 ,a 2 ,ua 3, a3,ua4,a4)；t itle (/汽车的行驶加速度曲线)；/)；人-2)');,'4/);附录6c los e alln =l i nspace(600,40 0 0 ) ； %设定转速范围u a 1=0.377 *0 . 36 7u a2=0.37 7*0.367*n/(5.83 * 6 .0 9 ) ; %公式计算各档车速范围n /

29、 ( 5.83*3.0 9);ua3=0.3 7 7*0.367*n/(5.83 *1.7 1);ua4=0.377*0.3 67* n/ ( 5.8 3 * 1.00);Ttq=(-19.13+259.2 7 * ( n / 1 000) 1 6 5. 4 4*(n/1000).00 ) .A3-3.84 45*(n/1 0 00).人 4 ); %Ttq n 曲线拟合公式m= 3 800;g= 9.8 ;G= m*g;人 2+4 0. 874*( n /1 0x1=6.69 ;x2=3.09;x 3 = 1. 7 1；X 4=1 ;Ft1=x1*Ttq*5.83F t2 = x2* Ttq

30、 * 5.8 Ft3=x3*T t q* 5. 83* 0F t 4=x4*Ttq*5 .83*0.F1 = (2.7 7/2 1 . 15F 2 =(2.77/21 .15)*F3 =(2.77 /21.15)*F 4 = ( 2.77/21. 15)D1= (Ft 1 - F 1)/G ；2 -F 2 )/G ；D 2=(F t* 0.85 / 0.367;%公式计算各档对应转速下的驱动力3 * 0 .8 5 /0.367;.85 / 0. 3 67;8 5 / 0.367;)*u a1.A 2 ; %公式计算各档对应的各个车速下的空气阻力u a2.A2;u a 3 .人2;*u a4.2

31、;D3= (F tD 4 =(Ft3 pl o t( u2-F2 ) /G;F3)/G;a1 , D 1,ua2, D 2 , u a 3, D 3 , u a 4 , D 4);t i t le( xlabel( y 1 ab e lege nd grid'汽车的动力特性图')；'ua/1 ('('1'on ；附录7a 11closen =li nsp ace(ua1= 0 . 3 7ua 2= 0.3(k m*h 人-1 )'D/ );,'2 ' , '3', '4'6 00 , 400

32、0 );7 *0 . 3 6 7*n/(5.77* 0 .367* n /)；%设定转速范围?8 3* 6 .09(5.83*3.09);%公式计算各档车速范围 ？);3 *1.7ua 3 = 0 .377*0.367*n/(5.80 .367* n / (5.8 3*3 +25 9. 2 7 *(n/1000)-ua4=0.37 7*0);1 65.44*(0).A3-3.84x1 =6 .09;x2= 3.0 9 ；x3= 1.71 ;x4=1;Tt q =(-19.14 5*(n/ 1000).人4) ; %?Ttq-n/ 1 000).人2+ 4 0. 874*( n / 10 0n

33、?曲线拟合公式？Ft1 = x1*Ttq*5.83*F t 2 =x2*T t q * 5 .0 .8 5 /0.3683*0.85/0.367 ; %公式计算各档对应转速下的驱动力7 ;Ft3=x3*TtF t4=x4*T*0.85/0 .383*0.85/0.36F1=38 0 0的行驶阻力q *5.83t q*5 .*9 . 8 * 0 . 0 13+(2.77/26 7;7 ;1. 1 5 )*u a 1.人2;%公式计算各档对应的各个车速下F 2= 3 800*9.8*0.013+(2.7 7 / 21.15)* ua2 .人2;F 3 = 3 80 0 *9.8*0.F4=3800

34、*9.8*00 1 3 + (2. 7 7/21.15)* u5) * ua 4.Aa 3.人 2;P e 1 = Ft1 . * ua1P e 2=Ft2.*ua2 .P e3 =F t 3.*ua3./Pe 4=Ft413 + (2.77/21.1/(3600 *0.85);(3 6 00 * 0.85 );(360 0 *0.85);2 ;%计算各档对应转速下的功率.*u a 4 ./(3600* 0. 8 5);P1=F1.* u a 1 ./(36 00*0 . 8 5); %计算各档对应的各个车速下的行驶阻力功率?P 2= F2 .* u a2. /( 3 6 00 * 0. 8

35、5 );P3 = F3 . *u a3./(3600*0 . 8 5);P 4 = F 4 . * ua 4 . / ( 3600*0.8 5);pl o t( u a 1 ,Pe1 , 'b' ,ua 2 ,Pe 2 , 'y , u a3, Pe 3, ' m1 , 'r',ua 2 ,P2, 'r', ua 3xlabel (' ua /(k m/ h)') yl a bel (/ P/ k W );grido n;1e g en d ('12' ,3ti tle('汽车功率平衡图/);ua 4,Pe 4, 'y' ,u a 1,P,P3, 'r / ,u