汽车运用工程课程设计.docx

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汽车运用工程课程设计

课程设计说明书

题目：

长城M41.5L2015款舒适型汽车动力性、经济性设计计算

学生姓名：

王俣喧

学院：

能源与动力工程学院

班级：

交通运输13-2班

指导教师：

赵丹平

2017年1月9日

内蒙古工业大学课程设计任务书

课程名称：

汽车运用工程学院：

能源与动力工程学院班级：

交通运输13-2班

学生姓名：

王俣喧学号：

201330302035指导教师：

赵丹平

一、题目

长城M41.5L2015款舒适型汽车动力性、经济性设计计算

二、目的和意义

汽车运用工程课程是交通运输本科专业的一门主干课程。

而汽车动力性、经济性又是汽车运用工程课程最基本、最重要的内容之一。

通过应用计算机辅助计算，使学生全面掌握汽车动力性、经济性设计计算。

从而培养学生通过查阅文献资料，独立分析、独立思考，熟练使用计算机高级语言完成设计、计算的能力，从而达到综合训练的目的。

三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）

1．原始数据、技术参数：

通过查阅汽车工程手册及其他文献自选参数：

发动机外特性、装载质量、整备质量、总质量、车轮半径、传动系效率、滚动阻力系数、空气阻力系数×迎风面积、主减速器速比、飞轮转动惯量、两个前轮转动惯量、四个后轮转动惯量、变速器速比、轴距、质心至前轴距离、质心高度等。

2．设计要求、工作量要求：

⑴汽车动力性设计计算

①绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图；②求汽车的最高车速、最大爬坡度；③绘制加速度倒数曲线；④绘制汽车动力因数特性曲线；⑤绘制Ⅱ档起步，由低速加速至高速的车速－时间曲线。

⑵汽车使用经济性设计计算

完成等速百公里油耗的计算和分析。

撰写课程设计说明书一份，主要说明该课程设计计算的思想、方法、解决问题步骤、结果分析等。

提出对该课程建议和意见。

四、工作内容、进度安排

第18周：

明确本课程设计的目的和要求，查阅参考资料；确定设计方案及计算方法。

第19,20周：

在熟悉计算过程的基础上，通过手算完成动力性、经济性计算工作，并撰写课程设计说明书。

注意：

每条曲线至少8个点。

五、主要参考文献

[1]高延龄.汽车运用工程.北京.人民交通出版社.第三版.

[2]陈家瑞.汽车发动机构造及原理.北京.机械工业出版社.第三版.

[3]余志生.汽车理论.北京.机械工业出版社.第三版.

[4]余志生.汽车工程手册.人民交通出版社

审核意见

系（教研室）主任（签字）赵明智

指导教师下达时间2016年12月23日

指导教师签字：

_______________

摘要

随着中国汽车产能的不断壮大，各国车企越来越看重中国市场，纷纷加大在华投入新车型的力度，因此，消费者可选择的车型也越来越多了。

动力性和燃油经济性作为衡量一辆汽车性能的两个很重要的指标，对其的设计计算是进行汽车设计和性能研究的一种有效手段。

它可以代替大量的整车道路试验，在产品的设计阶段就能对汽车的动力性、燃油经济性进行预测具有速度快、精度高、时间省等优点可以大大缩短研制过程和费用。

此外运用模拟技术可以比较深入地研究汽车动力系统的各参数对动力性和燃油经济性的影响并可针对不同的使用条件运用优化设计的原理寻求汽车动力系统的最合理分配方案。

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汽车动力性、燃油经济性设计计算是进行汽车设计和性能研究的一种有效手段。

它可以代替大量的整车道路试验，在产品的设计阶段就能对汽车的动力性、燃油经济性进行预测，具有速度快、精度高、时间省等优点，可以大大缩短研制过程和费用。

本文主要阐述了汽车内各参数对汽车动力性和燃料经济性的影响，以及汽车动力性和燃料经济性的评价指标，提出了其各项指标的数值计算方法，并在此基础上对汽车的动力性和燃料经济性进行了技术分析，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:

长城M41.5L2015款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，并以此为基础，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。

关键词：

动力性；燃油经济性；设计计算

计算及说明

结果

第一章汽车原始数据、技术参数

1.1长城M41.5L2015款舒适型汽车技术参数表

发动机型号

整备质量

装载质量

总质量（M）

最大功率（P）

最大扭矩

前后轮规格

GW4G15

1106kg

375kg

1481kg

78kw

138N*m

205/60R16

质心至前轴距离（a）

轴距（L）

车轮滚动半径（r）

传动系效率（ηt）

滚动阻力

系数（f）

空气阻力系数（Cd）

迎风面积（A）

1.067m

2.383m

0.326m

0.90

0.014

0.3

2.794m2

质心高度（hg）

主减速器

速比（i0）

一档速比（ig1）

二档速比（ig2）

三档速比（ig3）

四档速比（ig4）

五档速比（ig5）

0.64m

4.313

3．545

1.905

1.31

0.97

0.816

压缩比

后轮转动

惯量Iw2

前轮转动

惯量Iw1

飞轮转动

惯量If

10.5

1.6kgm2

1.6kgm2

0.16kgm2

1.2发动机外特性曲线图

图1-1发动机外特性曲线图

图1-2发动机外特性曲线

原

始

数

据

计算及说明

结果

第二章轿车动力性的分析计算

2.1汽车动力性的计算

2.1.1绘制驱动力-行驶阻力平衡图

（1）变速器下各档的速度转换

（1）

其中：

为车轮滚动半径，m;

为发动机转速，r/min；

为主减速速比；

为变速箱各档速比，

，

为档位数；

在发动机外特性（转矩-转速）曲线上选取9个点，在根据公式算

出各档驱动轮的对应的转速。

见表2-1

计算及说明

结果

（2）各档转矩与牵引力的转换

汽车的牵引力：

（2）

其中：

为对应不同转速下发动机输出使用扭矩，N•m；

为传动效率。

在发动机外特性（转矩-转速）曲线上选取9个点，将对应的转矩值代入公式算出各档驱动轮的对应的驱动力。

见表2-1,

（3）汽车的空气阻力与滚动阻力之和

（3）

其中：

FW为空气阻力；

为空气阻力系数；A为汽车迎风面积（m2）。

其中：

＝mg为满载汽车总重（N）；

为滚动阻力系数；

汽车的行驶阻力之和Fr为：

各挡行驶阻力与车速的关系，见表2-2

计算及说明

结果

（4）基本数据

表2-1各档驱动力速度的计算

Ttq

ne

1挡

Ft

1挡ua

2挡

Ft

2挡ua

3挡

Ft

3挡ua

4挡

Ft

4挡ua

5挡

Ft

5挡ua

121

2000

5107.5

16.1

2744.6

29.9

1887.4

43.5

1397.6

58.8

1175.6

69.8

126

2500

5318.5

20.1

2858.1

37.4

1965.3

54.4

1455.3

73.4

1224.2

87.3

128

3000

5403.1

24.1

2903.4

44.9

1996.5

65.3

1478.4

88.1

1243.6

104.8

131

3500

5529.6

28.1

2971.5

52.4

2043.3

76.1

1513.1

102.8

1272.8

122.2

136

4000

5740.7

32.2

3084.9

59.8

2121.3

87

1570.8

117.5

1321.4

139.7

138

4500

5825.1

36.2

3130.3

67.3

2152.5

97.9

1593.9

132.2

1340.8

157.1

137

5000

5782.9

40.2

3107.6

74.8

2136.9

108.8

1582.4

146.9

1331.1

174.6

134

5500

5656.3

44.2

3039.5

82.3

2090.1

119.6

1547.7

161.6

1301.9

192.1

124

6000

5234.2

48.2

2812.7

89.8

1934.2

130.5

1432.2

176.3

1204.8

209.5

表2-2各档行驶阻力—速度的计算

Ttq

ne

1挡Fr

1挡ua

2挡

Fr

2档ua度

3挡

Fr

3挡ua

4挡

Fr

4挡ua

5挡

Fr

5挡ua

121

2000

220.6

16.1

252.9

29.9

303.8

43.5

383.7

58.8

455.8

69.8

126

2500

227.9

20.1

278.7

37.4

358.3

54.4

482.1

73.4

596.0

87.3

128

3000

237.0

24.1

310.2

44.9

424.8

65.3

603.2

88.1

767.5

104.8

131

3500

247.6

28.1

347.4

52.4

502.7

76.1

746.3

102.8

968.9

122.2

136

4000

260.2

32.2

389.7

59.8

593.4

87

911.5

117.5

1202.7

139.7

138

4500

274.2

36.2

438.3

67.3

696.1

97.9

1098.7

132.2

1466.0

157.1

137

5000

289.8

40.2

492.7

74.8

811.0

108.8

1307.9

146.9

1762.1

174.6

134

5500

307.0

44.2

552.8

82.3

936.9

119.6

1539.2

161.6

2089.4

192.1

124

6000

325.8

48.2

618.6

89.8

1075.9

130.5

1792.5

176.3

2445.7

209.5

图2-1汽车驱动力-行驶阻力平衡图

各档驱动力、行驶阻力、速度的计算，

结果见表2-1，表2-2

计算及说明

结果

（5）汽车驱动力-行驶阻力平衡图

图2-1汽车驱动力-行驶阻力平衡图

2.1.2最高车速与最大爬坡度的计算

（1）最高车速计算

最高车速是指汽车在平直、良好道路上所能达到的平均最高行驶车速。

a理论最高车速计算

只有当汽车的驱动力与行驶阻力平衡时，车速才达到最高。

根据最高档驱动力与行驶阻力平衡方程可得

=

+

图2-1汽车驱动力-行驶阻力平衡图

计算及说明

结果

=

（4）

带入原始数据到公式（4）可求得

=142.8km/h。

这个即为理论最高车速。

b实际最高车速

由汽车驱动力-阻力平衡图可知，当五档的驱动力曲线与阻力曲线相交时对应横坐标的车速即为汽车的实际最高车速为148km/h。

（2）最大爬坡度

汽车最大爬坡度是指汽车在良好路面克服（Ff+FW）后剩余全部动力用来克服坡度阻力时所能爬上的最大坡度imax。

Fi=Gsinаmax=Ft-（Ff+Fw）

аmax=sin-1（Ft-（Ff+FW））/G（5）

由驱动力-行驶阻力平衡图可得,Ft-（Ff+Fw）=5604.5N，

代入公式（5）可算得аmax=0.0618rad

imax=tanаmax=41.8 %

uamax=142.8km/h

аmax=0.0618rad

imax=41.8%

计算过程

计算结果

2.1.3绘制汽车动力因数特性曲线图

（1）动力因素的计算

（6）

在发动机外特性曲线上选取9个点，计算对应的驱动力与空气阻力，然后根据公式（6）算出各档对应的动力因素点。

数据见表2-3所示。

（2）滚动阻力系数的确定

f=f0（1+uai/19440）（7）

取f0=0.014据公式（7）算出对应车速下的滚动阻力系数，数据见表2-3所示。

（3）基本数据表

ne

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

G

14810

Fw

1挡

13.26

20.56

29.66

40.26

52.86

66.86

82.46

99.66

118.46

2挡

45.56

71.36

102.86

140.06

182.36

230.96

285.36

345.46

411.26

3挡

96.46

150.96

217.46

295.36

386.06

488.76

603.66

729.56

868.56

4挡

176.36

274.76

395.86

538.96

704.16

891.36

1100.56

1331.86

1585.16

5挡

248.46

388.66

560.16

761.56

995.36

1258.66

1554.76

1882.06

2238.36

Ft

1挡

5107.5

5318.5

503.1

5529.6

5740.7

5825.1

5782.9

5656.3

5234.2

2挡

2744.6

2858.1

2903.4

2971.5

3084.9

3130.3

3107.6

3039.5

2812.7

3挡

1887.4

1965.3

1996.5

2043.3

2121.3

2152.5

2136.9

2090.1

1934.2

4挡

1397.6

1455.3

1478.4

1513.1

1570.8

1593.9

1582.4

1547.7

1432.2

5挡

1175.6

1224.2

1243.6

1272.8

1321.4

1340.8

1331.1

1301.9

1204.8

D

1挡

0.344

0.358

0.32

0.371

0.384

0.389

0.385

0.375

0.345

2挡

0.182

0.188

0.189

0.191

0.196

0.196

0.191

0.182

0.162

3挡

0.121

0.123

0.120

0.118

0.117

0.112

0.104

0.092

0.072

4挡

0.082

0.080

0.073

0.066

0.059

0.047

0.033

0.015

5挡

0.063

0.056

0.046

0.035

0.022

0.006

计算动力因素基本数据，见表2-3

计算及说明

结果

（4）汽车动力因素特性曲线

图2-2汽车动力因素特性曲线

2.1.4绘制加速度倒数曲线各档

（1）各档汽车旋转质量换算系数δ的确定

其中:

Iw为车轮转动惯量（IW=1.6+1.6=3.2）；

If飞轮的转动惯量（If=0.16）

将数据代入公式可得δ1=1.497；δ2=1.148；δ3=1.085；δ4=1.061；δ5=1.052

（2）各档加速度的确定

其中Di-f汽车动力因素特性曲线中选取9个点读出，在将各档的δ代入求得对应的加速度。

见表2-4所示

（3）各档加速度倒数的确定

将上面求得的各个档位的加速度求倒数，就能得到相应的数值。

见表2-4所示

δ1=1.497

δ2=1.148

δ3=1.085

δ4=1.061

δ5=1.052

计算及说明

结果

（4）基本数据表

ne

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

a

1挡

2.204

2.298

2.044

2.378

2.465

2.498

2.472

2.405

2.198

2挡

1.455

1.507

1.516

1.524

1.559

1.559

1.507

1.420

1.237

3挡

0.977

0.986

0.949

0.922

0.903

0.839

0.747

0.627

0.424

4挡

0.622

0.584

0.5

0.415

0.33

0.189

0.028

5挡

0.428

0.352

0.228

0.095

0.021

1/a

1挡

0.454

0.435

0.489

0.421

0.406

0.4

0.405

0.416

0.455

2挡

0.687

0.664

0.66

0.656

0.641

0.641

0.664

0.704

0.808

3挡

1.024

1.014

1.053

1.085

1.107

1.192

1.339

1.596

2.359

4挡

1.608

1.711

2.002

2.411

3.031

5.305

35.367

5挡

2.338

2.843

4.383

10.52

D

1挡

0.344

0.358

0.032

0.371

0.384

0.389

0.385

0.375

0.345

2挡

0.182

0.188

0.189

0.191

0.196

0.196

0.191

0.182

0.162

3挡

0.121

0.123

0.120

0.118

0.117

0.112

0.104

0.092

0.072

4挡

0.082

0.080

0.073

0.066

0.059

0.047

0.033

0.015

5挡

0.063

0.056

0.046

0.035

0.022

0.006

（5）绘制加速度倒数曲线图

图2-3加速度倒数曲线图

计算加速度倒数基本数据。

计算及说明

结果

2.1.5绘制二档起步加速的车速-时间曲线

（1）加速时间计算公式

由加速度曲线可知，二档时加速度变化不大，故可认为是常数，即1/a为常数，则

（2）基本数据

表2-5加速时间数据表

速度变化

30-35

35-42

42-51

51-61

61-73

73-89

Km

加速时间ti

3.32

4.62

5.904

6.41

7.692

10.256

s

累加时间

3.32

7.94

13.844

20.254

27.946

38.202

s

（3）二档起步加速度-速度曲线图

图2-4二档起步加速的车速-时间曲线

t1=3.32s

t2=4.62s

t3=5.904s

t4=6.41s

t5=7.692s

t6=10.256s

计算过程

计算结果

第三章汽车经济性的计算

（1）基本数据

表3-1汽车经济性基本数据表

ne

r/min

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

ua5

km/h

62.1

73.9

85.2

97.3

109.9

121.7

133.9

be

g/（kw/h）

265

255

260

260

270

281

308

Pe

kw

33

40

48

58

65

71

77

Qsi

L/100km

19.72

19.33

20.52

21.71

22.37

22.96

24.79

（2）最高档等速百公里油耗计算

其中：

为燃料的密度（kg/L）

g为重力加速度（m/s2），对于汽油来说，

g可取7.0N/L

代入Pe和be数值可算出对应的油耗值，计算结果见表2-5

（3）最高档等速百公里油耗曲线图

图3-1等速百公里油耗曲线图

Qs1=19.72

L/100km

Qs2=19.33

L/100km

Qs3=20.52

L/100km

Qs4=21.71

L/100km

Qs5=22.37

L/100km

Qs6=22.96

L/100km

Qs7=24.79

L/100km

参考文献

[1]高延龄.汽车运用工程.北京.人民交通出版社.第三版.

[2]陈家瑞.汽车发动机构造及原理.北京.机械工业出版社.第三版.

[3]余志生.汽车理论.北京.机械工业出版社.第三版.

[4]余志生.汽车工程手册.人民交通出版社

心得体会

三周的课程设计结束了，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。

一切问题必须要靠自