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汽车理论课程设计模板
汽车理论课程设计说明书
题目:
汽车动力性计算
班级:
姓名:
学号:
序号:
指导教师:
二.计算步骤.......................................................................................4
三.心得体会.....................................................................................21
四.参考资料.....................................................................................21
一.题目要求
1、要求:
1)根据书上所给的发动机使用外特性曲线拟合公式,绘制功率外特性和转矩外特性曲线;
2)绘制驱动力---行驶阻力平衡图;
3)绘制汽车等速行驶时发动机的负荷率图,画在一张图上(横坐标),格式见图1。
图1等速行驶时各挡发动机负荷(率)
4)绘制动力特性图;
5)绘制加速度曲线和加速度倒数曲线;
6)绘制加速时间曲线,包括原地起步连续换挡加速时间和最高档和次高档加速时间(加速区间(初速度和末速度)按照国家标准GB/T12543-2009规定选取,并且在说明书中具体说明选取;
7)列表表示最高挡和次高挡在20整数倍车速的参数值,格式见表1(注意:
要将无意义的部分删除,比如最高车速只有105km/h,则120km/h对应的状况无意义,需要删除)。
8)对动力性进行总体评价。
轻型货车的有关数据:
i0=5.94,hT=0.88
发动机的最低转速
=600r/min,最高转速
=4000r/min
滚动阻力系数f=0.013;
主减速器传动比i=5.65
变速器传动比
(数据见下表)
Ⅰ挡
Ⅱ挡
Ⅲ挡
Ⅳ挡
五挡变速器
6.09
3.09
1.71
1.00
轴距L=3.2m;
质心至前轴距离(满载)a=1.947m
质心高
=0.9m
二.计算步骤
1由发动机使用外特性曲线拟合公式,绘制功率外特性和转矩外特性曲线;
通过发动机使用外特性曲线拟合公式:
功率:
得程序:
n=600:
4000;
Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4;%求转矩
Pe=Ttq.*n/9550;%求功率
plot(n,Pe)
holdon
plot(n,Ttq)
xlabel('n(r/min)'),ylabel('Pe(Kw)')
title('\itPe-n和Ttq-n')
gtext('Pe');gtext('Ttq');
注:
=600r/min,
=4000r/min
得图:
2.绘制驱动力---行驶阻力平衡图;
公式为:
程序为:
clc
ig1=6.09;
ig2=3.09;
ig3=1.71;
ig4=1.000;
nT=0.88;
r=0.367;
f=0.013;
CDA=2.77;
i0=5.94;
L=3.2;
a=1.947;
hg=0.9;
If=0.218;
Iw1=1.798;
Iw2=3.598;
pg=7.0;
m=2000;
g=9.8;
G=m*g;
n=600:
4000;
Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4;%求转矩
Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;%求汽车各档驱力
Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;
Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;
Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;
ua1=0.377*r*n/(ig1*i0);%求汽车各档对应的车速
ua2=0.377*r*n/(ig2*i0);
ua3=0.377*r*n/(ig3*i0);
ua4=0.377*r*n/(ig4*i0);
Ff=G*f;%汽车的滚动阻力
ua=linspace(0,150,100);
Fw=CDA*ua.^2/21.15;
%汽车的空气阻力
F=Ff+Fw;%汽车的滚动阻力与空气阻力之和即行驶阻力
plot(ua1,Ft1)
holdon
plot(ua2,Ft2)
holdon
plot(ua3,Ft3)
holdon
plot(ua4,Ft4)
holdon
plot(ua,F)
holdon
plot(ua,Ff)
xlabel('ua/(km/h)'),ylabel('F/N')
title('\it汽车驱动力-行驶阻力平衡图')
[ua,F]=ginput
(1)
得到结果:
(取得)
ua=
93.8364
F=1.0e+003*
1.4269
图形:
3)绘制汽车等速行驶时发动机的负荷率图:
公式为:
程序主体基本不便,改为:
clc
ig1=6.09;
ig2=3.09;
ig3=1.71;
ig4=1.000;
nT=0.88;
r=0.367;
f=0.013;
CDA=2.77;
i0=5.94;
L=3.2;
a=1.947;
hg=0.9;
If=0.218;
Iw1=1.798;
Iw2=3.598;
pg=7.0;
m=2000;
g=9.8;
G=m*g;
n=600:
4000;
Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4;%求转矩
Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;%求汽车各档驱力
Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;
Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;
Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;
ua1=0.377*r*n/(ig1*i0);%求汽车各档对应的车速
ua2=0.377*r*n/(ig2*i0);
ua3=0.377*r*n/(ig3*i0);
ua4=0.377*r*n/(ig4*i0);
Fw1=CDA*ua1.^2/21.15;
Fw2=CDA*ua2.^2/21.15;
Fw3=CDA*ua3.^2/21.15;
Fw4=CDA*ua4.^2/21.15;
Ff=G*f;%汽车的滚动阻力
ua=linspace(0,120,35);
Fw=CDA*ua.^2/21.15;
U1=(Ff+Fw1)./Ft1;%汽车各档的负荷率
U2=(Ff+Fw2)./Ft2;
U3=(Ff+Fw3)./Ft3;
U4=(Ff+Fw4)./Ft4;
plot(ua1,U1)
holdon
plot(ua2,U2)
holdon
plot(ua3,U3)
holdon
plot(ua4,U4)
holdon
xlabel('ua/(km*h^-1)'),ylabel('U')
title('\it负荷率图')
[ua,U]=ginput
(1)
得到图:
4)绘制动力特性图:
公式:
程序:
clc
ig1=6.09;
ig2=3.09;
ig3=1.71;
ig4=1.000;
nT=0.88;
r=0.367;
f=0.013;
CDA=2.77;
i0=5.94;
L=3.2;
a=1.947;
hg=0.9;
If=0.218;
Iw1=1.798;
Iw2=3.598;
pg=7.0;
m=2000;
g=9.8;
G=m*g;
n=600:
4000;
Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4;%求转矩
Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;%求汽车各档驱力
Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;
Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;
Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;
ua1=0.377*r*n/(ig1*i0);%求汽车各档对应的车速
ua2=0.377*r*n/(ig2*i0);
ua3=0.377*r*n/(ig3*i0);
ua4=0.377*r*n/(ig4*i0);
Fw1=CDA*ua1.^2/21.15;
Fw2=CDA*ua2.^2/21.15;
Fw3=CDA*ua3.^2/21.15;
Fw4=CDA*ua4.^2/21.15;
ua=linspace(0,120,35);
Fw=CDA*ua.^2/21.15;
D1=(Ft1-Fw1)/G;%汽车各档的动力因素
D2=(Ft2-Fw2)/G;
D3=(Ft3-Fw3)/G;
D4=(Ft4-Fw4)/G;
f=Fw/G;%滚动阻力系数
plot(ua1,D1)
holdon
plot(ua2,D2)
holdon
plot(ua3,D3)
holdon
plot(ua4,D4)
holdon
plot(ua,f)
xlabel('ua/(km*h^-1)'),ylabel('D')
title('\it动力特性图')
[ua,D]=ginput
(1)
结果:
ua=
90.0000
D=0.0550
注:
格外做出f曲线于图中,交出ua
5)绘制加速度倒数曲线:
方程为:
程序为:
clc
ig1=6.09;
ig2=3.09;
ig3=1.71;
ig4=1.000;
nT=0.88;
r=0.367;
f=0.013;
CDA=2.77;
i0=5.94;
L=3.2;
a=1.947;
hg=0.9;
If=0.218;
Iw1=1.798;
Iw2=3.598;
pg=7.0;
m=2000;
g=9.8;
G=m*g;
n=600:
4000;
Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4;%求转矩
Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;%求汽车各档驱力
Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;
Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;
Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;
ua1=0.377*r*n/(ig1*i0);%求汽车各档对应的车速
ua2=0.377*r*n/(ig2*i0);
ua3=0.377*r*n/(ig3*i0);
ua4=0.377*r*n/(ig4*i0);
F1=G*f+CDA*ua1.^2/21.15;%求汽车对应各档的滚动阻力与空气阻力之和即行驶阻力
F2=G*f+CDA*ua2.^2/21.15;
F3=G*f+CDA*ua3.^2/21.15;
F4=G*f+CDA*ua4.^2/21.15;
d1=1+(Iw1+Iw2+If*ig1^2*i0^2*nT)/(m*r^2);%各档对应的汽车旋转质量换算系数
d2=1+(Iw1+Iw2+If*ig2^2*i0^2*nT)/(m*r^2);
d3=1+(Iw1+Iw2+If*ig3^2*i0^2*nT)/(m*r^2);
d4=1+(Iw1+Iw2+If*ig4^2*i0^2*nT)/(m*r^2);
b1=d1*m./(Ft1-F1);%各档对应加速度的倒数
b2=d2*m./(Ft2-F2);
b3=d3*m./(Ft3-F3);
b4=d4*m./(Ft4-F4);
plot(ua1,b1)
holdon
plot(ua2,b2)
holdon
plot(ua3,b3)
holdon
plot(ua4,b4)
holdon
xlabel('ua/(km*h^-1)'),ylabel('b')
title('\it加速度倒数')
[ua,b]=ginput
(1)
得出图:
6)绘制加速时间曲线:
(2种)
公式为
1)超车加速时间曲线
程序为
clc
ig1=6.09;
ig2=3.09;
ig3=1.71;
ig4=1.000;
nT=0.88;
r=0.367;
f=0.013;
CDA=2.77;
i0=5.94;
L=3.2;
a=1.947;
hg=0.9;
If=0.218;
Iw1=1.798;
Iw2=3.598;
pg=7.0;
m=2000;
g=9.8;
G=m*g;
n=600:
4000;
nmin=600;nmax=4000;
k=200
ig
(1)=6.09;
ig
(2)=4.09;
ig(3)=3.71;
ig(4)=1.00;
ig(5)=1;
n=linspace(nmin,nmax,k);%在最大转速和最小转速之间采样,得出200个等差数列的转速采样点
fori=1:
5
deta(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*(ig(i))^2*i0^2*nT)/(m*r^2);%各档对应的旋转质量换算系数
end
Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4;%转矩
fori=1:
5
ua(i,:
)=0.377*n.*r/(ig(i)*i0);%各档对应的车速
end
fori=1:
5
Ft(i,:
)=Tq.*ig(i)*i0*nT/r;%各档对应的驱动力
end
uua=linspace(0,120,k);
Fw=CDA*uua.^2/21.15;%空气阻力
F=CDA*uua.^2/21.15+G*f;%空气阻力与滚动阻力之和即为行驶阻力
fori=1:
5
forj=1:
200
a(i,j)=(Ft(i,j)-F(j))/(deta(i)*m);%汽车各档的加速度
end
end
a_re=1./a;%加速度取倒数
j=1;
whileua(4,j)<60%4档的车速在60Km/h以下
j=j+1;end
m1=j;
j=1;
whileua(4,j)<61%5档的车速在61Km/h以下
j=j+1;
end
m2=j;
j=1;
whileua(5,j)<61%五档的车速在61Km/h以下
j=j+1;
end
m3=j;
j=1;
whileua(5,j)<85%五档的车速在85Km/h以下
j=j+1;
end
m4=j;
fori=1:
(m2-m1)
Ts(i)=(ua(4,m1+i)-ua(4,m1+i-1))/3.6/a(4,m1+i-1);
end
t
(1)=Ts
(1);
fori=1:
(m2-m1-1)
t(i+1)=t(i)+Ts(i+1);%4档速度从60Km/h到61Km/h的加速时间
end
fori=1:
(m4-m3)
Ts(m2-m1+i)=(ua(5,m3+i)-ua(5,m3+i-1))/3.6/a(5,m3+i-1);
end
fori=1:
(m4-m3)
t(m2-m1+i)=t(m2-m1+i-1)+Ts(m2-m1+i);%五档车速从61Km/h到85Km/h的加速时间以及四档从60km/h到61Km/h的加速时间累计
end
figure
plot(t,horzcat(ua(4,[m1:
m2-1]),ua(5,[m3:
m4-1])))
axis([0,50,35,85])
title('汽车超车时车速时间曲线图')
xlabel('t/s')
ylabel('ua/(Km/h)')
[t,ua]=ginput
(1)
注:
同样适用5档,只需改变i(5)的值(此处为得到曲线将5档进行了简化)
2)原地起步连续换挡加速时间曲线
程序:
clear
clc
ig1=6.09;
ig2=3.09;
ig3=1.71;
ig4=1.000;
nT=0.88;
r=0.367;
f=0.013;
CDA=2.77;
i0=5.94;
L=3.2;
a=1.947;
hg=0.9;
If=0.218;
Iw1=1.798;
Iw2=3.598;
pg=7.0;
m=2000;
g=9.8;
G=m*g;
ig=[6.093.091.711.001];
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*nT)/(m*r^2);%各档的旋转质量换算系数
end
ua=[0:
0.01:
99];
N=length(ua);
n=0;
Tq=0;
Ft=0;
inv_a=0*ua;
delta=0*ua;
Ff=G*f;%滚动阻力
Fw=CDA*ua.^2/21.15;%空气阻力
fori=1:
N
k=i;
ifua(i)<=u2
(1)
n=ua(i)*(ig
(1)*i0/r)/0.377;%不同的车速对应的转速
Tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000)^.4;%转矩
Ft=Tq*ig
(1)*i0*nT/r;%驱动力
inv_a(i)=(deta
(1)*m)/(Ft-Ff-Fw(i));%加速度的倒数
delta(i)=0.01*inv_a(i)/3.6;%车速变化0.01km/h所需的加速时间
elseifua(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*nT/r;
inv_a(i)=(deta
(2)*m)/(Ft-Ff-Fw(i));
delta(i)=0.01*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*nT/r;
inv_a(i)=(deta(3)*m)/(Ft-Ff-Fw(i));
delta(i)=0.01*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*nT/r;
inv_a(i)=(deta(4)*m)/(Ft-Ff-Fw(i));
delta(i)=0.01*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*nT/r;
inv_a(i)=(deta(5)*m)/(Ft-Ff-Fw(i));
delta(i)=0.01*inv_a(i)/3.6;
end%此换挡方式为最大转速时换挡
a=delta(1:
k);
t(i)=sum(a);%时间累计求和
end
plot(t,ua);
axis([0400120]);
title('四档汽车1档原地起步换挡加速时间曲线');
xlabel('时间t(s)');
ylabel('速度ua(km/h)');
[tua]=ginput
(1)
车速(km/h)
参数
20
40
60
80
等速水平路行驶发动机负荷率(%)
15.86
18.81
29.5
46.72
等速水平路Ff(N)
254.8000
等速水平路Fw(N)
52.3877
209.5508
471.4894
838.2033
等速水平路Fw+Ff(N)
307.1877
464.3508
726.2894
1093.0
动力因数D
0.0962
0.1153
0.1016
0.0766
最大a(m/s2)
0.7899
0.9588
0.8306
0.5963
对应1/a(s2/m)
1.266
1.043
1.194
1.677
发动机能够发出最大功率(kW)
12.4432
31.1869
46.6477
59.0909
1.0453
1.0453
1.0453
1.0453
7)列表表示最高挡和次高挡在20整数倍车速的参数值,格式见表1(注意:
要将无意义的部分删除,比如最高车速只有105km/h,则120km/h对应的状况无意义,需要删除)。
最高挡行驶时的运行状况
车速(km/h)
参数
20
40
等速水平路行驶发动机负荷率(%)
7.468
11.1
等速水平路Ff(N)
254.8000
254.8000
等速水平路Fw(N)
52.3877
209.5508
等速水平路Fw+Ff(N)
307.1877
464.3508
动力因数D
0.2076
0.1982
最大a(m/s2)
1.7538
1.6841
对应1/a(s2/m)
0.5702
0.5938
发动机能够发出最大功率(kW)
26.1806
52.3485
1.0923
1.0923
次高挡行驶时的运行状况
注:
3档最高速为53km/h,取不到60km/s
8)对动力性进行总体评价。
1)汽车的最高车速uamax。
uamax=99km/h,高于90km/h,满足法规。
2)汽车的加速时间t:
由加速度图可知,
原地起步连续换挡加速时间和超车加速时间分别为28.96s和14.67s
加速性能比较好。
3)汽车能爬上的最大坡度
:
由公式
和图中取点
得汽车最大爬坡度=29.2099%
最大坡度比较大,爬坡性能好
4)比功率:
该车比功率为29.5kw/h。
优于日本五十铃的一些轻
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