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肖又强课程设计说明书

太原科技大学

TaiyuanUniversityofScienceandTechnology

课程设计说明书

课程名称汽车理论

设计题目汽车动力性

设计人肖又强

时间：

2011年12月19日至2012年01月06日

目　　录

1.设计任务及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

2.车辆参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

2.1车型三．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

2.2车型五．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

3.车型三动力性能计算...................................4　

3.1驱动力-行驶阻力平衡图......................

3.2最高车速Ｕamax.......................　

3.3加速时间t...............................　

3.4汽车加速度倒数图...............................

3.5汽车爬坡度图...............................

3.6汽车动力特性图．...............................

3.7汽车百公里耗油曲线图..................................

3.8综合分析..................................

4.车型五动力性能计算..................................

4.1驱动力-行驶阻力平衡图......................

4.2最高车速Ｕamax.......................　

4.3加速时间t...............................　

4.4汽车加速度倒数图...............................

4.5汽车爬坡度图...............................

4.6汽车动力特性图．...............................

4.7汽车百公里油耗曲线图..................................

4.8综合分析..................................

5.心得体会........................................

6.参考文献......................................

一、交通运输专业课程设计任务书

要求：

本次计算设计以小组为单位进行，每组计算两种车型（大型车、小型车）。

先通过手工计算并绘图（选取5-8个特征点），然后计算机编程实现并绘图，并打印计算说明书和程序。

答辩时应交上查阅资料，计算草稿，设计说明书。

具体设计要求如下：

1.汽车动力性经济性分析计算

通过查阅收集有关资料，计算分析给定型号汽车的动力性能及燃油经济性，并绘出该车型的发动机外特性曲线，驱动力——行驶阻力平衡图，动力特性图，百公里油耗曲线等。

根据计算结果和实际情况，分析该车型发动机参数和底盘性能参数匹配是否合理，并提出修改意见。

2.汽车平均技术速度的分析计算

通过计算给定型号汽车在假设给定路面上行驶的平均技术速度来分析该车型在实际运行中的应用。

3.参数

有的车型参数不完整，请查阅相关资料或用经验公式计算选取，并经手动计算分析后修正获得。

4.说明书

全班统一设计格式（封面、目录、版式。

具体参照毕业设计说明书格式—见校园网）；

说明书内容包括：

任务书、目录、各车型参数分析、计算、图表、结论、设计体会等。

车型三：

东风EQ1090E载货汽车

一、发动机EQ6100-1（附表一）

　　Nmax=99kw（相应转速3000r/min）

　　Mmax=353N.m（相应转速1400r/min）

二、整车参数：

1.尺寸参数：

全长L=6910mm，全宽B=2470mm，全高H=2455mm，轴距L1=3950mm,前轮距B1=1810mm，后轮距B2=1800mm.

2.重量参数（附表二）

3.性能参数：

变速箱传动比i1=7.31,i2=4.31,i3=2.45,i4=1.54,i5=1,i倒=7.66。

主减速器比io=6.33。

车轮：

9.00-20。

三、使用数据：

滚动阻力系数f=0.03；

道路阻力系数：

强度计算用Φ=1

性能计算用Φ=0.8

空气阻力系数：

Cd=0.8；

迎风面积：

A=0.78X宽X高；

传动系效率：

η=0.9

表一：

发动机参数

转速n

（r/min）

1000

1200

1300

1400

1600

1800

2000

2400

2800

3000

耗油率b（g/（kw.h））

315.50

312.79

309.12

307.90

307.51

306

306.34

310.65

320.34

328.53

表二：

重量参数

空载

满载

车重（kg）

4250

9445

前桥（kg）

1930

2360

后桥（kg）

2150

6930

车型五：

BJ122轻型载货汽车

一、发动机475Q（附表一）

　　Nmax=66马力（相应转速4500r/min）

　　Mmax=11Kg.m（相应转速3000r/min）

二、整车参数：

1.尺寸参数：

全长L=4425mm，全宽B=1695mm，全高H=1795mm，轴距L1=2400mm,前轮距B1=1440mm，后轮距B2=1260mm.

2.重量参数（附表二）

3.性能参数：

变速箱传动比i1=5.03,i2=2.73,i3=1.60,i4=1,i倒=5.46。

主减速器比io=4.625。

车轮：

175R12子午线轻卡轮胎，滚动半径261mm。

三、使用数据：

滚动阻力系数f=0.0165（v<50km/h）；f=0.0165X[1+0.01X（v-50）]（v>50km/h）；

道路阻力系数：

强度计算用Φ=1；性能计算用Φ=0.8；

空气阻力系数：

Cd=0.05公斤.秒²/（米²）²；

迎风面积：

A=0.77X宽X高；

最大速度：

Vmax=90km/h；

最大爬坡度：

28%；

传动系效率：

η=0.9

表一：

发动机参数

转速n

（r/min）

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

耗油率b（g/（kw.h））

272

268

258

252

256

266

270

275

表二：

重量参数

空载

满载

车重（kg）

1250

2445

前桥（kg）

763

1091.5

后桥（kg）

487

1353.5

三、车型三动力性能计算

3.1驱动力——行驶阻力平衡图

1）取发动机参数如下：

转速n

（r/min）

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2400

2800

3000

耗油率b（g/（kw.h））

315.5

312.79

307.9

307.51

306

306.34

310.65

320.34

328.53

2）汽车的驱动力（单位为N）为：

Ft=

ηt（3.1）

其中车速

（km/h）与发动机转速n（r/min）之间的关系为

=0.377

（3.3）

代入数据解得：

序号

一档

二档

三档

Ft

Ft

Ft

1

4.26

28754.93

6.96

16954.0

12.24

9637.43

2

4.93

29002.82

8.35

17100.16

14.69

9720.51

3

5.74

29168.07

9.74

17197.59

17.14

9775.89

4

6.56

28928.45

11.13

17056.31

19.58

9695.58

5

7.38

28771.46

12.52

16963.74

22.03

9642.96

6

8.21

28531.83

13.92

16822.46

24.48

9562.65

7

9.846

27788.17

16.7

16384.00

29.38

9313.41

8

11.49

26730.52

19.48

15857.84

34.27

8958.93

9

12.31

26040.56

20.87

15353.60

36.72

8727.69

序号

四档

五档

Ft

Ft

1

19.47

6057.81

29.99

3933.64

2

23.37

6110.03

35.99

3967.55

3

27.26

6144.85

41.98

3990.16

4

31.16

6094.37

47.98

3957.38

5

35.05

6061.29

53.98

3935.90

6

38.95

6010.81

59.99

3903.12

7

46.74

5854.14

71.97

3801.39

8

54.53

5631.33

83.97

3656.71

9

58.42

5485.97

89.97

3562.32

3）汽车在良好路面上行驶时经常遇到的滚动阻力

和空气阻力

为

+

=Gf+

（3.4）

其中G=92900，f=0.03，Cd=0.8，A=4.7298

10

30

50

70

90

+

2810

2994

3362

3914

4650

4）代入以上数据用计算机绘制驱动力-行驶阻力平衡图如图3.1.a所示。

ig=[7.314.312.451.541];

>>fori=1:

5

n=600:

10:

3000;

t=314.7799+55.6405.*n./1000-23.4432.*（n./1000）.^2+1.6852.*（n./1000）.^3;

ua=0.377*0.504.*n./ig（i）./6.33;

ft=t.*ig（i）.*6.33*0.9./0.504;

str=['r','m','b','c','y'];

plot（ua,ft,str（i））;

gridon

holdon;

end

>>ua=0:

1:

100;

f=2787+0.23.*ua.^2;

plot（ua,f,'g-'）

>>xlabel（'速度（Km/h）'）,ylabel（'驱动力（N/m）'）

title（'驱动力——行驶阻力平衡图'）

3.2确定最高车速

上图是车型一驱动力-行驶阻力平衡图。

由上图可以清晰的看出不同车速的时候驱动力和行驶阻力之间的关系。

汽车以最高档行驶时的最高车速，可以直接由Ft5与F的交点取得。

因为此时驱动力和行驶阻力相等，汽车处于稳定的平衡状态。

由图中和计算可知，最大车速为68km/h

3.3加速时间t

3.3.1数学表达式

dt=

du（3.3.1.1）

a=du/dt=δm/[Ft-（Ff+Fw）]（3.3.1.2）

其中

=0.377

（3.3.1.3）

3.3.2换档点的确定

加速过程中的换挡时刻可根据各挡的a-ua曲线来确定。

若一挡与二档加速度曲线有交点，显然应在交点对应车速换挡。

若两曲线不相交，则应在一挡加速行驶到发动机转速最高时换入二挡。

3.4汽车加速度倒数图

绘制加速度倒数曲线图如图下图所示

从图中可见加速到50km/h,从一档到四档即可完成，且各档加速度的倒数无交点。

积分过程可从速度为零，用一档的加速度倒数积分到一档的最高车速，再用二档的加速度倒数从速度一档的最高车速积分到二档的最高车速，以此类推。

由上图可得加速时间t=t1+t2+t3+t4=6.1535+6.8528+23.7705+75395=112.727s

3.5汽车爬坡度图

3.5.1汽车爬坡度的定义

汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上克服Ft+Fw后的余力全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度。

3.6.2数学表达式

Fi=Ft-（Ff+Fw）（3.5.2.1）

）（3.5.2.2）

（3.5.2.3）

爬坡度曲线图

ig=[7.314.312.451.541];

>>fori=1:

5

n=600:

10:

3000;

t=314.7799+55.6405.*n./1000-23.4432.*（n./1000）.^2+1.6852.*（n./1000）.^3;

ua=0.377*0.504.*n./ig（i）./6.33;

ft=t.*ig（i）.*6.33*0.9./0.504;

f=2787+0.23*ua.*ua;

m=ft-f;

z=m/92900;

a=asin（z）;

b=tan（a）;

str=['r','m','b','c','g-'];

plot（ua,b,str（i））;

gridon

holdon

end

3.6动力特性图

3.6.1动力特性图定义

汽车在各档下的动力因数与车速的关系称为动力特性图，在图上，滚动阻力系数f-ua与直接挡D-ua曲线的交点即为汽车的最高车速。

3.6.2数学公式

动力因数：

D=

（3.7.2.1）

其中G=944450，Fw=

代入数据的：

序号

一档

二档

三档

D

D

D

1

4.26

0.30949

6.96

0.1824

12.24

0.10345

2

4.92

0.31215

8.35

0.18394

14.69

0.10422

3

5.74

0.31391

9.74

0.18494

17.14

0.10466

4

6.56

0.31134

11.13

0.18336

19.58

0.10363

5

7.38

0.30960

12.52

0.18230

22.03

0.10286

6

8.21

0.30700

13.92

0.18071

24.48

0.10178

7

9.85

0.29893

16.7

0.17582

29.38

0.09859

8

11.49

0.28748

19.48

0.16996

34.27

0.09417

9

12.31

0.28002

20.87

0.16443

36.72

0.09135

序12号

四档

五档

D

D

1

19.47

0.06448

29.99

0.04061

2

23.37

0.06472

35.99

0.04021

3

27.26

0.06471

41.98

0.03956

4

31.16

0.06373

47.98

0.03817

5

35.05

0.06288

53.98

0.03676

6

38.95

0.06178

59.99

0.03508

7

46.74

0.05881

71.97

0.03094

8

54.53

0.05489

83.97

0.02578

9

58.42

0.05248

89.97

0.02276

3.6.3绘制动力性曲线如图所示：

ig=[7.314.312.451.541];

>>fori=1:

5

n=600:

10:

3000;

t=314.7799+55.6405.*n./1000-23.4432.*（n./1000）.^2+1.6852.*（n./1000）.^3;

ua=0.377*0.504.*n./ig（i）./6.33;

ft=t.*ig（i）.*6.33*0.9./0.504;

a=ft/92900;

b=0.8*2.47*2.455*ua.*ua/21.15/92900;

d=a-b;

str=['r','m','b','c','y'];

plot（ua,d,str（i））

gridon

holdon;

end

由图可得，最高爬坡度为：

imax=0.315

3.7汽车百公里耗油曲线图

3.7.1汽车等速百公里油耗公式（L/100Km）：

Qs=（3.8.1）

其中

=0.377

最高档时：

i6=1，取Pe=90KW,pg=8.0

序号

n

b

Qs

1

1000

29.99

315.5

139.97

2

1200

35.99

312.79

115.70

3

1400

41.98

307.9

97.59

4

1600

47.98

307.51

85.28

5

1800

53.98

306

75.42

6

2000

59.99

306.34

67.94

7

2400

71.97

310.65

57.43

8

2800

83.97

320.34

50.76

9

3000

89.97

328.53

48.59

3.7.2．燃油消耗率曲线如图所示：

pe=[32.7639.5546.5352.7459.0265.0475.9985.2989.02];

>>b=[315.5312.79307.9307.51306306.34310.65320.34328.53];

>>p=polyfit（pe,b,3）

p=

0.0003-0.03721.0059311.3199

>>pe1=20:

1:

100;

>>b1=polyval（p,pe1）;

>>plot（pe,b,'*',pe1,b1）

3.7.3百公里油耗曲线如图所示：

ua=[29.9935.9941.9847.9853.9859.9971.9783.9789.97];

b=[315.5312.79307.9307.51306306.34310.65320.34328.53];

qs=13.305.*b./ua;

p=polyfit（ua,qs,2）

p=

0.0303-5.0397259.5970

>>ua1=0:

1:

100;

qs1=polyval（p,ua1）;

plot（ua,qs,'*',ua1,qs1）

3.8综合分析

（1）汽车动力性能

汽车动力性能指标包括三个方面：

1》汽车最高车速Umax

2》汽车的加速时间t

3》汽车最大爬坡度imax

1.汽车最高车速，umax

有驱动力——行驶阻力平衡图可得

Umax=68km/h

又3.1计算可知理论最高车速为89.97km/h，考虑该车的实际情况，汽车最高车速满足要求

2汽车最大爬坡度，imax

汽车一档时爬坡能力最强

对汽车进行受力分析：

此时由于车速很低因此可忽略空气阻力，由受力平衡可得

Ft-Ff-Fi=0

又由于正常道路坡度角不大sinα~tanα

Gi=Ftmax-Gf

i=Ftmax/G-f

imax=29168.07/92900-0.03

i=0.284

克服该坡度时相应的附着率

附着率=Fx/Fz忽略空气阻力和滚动阻力得

附着率=Fi/Fz=i*l/a=0.62

（2）燃油经济性

汽车燃油经济形势在保证汽车动力型的基础上，已经可能少的的燃料消耗完成单位运输工作量的能力。

东风EQ1090E载货汽车行驶时等速百公里燃油消耗量如图3.7.3由图可知最高档时随着车速的提高，等速百公里燃油消耗量明显降低。

因此，货车在不换挡的情况下，若道路条件好尽量高速行驶，从而降低燃油消耗量

四、车型五动力性能计算：

4.1驱动力——行驶阻力平衡图

1）取发动机参数如下：

转速n

（r/min）

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

耗油率b（g/（kw.h））

272

268

258

252

256

266

270

273

2）汽车的驱动力（单位为N）为：

Ft=

ηt（4.1）

其中车速

（km/h）与发动机转速n（r/min）之间的关系为

=0.377

（4.2）

代入数据解得：

序号

一档

二档

三档

Ft

Ft

Ft

1

4.23

8463

7.79

4593

13.3

2692.07

2

6.34

8559

11.69

4645.59

19.95

2722.69

3

8.46

8687

15.59

4715.25

26.59

2763.52

4

10.57

8784

19.48

4767.50

33.24

2794.14

5

12.69

8824

23.78

4789.27

39.89

2806.9

6

14.8

8624

27.22

4680.42

46.54

2743.1

7

16.92

8423

31.17

4571.57

53.19

2679.31

8

19.03

8263

35.07

4484.5

59.84

2628.28

序号

四档

Ft

1

21.28

1682.54

2

31.91

1701.68

3

42.55

1727.20

4

53.19

1746.34

5

63.83

1754.31

6

74.46

1714.44

7

85.10

1674.57

8

95.74

1642.67

3）汽车在良好路面上行驶时经常遇到的滚动阻力

和空气阻力

为

+

=Gf+

（4.3）

其中G=24450，f=0.016，Cd=0.5，A=2.3427

20

40

50

60

70

80

90

100

+

425.425

491.425

541.925

643.205

755.6

879.0

1013.525

1159.125

4）代入以上数据绘制驱动力-