汽车理论课程设计.doc

江 苏 大 学汽车工程学课程设计说明书设计题目：汽车动力性、经济性与制动性研究姓名： 班级： 学号： 指导教师： 日期：20xx年x月x日 目录汽车工程学课程设计任务书2一、目的和任务2二、内容和要求3三、参数4第一章 汽车动力性能计算5一、汽车发动机外特性计算5二、驱动力与行驶阻力平衡图6三、动力特性图11第二章 汽车燃油经济性计算16一、等速百公里油耗曲线16第三章 汽车制动性计算19一、制动效能评定19二、制动方向稳定性分析22小 结23参考文献24汽车工程学课程设计任务书一、 目的和任务汽车工程学I课程设计的目的和任务是通过该课程设计使学生学会综合运用计算机程序设计、汽车工程学理论进行汽车的动力性、燃油经济性、制动性能的计算与分析方法，掌握确定这些性能参数的依据，各性能评价指标的意义及其数值范围。二、 内容和要求1要求（含工作量要求）1) 计算部分应包括原始数据、公式来源及符号说明。2) 符号应尽可能的与汽车工程学教材相一致，统一采用国际或工程单位，对同一车型的计算，单位应统一；3) 计算数据要列入表格；4) 作图比例应恰当；5) 作业应整洁、字迹清晰，计算结果准确，曲线光滑，粗细均匀；图上文字按制图标准；6) 按期完成。2. 内容1) 编写汽车动力性、燃油经济性、制动性能计算程序；2) 计算汽车的驱动力、行驶阻力、动力因素、加速度、爬坡度、等速百公里油耗、附着系数利用率等参数；3) 作出发动机外特性及使用外特性、驱动力与行驶阻力平衡图、动力特性图、爬坡图、直接档等速百分里油耗、理想、实际制动力分配曲线、附着系数利用率曲线结合实例分析动力性和经济性、制动效能与制动稳定性的关系。3进度安排（学时）项目编号内 容学时要求备注1汽车动力性计算3天必做2燃油经济性计算2天必做3制动性能计算3天必做4编写计算报告2天必做三、 参数表1 一汽大众捷达1.6L自动档部分参数表名称参数名称参数发动机最低转速600r/min发动机最高转速6500r/min整车整备质量1170Kg总质量1545Kg车轮半径r0.38m传动系机械效率0.85滚动阻力系数f0.015空气阻力系数0.4迎风面积A14291.415主减速器传动比7轴距L2.603m汽油重度g76档Tiptronic变速器传动比档档档档档档4.152.371.561.150.860.69质心高（满载）0.735m质心高（空载）0.735m质心到后轴距离（满载）1.3m质心到后轴距离（空载）1.6m制动力分配系数0.68制动器作用时间0.25s表2 一汽大众捷达1.6L自动档燃油经济性拟合参数表N/(r/min)8151326.8-416.4672.379-5.86290.1776812071354.7-303.9836.657-2.05530.04307216141284.4-189.7514.524-0.511840.006816420121122.9-121.597.0035-0.185170.001855526031141.0-98.8934.4763-0.0910770.0006890630061051.2-73.7142.8593-0.051380.0003503234031233.9-84.4782.9788-0.0474490.0002823038041129.7-45.2910.7113-0.00075215-0.000028568第一章 汽车动力性能计算一、汽车发动机外特性计算假设新捷达1.6L自动档汽车的EA211系列发动机转矩（N.m）与转速n关系如下： （1-1）功率 (KW) （1-2）运用matlab编程：n=600:100:6500;Ttq=-0.000005*(n-3800).2+155;Pe=Ttq.*n/9550;max_where1=find(Ttq=max(Ttq);max_where2=find(Pe=max(Pe);plot(n,Ttq,n,Pe,-)xlabel(n/(r/min)legend(Ttq,Pe)title(捷达1.6L自动汽车发动机外特性图)disp(最大值Ttq= num2str(max_where1) 对应n= num2str(n(max_where1)disp(最大值Pe= num2str(max_where2) 对应n= num2str(n(max_where2)作图如下：图1-1 捷达1.6LEA211系列发动机外特性图由图1-1得知，在n=3800r/min时，该发动机具有最大输出转矩=155N.m；在n=6000r/min时，该发动机具有最大输出功率=81KW，当转速继续增加时，功率下降。二、驱动力与行驶阻力平衡图1.驱动力计算 （1-3） （1-4）运用matlab编程：n=600:100:6500;Ttq=-0.000005*(n-3800).2+155;ig1=4.15; ig2=2.37; ig3=1.56; ig4=1.15; ig5=0.86; ig6=0.69;i0=7; nt =0.85;r=0.38;Ft1=ig1* i0*nt /r *Ttq;Ft2=ig2* i0*nt /r *Ttq;Ft3=ig3* i0*nt /r *Ttq;Ft4=ig4* i0*nt /r *Ttq;Ft5=ig5* i0*nt /r *Ttq;Ft6=ig6* i0*nt /r *Ttq;ua1=0.337*r*n/i0/ig1;ua2=0.337*r*n/i0/ig2;ua3=0.337*r*n/i0/ig3;ua4=0.337*r*n/i0/ig4;ua5=0.337*r*n/i0/ig5;ua6=0.337*r*n/i0/ig6;plot(ua1,Ft1,-)hold on plot(ua2,Ft2,o)hold on plot(ua3,Ft3,+)hold on plot(ua4,Ft4,:)hold on plot(ua5,Ft5,-)hold on plot(ua6,Ft6,-.)xlabel(ua/(km/h)legend(Ft1, Ft2, Ft3, Ft4, Ft5, Ft6)title(捷达1.6L自动汽车驱动力图)作图如下：图1-2 捷达1.6L自动档汽车驱动力图2.行驶阻力计算行驶阻力 （1-5）式中，G、f与、A均已知，所以。3.驱动力与行驶阻力平衡图运用matlab编程：n=600:100:6500;Ttq=-0.000005*(n-3800).2+155;ig1=4.15; ig2=2.37; ig3=1.56; ig4=1.15; ig5=0.86; ig6=0.69;i0=7; nt =0.85;r=0.38;f=0.015;m=1545;G=m*9.8;CD=0.4;A=1.429*1.415;Ft1=ig1* i0*nt /r *Ttq;Ft2=ig2* i0*nt /r *Ttq;Ft3=ig3* i0*nt /r *Ttq;Ft4=ig4* i0*nt /r *Ttq;Ft5=ig5* i0*nt /r *Ttq;Ft6=ig6* i0*nt /r *Ttq;ua1=0.337*r*n/i0/ig1;ua2=0.337*r*n/i0/ig2;ua3=0.337*r*n/i0/ig3;ua4=0.337*r*n/i0/ig4;ua5=0.337*r*n/i0/ig5;ua6=0.337*r*n/i0/ig6;ua=linspace(0,180,100);Ff=G*f;Fw=CD*A*ua.2/21.15;F=Ff+Fw;plot(ua1,Ft1,-)hold on plot(ua2,Ft2,o)hold on plot(ua3,Ft3,+)hold on plot(ua4,Ft4,:)hold on plot(ua5,Ft5,-)hold on plot(ua6,Ft6,-.)hold on plot(ua,F,-)xlabel(ua/(km/h)legend(Ft1, Ft2, Ft3, Ft4, Ft5, Ft6, F)title(捷达1.6L自动汽车驱动力-行驶阻力图)作图如下：图1-3 捷达1.6L自动档汽车驱动力与行驶阻力平衡图由图1-3可知，六档时汽车最高车速168.88km/h。4.加速度计算由汽车行驶方程式（设=0）得，所以加速度 （1-6） （1-7）所以加速时间 （1-8）其中，、为加速前后的速度。三、动力特性图1.动力因数计算动力因数 （1-9）运用matlab编程：n=600:100:6500;Ttq=-0.000005*(n-3800).2+155;ig1=4.15; ig2=2.37; ig3=1.56; ig4=1.15; ig5=0.86; ig6=0.69;i0=7; nt =0.85;r=0.38; m=1545;G=m*9.8;CD=0.4;A=1.429*1.415;Ft1=ig1* i0*nt /r *Ttq;Ft2=ig2* i0*nt /r *Ttq;Ft3=ig3* i0*nt /r *Ttq;Ft4=ig4* i0*nt /r *Ttq;Ft5=ig5* i0*nt /r *Ttq;Ft6=ig6* i0*nt /r *Ttq;ua1=0.337*r*n/i0/ig1;ua2=0.337*r*n/i0/ig2;ua3=0.337*r*n/i0/ig3;ua4=0.337*r*n/i0/ig4;ua5=0.337*r*n/i0/ig5;ua6=0.337*r*n/i0/ig6;Fw1=CD*A*ua1.2/21.15;Fw2=CD*A*ua2.2/21.15;Fw3=CD*A*ua3.2/21.15;Fw4=CD*A*ua4.2/21.15;Fw5=CD*A*ua5.2/21.15;Fw6=CD*A*ua6.2/21.15;D1=(Ft1-Fw1)/G;D2=(Ft2-Fw2)/G;D3=(Ft3-Fw3)/G;D4=(Ft4-Fw4)/G;D5=(Ft5-Fw5)/G;D6=(Ft6-Fw6)/G;ua=linspace(0,180,100);Fw=CD*A*ua.2/21.15;f=Fw/G;plot(ua1,D1)hold on plot(ua2,D2)hold on plot(ua3,D3)hold on plot(ua4,D4)hold on plot(ua5,D5)hold on plot(ua6,D6)hold on plot(ua,f)xlabel(ua/(km/h)title(捷达1.6L自动汽车动力特性图)text(26,0.65, D1)text(40,0.35, D2)text(60,0.25, D3)text(80,0.19, D4)text(70,0.12, D5)text(80,0.08, D6)text(170,0.09, f)作图如下：图1-4 捷达1.6L自动档汽车动力特性图2.最大爬坡度计算设=0，则因为很小，所以 （1-10）将带入（1-10）式，整理得 （1-11）最大爬坡度 （1-12）3.爬坡图由汽车行驶方程式（=0）得 （1-13）即所以， （1-14）运用matlab编程：n=600:100:6500;Ttq=-0.000005*(n-3800).2+155;ig1=4.15; ig2=2.37; ig3=1.56; ig4=1.15; ig5=0.86; ig6=0.69;i0=7; nt =0.85;r=0.38;f=0.015;m=1545;G=m*9.8;CD=0.4;A=1.429*1.415;Ft1=ig1* i0*nt /r *Ttq;Ft2=ig2* i0*nt /r *Ttq;Ft3=ig3* i0*nt /r *Ttq;Ft4=ig4* i0*nt /r *Ttq;Ft5=ig5* i0*nt /r *Ttq;Ft6=ig6* i0*nt /r *Ttq;ua1=0.337*r*n/i0/ig1;ua2=0.337*r*n/i0/ig2;ua3=0.337*r*n/i0/ig3;ua4=0.337*r*n/i0/ig4;ua5=0.337*r*n/i0/ig5;ua6=0.337*r*n/i0/ig6;Fw1=CD*A*ua1.2/21.15;Fw2=CD*A*ua2.2/21.15;Fw3=CD*A*ua3.2/21.15;Fw4=CD*A*ua4.2/21.15;Fw5=CD*A*ua5.2/21.15;Fw6=CD*A*ua6.2/21.15;Ff=G*f;F1=Ff+Fw1;F2=Ff+Fw2;F3=Ff+Fw3;F4=Ff+Fw4;F5=Ff+Fw5;F6=Ff+Fw6;i1=tan(asin(Ft1-F1)/G);i2=tan(asin(Ft2-F2)/G);i3=tan(asin(Ft3-F3)/G);i4=tan(asin(Ft4-F4)/G);i5=tan(asin(Ft5-F5)/G);i6=tan(asin(Ft6-F6)/G);plot(ua1,i1)hold onplot(ua2,i2)hold onplot(ua3,i3)hold onplot(ua4,i4)hold onplot(ua5,i5)hold onplot(ua6,i6)xlabel(ua/(km/h)ylabel(i)title(捷达1.6L自动汽车爬坡图)text(27,0.65, i1)text(40,0.39, i2)text(60,0.25, i3)text(80,0.19, i4)text(70,0.12, i5)text(80,0.08, i6)作图如下：图1-5 捷达1.6L自动档汽车爬坡图由图1-5可知，汽车最大爬坡度为档时的最大爬坡度，0.853，所以。第二章 汽车燃油经济性计算一、等速百公里油耗曲线根据表2，可拟合出发动机在一定转速n，发出一定功率的燃油消耗率b的表达式中各个系数：b=b(Pe)= （2-1）功率 （2-2）则汽车等速百公里油耗Qs为： （2-3）运用matlab编程：n=600:100:6500;m=1545;g=9.8;G=m*g; ig=4.152.371.561.150.86 0.69;nT=0.85;r=0.38;f=0.015;CD=0.3;A=1.429*1.415;i0=7;pg=7.0;n0=8151207161420122603300634033804; B00=1326.81354.71284.41122.91141.01051.21233.9112.7; B10=-416.46-303.98-189.75-121.59-98.893-73.714-84.478-45.291;B20=72.37936.65714.5247.00354.47632.85932.97880.71113; B30=-5.8629-2.0553-0.51184-0.18517-0.091077-0.05138 -0.047449-0.00075215;B40=0.177680.0430720.00681640.00185550.000689060.000350320.00028230-0.000038568; B0=spline(n0,B00,n); B1=spline(n0,B10,n);B2=spline(n0,B20,n);B3=spline(n0,B30,n);B4=spline(n0,B40,n);Ff=G*f; ua5=0.377*r*n./ig(5)/i0;ua6=0.377*r*n./ig(6)/i0; Fz5=Ff+CD*A*(ua5.2)/21.15;Fz6=Ff+CD*A*(ua6.2)/21.15;Pe5=Fz5.*ua5/(nT*3.6*1000);Pe6=Fz5.*ua5/(nT*3.6*1000);fori=1:60 b5(i)=B0(i)+B1(i).*Pe5(i)+B2(i).*Pe5(i).2+B3(i).*Pe5(i).3+B4(i).*Pe5(i).4; b6(i)=B0(i)+B1(i).*Pe6(i)+B2(i).*Pe6(i).2+B3(i).*Pe6(i).3+B4(i).*Pe6(i).4;end Q5=Pe5.*b5./(1.02*ua5*pg);Q6=Pe6.*b6./(1.02*ua6*pg);plot(ua5,Q5,ua6,Q6);axis(0120020); title(捷达1.6L自动汽车最高档与次高档等速百公里油耗曲线);xlabel(ua/(km/h)ylabel(Qs/(L/100km)text(80,13, 5)text(100,10, 6)作图如下：图1-6 捷达1.6L自动档汽车最高档与次高档等速百公里油耗曲线由图1-6可知，在同一道路条件与车速下，五档时等速百公里油耗比六档时高；汽车在中低等车速时燃油消耗量较低，高速时随车速增加燃油消耗量迅速加大。第三章 汽车制动性计算一、制动效能评定1.制动距离s及制动减速度在不同路面上，地面制动力为故汽车能达到的减速度（m/）为设制动器作用时间，其中=0.05s，=0.2s。则制动距离s为 （3-1）其中，为起始制动速度。2.理想、实际前后制动器制动力分配曲线理想的前后制动器制动力分配曲线（即I曲线）是指前后车轮同时抱死时前后轮制动器制动力的关系曲线。根据汽车理论中式（4-10）可知： （3-2）实际的前后制动器制动力分配曲线（即曲线）中，前后轮制动器制动力具有固定比值： （3-3）运用matlab编程：Fu1=0:100:10000;m1=1545;m2=1170;g=9.8;hg1=0.735; hg2=0.835;b1=1.3;b2=1.6;L=2.603;b=0.68;G1=m1*g;G2=m2*g;Fu21=(sqrt(b12+4*hg1*L*Fu1/G1)*G1/hg1-(G1*b1/hg1+2*Fu1)/2;Fu22=(sqrt(b22+4*hg2*L*Fu1/G2)*G2/hg2-(G2*b2/hg2+2*Fu1)/2;Fu23=(1-b)*Fu1/b;plot(Fu1,Fu21,Fu1,Fu22,Fu1,Fu23)xlabel(Fu1/kN)ylabel(Fu2/kN)text(6000,1500, I曲线空载)text(3000,2500, I曲线满载)text(8000,4500, B曲线)title(捷达1.6L自动汽车理想、实际前后制动器制动力分配曲线);作图如下：图1-7 捷达1.6L自动档汽车理想、实际前后制动器制动力分配曲线同步附着系数为 （3-4）当时，曲线位于I曲线下方，制动时总是前轮先抱死；当时，曲线位于I曲线上方，制动时总是后轮先抱死；当时，制动时总是前、后轮同时抱死。3.利用附着系数利用附着系数为其中，为对应于制动强度z，汽车第i轴产生的地面制动力；为对应于制动强度z，地面对第i轴的法向反力；为第i轴对应于制动强度z的利用附着系数。前轴的利用附着系数为 （3-5）后轴的利用附着系数为 （3-6）运用matlab编程：z=0:0.01:1;b=0.68;L=2.603;b1=1.3;a1=L-b1;b2=1.6;a2=L-b2;hg1=0.735;hg2=0.835;qf1=b*z*L./(b1+z*hg1);qf2=b*z*L./(b2+z*hg2);qr1=(1-b)*z*L./(a1-z*hg1);qr2=(1-b)*z*L./(a2-z*hg2);q=z;plot(z,qf1, -,z,qf2, -,z,qr1, -.,z,qr2, :,z,q)xlabel(制动强度z)ylabel(利用附着系数)legend(qf1, qf2, qr1, qr2, q)title(捷达1.6L自动汽车利用附着系数曲线);axis(0102);作图如下：图1-8 捷达1.6L自动档汽车利用附着系数曲线二、制动方向稳定性分析（1）当时，前轮先抱死拖滑，汽车处于稳定状态，但丧失转向能力，只能沿直线向前行驶（或减速停车）；（2）当时，后轮先抱死拖滑，容易发生后轴侧滑使汽车失去方向稳定性；（3）当时，前后轮同时抱死，也是一种稳定工况，但也失去转向能力。小 结1.动力性与燃油经济性（1）在相同路面条件和相同车速时，选用高档位时，燃油经济性较好，可在最高档时达到汽车最高车速；选用低档位时，燃油经济性变差，但驱动力增加，加速性能好，加速时间短。（2）在相同路面条件和选用相同档位时，中低速时，燃油经济性较好，最大爬坡度较大；高速时，随着车速的增加，燃油消耗量迅速加大，爬坡度也下降。（3）通过改善汽车结构，可降低空气阻力，进而对汽车动力性及燃油经济性均有利。（4）通过选用大排量发动机，可有效提高汽车的动力性，但由于发动机体积增加使汽车质量增加，使燃油经济性变差。2.制动效能与制动稳定性（1）若制动时后轮先抱死拖滑且车速超过一定数值时，制动减速度越小，制动距离、制动时间越长，后轴侧滑越剧烈，制动时的方向稳定性越差。（2）一般前轮制动器选择制动效能稳定性较好的盘式制动器，制动时，若因温度升高而产生热衰退现象时，后轮失去制动力而前轮仍有足够的制动力，汽车可以基本上维持直线行驶，具有较好的制动方向稳定性。3.心得体会在这次课程设计中，我们以一汽大众新捷达1.6L自动舒适型汽车的动力性、燃油经济性及制动性的分析。在此过程中，我遇到了很多问题，主要包括以下几个方面。（1）车型参数的收集。在我的计算中，需要的很多数据都是关键技术数据，或者需要实验测量，从参考书及网上是无法获得的。所以我只能根据现有的数据，以及其他车型的现有公式推出。比如发动机转矩与转速的关系，在网上可以查到最高转矩及对应转速、最高功率及对应转速、最高车速，以及朗逸1.6L汽车发动机转矩与转速的关系式。因为这两种车型均为轿车，关系式形式相似，我大胆猜测捷达车型的转矩与转速关系也为抛物线，最终得出了其关系式。当然，在这个推理过程中，可能会有很大的误差，但是我学会了分析汽车动力性的方法。在以后的工作中，有了足够的经验积累，我就可以准确的分析每一款车型的动力性、经济性及制动性。（2）程序的编写。在这次课程设计中，通过对汽车外特性、等速百公里油耗等曲线的绘制、程序的编写，使我对Matlab基本功能的运用由生硬变得熟练，现在已经可以独立完成简单程序的编写。Matlab的语言与C语言相比，简单很多，也很实用，所以在以后的工作中我要对Matlab进行深入的学习。（3）对公式的理解。以往分析动力性等性能时，只是简单地记公式，并没有深刻的理解，很多参数的意义并不熟悉。在这次课程设计中，第一次亲自选取参数值、计算、分析，将笼统的理论学习与亲身实践联系起来，理解更是深入了很多。参考文献1 余志生. 汽车理论M. 第5版. 机械工业出版社, 2009.2 王望予. 汽车设计M. 第4版. 机械工业出版社, 2004.3 王国权, 龚国庆. 汽车设计课程设计指导书M. 机械工业出版社, 2009.24