汽車理論汽車設計課程設計說明書

1、湖北汽車工業(yè)學院HubeiAutomotiveIndustriesInstitute課程設計說明書課程名稱汽車理論設計題目汽車動力性班號專業(yè)車輛工程學號學生姓名指導教師簽字起止日期2022年7月工日2022年7月9日1.設計任務及要求.車輛參數.汽車動力性能計算.3.1驅動力-行駛阻力平衡圖.000003.2最高轉速Uamax.3.3加速時間to3.4汽車加速度倒數圖.3.5汽車加速時間圖.3.6汽車爬坡度圖3.7汽車動力特性圖.3.8汽車功率平衡圖.oGUI界面設計.歸納與總結.在汽車設計中和改良中,需對樣車的性能進行預測、評價、多方案選優(yōu)或進行傳動系的優(yōu)化匹配,這些都必須進行汽車動力性E-

2、P性能的計算.如采用手算并在坐標紙上作圖,工作量大,費時費力,而且手算和作圖誤差較大,易出錯.考慮到計算機在當前設計工作中的普遍應用,有必要利用計算機編程序進行模擬計算,以方便迅速得到具有相當精確度的數據和圖形.1 .設計任務及要求1.1設計任務采用 MATLABMATLAB 軟件,編制程序對汽車的動力性能進行計算,有關參數可參考?汽車理論?P272習題1.3.要求得到以下數據和圖形：數據：1 1 . .最高車速 U Umax;2 2 . .加速時間 t;t;3 3 . .最大爬坡度imax；圖形：1 1 . .驅動力阻力平衡力；2 2 . .汽車加速時間曲線；3 3 . .汽車的爬坡度圖；4

3、 4 . .動力特性圖；5 5 . .功率平衡圖；最終根據上述的設計計算,進行GUI界面設計.1.2設計要求程序應滿足以下要求：1 1 . .在給定了足夠參數時能自動計算得到以上所有數據和圖形, ,并能保證一定的計算精度；2 2 . .程序具有一定的通用性,能盡量滿足多種車型動力性能計算的要求；3 3 . .界面友好,使用靈活方便；4 4 . .課程設計完成后,將所有的同課程設計有關的計算機文件保存在自建的以“班號+學號+姓名的文件中二.車輛數據以?汽車理論?習題1.3車輛數據為例設計程序進行繪圖計算.某一輕型車的有關數據：汽油發(fā)動機使用外特性的Tq-n曲線的擬合公式為:表2.1變速器傳動比一

4、檔Ig0二檔Ig1三檔Ig2四檔Ig3五檔Ig4四擋變速器6.093.091.711.00-五擋變速器5.562.7691.6441.00007933.汽車動力性計算3.1驅動力一一行駛阻力平衡圖為全面地評價汽車在各個擋位和不同車速下的動力性,需要繪制驅動力一一行駛阻力平衡圖(動力特性曲線),以便清楚地說明汽車行駛時的受力情況及其平衡關系.T Tq二-19.313+295.27()-165.44(；)2+40.874(M3-3.8445(10000001)發(fā)動機的最低轉速nmin=600(r/min)；裝載質量m1=2000;總質量m3=3880;傳動系機械效率：4t=0.85;空氣阻力系數*

5、迎風面積CDA=2.77;飛輪轉動慣量If=0.218;四后輪轉動慣量比Iw2=3.598;式(2.最高轉速nmax=4000(r/min);整車整備質量m2=1800;車輪半徑r=0o367;滾動阻力系數f=0.013;主減速器傳動比I0=5.83;二前輪轉動慣量比I必=1.798;軸局距L=3.2;質心至前軸距高a=1.947;質心高hg=009;汽車的驅動力(單位為N)為:Ft=Ttqlglot3.1r式中,Ft為汽車的驅動力；Ttq為對應于每一個汽車轉速的汽車轉矩；1g為汽車的減速器傳動比；lo汽車的主減速器比；4t汽車的傳動效率；r汽車的車輪半徑；在動力性計算中,目前一般采用穩(wěn)態(tài)工況

6、時發(fā)動機臺架實驗所得到的使用外特性中的功率與轉矩曲線常為采用最小二乘法擬合得到的多項式.2kTtq=aoa1na2nakn3.2式中,n代表汽車轉速；擬合階數k隨特性曲線而異,一般在2,3,4,5中選取.這里選取k=40汽車在良好路面上行駛時經常遇到的滾動阻力Ff和空氣阻力Fw為其中車速uakm/h與發(fā)動機轉速nr/min之間的關系為rnua=0.377“aigi0在程序中,二重循環(huán)計算各檔位下發(fā)動機最底轉速Rm.到最高轉速nmax對應的驅動力,并連接成線即得到驅動力圖Ft-；計算I檔最底轉速到發(fā)動機最高轉速nmax所對應白阻力,連接成線即得到阻力曲線Fw+Ff扇.繪制四擋和五擋車驅動力一行駛

7、阻力平衡圖如圖3.1.a和3.1.b所示.Ff+Fw=Gf+CDA21.152Ua3.415000驅動力驅動力. .行駛阻力圖行駛阻力圖圖3.1.a四擋車驅動力一-行駛阻力平衡圖驅動力驅動力. .行駛阻力圖行駛阻力圖1400012C0Qo ooOoO oorlooorlo086圖3.1.b五擋車驅動力一-行駛阻力平衡圖3.2確定最高車速上圖是五擋車驅動力-行駛阻力平衡圖.由上圖可以清楚的看出不同車速的時候驅動力和行駛阻力之間的關系.汽車以最高檔行駛時的最高車速,可以直接由Ft4與F的交點取得.由于此時驅動力和行駛阻力相等,汽車處于穩(wěn)定的平衡狀由圖中和計算可知,五檔變速箱情況下最大車速為98.7

8、km/h.3.3加速時間t加速時間可以用計算機進行積分計算或用圖解積分法求出.加速時間分為原地加速時間070Km/h和超車加速時間3.3.1數學表達式3.1.2)du出其中Ft(FwUa2uaminFf)一du3.可匕(FfUa(設Fi=0)(3.3.1.1)0.377以igi0duFw)(3.31.33.3.2換檔點確實定加速過程中的換擋時刻可根據各擋的a-ua曲線來確定.假設一擋與二檔加速度曲線有交點,顯然應在交點對應車速換擋.假設兩曲線不相交,那么應在一擋加速行駛到發(fā)動機轉速最高時換入二擋.3.4汽車加速度倒數圖4070Km/h)具體結果見下面3.5汽車加速時間圖.繪制四擋和五擋車加速度

9、倒數曲線圖如圖下列圖所示0102030405060703090100ua/(knn/h)ua/(knn/h)從圖中可見加速到70km/h,從一檔到四檔即可完成,且各檔加速度的倒數無交點.積分過程可從速度為零,用一檔的加速度倒數積分到一檔的最高車速,再用二檔的加速度倒數從速度一檔的最高車速積分到二檔的最高車速,以此類推.9000JU1111BJIr1/a11/a31/a4仇仇51i加速度倒數曲豉加速度倒數曲豉0-500-2CC020403010060ua/(km/h)120由于速度由070km/h,速度間隔通常取1,與初始計算的加速度并不對應,此時的加速度可用插值函數,如：ac=interp1(

10、ua1,ac1,u,spline)；3.5汽車加速時間圖3.5.1數學表達式可由以下公式計算加速時間dudtua21ua1.du5.1.2)5.1.1)Ua25101520253D時間時間s7070ua-3.6Ft(FfFw)du(3.5.1.3)40403n3n加速時間加速時間原地起步加速原地起步加速超車加速超車加速t(1)=0;ii=2；foruu=10:1:70；ifuumax(ua1)；a1=interp1(ua1,y1,uu,spline)；t(ii)=t(ii1)+a1./3.6；elseifuumax(ua1)&uumax(ua2)a2=interp1(ua2,y2,uu

11、,spline);t(ii)=t(ii1)+a2./3.6；elseifuumax(ua2)&uumax(ua3)a3=interp1(ua3,y3,uu,spline);t(ii)=t(ii-1)+a3./3.6；elseifuumax(ua3)&uumax(ua4)a4=interp1(ua4,y4,uu,spline);(ii-1)+a4./3.6;end10印4040t(ii)=tii=ii+1;endtmax=t(end)四檔車：原地起步tmax=25.3926超車加速tmax=23.9686五檔車：原地起步tmax=24.7156超車加速tmax=23.96863.

12、6汽車爬坡度圖3.7.1汽車爬坡度的定義汽車的爬坡水平是指汽車在良好路面上克服Ft+Fw后的余力全部用來克服坡度阻力時能爬上的坡度.3.6.2數學表達式FiFtFfFw3.6.2.12Ttqigi0TCDAua/oGsinGf3.6.2.2r21.15arcsinTtqigi.TGfCDAU；21.15(3.6.2.3)爬坡度圖爬坡度圖3.7汽車動力特性圖3.7.1動力特性圖定義汽車在各檔下的動力因數與車速的關系稱為動力特性圖,在圖上,滾動阻力系數f-ua與直接擋D-ua曲線的交點即為汽車的最高車速.3.7.2數學公式將汽車行駛方程兩邊除以汽車重力并整理如下：FtFwGdu出FtFwG3.7.

13、2.13.7.2.240檔檔檔檔檔檔檔檔檔檔一一二三二三四五四五繪制四擋和五擋車加速度倒數曲線圖如圖下列圖所示由圖可得,采用五擋變速器時最高爬坡度為:imax=3405%.5 53 3.3O.O10203040506070S390100速度速度動方特性圖動方特性圖5 5口5 53 3,3,3口O O5,25,2,2口OO O150150o.Oo.OO O動力特性圖動力特性圖-0.061111110204060301D0120速度速度*km/h)3.8汽車功率平衡圖3.8.1汽車功率平衡圖的定義汽車行駛時的每一瞬間,發(fā)動機發(fā)出的功率始終等于機械傳動損失的功率與全部運動阻力所消耗的功率.以縱坐標表

14、示功率,橫坐標表示車速,將發(fā)動機功率,汽車遇到的阻力功率對車速的關系曲線繪在坐標圖上,即得到汽車功率平衡圖.3.8.2數學表達式3_1zGfuaGiuaCDAuamuadu、,八、R(-aa)(3.8.2.1)T36003600761403600dt3.8.3.繪制四擋和五擋車功率平衡圖曲線圖的主要程序以四擋車為例如下：0=600:50:4000;x=length(n);n1,Ig1=meshgrld(n,ig)；ua=0.377*r*n1./(ig1*i0)；ua1=0:ua(end,end)/(x-1)：ua(end,end);n2=n1/1000;Tq=19.313+295.27*n21

15、65.44*n2.A A2+40.874*n2.A A3-3.8445*n2A A4Ttq=Tq(1,:);Ttq1,ig2=meshgrid(Ttq,ig);deta=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If0.*ig.A2*QA2*nt)/(m*A2)；F=Ttq1o*ig2*i0*nt/r;Fz=G*f+CdA*ua.A2/21.15;Fz1=G*f+CdA*ua1.A2/21.15;Fx=FFz;Fx1=F(1,:)Fz1;Fx2=F(2,:)-Fz1;Fx3=F(3,:)-Fz1;Fx4=F(4,:)-Fz1;xt=deta.*m；Pe=Tq.*n1/9550;Pe0=(1/n

16、t)*(G*f.*ua1)/3600+(CdA.*ua1.A3)/76140);繪制四擋和五擋車功率平衡圖曲線圖如下列圖所示功率平衡圖功率平衡圖100908070605040302010功率平衡圖功率平衡圖7060604030201000102030405060708090100速度速度/(km/h)0020406080100120速度速度/(km/h)4.GUI界面設計可根據以下步驟進行:1.創(chuàng)立GUIJ：MATLABMATLABToolboxes眸Simulirik日I口cksets*一尸Y123ImportWizard司Profiler,GUIDE(GUIBuilder)Notebook

17、而ShortcutsDesktopToolsWeb-Q；PictToolsHelpDemosPreferences.,FindFiles# #SUrtSUrt多Help:QDemosGMATLABCentral(WehJProductPage(Web)ExcelLinkMATLABBuilderforCOMMATLABBuilderforExcelMATLABCompilerMATLABReportGenerator2.設計主界面3.參數設計和導入用到以下語句tmax二十(end)set(handles,editljStrmgJnnuniZstr(usunax);set(handles,edi

18、t2jStringnuni2stx(tmax);set(handles,editSjString,nijn2stx(imax):以上點擊Callback彈出以下界面functionpushbutton.l_Callback(hObject,cvenctda.thandles)handletcpushbutonl(seeGC0O)handletcpushbutonl(seeGC0O)reservied-tobedefined,inafuturereservied-tobedefined,inafuture/handlesEtructurcwithhandlesanduserdataseeGUIDATA)nntitledl依Ubi&Lui+qkUbi&Lui+qktnirikiikii+十mnTa-rmnTa-rFETTHIFETTHI-rInhi1+-rInhi1+nm7nm7輸入鏈接名untitledl藝藝main.fi9I口口I回回iMSMl&Wbject% %eventdataeventdataversionofversionofm mLTLAfiLTLAfi4.顯示結果廿,慢指慟加速時離博置知5.歸納與總結在這段日子里課程設計,我學習到很多的知識,不僅可以鞏固之前學習到的理論知識,而且