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设计题目：汽车动力总成匹配与整体设计

设计
题目

汽车动力总成匹配与整体设计
成绩

课
程
设
计
主
要
内
容
课程设计的主要内容有：
1，1130kr1型载货汽车的设计任务；

2，汽车动力总成匹配方案；

3，所选动力总成匹配方案的动力性经济性计算；

4，动力总成匹配方案动力性经济性评价

指
导
老
师
评
语

签名: 2013年 月 日
目录
1,设计任务书………………………………..….4

2,动力总成匹配方案…………………………….5

3,匹配方案动力性经济性计算………….………6

4,匹配方案动力性经济性评价………………….9

5,参考文献……………………………………….10
1130KR1型载货汽车
设计任务书
产品名称
XXX1130KR1型载货汽车
产品型号
XXX1130KR1
结构区
别号
201/202
型式
4X2后轮驱动

主要技术参数

尺
寸
参
数
（mm）
外形尺寸（长×宽×高）
8980×2476×3061
货箱内部尺寸（长×宽×高）
6400x2300x550
轴距
5000
轮
距
前轴
1900
后轴
1800
悬
长
前悬
1533
后悬
2447
质
量
参
数
（kg）
厂定最大总质量
13000
前/后轴荷
（最大总质量状态）
4290/8710
整车整备质量
5500
装载质量
7500（含3人）
性
能
参
数
最高车速（km/h）
95
最大爬坡度（%）
30
原地起步换档加速至80km/h时间（s）
52
直接档由20km/h加速至80m/h时间（s）
48
V0=50km/h滑行距离（m）
≥550
直接档最低稳定车速（km/h）
24
最小离地间隙（满载） .(mm)
249
最小转弯直径（m）
18
接近角（ ）

离去角（ ° ）
14
接近角（ °）
18
限定条件下平均使用燃料消耗量（L/100km）
16
制动距离（V0=30km/h）（m）
≤9
驻坡度（%）
20

中卡动力匹配方案
方案：
6105（140Kw）发动机配CA6T138-85变速箱，8.25-20轮胎，φ395膜片弹簧离合器
（1）变速箱速比如下：
档位
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
1号箱
7.285
4.193
2.483
1.563
1.000
0.783
2号箱
7.285
4.193
2.483
1.563
1.000
0.847
3号箱
7.285
4.193
2.483
1.563
1.000
0.820
4号箱
6.352
3.656
2.167
1.363
1.00
0.739
（2）后桥速比可选配：
序号
1
2
3
4
速比
4.875
5.125
5.284
6.33
（3）驱动轮轮胎为8.25-20其滚动半径为0.464m，迎风面积为5.575m2,空气阻力系数取为0.85，传动系效率为0.9。
就上述6105发动机和四种变速箱速比及四种后桥速比共计16种方案分别进行动力性、经济性计算。
选定方案：1号方案，序号5
变速箱速比
7.285
4.193
2.483
1.563
1.000
0.783
后桥速比
5.125

动力总成匹配方案的计算
一，发动机功率选择计算
计算参数：
传动效率 ηT=0.9
汽车总质量 Mt=13000KG
最高车速 Vmax=95km/h(满载)
空气阻力系数 CD=0.85
迎风面积 A=5.575
滚动阻力系数 f=0.02
最大功率
Pmax== 134.00kW
比功率：
比功率==10.31kW/t
二，动力性计算
设计参数：总质量 Mt=13000KG
滚动阻力系数 f=0.02
空气阻力系数 CD=0.85
变速箱传动比
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
7.285
4.193
2.483
1.563
1.000
0.783
主减速比 5.125 传动效率 η=0.9
轮胎滚动半径 r=0.464m 迎风面积 A=5.575
发动机外特性图

1，最高车速
计算方法：图解法，作汽车的驱动力-行驶阻力平衡图，最高档行驶时驱动力与行驶阻力的交点对应的车速就是最高车速。
程序：
clc
clear;
n=[727.869 852.459 970.492 1101.64 1318.03 1586.89 1796.72 1960.66 2091.8 2281.97];
Ttqn=[462.5 512.5 565 625 700 722.5 690 642.5 612.5 590];
co_Ttq=polyfit(n,Ttqn,2)
n=800:12400;
Ttq=polyval(co_Ttq,n)
ig=[7.285 4.193 2.483 1.563 1.000 0.783];
io=5.125;it=0.9;r=0.464;Cd=0.85;A=5.575;m=13000;g=9.8;G=m*g;
for i=1:6
for k=1:1601
Ft(k,i)=Ttq(k)*ig(i)*io*it/(1000*r);
ua(k,i)=0.377*r*n(k)/(ig(i)*io);
Fz(k,i)=(0.0076+0.000056*ua(k,i))*G/1000+Cd*A*(ua(k,i))^2/21150;
end
end
figure,plot(ua,Ft,ua,Fz);
ylabel('Ft/KN');
xlabel('ua/(km/h)');
title('汽车驱动力-行驶阻力图');
Fca=Ft(:,6)-Fz(:,6);
p=polyfit(ua(:,6),Fca,2);
r=roots(p)
uamax=max(r)
结果图：

结论：uamax =103.1800
2、加速性能与加速时间
计算方法：汽车加速能力可用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价。可用汽车行驶加速度曲线来评价。
加速时间反应汽车的加速能力，如用直接档行驶时，由最低稳定车速加速到一定距离或80%uamax所需的时间表明汽车的加速能力。计算公式为：t=∫1/a du=A。
程序:
clc;
clear;
n=[727.869 852.459 970.492 1101.64 1318.03 1586.89 1796.72 1960.66 2091.8 2281.97];
ttqn=[462.5 512.5 565 625 700 722.5 690 642.5 612.5 590];
p=polyfit(n,ttqn,3);
n=800:1:2300;
ttq=polyval(p,n);
ig=[7.285 4.193 2.483 1.563 1.000 0.783];
i0=5.125;it=0.9;r=0.464;A=5.575;Cd=0.85;m=13000;g=9.8;G=m*g;
for k=1:6
for i=1:1501
Ft(i,k)=ttq(i)*ig(k)*i0*it/(1000*r);
ua(i,k)=0.377*r*n(i)/(ig(k)*i0);
Fz(i,k)=(0.0076+0.000056*ua(i,k))*G/1000+Cd*A*(ua(i,k))^2/21150;
D(i,k)=(Ft(i,k)-Cd*A*(ua(i,k))^2/21150)*1000/G;
f(i,k)=0.0076+0.000056*ua(i,k);
l(k)=1+0.04+0.04*(ig(k))^2; %旋转质量系数；
a(i,k)=g*(D(i,k)-f(i,k))./l(k);
end
end
figure;
plot(ua,1./a);
ylabel('1/a/(s^2/m)');
xlabel('ua/(km/h)');
title('汽车加速度倒数图');
[d1,d2]=ginput(1);
uamin=min(ua(:,5));%求五档是最低车速；
ua5=uamin:0.01:d1;
n5=ua5*ig(5)*i0/(0.377*r);
Ttq5=p(4)+p(3)*n5+p(2)*n5.^2+p(1)*n5.^3;
Ft5=Ttq5*ig(5)*i0*it/(1000*r);
Fz5=(0.0076+0.000056*ua5)*G/1000+Cd*A*ua5.^2/21150;
a5=(Ft5-Fz5)*1000./(m*l(5));
t5=trapzua5/3.6,1./a5);
ua6=d1:0.01:80;
n6=ua6*ig(6)*i0/(0.377*r);
Ttq6=p(4)+p(3)*n6+p(2)*n6.^2+p(1)*n6.^3;
Ft6=Ttq6*ig(6)*i0*it/(1000*r);
Fz6=(0.0076+0.000056*ua6)*G/1000+Cd*A*ua6.^2/21150;
a6=(Ft6-Fz6)*1000./(m*l(6));
t6=trapz(ua6/3.6,1./a6);
t=t5+t6 %从五档最近车速加速到80km/h的加速时间；
结果图：
：

结论：t = 48.9819
3、最大爬坡度
计算方法：汽车满载在良好的路面上等速行驶的最大爬坡度反映汽车的爬坡能力，计算公式为：
imax=tanαmax=tan [asin(Ft-Fz)/G]max。
程序：clc
clear;
n=[727.869 852.459 970.492 1101.64 1318.03 1586.89 1796.72 1960.66 2091.8 2281.97];
Ttqn=[462.5 512.5 565 625 700 722.5 690 642.5 612.5 590];
co_Ttq=polyfit(n,ttqn,2)
n=800:1:2400;
Ttq=polyval(co_Ttq,n)
ig=[6.352 3.656 2.167 1.363 1.00 0.739];
io=4.875;it=0.9;r=0.464;Cd=0.85;A=5.575;m=13000;g=9.8;G=m*g;
for i=1:6
for k=1:1601
Ft(k,i)=Ttq(k)*ig(i)*io*it/r;
ua(k,i)=0.377*r*n(k)/(ig(i)*io);
Fw(k,i)=Cd*A*(ua(k,i))^2/21.15;
Ff(k,i)=(0.0076+0.000056*ua(k,i))*G;
Fj(k,i)=Ft(k,i)-(Ff(k,i)+Fw(k,i));
alfa(k,i)=asin(Fj(k,i)/G);
j(k,i)=100*tan(alfa(k,i));
end
end
figure,plot(ua,j);
ylabel('i/%');
xlabel('ua/(km/h)');
title('汽车爬坡度图');
i1max=max(j(:,1))
结果图：

结论：最大爬坡度imax=34.3182%

三，经济性计算
计算方法：

总质量 Mt=13000kg
滚动阻力系数 f=0.01066
空气阻力系数 CD=0.85
迎风面积 A=5.575m2
速度 V=69.70km/h
阻力功率Pr
Pr ==52.62KW
主减速比 i0=5.125
变速箱六档速比 i6=0.783
轮胎滚动半径 r=0.464m
车速V时发动机转速n==1600r/min
柴油重度 j=8.1N/L
查负荷特性曲线，ge=199
油耗Q== 18.18L/100KM
结果：限定条件下的百公里平均油耗为18.18L

四，匹配方案的动力性经济性评价
1， 动力性评价
最高车速为103.180km/h，满足始设计要求95km/h。
直接档加速到80km/h的时间为48.9818s，不满足设计要求48s。
最大爬坡度为34.3182%，满足初始设计要求30%。
2，经济性评价
限定条件下的百公里平均油耗为18.18L，不满足设计要求16L/100km。
综上所述，该方案符合要求。

五，参考文献
[1] 余志生.汽车理论.北京: 机械工业出版社，2009
[2] 陈家瑞.汽车构造.北京: 机械工业出版社，2009
[3] 张炳力.汽车设计.合肥: 合肥工业大学出版社，2010

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