汽车理论汽车设计课程设计说明书.docx
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汽车理论汽车设计课程设计说明书
湖北汽车工业学院
HubeiAutomotiveIndustriesInstitute
课程设计说明书
课程名称汽车理论
设计题目汽车动力性
班号专业车辆工程学号
学生姓名
指导教师（签字）
起止日期2011年7月4日——2011年7月9日
目 录
1。
设计任务及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
2.车辆参数。
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2
3。
汽车动力性能计算...。
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3.1驱动力-行驶阻力平衡图。
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3.2最高转速Ｕamax。
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3.3加速时间t..。
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3.4汽车加速度倒数图.。
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3。
5汽车加速时间图..。
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3.6汽车爬坡度图..。
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3。
7汽车动力特性图．....。
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3.8汽车功率平衡图。
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4.GUI界面设计.........。
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5。
归纳与总结.。
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6。
参考文献。
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在汽车设计中和改进中,需对样车的性能进行预测、评价、多方案选优或进行传动系的优化匹配,这些都必须进行汽车动力性（E-P性能）的计算。
如采用手算并在坐标纸上作图,工作量大，费时费力，而且手算和作图误差较大，易出错。
考虑到计算机在当前设计工作中的普遍应用,有必要利用计算机编程序进行模拟计算，以方便迅速得到具有相当精确度的数据和图形。
1．设计任务及要求
1.1设计任务
采用ＭＡＴＬＡＢ软件,编制程序对汽车的动力性能进行计算，有关参数可参考《汽车理论》Ｐ272习题1.3。
要求得到以下数据和图形：
数据:
1．最高车速Ｕmax;
2．加速时间t;
3．最大爬坡度imax;
图形：
1．驱动力阻力平衡力；
2．汽车加速时间曲线；
3．汽车的爬坡度图；
4．动力特性图；
5．功率平衡图；
最终根据上述的设计计算，进行GUI界面设计。
1.2设计要求
程序应满足以下要求：
1．在给定了足够参数时能自动计算得到以上所有数据和图形，并能保证一定的计算精度；
2．程序具有一定的通用性，能尽量满足多种车型动力性能计算的要求；
3．界面友好，使用灵活方便；
4．课程设计完成后，将所有的同课程设计有关的计算机文件保存在自建的以“班号＋学号＋姓名的文件中”；
二。
车辆数据
以《汽车理论》习题1。
3车辆数据为例设计程序进行绘图计算.已知某一轻型车的有关数据:
汽油发动机使用外特性的T-n曲线的拟合公式为：
T=-19。
313+295.27（）—165。
44（）+40.874（）-3。
8445（）
式（2。
1）
发动机的最低转速=600（r/min）；最高转速=4000（r/min）；
装载质量m1=2000；整车整备质量m2=1800;
总质量m3=3880；车轮半径r=0.367；
传动系机械效率：
ηt=0。
85；滚动阻力系数f=0。
013;
空气阻力系数*迎风面积CA=2.77;主减速器传动比I=5。
83;
飞轮转动惯量I=0.218；二前轮转动惯量比I=1.798；
四后轮转动惯量比I=3。
598；轴局距L=3。
2；
质心至前轴距高a=1。
947;质心高h=0.9;
表2.1变速器传动比
一档I
二档I
三档I
四档I
五档I
四挡变速器
6。
09
3.09
1.71
1.00
—
五挡变速器
5.56
2。
769
1。
644
1。
00
0。
793
3．汽车动力性计算
3.1驱动力-—行驶阻力平衡图
为全面地评价汽车在各个挡位和不同车速下的动力性,需要绘制驱动力—-行驶阻力平衡图（动力特性曲线），以便清晰地表明汽车行驶时的受力情况及其平衡关系。
汽车的驱动力（单位为N）为：
Ft=ηt（3.1）
式中，Ft为汽车的驱动力；为对应于每一个汽车转速的汽车转矩；为汽车的减速器传动比；汽车的主减速器比；ηt汽车的传动效率；r汽车的车轮半径;
在动力性计算中,目前一般采用稳态工况时发动机台架实验所得到的使用外特性中的功率与转矩曲线（常为采用最小二乘法拟合得到的多项式）。
=（3。
2）
式中，n代表汽车转速；拟合阶数k随特性曲线而异，一般在2,3,4，5中选取。
这里选取k=4。
汽车在良好路面上行驶时经常遇到的滚动阻力和空气阻力为
+=Gf+（3.3）
其中车速（km/h）与发动机转速n（r/min）之间的关系为
=0。
377（3.4）
在程序中，二重循环计算各档位下发动机最底转速到最高转速对应的驱动力，并连接成线即得到驱动力图（Ft—）;计算I档最底转速到发动机最高转速nmax所对应的阻力，连接成线即得到阻力曲线（（+）—）。
绘制四挡和五挡车驱动力—行驶阻力平衡图如图3。
1。
a和3.1。
b所示。
图3.1。
a四挡车驱动力—-行驶阻力平衡图
图3.1。
b五挡车驱动力—-行驶阻力平衡图
3.2确定最高车速
上图是五挡车驱动力—行驶阻力平衡图。
由上图可以清晰的看出不同车速的时候驱动力和行驶阻力之间的关系。
汽车以最高档行驶时的最高车速，可以直接由Ft4与F的交点取得。
因为此时驱动力和行驶阻力相等，汽车处于稳定的平衡状态。
由图中和计算可知，五档变速箱情况下最大车速为98.7km/h。
3。
3加速时间t
加速时间可以用计算机进行积分计算或用图解积分法求出。
加速时间分为原地加速时间（0-70Km/h）和超车加速时间（40-70Km/h）
具体结果见下面3。
5汽车加速时间图。
3。
3.1数学表达式
（设F=0）（3.3。
1.1）
（3。
3。
1.2）
其中
（3.3。
1.3）
3.3.2换档点的确定
加速过程中的换挡时刻可根据各挡的a—ua曲线来确定.若一挡与二档加速度曲线有交点，显然应在交点对应车速换挡。
若两曲线不相交，则应在一挡加速行驶到发动机转速最高时换入二挡。
3.4汽车加速度倒数图
绘制四挡和五挡车加速度倒数曲线图如图下图所示
从图中可见加速到70km/h，从一档到四档即可完成，且各档加速度的倒数无交点.积分过程可从速度为零，用一档的加速度倒数积分到一档的最高车速,再用二档的加速度倒数从速度一档的最高车速积分到二档的最高车速，以此类推。
由于速度由0～70km/h,速度间隔通常取1,与初始计算的加速度并不对应，此时的加速度可用插值函数，如:
ac=interp1（ua1,ac1，u，’spline'）;
3.5汽车加速时间图
3.5.1数学表达式
可由以下公式计算加速时间
（3。
5.1.1）
（3.5。
1。
2）
（3.5。
1.3）
由以下程序：
t
（1）=0;ii=2;
foruu=10:
1：
70；
ifuua1=interp1（ua1,y1,uu，'spline'）;
t（ii）=t（ii—1）+a1。
/3。
6；
elseifuu>max（ua1）&uu〈max（ua2）
a2=interp1（ua2,y2,uu,’spline’）;
t（ii）=t（ii-1）+a2。
/3。
6；
elseifuu〉max（ua2）＆uu〈max（ua3）
a3=interp1（ua3,y3，uu,'spline’）；
t（ii）=t（ii—1）+a3。
/3.6;
elseifuu>max（ua3）＆uu〈max（ua4）
a4=interp1（ua4,y4,uu，'spline’）;
t（ii）=t（ii—1）+a4。
/3.6；
end
ii=ii+1；
end
tmax=t（end）
四档车：
原地起步tmax=25。
3926
超车加速tmax=23。
9686
五档车:
原地起步tmax=24.7156
超车加速tmax=23。
9686
3。
6汽车爬坡度图
3.6.1汽车爬坡度的定义
汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上克服Ft+Fw后的余力全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度。
3。
6.2数学表达式
（3。
6。
2。
1）
（3。
6。
2。
2）
（3.6。
2。
3）
3。
7汽车动力特性图
3。
7.1动力特性图定义
汽车在各档下的动力因数与车速的关系称为动力特性图，在图上,滚动阻力系数f-ua与直接挡D—ua曲线的交点即为汽车的最高车速.
3.7。
2数学公式
将汽车行驶方程两边除以汽车重力并整理如下：
（3.7.2.1）
（3。
7。
2。
2）
绘制四挡和五挡车加速度倒数曲线图如图下图所示
由图可得，采用五挡变速器时最高爬坡度为:
imax=34。
5％。
3。
8汽车功率平衡图
3.8.1汽车功率平衡图的定义
汽车行驶时的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动损失的功率与全部运动阻力所消耗的功率。
以纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率，汽车遇到的阻力功率对车速的关系曲线绘在坐标图上，即得到汽车功率平衡图.
3。
8.2数学表达式
（3.8.2.1）
3.8。
3．绘制四挡和五挡车功率平衡图曲线图的主要程序以四挡车为例如下:
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—165。
44*n2.^2+40.874＊n2。
^3—3.8445*n2.^4
Ttq=Tq（1，：
）；
［Ttq1,ig2]=meshgrid（Ttq,ig）;
deta=1+（Iw1+Iw2）/（m＊r^2）+（If0。
＊ig。
^2*i0^2*nt）/（m＊r^2）；
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）;
绘制四挡和五挡车功率平衡图曲线图如下图所示
4.GUI界面设计
可按照以下步骤进行:
1。
创建GUI
2。
设计主界面
3。
参数设计和导入用到以下语句
以上点击Callback弹出以下界面
输入链接名untitled1
4.显示结果
5。
归纳与总结
在这段日子里课程设计，我学习到很多的知识，不仅可以巩固之前学习到的理论知识，而且又熟悉了学习到书本上没有学习过的知识。
通过这次课程设计，我认识了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识的远远不够的，只有理论联系实践，从实践中得出理论，才能真正活学活用，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在这一个星期里经过在纸上的列公式到上机编程、运算、绘图，最终按要求把相关的数据计算出来了。
平时只有在书上才能看得到的曲线在自己的上做出，心里很高兴。
同时，非常感谢老师们的辛苦付出，一个星期以来，老师们一直陪伴着我们，这让我非常感动！
6.参考文献
［1]余志生。
汽车理论［M］。
北京：
机械工业出版社,2000
［2］陈家瑞.汽车构造[M］。
北京:
机械工业出版社，2000
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