年4月19日汽車理論課程設計文檔僅供參考《汽車理論》設計報告汽車動力性、經(jīng)濟性的計算機模擬 學號姓名張少波學院交通學院班級車輛本1501班年12月18日

目錄TOC\o"1-3"\u1汽車驅(qū)動力圖 11.1汽車驅(qū)動力圖簡介 11.2汽車驅(qū)動力圖 22汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖 22.1汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖簡介 22.1.1滾動阻力 32.1.2空氣阻力 32.2汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖 33汽車爬坡度圖 33.1汽車爬坡度圖簡介 33.2汽車爬坡度圖 44汽車加速度圖 54.1汽車加速度圖簡介 54.2汽車加速度圖 55汽車動力特性圖 65.1汽車動力特性圖簡介 65.2汽車動力特性圖 66汽車功率平衡圖 66.1汽車功率平衡圖簡介 66.2汽車功率平衡圖 77汽車百公里油耗圖 77.1汽車百公里油耗圖簡介 77.2汽車百公里油耗圖 8MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc參考文獻 8MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc附錄 8汽車動力性、經(jīng)濟性的計算機模擬張少波（交通學院，車輛工程，1501班，2805037）摘要：經(jīng)過MATLAB計算機軟件進行汽車動力性、經(jīng)濟性的計算機模擬，模擬得出汽車的各種特性曲線。包括：驅(qū)動力圖，驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖，爬坡度圖，加速度圖，動力特性圖，功率平衡圖，百公里油耗圖。同時對汽車特性曲線的計算公式加以統(tǒng)計匯總學習。關鍵詞：驅(qū)動力圖，驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖，爬坡度圖，加速度圖，動力特性圖，功率平衡圖，百公里油耗圖，汽車特性曲線的計算公式汽車驅(qū)動力圖汽車驅(qū)動力圖簡介驅(qū)動力是由發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)傳至驅(qū)動輪上得到的。汽車發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)傳動系傳至驅(qū)動輪上。此時作用于驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩Tt產(chǎn)生一對地面的圓周力F0,地面對驅(qū)動輪的反作用力Ft（方向與F0相反）既是驅(qū)動汽車的外力，另外力稱為汽車的驅(qū)動力。其數(shù)值為（1.1）式中，Tt為作用于驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩；r為車輪半徑。作用于驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩Tt是由發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系傳至車輪上的。若令Ttq表示發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，ig表示變速器的傳動比，i0表示主減速器的傳動比，表示傳動系的機械效率，則有（1.2）對于裝有分動器、輪邊減速器、液力傳動等裝置的汽車，上式應計入相應的傳動比和機械效率。因此驅(qū)動力為（1.3）汽油發(fā)動機使用外特性的Tq-n曲線的擬合公式為（1.4）一般用根據(jù)發(fā)動機外特性確定的驅(qū)動力與車速之間的函數(shù)關系曲線Ft-ua來全面表示汽車的驅(qū)動力，稱為汽車的驅(qū)動力圖。設計中的汽車有了發(fā)動機的外特性曲線、傳動系的傳動比、傳動效率、車輪半徑等參數(shù)后，即可用式（1.1）求出各個檔位的Ft值，再根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間轉(zhuǎn)換關系求出ua，即可求得各個檔位的Ft于ua曲線。發(fā)動機轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關系式為（1.5）式中，ua為汽車行駛速度（km/h）;n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速（r/min）;r為車輪半徑（m）;ig為變速器傳動比；i0為主減速器傳動比。另：實際行駛中，發(fā)動機常在節(jié)氣門部分開啟下工作，相應的驅(qū)動力要比它小。1.2汽車驅(qū)動力圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄2。附圖：汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖簡介汽車在水平道路上等速行駛時，必須克服來自地面的滾動阻力和來自空氣的空氣阻力。滾動阻力以符號Ff表示，空氣阻力以符號Fw表示。當汽車在坡道上上坡行駛時，還必須克服重力沿坡道的分力，稱為坡道阻力，以符號Fi表示。汽車加速行駛時還需要克服加速阻力，以符號Fj表示。因此，汽車行駛的總阻力為（2.1）在汽車驅(qū)動力圖上把汽車行駛中經(jīng)常遇到的滾動阻力和空氣阻力一并畫出，做出汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖。滾動阻力滾動阻力等于滾動阻力系數(shù)與車輪負載之乘積。即（2.2）其中滾動阻力系數(shù)由試驗確定。滾動阻力系數(shù)與路面的種類、行駛車速以及輪胎的構造、材料、氣壓等有關。這里選取滾動阻力系數(shù)為良好的瀝青或混凝土路面滾動阻力系數(shù)。（詳見附錄1）。空氣阻力汽車直線行駛時受到的空氣作用力在行駛方向上的分力稱為空氣阻力。此處討論無風條件下汽車的運動，空氣阻力計算公式為（2.3）式中，A為迎風面積，即汽車行駛方向的投影面積（m2）；CD為空氣阻力系數(shù)；ua2為車速，km/h。（詳見附錄1）。汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄3。汽車爬坡度圖汽車爬坡度圖簡介汽車的上坡能力是用滿載（或某一載質(zhì)量）時汽車在良好路面上的最大爬坡度imax表示的。另外imax代表了汽車的極限爬坡能力，它應比實際行駛中遇到的道路最大坡度超出很多，這是因為應考慮到在實際坡道行駛時，在坡道上停車后順利起步加速、克服松軟坡道路面的大阻力、克服坡道上崎嶇不平路面的局部大阻力等要求的緣故。也能夠理解汽車的爬坡能力，指汽車在良好路面上克服Ff+Fw后的余力全部用來（即等速）克服坡度阻力時能爬上的坡度。因此Fi=Ft-（Ff+Fw）（3.1）一般汽車最大爬坡度達30%左右，因此利用汽車行駛方程式確定1檔及低檔爬坡能力時，應采用Gsinα作為坡道阻力，即上式應為（3.2）即（3.3）根據(jù)驅(qū)動力-行駛阻力圖求出汽車能爬上之坡道角，相應地根據(jù)tanα=i可求出坡度值。汽車爬坡度圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄4。汽車加速度圖汽車加速度圖簡介汽車的加速能力可用它在水平良好路面上行駛時能產(chǎn)生的加速度來評價。而汽車加速行駛時，需克服的其質(zhì)量加速運動時的慣性力，就是加速阻力Fj。汽車的質(zhì)量分為平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量兩部分。為了簡易計算旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，常見系數(shù)δ作為計算計入旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力偶矩后的汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。δ主要與飛輪的轉(zhuǎn)動慣量、車輪的轉(zhuǎn)動慣量以及傳動系的傳動比有關。其公式如下：（4.1）式中，Iw為車輪的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；If為飛輪的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；i0為主傳動比；ig為變速器的速比。汽車加速時其驅(qū)動力需全力加速，即坡道阻力為0。汽車加速度圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄5。汽車動力特性圖汽車動力特性圖簡介用動力特性圖來分析汽車動力性。將汽車行駛方程兩邊除以汽車重力并整理如下：（5.1）(5.2)令為汽車的動力因數(shù)并以符號D表示，則（5.3）汽車在各檔下的動力因數(shù)與車速的關系曲線稱為動力特性圖。汽車動力特性圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄6。汽車功率平衡圖汽車功率平衡圖簡介MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc[正文部分用宋體小四號]在汽車行駛的每一瞬間，發(fā)動機發(fā)出的功率始終等于機械傳動損失功率與全部運動阻力多消耗的功率。汽車運動阻力所消耗的功率有滾動阻力功率Pf、空氣阻力功率Pw、坡度阻力功率Pi及加速阻力功率Pj。將汽車行駛方程式兩邊乘以行駛車速ua，并經(jīng)單位換算整理出汽車功率平衡方程式（式中功率單位為kW），如下（6.1）將汽車經(jīng)常遇到的阻力功率（Pf+Pw）。發(fā)動機功率對車速的曲線繪制。得到汽車功率平衡圖。汽車功率平衡圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄7。汽車百公里油耗圖汽車百公里油耗圖簡介MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc[正文部分用宋體小四號]根據(jù)參考文獻[1]，等速行駛工況燃油消耗量的計算。在萬有特性圖上有等燃油消耗率曲線。根據(jù)曲線能夠確定發(fā)動機在一定轉(zhuǎn)速n,發(fā)出一定功率Pe時的燃油消耗率b。（7.1）（7.2）（7.3）汽車百公里油耗圖其車輛基本參數(shù)見附錄1，其Matlab程序見附錄8。MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc參考文獻余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，.3.MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc附錄附錄1車輛基本參數(shù)為發(fā)動機最低轉(zhuǎn)速600r/min，最高轉(zhuǎn)速4000r/min，裝載質(zhì)量kg，整車整備質(zhì)量1800kg,車輪半徑0.367m，傳動系效率0.85,滾動阻力系數(shù)0.013，空氣阻力系數(shù)與迎風面積之積為2.77m2，主減速器傳動比5.83,飛輪轉(zhuǎn)動慣量0.218kgm2,前輪總轉(zhuǎn)動慣量為1.798kgm2,后輪總的轉(zhuǎn)動慣量為3.598kgm2,軸距為3.2m質(zhì)心至前軸距離1.947m，質(zhì)心高0.9m，四擋變速器的變速比分別為6.09，3.09，1.71，1。附錄2closeall;n=linspace(600,4000,100);%設定轉(zhuǎn)速范圍(linspace(x1,x2,N)在x1x2范圍內(nèi)選取N個點，均分。)ua1=0.377*0.367*n/(5.83*6.09);%公式計算各檔車速范圍ua2=0.377*0.367*n/(5.83*3.09);ua3=0.377*0.367*n/(5.83*1.71);ua4=0.377*0.367*n/(5.83*1);Ttq=(-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4);%?Ttq-n曲線擬合公式x1=6.09;x2=3.09;x3=1.71;x4=1;Ft1=x1*Ttq*5.83*0.85/0.367;%公式計算各檔對應轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動力Ft2=x2*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft3=x3*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft4=x4*Ttq*5.83*0.85/0.367;plot(ua1,Ft1,'g',ua2,Ft2,'r',ua3,Ft3,'y',ua4,Ft4,'b');%汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖xlabel('ua/(km/h)');%汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖ylabel('F/N');legend('1','2','3','4');gridon;title('汽車驅(qū)動力圖');附錄3closeall;n=linspace(600,4000);%設定轉(zhuǎn)速范圍ua1=0.377*0.367*n/(5.83*6.09);%公式計算各檔車速范圍ua2=0.377*0.367*n/(5.83*3.09);ua3=0.377*0.367*n/(5.83*1.71);ua4=0.377*0.367*n/(5.83*1);Ttq=(-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4);%?Ttq-n曲線擬合公式x1=6.09;x2=3.09;x3=1.71;x4=1;Ft1=x1*Ttq*5.83*0.85/0.367;%公式計算各檔對應轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動力Ft2=x2*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft3=x3*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft4=x4*Ttq*5.83*0.85/0.367;F1=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua1.^2;%公式計算各檔對應的各個車速下的行駛阻力F2=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua2.^2;F3=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua3.^2;F4=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua4.^2;plot(ua1,Ft1,'g',ua2,Ft2,'b',ua3,Ft3,'y',ua4,Ft4,'m',ua1,F1,'r',ua2,F2,'r',ua3,F3,'r',ua4,F4,'r');%汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖?xlabel('ua/(km/h)');%汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖ylabel('F/N');legend('1','2','3','4','行駛阻力');gridon;title('汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖');附錄4closeall;n=600:10:4000;Tq=-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4;m=3800;g=9.8;nmin=600;nmax=4000;G=m*g;ig=[6.093.091.711];nT=0.85;%傳動系效率r=0.367;%車輪半徑f=0.013;%滾動阻力系數(shù)CDA=2.77;%空氣阻力系數(shù)與迎風面積之積i0=5.83;%主減速器傳動比L=3.2;%軸距a=1.947;%質(zhì)心至前軸距離hg=0.9;%質(zhì)心高If=0.218;%飛輪轉(zhuǎn)動慣量Iw1=1.798;%前輪總轉(zhuǎn)動慣量Iw2=3.598;%后輪總轉(zhuǎn)動慣量Ft1=Tq*ig(1)*i0*nT/r;Ft2=Tq*ig(2)*i0*nT/r;Ft3=Tq*ig(3)*i0*nT/r;Ft4=Tq*ig(4)*i0*nT/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;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;i1=asin((Ft1-Ff-Fw1)/G);i2=asin((Ft2-Ff-Fw2)/G);i3=asin((Ft3-Ff-Fw3)/G);i4=asin((Ft4-Ff-Fw4)/G);plot(ua1,i1,ua2,i2,ua3,i3,ua4,i4);title('汽車的爬坡度圖');xlabel('ua/(km*h^-1)');ylabel('i/%');legend('1','2','3','4');gridon;附錄5closeall;n=600:10:4000;Tq=-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4;m=3880;g=9.8;nmin=600;nmax=4000;G=m*g;ig=[6.093.091.711.00];nT=0.85;r=0.367;f=0.013;CDA=2.77;i0=5.83;L=3.2;a=1.947;hg=0.9;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;Ft1=Tq*ig(1)*i0*nT/r;Ft2=Tq*ig(2)*i0*nT/r;Ft3=Tq*ig(3)*i0*nT/r;Ft4=Tq*ig(4)*i0*nT/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;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;deta1=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*ig(1)^2*i0^2*nT)/(m*r^2);%汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)deta2=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*ig(2)^2*i0^2*nT)/(m*r^2);deta3=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*ig(3)^2*i0^2*nT)/(m*r^2);deta4=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If*ig(4)^2*i0^2*nT)/(m*r^2);a1=(Ft1-Ff-Fw1)/(deta1*m);a2=(Ft2-Ff-Fw2)/(deta2*m);a3=(Ft3-Ff-Fw3)/(deta3*m);a4=(Ft4-Ff-Fw4)/(deta4*m);plot(ua1,a1,ua2,a2,ua3,a3,ua4,a4);title('汽車的行駛加速度曲線');xlabel('ua/(km*h^-1)');ylabel('a/(m*s^-2)');legend('1','2','3','4');gridon;附錄6closeall;n=linspace(600,4000);%設定轉(zhuǎn)速范圍ua1=0.377*0.367*n/(5.83*6.09);%公式計算各檔車速范圍ua2=0.377*0.367*n/(5.83*3.09);ua3=0.377*0.367*n/(5.83*1.71);ua4=0.377*0.367*n/(5.83*1.00);Ttq=(-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4);%Ttq-n曲線擬合公式m=3800;g=9.8;G=m*g;x1=6.69;x2=3.09;x3=1.71;x4=1;Ft1=x1*Ttq*5.83*0.85/0.367;%公式計算各檔對應轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動力Ft2=x2*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft3=x3*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft4=x4*Ttq*5.83*0.85/0.367;F1=(2.77/21.15)*ua1.^2;%公式計算各檔對應的各個車速下的空氣阻力F2=(2.77/21.15)*ua2.^2;F3=(2.77/21.15)*ua3.^2;F4=(2.77/21.15)*ua4.^2;D1=(Ft1-F1)/G;D2=(Ft2-F2)/G;D3=(Ft2-F2)/G;D4=(Ft3-F3)/G;plot(ua1,D1,ua2,D2,ua3,D3,ua4,D4);title('汽車的動力特性圖');xlabel('ua/(km*h^-1)');ylabel('D');legend('1','2','3','4')gridon;附錄7closeall;n=linspace(600,4000);%設定轉(zhuǎn)速范圍?ua1=0.377*0.367*n/(5.83*6.09);%公式計算各檔車速范圍?ua2=0.377*0.367*n/(5.83*3.09);ua3=0.377*0.367*n/(5.83*1.71);ua4=0.377*0.367*n/(5.83*1.00);Ttq=(-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4);%?Ttq-n?曲線擬合公式?x1=6.09;x2=3.09;x3=1.71;x4=1;Ft1=x1*Ttq*5.83*0.85/0.367;%公式計算各檔對應轉(zhuǎn)速下的驅(qū)動力?Ft2=x2*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft3=x3*Ttq*5.83*0.85/0.367;Ft4=x4*Ttq*5.83*0.85/0.367;F1=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua1.^2;%公式計算各檔對應的各個車速下的行駛阻力?F2=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua2.^2;F3=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua3.^2;F4=3800*9.8*0.013+(2.77/21.15)*ua4.^2;Pe1=Ft1.*ua1./(3600*0.85);%計算各檔對應轉(zhuǎn)速下的功率?Pe2=Ft2.*ua2./(3600*0.85);Pe3=Ft3.*ua3./(3600*0.85);Pe4=Ft4.*ua4./(3600*0.85);P1=F1.*ua1./(3600*0.85);%計算各檔對應的各個車速下的行駛阻力功率?P2=F2.*ua2./(3600*0.85);P3=F3.*ua3./(3600*0.85);P4=F4.*ua4./(3600*0.85);plot(ua1,Pe1,'b',ua2,Pe2,'y',ua3,Pe3,'m',ua4,Pe4,'y',ua1,P1,'r',