汽车理论.docx

1、汽车理论一、 设计目的本次课程设计利用所学的汽车理论知识，计算某货车的燃油经济性，该汽车各参数为装载质量 2000kg整车整备质量 1800kg总质量 3880kg车轮半径 r=0.367m传动系传动效率 t=0.87滚动阻力系数 f=0.013空气阻力系数迎风面积 CDA=2.77m2主减速器传动比 i0=5.28飞轮转动惯量 If=0.218kg*m2二前轮转动惯量 Iw1=1.798kg*m2四后轮轮转动惯量 Iw2=3.598kg*m2表一：变速器传动比1档2档3档4档4档变速器6.093.091.711.00汽车外特性的Tq-n曲线拟合公式为式中 Tq为发动机转矩（Nm）；n为发动机

2、转速（r/min）发动机最低转速为600r/min，发动机最高转速为4000r/min。汽车负荷特性曲线拟合公式为表二：拟合式中各系数怠速油耗：Qid=0.299ml/s(怠速转速400r/min)题目要求：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. 绘制功率平衡图；3. 绘制汽车等速行驶时发动机的负荷率图； 4. 绘制汽车最高挡和次高档等速在水平路面上行驶时发动机的燃油消耗率b；5. 绘制最高挡和次高档等速百公里油耗曲线；6. 求解六工况（GB/T 12545.2-2001）行驶的百公里油耗；7. 列表表示最高挡和次高挡等速行驶时，在20整数倍车速

3、的参数值（将无意义的部分删除），例表见表6。经济性计算时，取汽油密度0.742g/mL，柴油密度0.830g/mL二、 解题过程第一题：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汽车外特性的Tq-n曲线拟合公式为根据Matlab软件绘制功率外特性和转矩外特性曲线先将n按定等长取不同的值，带入到拟合公式中，求得不同n下的Tq，然后通过Tq与n求得Pe，再绘制Pen和Tqn图像。图（一）功率外特性和转矩外特性曲线第二题：绘制功率平衡图由车速和发动机转速公式可得车速（将转速从600r/min到4000r/min，按50r/min梯度增加）由外特性曲线功率Pe（Kw）和

4、发动机转速Ua（Km/h）的公式为，根据上面求得的Ua得出相应的Pe根据求得的Ua得出相应的P，发动机实际输出功率P（Kw）为根据Matlab软件画出功率平衡图先将n按定等长取不同的值，根据车速和发动机转速公式求得Ua，根据拟合公式求得Tq。在通过Ua和Tq求得Pe。将Ua带入P=Pf+Pw中求得P，再绘制Peua和Pua图。图（二）功率平衡图第三题：绘制汽车等速行驶时发动机的负荷率图发动机等速行驶，主要克服滚动阻力和空气阻力，负荷率的值为发动机发出的功率与对应车速下的外特性功率之比。由驱动力Ft（N）和发动机转矩Tq（Nm）的公式为发动机行驶阻力位F（Kw）为可得负荷率在Matlab软件下绘

5、制负荷率图像直接在题二的基础上求得，绘制UUa图像。图（三）汽车等速行驶发动机负荷率图第四题：绘制汽车最高挡和次高档等速在水平路面上行驶时发动机的燃油消耗率b首先由车速和发动机转速公式可得车速Ua(km/h)然后根据公式发动机提供的Pe（Kw）为最后由给定的汽车负荷特性曲线拟合公式求出燃油消耗率b(g/(kh)利用Matlab软件绘制最高挡和次高档等速在水平路面上行驶时发动机的燃油消耗率b图像。根据所给的8个转速由相应的转速与速度公式求得Ua，在求得相应的Pe，带入燃油拟合公式求得b，燃油拟合公式得使用主要依靠多维数组的使用，画出bUa图像。在通过等间距插值法，使曲线变得更加平滑。图（四）最高

6、挡和次高档等速行驶燃油消耗率图第五题：绘制最高挡和次高档等速百公里油耗曲线根据百公里油耗公式求QS（L/100km）由车速和发动机转速公式可得车速Ua(km/h)然后根据公式发动机提供的Pe（Kw）为由给定的汽车负荷特性曲线拟合公式求出燃油消耗率b(g/(kh)由第四题求出的16个功率值和16个燃油消耗率值（三挡和四挡各8个数据），带入百公里燃油消耗量公式求出对应的Qs，并用Matalb软件绘制最高挡和次高档等速百公里油耗量曲线。图（五）高挡和次高档等速百公里油耗量第六题：求解六工况（GB/T 12545.2-2001）行驶的百公里油耗；由相关标准可得GB/T12545.2-2001标准实验的

7、车速-路程坐标图如下图（六）GB/T12545.2-2001标准实验的车速-路程坐标图由图可知工况一，工况三，工况五是匀速行驶可以先求对应车速下的百公里燃油消耗量，用题六画出的等速百公里油耗曲线利用插值法可以求得对应车速下的百公里燃油消耗量。表三：对应车速下的百公里燃油消耗量车速（km/h）405060百公里燃油消耗量（L/100km）12.4412.8413.91则工况一，工况三，工况五消耗的燃油消耗量为对于工况二，工况四匀加速，运用课本上的公式去求工况二，工况四百公里燃油消耗量其中 利用插值法在题六画出Matlab曲线中求得对应的和，然后利用SUM函数求得的值。对应求得的，和。对于工况二b

8、e拟合曲线近似为be=-2.784ua+464.345=2.507ml，=3.103ml和=42.854ml则=46.749ml对于工况四be拟合曲线近似为be= -3.76ua+456=2.95ml，=3.434ml和=57.449ml则=62.665ml工况六为匀减速，等效为怠速运转= t6=0.29921.5=6.429(ml)14.7L/100km第七题：计算最高挡和次高挡等速行驶时各车速参数值这道题的各个数据都是通过Matlab编程直接计算得来的，根据各个公式和插值查询的方式求得，然后直接摘录下来，具体思路看程序7。次高档各参数值车速(km/h)参数20406080100120等速水

9、平路行驶发动机实际发出转矩（Nm）44.4991.39124.65147.15161.42169.65等速水平路Ff (N)493.31493.31493.31493.31493.31493.31等速水平路Fw (N)52.39209.55471.49838.201309.691885.96等速水平路Fw+ Ff (N)546.70703.86965.801332.521804.002380.27发动机负荷率(%)14.9719.2726.4436.4849.3965.17燃油消耗率b(g/kW.h)694.44554.57-发动机实际发出功率（kW）23.3246.6469.9793.301

10、16.61139.93百公里燃油消耗量Qs（L/100km）16.36716.803-最高档各参数值车速(km/h)参数20406080100120等速水平路行驶发动机实际发出转矩（Nm）20.03453.1880.82103.58122.06136.82等速水平路Ff (N)494.31494.31494.31494.31494.31494.31等速水平路Fw (N)52.39209.55471.49838.201309.691885.96等速水平路Fw+ Ff (N)546.70703.86965.801332.521804.002380.27发动机负荷率(%)25.7533.1545.4

11、862.7584.9696.45燃油消耗率b(g/kW.h)-410.15333.17301,60300.01-发动机实际发出功率（kW）13.5627.1240.6854.2467.8081.36百公里燃油消耗量Qs（L/100km）-12.43613.90517.31824.230-三 、经济性总体评价 汽车最高挡和次高档等速在水平路面上行驶时发动机的燃油消耗率b；根据图像可知，由于负荷率的上升，汽车最高档时燃油消耗率比低档时要低，所以汽车在行驶过程中采用高档行驶有利于提高经济性。 最高挡和次高档等速百公里油耗量；汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量来衡量。根据速度

12、与百公里燃油消耗量的图像分析，档位那个越高，燃油消耗量越低，这个结论基本符合汽车理论的理论知识。由图像可知，三挡的百公里燃油消耗量在1523（L/100km）之间，四挡的在1225（L/100km）之间，i0过大负荷率减小，后备功率增大可见有利于动力性，但燃油消耗增高，导致燃油消耗量增高；i0过小负荷率增加，后备功率减小，燃油消耗率减小，由此可见汽车在动力性和经济性之间是相互制约的关系，而i0的合理选择在汽车行驶过程中对减少油耗很重要。由图像可知接近中低速时，燃油消耗量达到最低，所以选择最佳行驶车速也是减低燃油消耗量的措施之一。 六工况（GB/T 12545.2-2001）行驶的百公里油耗；在

13、六循环工况中，所测得的百公里燃油消耗量为14.7L/100km，在国内，13吨货车等速百公里油耗量一般在13-15L/100km，此轻型货车符合国内燃油经济性要求，且循环六工况油耗在等速百公里油耗范围内，反映出实际运行具有较好的燃油经济性。 与同类车型相比根据国内同型车型数据显示，汽车等速行驶（20km/h120km/h）百公里燃油消耗量大致在5L/100km10L/km, 13吨货车等速百公里油耗量一般在13-15L/100km，该车的燃油消耗率，燃油消耗量，六工况油耗都在规定范围内，且属于经济车范畴。总而言之，这辆车的燃油经济性符合国家标准。四、 心得体会在本次设计过程中，印象最深的部分就

14、是对于了Matlab软件的基本操作，因为以前一点儿基础也没有，所以最开始操作起来特别吃力。其次是这个汽车理论的解题思路，那么多个公式，将它们串接起来，那个公式用在什么地方，先算什么再算什么，这些过程的摸索也很艰难。并且以往的课程设计都是小组组队的行式，队员之间分工合作，但这次从想思路到计算到编程到写报告都是自己一个人，工作量也比较大。但是，有付出就有收获嘛，首先是这个加深对汽车理论这门课程的认识，也学到了用这门课分析汽车性能的一个基本思路，将理论和实践相结合。然后就是Matlab软件的学习，对以后的学习和工作也会有很大的帮助。五、 参考文献【1】 余志生. 汽车理论.第5版M. 机械工业出版社

15、, 2009.【2】 包凡彪. 汽车理论课程实践教学改革研究J. 价值工程, 2011, 30(33):227-229.【3】 吴心平, 贾振华, 杨宗田. 基于Matlab的汽车燃油经济性仿真计算J. 河南科技, 2011(7):61-62.【4】 袁景敏. 基于matlab的客车动力性燃油经济性模拟计算C/ 低碳陕西学术研讨会论文集. 2010:15-17.【5】 龚运息, 姚克甫. 基于Matlab程序的汽车动力性经济性计算分析J. 广西科技大学学报, 2016, 27(1):43-48.【6】 纠永杰. 基于MATLAB的汽车动力性和燃油经济性仿真J. 硅谷, 2010(20):187

16、-187.六、 Matlab程序设计第一题n=600:50:4000; %将转速按50等分取Tq=-19.313+295.27*(n./1000)-165.44*(n./1000).2+40.874*(n./1000).3-3.8445*(n./1000).4; %各个n根据拟合公式求TqPe=Tq.*n./9550; %根据Tq和n求Pefigure(1) %绘制figure(1)plot(n,Pe); %绘制Pen图像hold onplot(n,Tq); %绘制Tqn图像hold onylabel(发动机转矩Tq/(N*m) 发动机功率Pe/kw); %给纵坐标命名xlabel(发动机转速

17、n/(r/min）) %给横坐标命名text(1700,161,Pe) %标注Pe曲线text(1700,43,T_rmq) %标注Tq曲线title(功率外特性和转矩外特性曲线); %给表格命名grid on %显示栅格第二题i0=5.28;ig=6.09 3.09 1.72 1.00; %将各挡传动比存到数组里n=600:50:4000; %将转速按50等分取Tq=-19.313+295.27*(n./1000)-165.44*(n./1000).2+40.874*(n./1000).3-3.8445*(n./1000).4; %各个n根据拟合公式对应求Tqr=0.367;G=3880*9

18、.8;CDA=2.77;f=0.013;figure(2) %绘制figure(2)for i=1:4 % i从1到4，根据等分的n，求一档到四挡的Peua=(0.377.*n*r)/ig(i)/i0 Pe=Tq.*ig(i)*i0.*ua/r/3600plot(ua,Pe,r) %分别绘制一档到四挡的Peua曲线hold onendPf=G*f.*ua/3600 Pw=CDA*ua.3/76140P=(Pf+Pw)/0.87 %求得发动机输出功率Pv1=plot(ua,P,b) %分别绘制一档到四挡的Pua曲线hold onset(v1,linewidth,2) %为Pua曲线设置线宽tex

19、t(15,55,) %在（15,55）标注曲线text(31,55,) %在（31,55）标注曲线text(54,55,) %在（54,55）标注曲线text(84,55,) %在（84,55）标注曲线 text(95,45,(Pf+Pw)/t) %在（95,45）标注(Pf+Pw)/txlabel(速度ua/(km/h) %给横坐标命名ylabel(功率Pe/kw) %给纵坐标命名title(功率平衡图); %给表格命名grid on %显示栅格第三题i0=5.28;ig=6.09 3.09 1.72 1.00; %将各挡传动比存到数组里n=600:50:4000; %将转速按50等分取Tq

20、=-19.313+295.27*(n./1000)-165.44*(n./1000).2+40.874*(n./1000).3-3.8445*(n./1000).4; %根据拟合公式求Tqr=0.367;G=3880*9.8;CDA=2.77;f=0.013;Ff=G*f; %求Fffigure(3) %绘制figure(3)for i=1:4 % i从1与到4，根据等分的n，求一档到四挡的Ft， Fwua=(0.377.*n*r)/ig(1,i)/i0;Tq=-19.313+295.27*(n./1000)-165.44*(n./1000).2+40.874*(n./1000).3-3.84

21、45*(n./1000).4;Fw=CDA*ua.2/21.15;F=Ff+Fw;Ft=Tq.*ig(1,i)*i0*0.87/r;U=(Ff+Fw)./Ft;U=(Pf+Pw)./Pe; %根据公式U=(Ff+Fw)./Ft求得Uplot(ua,U,r) %绘制Uua曲线 hold onendtext(20,0.03,) %在（20,0.03）标注曲线text(38,0.1,) %在（38,0.1）标注曲线text(61,0.3,) %在（61,0.3）标注曲线text(105,0.9,) %在（105,0.9）标注曲线xlabel(速度ua/(km/h) %给横坐标命名ylabel(负荷(

22、率) U(%) %给纵坐标命名title(汽车等速行驶时发动机负荷率图); %给表格命名grid on %显示栅格第四题i0=5.28;ig=6.09 3.09 1.72 1.00; %将各挡传动比存到数组里n=815 1207 1614 2012 2603 3006 3403 3804; %将给定的8个转速存到数组里Tq=-19.313+295.27*(n./1000)-165.44*(n./1000).2+40.874*(n./1000).3-3.8445*(n./1000).4; %根据转速拟合公式求Tqr=0.367;G=3880*9.8;CDA=2.77;f=0.013;ua_3=(

23、0.377.*n*r)/ig(3)/i0; %根据给定的各转速求得对应的三挡各车速ua_4=(0.377.*n*r)/ig(4)/i0; %根据给定的各转速求得对应的四挡各车速P_3=(G*f.*ua_3)/3600+(CDA*ua_3.3)/76140)/0.87; %根据求得的各车速求得对应的三挡各功率P_4=(G*f.*ua_4)/3600+(CDA*ua_4.3)/76140)/0.87%根据求得的各车速求得对应的三挡各功率 B=1326.8 -416.46 72.379 -5.8629 0.17768 1354.7 -303.98 36.657 -2.0553 0.043072 12

24、84.4 -189.75 14.524 -0.51184 0.0068164 1122.9 -121.59 7.0035 -0.18517 0.0018555 1141.0 -98.893 4.4763 -0.091077 0.00068906 1051.2 -73.714 2.8593 -0.05138 0.00035032 1233.9 -84.478 2.9788 -0.047449 0.00028231129.7 -45.291 0.71113 -0.00075215 -0.000038568; %定义系数数组 %将各转速下的拟合公式的系数存到数组里figure(4) %绘制figur

25、e(4)b_3=i=1;While i=8; % i从1变到8，根据求得的8个P_3值求得b_3b_3(i)=B(i,1)+B(i,2)*P_3(i)+B(i,3)*P_3(i)2+B(i,4)*P_3(i)3+B(i,5)*P_3(i)4;i=i+1;endplot(ua_3,b_3,r) %绘制三挡的燃油消耗率曲线hold onb_4=i=1;While i=8; % i从1变到8，根据求得的8个P_4值求得b_4b_4(i)=B(i,1)+B(i,2)*P_4(i)+B(i,3)*P_4(i)2+B(i,4)*P_4(i)3+B(i,5)*P_4(i)4;i=i+1;endv3=plot

26、(ua_4,b_4,g) %绘制四挡的燃油消耗率曲线hold onaxis(0 100 0 1000) %将横坐标限定在（0.100），将纵坐标限定在（0.1000）set(v3,linewidth,2) %为三挡燃油消耗率曲线设置线宽xlabel(速度ua/(km/h) %给横坐标命名ylabel(燃油消耗率b/(g/(kw*h) %给纵坐标命名text(20,740,) %在（20,740）标注曲线text(70,340,) %在（70,340）标注曲线c = polyfit(ua_3, b_3, 2); %进行拟合，c为2次拟合后的系数 d = polyval(c, ua_3, 1);

27、%拟合后，每一个横坐标对应的值即为d plot(ua_3, d, r); %拟合后的曲线ua_41=0:1:100; %将ua_41从0取到100，每次进1b_41=interp1(ua_4,b_4,ua_41); %根据ua_41的值线性插值求得b_41 ua_41,b_41; %输出数组ua_41,b_41plot(ua_41,b_41,g) %绘制b_41ua_41曲线title(汽车最高挡和次高档等速行驶燃油消耗率b); %给表格命名grid on %显示栅格注：这个部分是为做第7题而设置的，根据插值法求得对应车速的燃油消耗率s=1;b3=; %将b3定义数组for i=20:20:1

28、20 %将i设为车速从20km/h变为120km/h，每次增加20km/hb3(s)=interp1(ua_3,b_3,i) %根据相应的车速变化线性插值得到相应的三挡燃油消耗率s=s+1;disp(三挡燃油消耗率：,num2str(b3),b/(g/(kw*h) %显示变量内容三挡燃油消耗率endss=1;b4=; %将b4定义数组for i=20:20:120 %将i设为车速从20km/h变为120km/h，每次增加20km/hb4(ss)=interp1(ua_4,b_4,i) %根据相应的车速变化线性插值得到相应的四挡燃油消耗率ss=ss+1;disp(四挡燃油消耗率：,num2str

29、(b4),b/(g/(kw*h) %显示变量内容四挡燃油消耗率end第五题i0=5.28;ig=6.09 3.09 1.72 1.00; %将各挡传动比存到数组里n=815 1207 1614 2012 2603 3006 3403 3804; %将给定的8个转速存到数组里Tq=-19.313+295.27*(n./1000)-165.44*(n./1000).2+40.874*(n./1000).3-3.8445*(n./1000).4; %根据转速拟合公式求Tqr=0.367;G=3880*9.8;CDA=2.77;f=0.013;ua_3=(0.377.*n*r)/ig(3)/i0; %根据给定的各转速求得对应的三挡各车速ua_4=(0.377.*n*r)/ig(4)/i0; %根据给定