汽车理论课程设计模板

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汽车理论课程设计说明书
题目：汽车动力性计算
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目录
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。

车速u a /(km/h)
负荷（率）U /（％）
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/T 12543－2009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120 km/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： i 0=5.94，ηT =0.88
发动机的最低转速m in n =600r/min ，最高转速m ax n =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
i （数据见下表） 质心至前轴距离（满载） a=1.947m 质心高 g h =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：
2
3
4
19.313295.27165.4440.874 3.84451000
100010001000tq
n
n n n T =-+⨯-⨯+⨯-⨯⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭
⎝⎭
⎝⎭
功率：
9550
n
Ttq Pe ⨯=
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) hold on plot(n,Ttq)
xlabel('n(r/min)'),ylabel('Pe(Kw)') title('\itPe-n 和Ttq-n') gtext('Pe');gtext('Ttq');
注：m in n =600r/min ，m ax n =4000r/min
得图：
2.绘制驱动力---行驶阻力平衡图；
公式为： 0tq g T
t T i i F r
η
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)
hold on
plot(ua2,Ft2)
hold on
plot(ua3,Ft3)
hold on
plot(ua4,Ft4)
hold on
plot(ua,F)
hold on
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：
n t w
f F F
F
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)
hold on
plot(ua2,U2)
hold on
plot(ua3,U3)
hold on
plot(ua4,U4)
hold on
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：G
F F D w
t -=
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)
hold on
plot(ua2,D2)
hold on
plot(ua3,D3)
hold on
plot(ua4,D4)
hold on
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：
dt
du
m u A C Gi Gf r
i i T a D T
g tq δη++
+=2015.21 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)
hold on
plot(ua2,b2)
hold on
plot(ua3,b3)
hold on
plot(ua4,b4)
hold on
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
⎰=211u u du
t
a
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
for i=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for i=1:5
ua(i,:)=0.377*n.*r/(ig(i)*i0);%各档对应的车速
end
for i=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
for i=1:5
for j=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;
while ua(4,j)<60%4档的车速在60Km/h以下
j=j+1;end
m1=j;
j=1;
while ua(4,j)<61%5档的车速在61Km/h以下
j=j+1;
end
m2=j;
j=1;
while ua(5,j)<61%五档的车速在61Km/h以下
j=j+1;
end
m3=j;
j=1;
while ua(5,j)<85%五档的车速在85Km/h以下
j=j+1;
end
m4=j;
for i=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);
for i=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
for i=1:(m4-m3)
Ts(m2-m1+i)=(ua(5,m3+i)-ua(5,m3+i-1))/3.6/a(5,m3+i-1);
end
for i=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=[6.09 3.09 1.71 1.00 1];
nmin=600;nmax=4000;
u1=0.377*r*nmin./ig/i0;
u2=0.377*r*nmax./ig/i0;
deta=0*ig;
for i=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
for i=1:N
k=i;
if ua(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
elseif ua(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;
elseif ua(i)<=u2(3)
n=ua(i)*(ig(3)*i0/r)/0.377;。