节能车行驶策略教案及油耗的计算文档格式.docx
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T2
T3
T4
T5
T6
T7
长度(M)
72.9
37.0
347.9
36.6
268.8
177.4
31.5
5.1.2赛道的细分
从表5.1中能够得出,弯道的总长度为:
而又因为官方只给出了赛道的总长和各个弯道的长度,因此要想求出各个直道的长度就必须以赛道总长L减去弯道总长T,如下式计算:
在节能车精确的行驶策略的确定过程中,明白每一段弯道和每一段直道的长度才能给加速和滑行的距离和时刻提供一个差不多的依据,因此还需要计算出各个直线段的长度。
依照示意图,将直线段的部分等比例划分成17个部分,令其表示为k,即:
故:
通过认真观看能够看出,尽管T3段长度为347.9m,然而其中T2段弯道出来后的一段几乎能够近似当作直道,要明白如此一段直道在竞赛中是完全能够用来加速的,假如不能好好利用那么必定会造成赛车驶出T3弯道的时候速度过低甚至于假如不在T3弯道内加速就不能驶出弯道的窘境,这是特不白费燃料的。
因此本设计将T2至T3急弯中间这段弯道也近似当作直道来设计计算,依照比例原则能够得出此段为:
同理在T5至T6段中间也有如此一段能够近似当作直道的一段长度,依照比例原则得出此段:
至此差不多将赛道划分成为T7至T1之间的直道a=10k,T2至T3之间的直道b=2k,T3至T4之间的直道c=4k,T4至T5之间的直道d=2k,T5至T6之间的直道e=0.5k,T6至T7之间的直道f=1k以及弯道T1、T2、T3、T4、T5、T6和T7。
长度及比例见图5.2。
图5.2赛道的细分示意图
5.1.3安全车速的选择
在本节的开头处,本设计大胆假设当赛车在曲率半径较小的弯道过弯时赛车车速应该较低,而在过曲率半径较大的弯道时则能够适当的采取较高的车速。
在询问了历届的本田杯节能赛车的带队老师后,得到了当赛车以时速20km/h入弯时是比较安全的结论,由于本次设计的赛车与本田杯不论从整车质量依旧重量的分布都与节能车特不相似,因此如此的结论是适用与本设计的。
因此由于本设计在前面提出的赛车过曲率半径较大的弯道时能够适当的采取较高的车速的原则,在过T5这种弯道时则能够依照情况适当的提高入弯速度。
由于本文的计算顺序是赛车由a段开始,T7的弯道曲率半径较小,故先假定赛车进入弯道T7时的时速为20km/h。
5.1.4计算原则
在那个章节的设计计算中,由于赛车在过弯的时候其车轮运动方向不垂直其轴线,现在滚动阻力将增加,然而由于赛道的曲率半径是未知的,并不能依据式4.9精确的计算出滚动阻力
,故本设计在计算赛车过弯的滚动阻力时将不考虑车轮的侧偏。
同时由于主办方并未提供赛道的坡度情况,且由于竞赛类型为节能车,大多数的参赛队伍的赛车底盘是比较低的,因此能够较合理的将坡道阻力也假设为零。
5.1.5整体阻力的简化计算
滑动耗能指的是赛车在滑行过程中赛车的各轴承的摩擦耗能和转向装置转向时的能量损耗的总和。
由于这部分的能耗特不复杂且与赛车的安装和调教程度都有关系,因此滑动耗能是不能通过数学上的建模来计算出来。
然而为了使本设计的计算结果尽量的接近于现实情况,这部分又是不得不考虑的,在询问了多届的带队老师之后终于得到了比较可信的数据,即当赛车从35km/h滑行到20km/h能够滑行接近250m,这部分能量的损耗能够当作全部用来平衡滚动阻力和滑动时赛车的内能损耗。
故下面的计算中能够把赛车的滑行时候的滚动阻力和赛车内部的摩擦阻力当作一个合力
来计算,即:
…………………………………………………(5.1)
式中:
—能量损耗,J;
—整车质量,kg;
—赛车初始速度,km/h;
—赛车终止速度,km/h;
—阻力合力,N;
—行驶距离,m;
得出:
得:
5.2T7段行驶策略和油耗确定
由于T7段较短只有31.5m,此段能够采取滑行的行驶策略,现在赛车所受的力为滚动阻力,空气阻力和赛车内部的摩擦阻力,即为上面算出的
。
依照能量守恒,由式5.1得出:
计算得:
由上可得,T7段的行驶策略为驾驶员松开油门让赛车滑行,油耗为0,出弯速度为17.4km/h,也即为赛车进入a段的初始速度。
5.3a段行驶策略和油耗
5.3.1a段行驶策略的分析
由于本次竞赛推举的平均时速为30km/h,在如此的时速下赛车能够在规定时刻内完成竞赛,而赛车在过弯的滑行过程中速度必定是低于那个值的,因此要想在规定的时刻内完成竞赛赛车就必须利用好直道。
换言之确实是在直道上的时速要在30km/h之上,且应该使速度保持在如此的相对高速范围。
依照常识可知,赛车采取速度维持在变动比较小的范围内的情况下相对与速度变化大的情况下是比较省油的。
因此本设计初步将直道的速度范围操纵在30~35km/h,如此比较有利于节约竞赛时刻且较省油。
5.3.2对高速范围的论证分析
前面将高速范围操纵在30~35km/h,低速操纵在20km/h。
然而存的问题确实是假如速度过低,赛车将不能在竞赛规定的23分钟内完成竞赛,这势必将造成无法挽回的损失。
因此对高速范围的论证就显得特不重要。
假设直道采纳高速策略,那么平均速度约为:
因为b原来当作弯道而之前差不多将其算为直道,则直道总长为
弯道总长:
弯道速度安全范围为20~15km/h,故平均速度:
故直道时刻:
弯道时刻:
每圈限制时刻:
比较
的大小:
故得出初步选择的高速范围是不能满足竞赛对时刻的限制的,因此还需将高速范围提高,论证方法与上面类似。
通过几次对比选择,确定了高速的范围为36~42km/h是能够完成竞赛的,且时刻利用的刚刚好,这与第四章中得出的结论在规定时刻内速度越低越省油是吻合的。
计算结果如下:
因此高速范围是合理的。
5.3.3a段刚开始的行驶策略的确定
赛车刚由T7驶出时时速为17.4km/h,速度较低,因此需要踩下油门加速。
本台发动机的最大功率为3.5kw,因此在后面的计算中功率的值都应该低于或者等于3.5kw,否则就不合理。
先假设现在加速度为a1=2.5m/s2,依照力的平衡:
由功率平衡原理可知,节能车行驶过程中,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所消耗的功率。
即:
…………………………………………………………………………(5.2)
—发动机功率,kW;
—赛车时速,m/s2;
—发动机效率。
在赛车加速的过程中,式中的
是有极限的,
是变化的,因此在保持加速度不变的情况下是有与加速度对应的最大稳定速度的。
因此赛车从17.4km/h加速到32km/h的行驶距离为:
从现在开始赛车的加速度将下降,然而当速度达到最大值42km/h,即11.6m/s时加速度的值也是需要计算的,即:
则现在加速度为:
因为那个过程加速度是不断变化的,是一个相对复杂的过程,为了简化那个模型,本设计将这一段路程的加速度近似等于一个定值,也确实是将这一段路程设计为匀变速直线运动,计算过程如下:
两段加速过程的时刻计算如下:
由此能够得出赛车由T7弯道出弯之后到加速到42km/h过程所行驶过的路程:
图5.3是本设计中的发动机外特性曲线图,由图能够得出柴油机在功率达到3.5km时的燃油消耗率b为
图5.3发动机外特性曲线图
然而这是在发动机转速达到3500rpm时的燃油消耗率,在赛车加速的整个过程中转速还没有达到3500rpm,整个过程是特不特不复杂的,为了简化模型将这一段的燃油消耗率b近似等于
,式5.3为燃油消耗量计算公式:
……………………………………………………………………(5.3)
—燃油消耗的质量,g;
—燃油消耗率,
;
—行驶时刻,h;
将上式各个值带入计算得:
故到此能够得出a段刚开始时期的行驶策略为首先缓慢拉动赛车油门拉线,目标是使赛车能在1.6s左右时速达到32km/h,现在油门拉线正好拉到底,赛车此过程中行驶11m。
后持续保持油门拉线最大大约1.3s,当速度大概达到42km/h时,也即行驶了13m左右后松开油门接着滑行,两个时期共消耗柴油1g。
5.3.4a段直线段行驶策略的确定
通过本文之前的论证能够明白要想完成竞赛,高速范围应该保持在36~42km/h,则中间直道的初步行驶策略即为滑行到36km/h后加速到42km/h,后再滑行,如此往复,直到在进入T1弯道之前将速度降到25km/h左右。
则赛车从
滑行到
过程中依照能量守恒,由式5.1得出:
然后赛车开始加速,由式5.2得出:
滑行过程减速度为:
两段过程的时刻计算如下:
L两段行驶
耗油由式5.3得:
故得到,当赛车行驶如此一个过程,即从42km/h滑行到36km/h再从36km/h加速到42km/h,行驶距离154m,时刻14.2s,消耗柴油0.25g。
赛车自T7出弯后共行驶了:
a段共有1075m,现在共驶出的路程只有178m,因此后面的直线路程必定还有几个36~42km/h的过程。
计算如下:
又因为在赛车进入弯道T1时时速应该降低,因此赛车最多只能再行驶5个
,也确实是距离T1还有:
至此能够认为a段直线行驶差不多结束,接下来必定是滑行或者制动以将速度降到安全车速。
至此共消耗柴油:
5.3.5a段行驶策略的对比与优化
在上一小节中本设计计罢了a段直线行驶的行驶策略,然而假如将小节中一开始假设的加速度降低会如何样呢?
当加速度降低,则单位时刻内的油耗会降低,然而要达到所需的速度则加速持续的时刻需要增加,这就使得如此的对比只能通过计算得出结论。
先假设现在加速度为a2=1.8m/s2,依照力的平衡:
由于赛车的最大稳定速度稍大于赛车的最大速度,因此赛车从17.4km/h加速42km/h就能够当作是匀加速运动,行驶距离为:
将上式各个值带入式5.3计算
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