汽車?yán)碚撈囋O(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書

1、湖北汽車工業(yè)學(xué)院Hubei Automotive Industries Institute課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書課程名稱 汽車?yán)碚?設(shè)計(jì)題目 汽車動力性 班號 專業(yè) 車輛工程 學(xué)號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師(簽字) 起止日期 2011 年 7 月 4 日 2011 年 7 月 9 日目錄1.設(shè)計(jì)任務(wù)及要求12.車輛參數(shù). 23.汽車動力性能計(jì)算. . .3.1驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖. 3.2最高轉(zhuǎn)速amax. 3.3加速時(shí)間t. 3.4汽車加速度倒數(shù)圖.3.5汽車加速時(shí)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.4.GUI界面設(shè)計(jì).5.歸納與總結(jié).6.參考文獻(xiàn).在汽車設(shè)

2、計(jì)中和改進(jìn)中,需對樣車的性能進(jìn)行預(yù)測、評價(jià)、多方案選優(yōu)或進(jìn)行傳動系的優(yōu)化匹配,這些都必須進(jìn)行汽車動力性(E-P性能)的計(jì)算。如采用手算并在坐標(biāo)紙上作圖，工作量大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且手算和作圖誤差較大，易出錯?？紤]到計(jì)算機(jī)在當(dāng)前設(shè)計(jì)工作中的普遍應(yīng)用，有必要利用計(jì)算機(jī)編程序進(jìn)行模擬計(jì)算，以方便迅速得到具有相當(dāng)精確度的數(shù)據(jù)和圖形。1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)采用軟件，編制程序?qū)ζ嚨膭恿π阅苓M(jìn)行計(jì)算，有關(guān)參數(shù)可參考汽車?yán)碚?72習(xí)題1.3。要求得到以下數(shù)據(jù)和圖形：數(shù)據(jù)： 最高車速max; 加速時(shí)間t； 最大爬坡度imax； 圖形： 驅(qū)動力阻力平衡力； 汽車加速時(shí)間曲線； 汽車的爬坡度圖； 動力特性圖；

3、 功率平衡圖；最終根據(jù)上述的設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)行GUI界面設(shè)計(jì)。1.2設(shè)計(jì)要求程序應(yīng)滿足以下要求： 在給定了足夠參數(shù)時(shí)能自動計(jì)算得到以上所有數(shù)據(jù)和圖形，并能保證一定的計(jì)算精度； 程序具有一定的通用性，能盡量滿足多種車型動力性能計(jì)算的要求； 界面友好，使用靈活方便； 課程設(shè)計(jì)完成后，將所有的同課程設(shè)計(jì)有關(guān)的計(jì)算機(jī)文件保存在自建的以“班號學(xué)號姓名的文件中”；二. 車輛數(shù)據(jù)以汽車?yán)碚摿?xí)題1.3車輛數(shù)據(jù)為例設(shè)計(jì)程序進(jìn)行繪圖計(jì)算。已知某一輕型車的有關(guān)數(shù)據(jù)：汽油發(fā)動機(jī)使用外特性的Tn曲線的擬合公式為：T= -19.313+295.27（）-165.44()+40.874（）-3.8445（） 式（2.1）發(fā)動機(jī)

4、的最低轉(zhuǎn)速=600（r/min）； 最高轉(zhuǎn)速=4000（r/min）；裝載質(zhì)量m1=2000； 整車整備質(zhì)量m2=1800;總質(zhì)量m3=3880; 車輪半徑r=0.367;傳動系機(jī)械效率：t=0.85； 滾動阻力系數(shù)f=0.013；空氣阻力系數(shù)*迎風(fēng)面積CA=2.77; 主減速器傳動比I=5.83；飛輪轉(zhuǎn)動慣量I=0.218; 二前輪轉(zhuǎn)動慣量比I=1.798；四后輪轉(zhuǎn)動慣量比I=3.598； 軸局距L=3.2；質(zhì)心至前軸距高a=1.947; 質(zhì)心高h(yuǎn)=0.9; 表2.1 變速器傳動比一檔 I二檔 I三檔 I四檔 I五檔 I四擋變速器6.09 3.091.71 1.00-五擋變速器5.562.7

5、691.6441.000.7933汽車動力性計(jì)算3.1驅(qū)動力行駛阻力平衡圖為全面地評價(jià)汽車在各個(gè)擋位和不同車速下的動力性，需要繪制驅(qū)動力行駛阻力平衡圖（動力特性曲線），以便清晰地表明汽車行駛時(shí)的受力情況及其平衡關(guān)系。汽車的驅(qū)動力（單位為N）為： Ft=t (3.1)式中，F(xiàn)t為汽車的驅(qū)動力；為對應(yīng)于每一個(gè)汽車轉(zhuǎn)速的汽車轉(zhuǎn)矩；為汽車的減速器傳動比；汽車的主減速器比；t汽車的傳動效率；r汽車的車輪半徑；在動力性計(jì)算中，目前一般采用穩(wěn)態(tài)工況時(shí)發(fā)動機(jī)臺架實(shí)驗(yàn)所得到的使用外特性中的功率與轉(zhuǎn)矩曲線（常為采用最小二乘法擬合得到的多項(xiàng)式）。 = (3.2)式中，n代表汽車轉(zhuǎn)速；擬合階數(shù)k隨特性曲線而異，一般在

6、2，3，4，5中選取。這里選取k=4。汽車在良好路面上行駛時(shí)經(jīng)常遇到的滾動阻力和空氣阻力為 +=Gf+ （3.3）其中車速（km/h）與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n (r/min)之間的關(guān)系為=0.377 (3.4)在程序中，二重循環(huán)計(jì)算各檔位下發(fā)動機(jī)最底轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的驅(qū)動力，并連接成線即得到驅(qū)動力圖（Ft）;計(jì)算I檔最底轉(zhuǎn)速到發(fā)動機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax所對應(yīng)的阻力，連接成線即得到阻力曲線（+）。繪制四擋和五擋車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖如圖3.1.a和3.1.b所示。圖3.1.a四擋車驅(qū)動力行駛阻力平衡圖圖3.1.b五擋車驅(qū)動力行駛阻力平衡圖3.2確定最高車速上圖是五擋車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖。由上圖可以清晰

7、的看出不同車速的時(shí)候驅(qū)動力和行駛阻力之間的關(guān)系。汽車以最高檔行駛時(shí)的最高車速，可以直接由Ft4與F的交點(diǎn)取得。因?yàn)榇藭r(shí)驅(qū)動力和行駛阻力相等，汽車處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。由圖中和計(jì)算可知，五檔變速箱情況下最大車速為98.7km/h。3.3加速時(shí)間t加速時(shí)間可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行積分計(jì)算或用圖解積分法求出。加速時(shí)間分為原地加速時(shí)間（0-70Km/h）和超車加速時(shí)間(40-70Km/h)具體結(jié)果見下面3.5汽車加速時(shí)間圖。3.3.1數(shù)學(xué)表達(dá)式 （設(shè)F=0） (3.3.1.1 ) (3.3.1.2 )其中 (3.3.1.3 )3.3.2換檔點(diǎn)的確定加速過程中的換擋時(shí)刻可根據(jù)各擋的a-ua曲線來確定。若一擋與二檔

8、加速度曲線有交點(diǎn)，顯然應(yīng)在交點(diǎn)對應(yīng)車速換擋。若兩曲線不相交，則應(yīng)在一擋加速行駛到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速最高時(shí)換入二擋。3.4汽車加速度倒數(shù)圖繪制四擋和五擋車加速度倒數(shù)曲線圖如圖下圖所示從圖中可見加速到70km/h,從一檔到四檔即可完成，且各檔加速度的倒數(shù)無交點(diǎn)。積分過程可從速度為零，用一檔的加速度倒數(shù)積分到一檔的最高車速，再用二檔的加速度倒數(shù)從速度一檔的最高車速積分到二檔的最高車速，以此類推。由于速度由070km/h,速度間隔通常取1，與初始計(jì)算的加速度并不對應(yīng)，此時(shí)的加速度可用插值函數(shù)，如： ac=interp1(ua1,ac1,u,'spline');3.5汽車加速時(shí)間圖3.5.1數(shù)學(xué)

9、表達(dá)式 可由以下公式計(jì)算加速時(shí)間 （3.5.1.1） （3.5.1.2） （3.5.1.3） 由以下程序：t(1)=0;ii=2;for uu=10:1:70;if uu<max(ua1);a1=interp1(ua1,y1,uu,'spline');t(ii)=t(ii-1)+a1./3.6;elseif uu>max(ua1)&uu<max(ua2)a2=interp1(ua2,y2,uu,'spline');t(ii)=t(ii-1)+a2./3.6;elseif uu>max(ua2)&uu<max(ua3)

10、a3=interp1(ua3,y3,uu,'spline');t(ii)=t(ii-1)+a3./3.6;elseif uu>max(ua3)&uu<max(ua4)a4=interp1(ua4,y4,uu,'spline');t(ii)=t(ii-1)+a4./3.6;endii=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 = 23.96863.6汽車爬坡度圖3.6.1汽車爬坡度的定義汽車的爬坡

11、能力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(shí)能爬上的坡度。3.6.2數(shù)學(xué)表達(dá)式 (3.6.2.1 ) (3.6.2.2 ) (3.6.2.3 )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(shù)與車速的關(guān)系稱為動力特性圖，在圖上，滾動阻力系數(shù)f-ua與直接擋D-ua曲線的交點(diǎn)即為汽車的最高車速。3.7.2數(shù)學(xué)公式將汽車行駛方程兩邊除以汽車重力并整理如下： (3.7.2.1 ) (3.7.2.2 ) 繪制四擋和五擋車加速度倒數(shù)曲線圖如圖下圖所示由圖可得，采用五擋變速器時(shí)最高爬坡度為：imax=34.5%。3.8汽車功率平衡圖3.8.1汽車功率平衡圖的定義汽

12、車行駛時(shí)的每一瞬間，發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率始終等于機(jī)械傳動損失的功率與全部運(yùn)動阻力所消耗的功率。以縱坐標(biāo)表示功率，橫坐標(biāo)表示車速，將發(fā)動機(jī)功率，汽車遇到的阻力功率對車速的關(guān)系曲線繪在坐標(biāo)圖上，即得到汽車功率平衡圖。3.8.2數(shù)學(xué)表達(dá)式 (3.8.2.1 )3.8.3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：n=600:50:4000;x=length(n);n1,ig1=meshgrid(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*n2-

13、165.44*n2.2+40.874*n2.3-3.8445*n2.4Ttq=Tq(1,:);Ttq1,ig2=meshgrid(Ttq,ig);deta=1+(Iw1+Iw2)/(m*r2)+(If0.*ig.2*i02*nt)/(m*r2);F=Ttq1.*ig2*i0*nt/r;Fz=G*f+CdA*ua.2/21.15;Fz1=G*f+CdA*ua1.2/21.15;Fx=F-Fz;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/nt)*(G*f.*ua1)/3600+(CdA.*ua1.3)/76140);繪制四擋和五擋車功率平衡圖曲線圖如下圖所示4.GUI界面設(shè)計(jì)可按照以下步驟進(jìn)行：1.創(chuàng)建GUI2.設(shè)計(jì)主界面3.參數(shù)設(shè)計(jì)和導(dǎo)入用到以下語句以上點(diǎn)擊Callback彈出以下界面輸入鏈接名 untitled14.顯示結(jié)果5.歸納與總結(jié)在這段日子里課程設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到很多的知識，不僅可以鞏固之前學(xué)習(xí)到的理論知識，而且又熟悉了學(xué)習(xí)到書本上沒有學(xué)習(xí)過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有理論聯(lián)系實(shí)踐