汽车理论专业课程设计项目说明指导书.docx

目 录1.题目要求31.1.题目要求31.2.车型参数32.计算步骤42.1.绘制功率外特性和转矩外特性曲线42.2.绘制驱动力行驶阻力平衡图62.3.绘制动力特性图92.4.绘制加速度曲线和加速度倒数曲线122.5.绘制加速时间曲线182.5.1.二挡原地起步连续换挡加速时间曲线182.5.2.最高档和次高档超车加速时间223.结论分析273.1.汽车的最高车速uamax273.2.汽车的加速时间t273.3.汽车能爬上的最大坡度imax274.心得体会28参考资料291. 题目要求1.1. 题目要求（1） 依据书上所给发动机使用外特征曲线拟合公式，绘制功率外特征和转矩外特征曲线；（2） 绘制驱动力-行驶阻力平衡图；（3） 绘制动力特征图；（4） 绘制加速度时间曲线和加速度倒数曲线；（5） 绘制加速时间曲线，包含原地起步连续换挡加速时间和最高级和次高级加速时间、加速区间（初速度和末速度）根据国家标准GB/T12543-要求选择，并在说明书中具体说明选择；（6） 对动力性进行总体评价。1.1.1.1.2. 车型参数汽车发动机使用外特征Tq-n曲线拟合公式为Tq=-19.313+295.27(n1000)-165.44(n1000)2+40.874(n1000)3-3.8445(n1000)4式中，Tq为发动机转矩（Nm）；n为发动机转速（r/min）。发动机最低转速nmin=600r/min，最高转速nmax=4000r/min装载质量 kg整车装备质量 1800kg总质量 3880kg车轮半径 0.367m传动系机械效率 T=0.84滚动阻力系数 f=0.016空气阻力系数迎风面积 CDA=2.77m2主减速器传动比 i0=5.97飞轮转动惯量 If=0.218kgm2二前轮转动惯量 IW1=1.798kgm2四后轮转动惯量 IW2=3.598kgm2变速器传动比 i1=6.09；i2=3.09；i3=1.71；i4=1.00轴距 L=3.2m质心至前轴距离（满载） a=1.947m质心高（满载） hg=0.9m2. 计算步骤2.1. 绘制功率外特征和转矩外特征曲线由发动机使用外特征曲线拟合公式：Tq=-19.313+295.27(n1000)-165.44(n1000)2+40.874(n1000)3-3.8445(n1000)4求出发动机转矩Tq和发动机转速n关系。接着由功率和转矩关系式：Pe=Ttqn9550求出功率和转速关系。在MATLAB界面运行得n=600:100:4000;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Pe=Ttq.*n/9550;plot(n,Pe);holdon;plot(n,Ttq)xlabel(n/(r/min);ylabel(Pe(kw)title(Pe-n和Ttq-n)gtext(Pe)gtext(Ttq)在MATLAB中得图一图一 发动机外特征曲线2.2. 绘制驱动力行驶阻力平衡图依据公式 Ft=Tqigi0Tr在MATLAB里运行得程序ig1=6.09;ig2=3.09;ig3=1.71;ig4=1.00;nT=0.84;r=0.367;f=0.016;CDA=2.77;i0=5.97;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;m=1800;g=9.8;G=m*g;n=600:100:4000;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;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);ua2=0.377*r*n/(ig2*i0);ua3=0.377*r*n/(ig3*i0);ua4=0.377*r*n/(ig4*i0);Ff=G*f;ua=linspace(0,120,100);Fw=CDA*ua.2/21.15;F=Ff+Fw;Ff=F-Fw;plot(ua1,Ft1);holdon;plot(ua2,Ft2);plot(ua3,Ft3);plot(ua4,Ft4);plot(ua,Ff);plot(ua,F);xlabel(ua(km/h)ylabel(F/N)title(四挡驱动力-行驶阻力平衡图)gtext(Ft1)gtext(Ft2)gtext(Ft3)gtext(Ft4)gtext(Fw+Ff)gtext(Ff)ua,F=ginput(1)在MATLAB运行得图二图二 驱动力行驶阻力平衡图2.3. 绘制动力特征图汽车动力因数由公式 D=Ft-FwG在MATLAB中运行得程序ig1=6.09;ig2=3.09;ig3=1.71;ig4=1.00;nT=0.84;r=0.367;f=0.016;CDA=2.77;i0=5.97;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;m=1800;g=9.8;G=m*g;n=600:100:4000;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;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);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;D2=(Ft2-Fw2)/G;D3=(Ft3-Fw3)/G;D4=(Ft4-Fw4)/G;f=Fw/G;plot(ua1,D1);holdonplot(ua2,D2);plot(ua3,D3);plot(ua4,D4);plot(ua,f);xlabel(ua(km/h);ylabel(D);title(四挡动力特征图);gtext()gtext()gtext()gtext()gtext(f)ua,D=ginput(1)则在MATLAB里获取动力特征图见图三。图三 动力特征图2.4. 绘制加速度曲线和加速度倒数曲线由行驶方程式：Ttqigi0Tr=Gf+Gi+CDA21.15ua2+mdudt设Fi=0，则有dudt=1mFt-(Ff+Fw)在MATLAB中运行得程序ig1=6.09;ig2=3.09;ig3=1.71;ig4=1.00;nT=0.84;r=0.367;f=0.016;CDA=2.77;i0=5.97;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;m=1800;g=9.8;G=m*g;n=600:100:4000;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;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);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;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*ig12*i02*nT)/(m*r2);d2=1+(Iw1+Iw2+If*ig22*i02*nT)/(m*r2);d3=1+(Iw1+Iw2+If*ig32*i02*nT)/(m*r2);d4=1+(Iw1+Iw2+If*ig42*i02*nT)/(m*r2);a1=(Ft1-F1)/(d1*m);a2=(Ft2-F2)/(d2*m);a3=(Ft3-F3)/(d3*m);a4=(Ft4-F4)/(d4*m);plot(ua1,a1);holdon;plot(ua2,a2);plot(ua3,a3);plot(ua4,a4);title(行驶加速度曲线)xlabel(ua)ylabel(a/(m/s-2)gtext()gtext()gtext()gtext()在MATLAB里获取加速度曲线图四图四 行驶加速度曲线同理在MATLAB中运行得ig1=6.09;ig2=3.09;ig3=1.71;ig4=1.00;nT=0.84;r=0.367;f=0.016;CDA=2.77;i0=5.97;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;m=1800;g=9.8;G=m*g;n=600:100:4000;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;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);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;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*ig12*i02*nT)/(m*r2);d2=1+(Iw1+Iw2+If*ig22*i02*nT)/(m*r2);d3=1+(Iw1+Iw2+If*ig32*i02*nT)/(m*r2);d4=1+(Iw1+Iw2+If*ig42*i02*nT)/(m*r2);b1=d1*m./(Ft1-F1);b2=d2*m./(Ft2-F2);b3=d3*m./(Ft3-F3);b4=d4*m./(Ft4-F4);plot(ua1,b1);holdon;plot(ua2,b2);plot(ua3,b3);plot(ua4,b4);title(加速度倒数曲线)xlabel(ua（km/h）)ylabel(1/a)gtext(1/a1);gtext(1/a2)gtext(1/a3)gtext(1/a4)在MATLAB中获取加速度倒数曲线图五。图五 加速度倒数曲线2.5. 绘制加速时间曲线用积分法求加速时间2.5.1. 二挡原地起步连续换挡加速时间曲线在MATLAB中运行得程序nT=0.84;r=0.367;f=0.016;CDA=2.77;i0=5.97;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;m=1800;g=9.8;G=m*g;ig=6.093.091.711.00;nmin=600;nmax=4000;u1=0.377*r*nmin./ig/i0;u2=0.377*r*nmax./ig/i0;deta=0*ig;fori=1:4deta(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m*r2)+(If*(ig(i)2*i0*nT)/(m*r2);endua=0:0.01:99;N=length(ua);n=0;Ttq=0;Ft=0;inv_a=0*ua;delta=0*ua;Ff=G*f;Fw=CDA*ua.2/21.15;fori=2:Nk=i;ifua(i)=u2(2)n=ua(i)*(ig(2)*i0/r)/0.377;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft=Ttq*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;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft=Ttq*ig(3)*i0*nT/r;inv_a(i)=(deta(3)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=0.01*inv_a(i)/3.6;elsen=ua(i)*(ig(4)*i0/r)/0.377;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft=Ttq*ig(4)*i0*nT/r;inv_a(i)=(deta(4)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=0.01*inv_a(i)/3.6;enda=delta(2:k);t(i)=sum(a);endplot(t,ua);axis(0 40 0 120)title(二挡原地起步连续换挡时间曲线);xlabel(速度ua（km/h）);ylabel(时间t（s）);tua=ginput(1)由MATLAB获取原地起步连续换挡加速时间曲线图六图六 二挡原地起步连续换挡加速时间曲线2.5.2. 最高级和次高级超车加速时间在MATLAB界面运行得程序ig(1)=6.09;ig(2)=3.09;ig(3)=1.71;ig(4)=1.00;nT=0.84;r=0.367;f=0.016;CDA=2.77;i0=5.97;L=3.2;a=1.947;hg=0.9;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;pg=7.0;m=1800;g=9.8;G=m*g;n=600:4000;nmin=600;nmax=4000;k=200;n=linspace(nmin,nmax,k);fori=1:4deta(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m*r2)+(If*(ig(i)2*i02*nT)/(m*r2);endTq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;fori=1:4ua(i,:)=0.377*n.*r/(ig(i)*i0);endfori=1:4Ft(i,:)=Tq.*ig(i)*i0*nT/r;enduua=linspace(0,120,k);Fw=CDA*uua.2/21.15;F=CDA*uua.2/21.15+G*f;fori=1:4forj=1:200a(i,j)=(Ft(i,j)-F(j)/(deta(i)*m);endenda_re=1./a;j=1;whileua(3,j)40j=j+1;endm1=j;j=1;whileua(3,j)41j=j+1;endm2=j;j=1;whileua(4,j)41j=j+1;endm3=j;j=1;whileua(4,j)60j=j+1;endm4=j;fori=1:(m2-m1)Ts(i)=(ua(3,m1+i)-ua(3,m1+i-1)/3.6/a(3,m1+i-1);endt(1)=Ts(1);fori=1:(m2-m1-1)t(i+1)=t(i)+Ts(i+1)endfori=1:(m4-m3)Ts(m2-m1+i)=(ua(4,m3+i)-ua(4,m3+i-1)/3.6/a(4,m3+i-1);endfori=1:(m4-m3)t(m2-m1+i)=t(m2-m1+i-1)+Ts(m2-m1+i);endfigureplot(t,horzcat(ua(3,m1:m2-1),ua(4,m3:m4-1)axis(0,25,30,60)title(超车加速时间)xlabel(t/s)ylabel(ua/(km/h)t,ua=ginput(1)由MATLAB取得超车加速时间曲线图七图七 超车加速时间曲线3. 结论分析3.1. 汽车最高车速uamax最高车速是指在良好水泥路面（混凝土或沥青）上汽车能达成最高行驶速度。由驱动力行驶阻力平衡图可知，该车uamax=90.56km/h，高于90km/h，满足法规对最高车速要求。3.2. 汽车加速时间t加速时间表示汽车加速能力，常见原地起步加速时间和超车加速时间表示。原地起步时间是指汽车由一档或二档起步，并以最大加速强度（包含选择适宜换挡时机）逐步换至最高级后到某一预定距离或车速所需时间。超车加速时间是指最高级或次高级由某一较低车速全力加速至某一高速所需时间。由加速度曲线图可知，原地起步连续换挡加速时间和超车加速时间分别为12.21s和6.13s加速性能比很好。超车加速能力强，并行行程短，行驶就安全。国家标准要求：对于最高车速大雨100km/h汽车，原地起步连续换挡加速时间表示为从0加速到100km/h汽车车辆有精巧状态全油门加速到最高车速90%向下圆整到5倍数车速（本车为70km/h）所需时间。该车原地起步连续换挡加速到70km/h所需时间大约为12.21s，汽车对加速能力较强。该车由40km/h到60km/h，直接档加速时间大约为6.13s,所以该车超车能力较强。3.3. 汽车能爬上最大坡度imax汽车爬坡能力是指汽车在良好路面上克服Ff+Fw后余力全部用来（即等速）克服坡度阻力时能爬上坡度。max=arcsinFt-(Ff+Fw)Gimax=tanmax=tan(arcsinFt-(Ff+Fw)G)=39.53%大于30%所以爬坡性能好。4. 心得体会经过此次课程设计和实践计算，我认识到了书本上知识全部必需转变为实际利用技能才是真正学习到了知识。在计算、分析汽车动力性过程中，我对书本上公式及定义有了深入了解，知道了这些公式在怎样利用在实践过程中。在设计和实践过程中我也发觉了自己存在不足，对定义很公式了解还停留在简单记忆和基础应用上，不能够更深层次地去了解和使用这些知识。同时，也发觉了自己对MATLAB这个辅助工具使用还需很大努力，没有能够完成GUI界面建立，用户交互性几乎为0。我需要加深对辅助软件了解，方便愈加快捷有效使用这些辅助软件。参考资料1余志生.汽车理论M.北京：机械工业出版社，1989.