海南大学汽车理论课程设计第一题.docx
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海南大学汽车理论课程设计第一题
汽车理论课程作业(设计)
题目
题目一:
汽车动力性能和经济性能的计算
Title
年级
12级
专业
交通运输
学号
组号
指导教师
张健珍
2015年7月13日
目录
一、解决过程3
(1)绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图3
(2)求汽车最高车速,最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率3
(3)绘制汽车行驶加速度倒数曲线,求加速时间4
(4)汽车功率平衡图9
(5)最高档和次高档的等速百公里油耗曲线9
二、结论10
一、解决过程
(1)绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图
汽车驱动力Ft=
行驶阻力Ff+Fw+Fi+Fj=G•f++G•i+
发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为:
由本题的已知条件,即可求得汽车驱动力和行驶阻力与车速的关系,编程即可得到汽车驱动力与行驶阻力平衡图。
(2)求汽车最高车速,最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率
①由1)得驱动力与行驶阻力平衡图,汽车的最高车速出现在5档时汽车的驱动力曲线与行驶阻力曲线的交点处,Uamax=99.08m/s。
②汽车的爬坡能力,指汽车在良好路面上克服后的余力全部用来(等速)克服坡度阻力时能爬上的坡度,此时,因此有,可得到汽车爬坡度与车速的关系式:
;而汽车最大爬坡度为Ⅰ档时的最大爬坡度。
利用MATLAB计算可得,。
③如是前轮驱动,=;相应的附着率为1.20,不合理,舍去。
如是后轮驱动,=;相应的附着率为0.50。
(3)绘制汽车行驶加速度倒数曲线,求加速时间
求得各档的汽车旋转质量换算系数如下表所示:
汽车旋转质量换算系数
Ⅰ档
Ⅱ档
Ⅲ档
Ⅳ档
Ⅴ档
1.3829
1.1027
1.0429
1.0224
1.0179
利用MATLAB画出汽车的行驶加速度图和汽车的加速度倒数曲线图:
忽略原地起步时的离合器打滑过程,假设在初时刻时,汽车已具有Ⅱ档的最低车速。
由于各档加速度曲线不相交(如图三所示),即各低档位加速行驶至发动机转速达到最到转速时换入高档位;并且忽略换档过程所经历的时间。
结果用MATLAB画出汽车加速时间曲线如图五所示。
如图所示,汽车用Ⅱ档起步加速行驶至70km/h的加速时间约为26.0s。
附录MATLAB程序
公用部分
n=[600:
10:
4000];
Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445.*(n/1000).^4
m=3880;g=9.8;
G=m*g;
yitaT=0.85;r=0.367;f=0.013;CdA=2.77;i0=5.83;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;
L=3.2;a=1.947;hg=0.9;
ig=[5.562.7691.6441.000.793];
Ff=G*f;
Ft1=Tq*ig
(1)*i0*yitaT/r;
Ft2=Tq*ig
(2)*i0*yitaT/r;
Ft3=Tq*ig(3)*i0*yitaT/r;
Ft4=Tq*ig(4)*i0*yitaT/r;
Ft5=Tq*ig(5)*i0*yitaT/r;
ua1=0.377*r*n/ig
(1)/i0;
ua2=0.377*r*n/ig
(2)/i0;
ua3=0.377*r*n/ig(3)/i0;
ua4=0.377*r*n/ig(4)/i0;
ua5=0.377*r*n/ig(5)/i0;
求驱动力-行驶阻力平衡图
ua=[0:
5:
120]
Ff=G*f;
Fw=CdA*ua.^2/21.15;
Fz=Ff+Fw
plot(ua1,Ft1,ua2,Ft2,ua3,Ft3,ua4,Ft4,ua5,Ft5,ua,Fz)
title('驱动力-行驶阻力平衡图')
xlabel('ua-km/h')
ylabel('F-N')
gtext('Ft1'),gtext('Ft2'),gtext('Ft3'),gtext('Ft4'),gtext('Ft5'),gtext('Ff+Fw')
求一挡最大爬坡度
Ftt=Ft1-Fz
imax=tan(asin(max(Ftt/G)));
imax
求行驶加速度曲线、加速度倒数曲线图
deta1=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*(ig
(1))^2*i0^2*yitaT)/(m*r^2);
deta2=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*(ig
(2))^2*i0^2*yitaT)/(m*r^2);
deta3=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*(ig(3))^2*i0^2*yitaT)/(m*r^2);
deta4=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*(ig(4))^2*i0^2*yitaT)/(m*r^2);
deta5=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*(ig(5))^2*i0^2*yitaT)/(m*r^2);
a1=(Ft1-Ff-Fw1)/(deta1*m);inv_a1=1./a1;
a2=(Ft2-Ff-Fw2)/(deta2*m);inv_a2=1./a2;
a3=(Ft3-Ff-Fw3)/(deta3*m);inv_a3=1./a3;
a4=(Ft4-Ff-Fw4)/(deta4*m);inv_a4=1./a4;
a5=(Ft5-Ff-Fw5)/(deta5*m);inv_a5=1./a5
plot(ua1,a1,ua2,a2,ua3,a3,ua4,a4,ua5,a5)
axis([09902.5])
title('汽车的行驶加速度曲线')
xlabel('ua-km/h')
ylabel('a-m/s^2')
plot(ua1,inv_a1,ua2,inv_a2,ua3,inv_a3,ua4,inv_a4,ua5,inv_a5)
axis([099010])
title('汽车的加速度倒数曲线')
gtext('Ⅰ')
gtext('Ⅱ')
gtext('Ⅲ')
gtext('Ⅳ')
gtext('Ⅴ')
求加速时间曲线图
m=3880;g=9.8;
G=m*g;
yitaT=0.85;r=0.367;f=0.013;CdA=2.77;i0=5.83;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;
L=3.2;a=1.947;hg=0.9;
ig=[5.562.7691.6441.000.793];
nmin=600;nmax=4000;
u1=0.377*r*nmin./ig/i0;
u2=0.377*r*nmax./ig/i0;
deta=0*ig;
fori=1:
5
deta(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*(ig(i))^2*i0^2*yitaT)/(m*r^2);
end
deta_u=0.01;
ua=[6:
deta_u:
99];N=length(ua);n=0;Tq=0;Ft=0;inv_a=0*ua;delta=0*ua;
Ff=G*f;
Fw=CdA*ua.^2/21.15;
fori=1:
N
k=i;
ifua(i)<=u2
(2)
n=ua(i)*(ig
(2)*i0/r)/0.377;
Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000)^2+40.874*(n/1000)^3-3.8445*(n/1000)^4;
Ft=Tq*ig
(2)*i0*yitaT/r;
inv_a(i)=(deta
(2)*m)/(Ft-Ff-Fw(i));
delta(i)=deta_u*inv_a(i)/3.6;
elseifua(i)<=u2(3)
n=ua(i)*(ig(3)*i0/r)/0.377;
Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000)^2+40.874*(n/1000)^3-3.8445*(n/1000)^4;
Ft=Tq*ig(3)*i0*yitaT/r;
inv_a(i)=(deta(3)*m)/(Ft-Ff-Fw(i));
delta(i)=deta_u*inv_a(i)/3.6;
elseifua(i)<=u2(4)
n=ua(i)*(ig(4)*i0/r)/0.377;
Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000)^2+40.874*(n/1000)^3-3.8445*(n/1000)^4;
Ft=Tq*ig(4)*i0*yitaT/r;
inv_a(i)=(deta(4)*m)/(Ft-Ff-Fw(i));
delta(i)=deta_u*inv_a(i)/3.6;
else
n=ua(i)*(ig(5)*i0/r)/0.377;
Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000)^2+40.874*(n/1000)^3-3.8445*(n/1000)^4;
Ft=Tq*ig(5)*i0*yitaT/r;
inv_a(i)=(deta(5)*m)/(Ft-Ff-Fw(i));
delta(i)=deta_u*inv_a(i)/3.6;
end
a=delta(1:
k);
t(i)=sum(a);
end
plot(t,ua),grid
axis([0100060])
title('汽车加速时间曲线')
xlabel('t-s')
ylabel('ua-km/h')
(4)汽车功率平衡图
发动机功率在各档下的功率、汽车经常遇到的阻力功率对车速的关系曲线即为汽车功率平衡图,其中:
,
——为发动机转矩(单位为)
编程计算,汽车的功率平衡图为:
(5)最高档和次高档的等速百公里油耗曲线
先确定最高档和次高档的发动机转速的范围,然后利用,求出对应档位的车速。
由于汽车是等速行驶,因此发动机发出的功率应该与汽车受到的阻力功率折合到曲轴上的功率相等,即。
然后根据不同的和,用题中给出的拟合公式求出对应工况的燃油消耗率。
先利用表中的数据,使用插值法,求出每个值所对应的拟合式系数:
。
在这里为了保证曲线的光滑性,使用了三次样条插值。
利用求得的各个车速对应下的功率求出对应的耗油量燃油消耗率。
利用公式:
,即可求出对应的车速的百公里油耗()。
实际绘出的最高档与次高档的等速百公里油耗曲线如下:
从图上可以明显看出,第三档的油耗比在同一车速下,四档的油耗高得多。
这是因为在同一车速等速行驶下,汽车所受到的阻力基本相等,因此基本相等,但是在同一车速下,三档的负荷率要比四档小。
这就导致了四档的油耗较小。
但是上图存在一个问题,就是在两头百公里油耗的变化比较奇怪。
这是由于插值点的范围比节点的范围要来得大,于是在转速超出了数据给出的范围的部分,插值的结果是不可信的。
但是这对处在中部的插值结果影响不大。
而且在完成后面部分的时候发现,其实只需使用到中间的部分即可。
二、结论
通过运用matlab软件通过编程分别求出了题中所给问题,其中得出的数据Uamax=99.08m/s,附着率为0.50,汽车用Ⅱ档起步加速行驶至70km/h的加速时间约为26.0s
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