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1、汽车理论汽车理论设计报告设计报告 汽车动力性、经济性的计算机模拟汽车动力性、经济性的计算机模拟 学号 2015280503720152805037 姓名张少波张少波 学院交通学院交通学院 班级车辆本车辆本 15011501 班班 2017 年 12 月 18 日 目 录 1汽车驱动力图汽车驱动力图1 1.1汽车驱动力图简介1 1.2汽车驱动力图2 2汽车驱动力汽车驱动力- -行驶阻力平衡图行驶阻力平衡图.2 2.1汽车驱动力-行驶阻力平衡图简介2 2.1.1滚动阻力.3 2.1.2空气阻力.3 2.2汽车驱动力-行驶阻力平衡图3 3汽车爬坡度图汽车爬坡度图3 3.1汽车爬坡度图简介3 3.2汽
2、车爬坡度图4 4汽车加速度图汽车加速度图5 4.1汽车加速度图简介5 4.2汽车加速度图5 5汽车动力特性图汽车动力特性图6 5.1汽车动力特性图简介.6 5.2汽车动力特性图.6 6汽车功率平衡图汽车功率平衡图6 6.1汽车功率平衡图简介.6 6.2汽车功率平衡图.7 7汽车百公里油耗图汽车百公里油耗图.7 7.1汽车百公里油耗图简介7 7.2汽车百公里油耗图8 参考文献参考文献 .8 附录附录 .8 0 汽车动力性、经济性的计算机模拟 张少波 （交通学院，车辆工程，1501 班，20152805037） 摘要：摘要：通过 MATLAB 计算机软件进行汽车动力性、经济性的计算机模拟，模拟 得
3、出汽车的各种特性曲线。包括：驱动力图，驱动力-行驶阻力平衡图，爬坡度图， 加速度图，动力特性图，功率平衡图，百公里油耗图。同时对汽车特性曲线的计算 公式加以统计汇总学习。 关键词：关键词：驱动力图，驱动力-行驶阻力平衡图，爬坡度图，加速度图，动力特 性图，功率平衡图，百公里油耗图，汽车特性曲线的计算公式 1汽车驱动力图 1.1汽车驱动力图简介 驱动力是由发动机的转矩经传动系统传至驱动轮上得到的。汽车发动机产 生的转矩，经传动系传至驱动轮上。此时作用于驱动轮上的转矩 Tt产生一对地 面的圆周力 F0,地面对驱动轮的反作用力 Ft（方向与 F0相反）既是驱动汽车的 外力，此外力称为汽车的驱动力。其
4、数值为 （1.1） 式中，Tt为作用于驱动轮上的转矩；r 为车轮半径。 作用于驱动轮上的转矩 Tt是由发动机产生的转矩经传动系传至车轮上的。 若令 Ttq表示发动机转矩，ig 表示变速器的传动比，i0表示主减速器的传动比， 表示传动系的机械效率，则有 T （1.2） 对于装有分动器、轮边减速器、液力传动等装置的汽车，上式应计入相应 的传动比和机械效率。 因此驱动力为 （1.3） 汽油发动机使用外特性的 Tq-n 曲线的拟合公式为 （1.4） 一般用根据发动机外特性确定的驱动力与车速之间的函数关系曲线 Ft-ua来 全面表示汽车的驱动力，称为汽车的驱动力图。设计中的汽车有了发动机的外 r T 0
5、 t Tgtq iiT Tgtq iiT 0t T r Tt t F 432 ) 1000 (8445 . 3 ) 1000 (874.40) 1000 (44.165) 1000 (27.25913.19Tq nnnn 1 特性曲线、传动系的传动比、传动效率、车轮半径等参数后，即可用式（1.1） 求出各个档位的 Ft值，再根据发动机转速与汽车行驶速度之间转换关系求出 ua，即可求得各个档位的 Ft于 ua曲线。发动机转速与汽车行驶速度之间的关系 式为 （1.5） 式中，ua为汽车行驶速度（km/h）;n 为发动机转速（r/min）;r 为车轮半径 （m）; ig为变速器传动比；i0为主减速器
6、传动比。 另：实际行驶中，发动机常在节气门部分开启下工作，相应的驱动力要比它小。 1.2 汽车驱动力图 其车辆基本参数见附录 1，其 Matlab 程序见附录 2。 附图： 2汽车驱动力-行驶阻力平衡图 2.1汽车驱动力-行驶阻力平衡图简介 汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气 0 a 377. 0u ii rn g 2 的空气阻力。滚动阻力以符号 Ff表示，空气阻力以符号 Fw表示。当汽车在坡道 上上坡行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，称为坡道阻力，以符号 Fi表示。 汽车加速行驶时还需要克服加速阻力，以符号 Fj表示。因此，汽车行驶的总阻 力为 jiwf FF
7、FFF （2.1） 在汽车驱动力图上把汽车行驶中经常遇到的滚动阻力和空气阻力一并画出， 做出汽车驱动力-行驶阻力平衡图。 2.1.1 滚动阻力 滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负载之乘积。即 Wf f F （2.2） 其中滚动阻力系数由试验确定。滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以 及轮胎的构造、材料、气压等有关。这里选取滚动阻力系数为良好的沥青或混 凝土路面滚动阻力系数。 （详见附录 1） 。 2.1.2 空气阻力 汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。此 处讨论无风条件下汽车的运动，空气阻力计算公式为 （2.3） 式中，A 为迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积（m2）
8、 ；CD为空气阻力系 数；ua2为车速，km/h。 （详见附录 1） 。 2.2 汽车驱动力-行驶阻力平衡图 其车辆基本参数见附录 1，其 Matlab 程序见附录 3。 15.21 F 2 w aDAu C 3 3汽车爬坡度图 3.1汽车爬坡度图简介 汽车的上坡能力是用满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大爬 坡度 imax表示的。另外 imax代表了汽车的极限爬坡能力，它应比实际行驶中遇 到的道路最大坡度超出很多，这是因为应考虑到在实际坡道行驶时，在坡道上 停车后顺利起步加速、克服松软坡道路面的大阻力、克服坡道上崎岖不平路面 的局部大阻力等要求的缘故。 也可以理解汽车的爬坡能力，指汽
9、车在良好路面上克服 Ff+Fw后的余力全部 用来（即等速）克服坡度阻力时能爬上的坡度。 因此 Fi=Ft-（Ff+Fw） （3.1） 一般汽车最大爬坡度达 30%左右，因此利用汽车行驶方程式确定 1 档及低 档爬坡能力时，应采用 Gsin 作为坡道阻力，即上式应为 （3.2） ) 15.21 A cos(sin 2 D 0 a Tgtq uC fG r iiT G G FFF wft )( sinarc 4 即 （3.3） 根据驱动力-行驶阻力图求出汽车能爬上之坡道角，相应地根据 tan=i 可求 出坡度值。 3.2汽车爬坡度图 其车辆基本参数见附录 1，其 Matlab 程序见附录 4。 4
10、汽车加速度图 4.1汽车加速度图简介 汽车的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。 而汽车加速行驶时，需克服的其质量加速运动时的惯性力，就是加速阻力 Fj 。汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。为了简易计算旋转质量，常用 系数 作为计算计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车旋转质量换算系数。 主要 与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关。 其公式如下： （4.1） 2 2 0 2 2 1 m 1 1 r iiI mr I Tgf w 5 式中，Iw为车轮的转动惯量（kgm2） ；If为飞轮的转动惯量（kgm2） ； i0为主传动比；ig为变速器的速比。 汽车加速
11、时其驱动力需全力加速，即坡道阻力为 0 。 4.2汽车加速度图 其车辆基本参数见附录 1，其 Matlab 程序见附录 5。 5汽车动力特性图 5.1汽车动力特性图简介 用动力特性图来分析汽车动力性。 将汽车行驶方程两边除以汽车重力并整理如下： （5.1） (5.2) 令 为汽车的动力因数并以符号 D 表示，则 dt duF FFFF t jwif G F- F w t G Fw t F dt du D 6 （5.3） 汽车在各档下的动力因数与车速的关系曲线称为动力特性图。 5.2汽车动力特性图 其车辆基本参数见附录 1，其 Matlab 程序见附录 6。 6汽车功率平衡图 6.1汽车功率平衡
12、图简介 正文部分用宋体小四号 在汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终 等于机械传动损失功率与全部运动阻力多消耗的功率。 汽车运动阻力所消耗的功率有滚动阻力功率 Pf、空气阻力功率 Pw、坡度阻 力功率 Pi及加速阻力功率 Pj。 将汽车行驶方程式两边乘以行驶车速 ua，并经单位换算整理出汽车功率平 衡方程式（式中功率单位为 kW） ，如下 （6.1） ) 3600761403600 i 3600 ( 1 P 3 e dt dumuAuCuGGfu aaDaa T 7 将汽车经常遇到的阻力功率 （Pf+Pw） 。发动机功率对车速的曲线绘制。 得到汽车功率平衡图。 6.2汽车功率平衡图 其车辆
13、基本参数见附录 1，其 Matlab 程序见附录 7。 7汽车百公里油耗图 7.1汽车百公里油耗图简介 正文部分用宋体小四号 根据参考文献1，等速行驶工况燃油消耗量的 计算。在万有特性图上有等燃油消耗率曲线。根据曲线可以确定发动机在一定 转速 n,发出一定功率 Pe时的燃油消耗率 b。 （7.1） （7.2） T 1 4 4 3 3 2 2101 Bb eeee PBPBPBPB gu bP a e 02.1 Qs 8 （7.3） 7.2汽车百公里油耗图 其车辆基本参数见附录 1，其 Matlab 程序见附录 8。 参考文献 1 余志生.汽车理论M.北京：机械工业出版社，2009.3. 附录
14、附录 1 车辆基本参数为发动机最低转速 600r/min ， 最高转速 4000r/min ， 装载质 量 2000kg ，整车整备质量 1800kg ,车轮半径 0.367m ，传动系效率 0.85 , 滚动阻力系数 0.013 ，空气阻力系数与迎风面积之积为 2.77m2 ， 主减速器 传动比 5.83 ,飞轮转动惯量 0.218kg m2 ,前轮总转动惯量为 1.798kg m2 ,后 轮总的转动惯量为 3.598kg m2,轴距为 3.2m 质心至前轴距离 1.947m ，质心 高 0.9m ， 四挡变速器的变速比分别为 6.09 ， 3.09 ， 1.71 ， 1 。 LQs17.1
15、2 9 附录 2 close all; n=linspace(600,4000,100);%设定转速范围(linspace(x1,x2,N)在 x1x2 范围内选取 N 个点，均分。) ua1=0.377*0.367*n/(5.83*6.09);%公式计算各档车速范围 ua2=0.377*0.367*n/(5.83*3.09); ua3=0.377*0.367*n/(5.83*1.71); ua4=0.377*0.367*n/(5.83*1); Ttq=(-19.13+259.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3- 3.8445*(n/
16、1000).4);%?Ttq-n 曲线拟合公式 x1=6.09; x2=3.09; x3=1.71; x4=1; Ft1=x1*Ttq*5.83*0.85/0.367;%公式计算各档对应转速下的驱动力 Ft2=x2*Ttq*5.83*0.85/0.367; Ft3=x3*Ttq*5.83*0.85/0.367; Ft4=x4*Ttq*5.83*0.85/0.367; plot(ua1,Ft1,g,ua2,Ft2,r,ua3,Ft3,y,ua4,Ft4,b);%汽车驱动力-行驶 阻力平衡图 xlabel(ua/(km/h);%汽车驱动力-行驶阻力平衡图 ylabel(F/N); legend(1,2,3,
