汽车动力性和经济性计算.docx

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汽车动力性和经济性计算

摘要

汽车运用工程课程是交通运输本科专业的一门主干课程，而对于汽车来说，动力性与经济性是两个非常重要的指标，它们能综合反映出某一款车的性能高低。

本文正是通过计算一款车（新瑞虎1.6SMT舒适型）的动力性能以及燃油经济性来确定该款车的性能是否得到充分发挥，同时利用计算机VB高级语言编程，以此为基础，对其传动系参数进行了优化，通过对优化前后整车性能的对比分析，判断是否达到在动力性能与燃油经济性之间达到一个较优平衡。

相信通过这次的汽车运用工程课程设计，我将会更深层次地理解汽车各性能。

Abstract

AutomobileApplicationEngineeringundergraduatecurriculumisatransportmaincourse,andforthecar,powerandeconomyaretwoveryimportantindicators,whichcancomprehensivelyreflecttheperformanceofaparticularlevelofacar.Thisarticleisbycalculatingacar（newTiggo1.6SMTcomfort）ofthedynamicperformanceandfueleconomytodeterminewhethertheperformanceofthecarisbroughtintofullplay,whiletakingadvantageofhigh-levelcomputerprogramminglanguageVBasabasis,itstransmissionparameterswereoptimizedbycomparingbeforeandafteroptimizationofvehicleperformance,todeterminewhetherthedynamicperformanceandfueleconomytoachieveanoptimalbalancebetween.Ibelievethatthroughtheuseoftheautomobileengineeringcoursedesign,Iwillbeadeeperunderstandingoftheperformancecar.

2.1汽车动力性的计算................................................6

2.2汽车经济性的计算................................................9

3.1计算机动力性的计算流程...........................................................................10

3.2计算机动力性的计算流程....................................................................................................11

第一章新瑞虎基本技术参数

1.1各项汽车参数

新瑞虎各项参数见表1-1。

表1-1新瑞虎汽车参数

项目

数值

单位

装载质量

375

Kg

整备质量

1403

Kg

总质量

1778

Kg

车轮半径

0.34295

m

传动系效率

0.90

滚动阻力系数

0.014

空气阻力系数*迎风面积

0.28*2.05

m2

主减速器速比

4.3125

飞轮转动惯量

0.16

Kgm2

两前轮转动惯量

1.6

Kgm2

四后轮转动惯量

1.6

Kgm2

轴距

2.51

m

质心至前轴距离

1.463

m

质心高度

0.58

m

1.2变速器各档的速比

变速器各档位的变速比见表1-2。

表1-2变速器速比

变速器

Ⅰ档

Ⅱ档

Ⅲ档

Ⅳ档

Ⅴ档

倒挡

传动比

3

1.92

1.28

1

0.75

2.53

1.3瑞虎发动机外特性

奇瑞新瑞虎发动机的外特性图见图1-1。

图1-1新瑞虎发动机ACTECO-SQR481FG外特性曲线图

1.4转速和扭矩的图形以及公式

插值法所用的转速和扭矩数据见表1-3，以及最后绘出的关系曲线图和公式见图1-2。

表1-3转速与扭矩数据

转速（r/min）

扭矩（N.m）

1200

160

2000

177

3000

200

4000

210

5500

208

图1-2扭矩与转速关系曲线图

1.5转速和燃油消耗率的图形以及公式

插值法所用的转速和燃油消耗率所用的数据见表1-4，得到的图形和公式见图1-3。

表1-4转速与油耗数据

转速（r/min）

油耗（g/kw.h）

1500

270

2000

264

3000

294

4000

328

4500

345

5500

360

图1-3油耗与转速关系曲线

1.6新瑞虎外形以及ACTECO-SQR481FG发动机外形图

设计说明书中所用的汽车的外形图见图1-4。

图1-4奇瑞瑞虎外形图

设计说明书中所涉及的汽车发动机的外形图见图1-5。

图1-5新瑞虎ACTECO-SQR481FG发动机外形

第二章汽车动力性、经济性的设计计算

2.1汽车动力性的设计计算

2.1.1驱动力、各种阻力数学模型的建立

（1）汽车行驶时的驱动力表达为：

（N）（2-1）

式中：

Ft——驱动力（N）；

Te——发动机转矩（N·m）；

ηT——传动系的传动效率；

ig——变速器传动比；

i0——主减速器传动比；

r——车轮半径（m）

（2）滚动阻力

汽车行驶时的滚动阻力表达公式为：

（N）（2-2）

式中：

G——汽车重力G=mg，（N）；

f——汽车的滚动阻力系数；

α——道路坡度角（ο）。

（3）空气阻力

汽车行驶时的空气阻力表达公式为：

（N）（2-3）

式中：

CD——空气阻力系数；

A——迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积（m2）；

ua——汽车行驶车速（km/h）。

（4）坡道阻力

汽车行驶时的坡度阻力表达公式为：

（N）（2-4）

式中：

G——汽车重力G=mg（N）；

α——道路坡度角（ο）。

（5）加速阻力

汽车加速时的阻力表达式为：

（N）（2-5）

式中：

δ——汽车旋转质量换算系数，δ>1；

m——汽车质量（kg）；

du/dt——汽车行驶加速度（m/s2）。

δ主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，其计算公式如下：

（2-6）

式中：

Iw——车轮的转动惯量（kg·m2）；

If——飞轮的转动惯量（kg·m2）；

若无法准确确定的If和∑Iw的值，按经验公式估算δ值：

（2-7）

式中：

δ1≈δ2=0.03～0.05，则δ=1.04+igk2（2-8）

（7）根据以上的分析可得出汽车的行驶平衡方程式为:

（2-9）

即有：

（2-10）

以上是具体的推导过程，下面是有关数值的计算以及各特征曲线的绘制：

2.1.2最高车速和最大爬坡度的计算

（1）最高车速

是最高档驱动力的曲线和行驶阻力曲线的交点，即

（2-11）

对应的车速就是最高车速。

最大爬坡度为一档的驱动力减去行驶阻力与汽车车自重的比:

（2-12）

（2-13）

（2-14）

（2-15）

（2-16）

2.1.3加速度倒数曲线的绘制

（2-17）

（2-18）

2.1.4绘制动力因素特性曲线

（2-19）

（2-20）

（2-21）

2.2汽车经济性的设计计算

此次计算的是汽车以90km/h行驶百公里的油耗

（2-22）

（2-23）

对于汽油发动机，

。

第三章计算机动力性、经济性计算流程图

3.1计算机动力学计算流程

计算动力性程序中所涉及的程序流程图见3-1。

图3-1计算机动力性计算流程图

3.2计算机经济性的计算流程

计算燃油经济性时所涉及的程序的流程图见图3-2。

图3-2燃油经济性的流程图

第四章计算机编程对于动力性和经济性的程序

程序代码

说明

DimTAsDouble,i（6）AsDouble,nAsDouble,FtAsDouble,VAsDouble,fAsDouble,FFmax

（1）AsDouble,iiAsSingle,D（5）AsDouble，DimnmaxAsDouble,imaxAsDouble

4.1驱动力-行驶阻力平衡

PrivateSubCommand1_Click（）

DimaAsSingle

Picture1.Cls

Picture1.Scale（-40,9000）-（350,-500）

Picture1.Line（0,0）-（300,0）

Picture1.Line（0,0）-（0,8500）

Picture1.CurrentX=300

Picture1.CurrentY=250

Picture1.Print"v（km/h）"

Picture1.CurrentX=5

Picture1.CurrentY=8000

Picture1.Print"F（N）"

Fora=0To350Step20

Picture1.Line（a,0）-（a,50）

Picture1.CurrentX=a

Picture1.CurrentY=-100

Picture1.Printa

Nexta

Fora=500To8500Step500

Picture1.Line（0,a）-（1,a）

Picture1.CurrentX=-30

变量的定义

定义X轴与Y轴

画出坐标系

Picture1.CurrentY=a

Picture1.Printa

Nexta

i（0）=4.3125

i

（1）=3

i

（2）=1.92

i（3）=1.28

i（4）=1

i（5）=0.75

Fors=1To5Step1

Forn=1000To6500Step1

T=5*（10^-10）*（n^3）-1*（10^-5）*（n^2）+0.067*n+81.2

Ft=（T*i（0）*i（s）*0.9）/0.34295

V=（0.377*0.34295*n）/（i（0）*i（s））

f=0.28*2.05*（V^2）/21.15+1778*9.8*0.014*（1+（V^2）/19440）

Picture1.PSet（V,f）

Picture1.PSet（V,Ft）

Nextn

Nexts

EndSub

4.2最大速度和最大爬坡度

PrivateSubCommand2_Click（）

FFmax（0）=0

i（0）=4.3125

i

（1）=3

i

（2）=1.92

各挡速比及主减速比

转矩

驱动力

车速

行驶阻力

各挡速比及主减速比

i（3）=1.28

i（4）=1

i（5）=0.75

Fors=1To5Step1

Forn=1000To6500Step1

T=5*（10^-10）*（n^3）-1*（10^-5）*（n^2）+0.067*n+81.2

Ft=（T*i（0）*i（s）*0.9）/0.34295

V=（0.377*0.34295*n）/（i（0）*i（s））

f=0.28*2.05*（V^2）/21.15+1778*9.8*0.014*（1+（V^2）/19440）

IfFt-f<=1AndFt-f>0Then

Text2.Text=Int（V）

EndIf

NextnNexts

Forn=1000To6500Step1

T=5*（10^-10）*（n^3）-1*（10^-5）*（n^2）+0.067*n+81.2

Ft=（T*i（0）*i

（1）*0.9）/0.34295

V=（0.377*0.34295*n）/（i（0）*i

（1））

f=0.28*2.05*（V^2）/21.15+1788*9.8*0.014*（1+（V^2）/19440）

FFmax

（1）=Ft-f

IfFFmax

（1）>FFmax（0）Then

FFmax（0）=FFmax

（1）

Else

EndIf

Nextn

imax=FFmax（0）/（1778*9.8）

Text4.Text=Format（0&imax,"0.00"）

EndSub

转矩

驱动力

行驶阻力

最大车速

（ft-f）最大值

最大爬坡度

4.3加速度倒数曲线

PrivateSubCommand3_Click（）

DimaAsSingle

Picture1.Cls

Picture1.Scale（-10,12）-（230,-1）

Picture1.Line（0,0）-（220,0）

Picture1.Line（0,0）-（0,11）

Picture1.CurrentX=210

Picture1.CurrentY=0.5

Picture1.Print"v（km/h）"

Picture1.CurrentX=0.5

Picture1.CurrentY=11

Picture1.Print"1/A（s2/m）"

Fora=0To200Step20

Picture1.Line（a,0）-（a,0.1）

Picture1.CurrentX=a

Picture1.CurrentY=-0.5

Picture1.Printa

Nexta

Fora=1To10Step0.5

Picture1.Line（0,a）-（1,a）

Picture1.CurrentX=-10

Picture1.CurrentY=a

Picture1.Printa

Nexta

i（0）=4.3125

定义坐标系

各挡速比及主减速比

i

（1）=3

i

（2）=1.92

i（3）=1.28

i（4）=1

i（5）=0.75

Forc=1To5Step1

D（c）=1+（4*1.6+i（c）^2*i（0）^2*0.16）/（1778*0.34295^2）

Nextc

Fors=1To5Step1

Forn=1000To6500Step1

T=5*（10^-10）*（n^3）-1*（10^-5）*（n^2）+0.067*n+81.2

Ft=（T*i（0）*i（s）*0.9）/0.34295

V=（0.377*0.34295*n）/（i（0）*i（s））

f=0.28*2.05*（V^2）/21.15+1778*9.8*0.014*（1+（V^2）/19440）

a=D（s）*1778/（Ft-f）

IfFt-f>=0Then

Ifa<10Then

Picture1.PSet（V,a）

Else

EndIf

Else

EndIf

Nextn

Nexts

EndSub

4.4动力因数曲线

PrivateSubCommand4_Click（）

DimDAsDouble

Picture1.ClsPicture1.Scale（-25,0.55）-（290,-0.1）

Picture1.Line（0,0）-（270,0）

Picture1.Line（0,0）-（0,0.5）

Picture1.CurrentX=270

Picture1.CurrentY=0.02

Picture1.Print"v（km/h）"

Picture1.CurrentX=5

Picture1.CurrentY=0.5

Picture1.Print"D"

ForA=0To270Step20

Picture1.Line（a,0）-（a,0.005）

Picture1.CurrentX=a

Picture1.CurrentY=-0.01

Picture1.Printa

Nexta

Fora=0.1To0.5Step0.05

Picture1.Line（0,a）-（1,a）

Picture1.CurrentX=-20

Picture1.CurrentY=a

Picture1.Print0&;a

Nexta

i（0）=4.3125

i

（1）=3

i

（2）=1.92

i（3）=1.28

i（4）=1

i（5）=0.75

Fors=1To5Step1

Forn=1000To6500Step1

T=5*（10^-10）*（n^3）-1*（10^-5）*（n^2）+0.067*n+81.2

Ft=（T*i（0）*i（s）*0.9）/0.34295

V=（0.377*0.34295*n）/（i（0）*i（s））

f=0.28*2.05*（V^2）/21.15

m=0.014*（1+（V^2）/19440）

If（Ft-f）>=0Then

D=（Ft-f）/（1778*9.8）

Picture1.PSet（V,D）

Picture1.PSet（V,m）

Else

EndIf

Nextn

Nexts

EndSub

旋转质量系数

行驶阻力

加速度

4.5二挡起步加速速度-时间图

PrivateSubCommand5_Click（）

DimtimeAsDouble

Picture1.Cls

Picture1.Scale（-1,90）-（6,-3）

Picture1.Line（0,0）-（5,0）

Picture1.Line（0,0）-（0,85）

Picture1.CurrentX=5

Picture1.CurrentY=4

Picture1.Print"t（s）"

Picture1.CurrentX=0.1

Picture1.CurrentY=85

Picture1.Print"v（km/h）"

Fora=0To5Step0.5

Picture1.Line（a,0）-（a,1）

Picture1.CurrentX=a

Picture1.CurrentY=-0.5

Picture1.Printa

Nexta

Fora=10To85Step5

Picture1.Line（0,a）-（0.05,a）

Picture1.CurrentX=-0.2

Picture1.CurrentY=a

Picture1.Printa

Nexta

i

（2）=1.92

i（0）=4.3125

D

（2）=1.0844

nmin=20*i（0）*i

（2）/0.377/0.34295

nmax=80*i（0）*i

（2）/0.377/0.34295

Forn=nminTonmaxStep1

T=5*（10^-10）*（n^3）-1*（10^-5）*（n^2）+0.067*n+81.2

Ft=（T*i（0）*i（s）*0.9）/0.34295

V=（0.377*0.34295*n）/（i（0）*i

（2））

f=0.28*2.05*（V^2）/21.15+1778*9.8*0.014*（1+（V^2）/19440）

a=（Ft-f）/（D

（2）*1778）

time=（（V-20）/3.6）/a

Picture1.PSet（time,V）

Nextn

Text8.Text=Format（time,"0.0"）

EndSub

定义坐标系

各挡速比及主减速比

4.6二挡起步加速距离-时间图

PrivateSubCommand6_Click（）

DimsAsDouble,timeAsDouble

Picture1.Cls

Picture1.Scale（-2,230）-（11,-15）

Picture1.Line（0,0）-（10,0）

Picture1.Line（0,0）-（0,220）

Picture1.CurrentX=10

Picture1.CurrentY=8

Picture1.Print"t（s）"

Picture1.CurrentX=0.1

Picture1.CurrentY=220