汽车运用工程汽车动力性的应用.docx
《汽车运用工程汽车动力性的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车运用工程汽车动力性的应用.docx（35页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
汽车运用工程汽车动力性的应用
汽车运用工程大作业
1汽车动力性计算（加速性能、最高车速、动力因素－加速时间和加速距离）
已知：
发动机外特性、装载质量、整备质量、总质量、车轮半径、传动系效率、滚动阻力系数、空气阻力系数×迎风面积、主减速器速比飞轮转动惯量、两个前轮转动惯量、四个后轮转动惯量、变速器速比、轴距、质心至前轴距离、质心高度。
例如，已知数据如下表:
项目
单位
数值
装载质量
kg
1995
整备质量
kg
1700
总质量
kg
3695
车轮半径
m
0.37
传动系效率
0.87+0.024=0.894
滚动阻力系数
0.012-0.0024=0.0096
空气阻力系数×迎风面积
m2
2.60
主减速器速比
5.83
飞轮转动惯量
kgm2
0.22
两前轮转动惯量
kgm2
1.80
四后轮转动惯量
kgm2
3.60
轴距
m
3.40
质心至前轴距离
m
2.0
质心高度
m
0.9
变速器速比
变速器
I档
II档
III档
IV档
V档
四档
6.12
3.11
1.69
1.00
五档
3.55
2.77
1.65
1.00
0.83
发动机外特性Tq=a+a1（n/c）+a2（n/c）2+a2（n/c）3+a3（n/c）4
参数
a
a1
a2
a2
a3
c
数值
-19.31
296
-165
40.9
-3.85
1000
1） 绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图；
2） 求汽车的最高车速、最大爬坡度；
3） 绘制加速度倒数曲线
4） 用图解法或编程绘制汽车动力因数特性曲线
5） 图解手工或编程绘制II档起步，加速至70km/h的车速－时间曲线以及距离－时间曲线。
解:
轻型货车的有关数据：
汽油发动机使用外特性的Tq-n曲线的拟合公式为
Tq=a+a1（n/c）+a2（n/c）*（n/c）+a3（n/c）*（n/c）*（n/c）+a4（n/c）*（n/c）*（n/c）*（n/c）
式中，Tq为发动机转矩（N•m）;n为发动机转速（r/min）。
（km/h）
其中：
为车轮滚动半径，m;
汽车的牵引力：
（N）汽车的空气阻力：
（N）
其中：
为空气阻力系数，A为汽车迎风面积，m2。
汽车的滚动阻力：
（N）
其中：
＝mg为满载或空载汽车总重（N），
为滚动阻尼系数汽车的行驶阻力之和
：
（N）
Matlab程序：
（1）求汽车驱动力与行驶阻力平衡图和汽车最高车速程序：
五档车程序如下
n=[600:
10:
4000];
Tq=-19.3+296*（n/1000）-165*（n/1000）.^2+40.9*（n/1000）.^3-3.85*（n/1000）.^4;
m=3695;g=10;nmin=600;nmax=4000;
G=m*g;
ig=[3.552.771.651.000.83];nT=0.8924;r=0.37;f=0.0096;CDA=2.60;i0=5.83;
L=3.40;a=2.0;hg=0.9;If=0.22;Iw1=1.80;Iw2=3.60;
Ft1=Tq*ig
（1）*i0*nT/r;
Ft2=Tq*ig
（2）*i0*nT/r;
Ft3=Tq*ig（3）*i0*nT/r;
Ft4=Tq*ig（4）*i0*nT/r;
Ft5=Tq*ig（5）*i0*nT/r;
ua1=0.377*r*n/ig
（1）/i0;
ua2=0.377*r*n/ig
（2）/i0;
ua3=0.377*r*n/ig（3）/i0;
ua4=0.377*r*n/ig（4）/i0;
ua5=0.377*r*n/ig（5）/i0;
ua=[0:
5:
120];
Ff=G*f;
Fw=CDA*ua.^2/21.15;
Fz=Ff+Fw;
plot（ua1,Ft1,ua2,Ft2,ua3,Ft3,ua4,Ft4,ua5,Ft5,ua,Fz）;
title（'驱动力-行驶阻力平衡图'）;
xlabel（'ua（km/s）'）;
ylabel（'Ft（N）'）;
gtext（'Ft1'）,gtext（'Ft2'）,gtext（'Ft3'）,gtext（'Ft4'）,gtext（'Ft5'）,gtext（'Ff+Fw'）;
zoomon;
[x,y]=ginput
（1）;
zoomoff;
disp（'汽车最高车速='）;disp（x）;disp（'km/h'）;
汽车最高车速=124km/h
四档车程序如下：
q=-19.3+296*（n/1000）-165*（n/1000）.^2+40.9*（n/1000）.^3-3.85*（n/1000）.^4;
m=3695;g=10;nmin=600;nmax=4000;
G=m*g;
ig=[6.123.111.691.00];nT=0.894;r=0.37;f=0.0096;CDA=2.6;i0=5.83;
L=3.4;a=2.0;hg=0.9;If=0.22;Iw1=1.80;Iw2=3.60;Ft1=Tq*ig
（1）*i0*nT/r;
Ft2=Tq*ig
（2）*i0*nT/r;
Ft3=Tq*ig（3）*i0*nT/r;
Ft4=Tq*ig（4）*i0*nT/r;
ua1=0.377*r*n/ig
（1）/i0;
ua2=0.377*r*n/ig
（2）/i0;
ua3=0.377*r*n/ig（3）/i0;
ua4=0.377*r*n/ig（4）/i0;
ua=[0:
5:
120];
Ff=G*f;
Fw=CDA*ua.^2/21.15;
Fz=Ff+Fw;
plot（ua1,Ft1,ua2,Ft2,ua3,Ft3,ua4,Ft4,ua,Fz）;
title（'驱动力-行驶阻力平衡图'）;
xlabel（'ua（km/s）'）;
ylabel（'Ft（N）'）;
gtext（'Ft1'）,gtext（'Ft2'）,gtext（'Ft3'）,gtext（'Ft4'）,gtext（'Ff+Fw'）;
zoomon;
[x,y]=ginput
（1）;
zoomoff;
Tq=-19.3+296*（n/1000）-165*（n/1000）.^2+40.9*（n/1000）.^3-3.85*（n/1000）.^4;
m=3695;g=10;nmin=600;nmax=4000;
G=m*g;
ig=[6.123.111.691.00];nT=0.894;r=0.37;f=0.0096;CDA=2.6;i0=5.83;
L=3.4;a=2.0;hg=0.9;If=0.22;Iw1=1.80;Iw2=3.60;Ft1=Tq*ig
（1）*i0*nT/r;
Ft2=Tq*ig
（2）*i0*nT/r;
Ft3=Tq*ig（3）*i0*nT/r;
Ft4=Tq*ig（4）*i0*nT/r;
ua1=0.377*r*n/ig
（1）/i0;
ua2=0.377*r*n/ig
（2）/i0;
ua3=0.377*r*n/ig（3）/i0;
ua4=0.377*r*n/ig（4）/i0;
ua=[0:
5:
120];
Ff=G*f;
Fw=CDA*ua.^2/21.15;
Fz=Ff+Fw;
plot（ua1,Ft1,ua2,Ft2,ua3,Ft3,ua4,Ft4,ua,Fz）;
title（'驱动力-行驶阻力平衡图'）;
xlabel（'ua（km/s）'）;
ylabel（'Ft（N）'）;
gtext（'Ft1'）,gtext（'Ft2'）,gtext（'Ft3'）,gtext（'Ft4'）,gtext（'Ff+Fw'）;
zoomon;
[x,y]=ginput
（1）;
zoomoff;
disp（'汽车最高车速='）;disp（x）;disp（'km/h'）;
汽车最高车速=116km/h
（2）
其中：
为第
档对应不同转速（或车速）下的爬坡度
求汽车最大爬坡度程序：
五档车：
n=[600:
10:
4000];
Tq=-19.3+296*（n/1000）-165*（n/1000）.^2+40.9*（n/1000）.^3-3.85*（n/1000）.^4;
m=3695;g=10;nmin=600;nmax=4000;
G=m*g;
ig=[3.552.771.651.000.83];nT=0.87;r=0.37;f=0.0096;CDA=2.60;i0=5.83;
L=3.4;a=2.0;hg=0.9;If=0.22;Iw1=1.8;Iw2=3.6;
Ft1=Tq*ig
（1）*i0*nT/r;
ua1=0.377*r*n/ig
（1）/i0;
Ff=G*f;
Fw1=CDA*ua1.^2/21.15;
Fz1=Ff+Fw1;
Fi1=Ft1-Fz1;
Zoomon;
imax=100*tan（asin（max（Fi1/G）））;
disp（'汽车最大爬坡度='）;
disp（imax）;
disp（'%'）;
汽车最大爬坡度=
23.0844%
四档车：
n=[600:
10:
4000];
Tq=-19.3+296*（n/1000）-165*（n/1000）.^2+40.9*（n/1000）.^3-3.85*（n/1000）.^4;
m=3695;g=10;nmin=600;nmax=4000;
G=m*g;
ig=[6.123.111.691.00];nT=0.87;r=0.37;f=0.0096;CDA=2.60;i0=5.83;
L=3.4;a=2.0;hg=0.9;If=0.22;Iw1=1.8;Iw2=3.6;
Ft1=Tq*ig
（1）*i0*nT/r;
ua1=0.377*r*n/ig
（1）/i0;
Ff=G*f;
Fw1=CDA*ua1.^2/21.15;
Fz1=Ff+Fw1;
Fi1=Ft1-Fz1;
Zoomon;
imax=100*tan（asin（max（Fi1/G）））;
disp（'汽车最大爬坡度='）;
disp（imax）;
disp（'%'）;
汽车最大爬坡度=
43.0871%
（3）求汽车行驶加速度倒数曲线程序：
五档车：
n=[600:
10:
4000];
Tq=-19.3+296*（n/1000）-165*（n/1000）.^2+40.9*（n/1000）.^3-3.85*（n/1000）.^4;
m=3695;g=10;nmin=600;nmax=4000;
G=m*g;
ig=[3.552.7711.651.000.83];nT=0.87;r=0.37;f=0.0096;CDA=2.60;i0=5.83;
L=3.4;a=2.0;hg=0.9;If=0.22;Iw1=1.8;Iw2=3.6;
Ft1=Tq*ig
（1）*i0*nT/r;
Ft2=Tq*ig
（2）*i0*nT/r;
Ft3=Tq*ig（3）*i0*nT/r;
Ft4=Tq*ig（4）*i0*nT/r;
Ft5=Tq*ig（5）*i0*nT/r;
ua1=0.377*r*n/ig
（1）/i0;
ua2=0.377*r*n/ig
（2）/i0;
ua3=0.377*r*n/ig（3）/i0;
ua4=0.377*r*n/ig（4）/i0;
ua5=0.377*r*n/ig（5）/i0;
Fw1=CDA*ua1.^2/21.15;
Fw2=CDA*ua2.^2/21.15;
Fw3=CDA*ua3.^2/21.15;
Fw4=CDA*ua4.^2/21.15;
Fw5=CDA*ua5.^2/21.15;
Ff=G*f;
deta1=1+（Iw1+Iw2）/（m*r^2）+（If*ig
（1）^2*i0^2*nT）/（m*r^2）;
deta2=1+（Iw1+Iw2）/（m*r^2）+（If*ig
（2）^2*i0^2*nT）/（m*r^2）;
deta3=1+（Iw1+Iw2）/（m*r^2）+（If*ig（3）^2*i0^2*nT）/（m*r^2）;
deta4=1+（Iw1+Iw2）/（m*r^2）+（If*ig（4）^2*i0^2*nT）/（m*r^2）;
deta5=1+（Iw1+Iw2）/（m*r^2）+（If*ig（5）^2*i0^2*nT）/（m*r^2）;
a1=（Ft1-Ff-Fw1）/（deta1*m）;ad1=1./a1;
a2=（Ft2-Ff-Fw2）/（deta2*m）;ad2=1./a2;
a3=（Ft3-Ff-Fw3）/（deta3*m）;ad3=1./a3;
a4=（Ft4-Ff-Fw4）/（deta4*m）;ad4=1./a4;
a5=（Ft5-Ff-Fw5）/（deta5*m）;ad5=1./a5;
plot（ua1,ad1,ua2,ad2,ua3,ad3,ua4,ad4,ua5,ad5）;
axis（[099010]）;
title（'汽车的加速度倒数曲线'）;
xlabel（'ua（km/h）'）;
ylabel（'1/a'）;
gtext（'1/a1'）;gtext（'1/a2'）;gtext（'1/a3'）;gtext（'1/a4'）;gtext（'1/a5'）;
a=max（a1）;
af=asin（max（Ft1-Ff-Fw1）/G）;
C=tan（af）/（a/L+hg*tan（af）/L）;
四档车：
n=[600:
10:
4000];
Tq=-19.3+296*（n/1000）-165*（n/1000）.^2+40.9*（n/1000）.^3-3.85*（n/1000）.^4;
m=3695;g=10;nmin=600;nmax=4000;
G=m*g;
ig=[6.123.111.691.00]
nT=0.87;r=0.37;f=0.0096;CDA=2.60;i0=5.83;
L=3.4;a=2.0;hg=0.9;If=0.22;Iw1=1.8;Iw2=3.6;
Ft1=Tq*ig
（1）*i0*nT/r;
Ft2=Tq*ig
（2）*i0*nT/r;
Ft3=Tq*ig（3）*i0*nT/r;
Ft4=Tq*ig（4）*i0*nT/r;
ua1=0.377*r*n/ig
（1）/i0;
ua2=0.377*r*n/ig
（2）/i0;
ua3=0.377*r*n/ig（3）/i0;
ua4=0.377*r*n/ig（4）/i0;
Fw1=CDA*ua1.^2/21.15;
Fw2=CDA*ua2.^2/21.15;
Fw3=CDA*ua3.^2/21.15;
Fw4=CDA*ua4.^2/21.15;
Ff=G*f;
deta1=1+（Iw1+Iw2）/（m*r^2）+（If*ig
（1）^2*i0^2*nT）/（m*r^2）;
deta2=1+（Iw1+Iw2）/（m*r^2）+（If*ig
（2）^2*i0^2*nT）/（m*r^2）;
deta3=1+（Iw1+Iw2）/（m*r^2）+（If*ig（3）^2*i0^2*nT）/（m*r^2）;
deta4=1+（Iw1+Iw2）/（m*r^2）+（If*ig（4）^2*i0^2*nT）/（m*r^2）;
a1=（Ft1-Ff-Fw1）/（deta1*m）;ad1=1./a1;
a2=（Ft2-Ff-Fw2）/（deta2*m）;ad2=1./a2;
a3=（Ft3-Ff-Fw3）/（deta3*m）;ad3=1./a3;
a4=（Ft4-Ff-Fw4）/（deta4*m）;ad4=1./a4;
plot（ua1,ad1,ua2,ad2,ua3,ad3,ua4,ad4）;
axis（[099010]）;
title（'汽车的加速度倒数曲线'）;
xlabel（'ua（km/h）'）;
ylabel（'1/a'）;
gtext（'1/a1'）;gtext（'1/a2'）;gtext（'1/a3'）;gtext（'1/a4'）;
a=max（a1）;
af=asin（max（Ft1-Ff-Fw1）/G）;
C=tan（af）/（a/L+hg*tan（af）/L）;
4图解法或编程绘制汽车动力因数特性曲线
Ft=Ff+Fi+Fw+Fj
令
为汽车的动力因数并以符号D表示
（1）动力因素的计算
同理，在发动机外特性曲线上选取8个点（与上面的相同），计算对应的驱动力与空气阻力，然后根据公式5算出各档对应的动力因素点。
数据见表2-3所示。
（2）滚动阻力系数的确定
f=f0（1+ua2/19440）
取f0=0.014据公式6算出对应车速下的滚动阻力系数，数据见表2.2所示。
（3）基本数据表
四-1
四-2
四-3
四-4
五-1
五-2
五-3
五-4
五-5
a
-19.3
-19.3
-19.3
-19.3
-19.3
-19.3
-19.3
-19.3
-19.3
a1
296
296
296
296
296
296
296
296
296
a2
-165
-165
-165
-165
-165
-165
-165
-165
-165
a3
40.9
40.9
40.9
40.9
40.9
40.9
40.9
40.9
40.9
a4
-3.85
-3.85
-3.85
-3.85
-3.85
-3.85
-3.85
-3.85
-3.85
c
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
i0
5.83
5.83
5.83
5.83
5.83
5.83
5.83
5.83
5.83
ig
6.12
3.11
1.69
1
3.55
2.77
1.65
1
0.83
η
0.894
0.894
0.894
0.894
0.894
0.894
0.894
0.894
0.894
r
0.37
0.37
0.37
0.37
0.37
0.37
0.37
0.37
0.37
Cd*A
2.6
2.6
2.6
2.6
2.6
2.6
2.6
2.6
2.6
f
0.0096
0.0096
0.0096
0.0096
0.0096
0.0096
0.0096
0.0096
0.0096
m
3695
3695
3695
3695
3695
3695
3695
3695
3695
If
0.22
0.22
0.22
0.22
0.22
0.22
0.22
0.22
0.22
Ｉｗ
5.4
5.4
5.4
5.4
5.4
5.4
5.4
5.4
5.4
v
18
40
65
80
15
40
60
80
100
σ
1.506
1.138
1.048
1.023
1.177
1.112
1.046
1.023
1.019
n
4604.1
4549.3
4591.1
3346.1
2225.5
4630.89
4137.72
3346.61
3468.99
Ttq
108.11
114.12
109.35
174.49
178.6
104.29
149.46
173.34
171.75
Ff
354.72
354.72
354.72
354.72
354.72
354.72
354.72
354.72
354.72
Fw
39.829
196.69
519.38
786.7
27.659
196.690
442.553
786.7612
1229.3144
Ft
9320.1
4999.4
2603.2
2457.9
8931.2
4069.36
3473.86
2441.760
2008.0715
D
0.2511
0.129
0.0563
0.0452
0.24
0.104
0.082
0.044
0.0210
5图解或编程绘制II档起步，加速至70km/h的车速—时间曲线以及距离—时间曲线。
编程如下：
五档车编程如下：
>>clear
nT=0.894;r=0.37;f=0.0096;CDA=2.60;i0=5.83;If=0.22;
Iw1=1.8;Iw2=3.4;L=3.4;a=2.0;hg=0.9;m=3695;g=10;
G=m*g;ig=[3.552.771.651.000.83];
nmin=600;nmax=4000;
u1=0.377*r*nmin./ig/i0;
u2=0.377*r*nmax./ig/i0;
deta=0*ig;
fori=1:
5
deta（i）=1+（Iw1+Iw2）/（m*r^2）+（If*（ig（i））^2*i0^2*nT）/（m*r^2）;
end
ua=[6:
0.01:
99];N=length（ua）;n=0;Tq=0;Ft=0;inv_a=0*ua;delta=0*ua;
Ff=G*f;
Fw=CDA*ua.^2/21.15;
fori=1:
N
k=i;
ifua（i）<=u2
（2）
n=ua（i）*（ig
（2）*i0/r）/0.377;
Tq=-19.313+295.27*（n/1000）-165.44*（n/1000）^2+40.874*（n/1000）^3-3.8445*（n/1000）^4;
Ft=Tq*ig
（2）*i0*nT/r;
inv_a（i）=（deta
（2）*m）/（Ft-Ff-Fw（i））;
delta（i）=0.01*inv_a（i）/3.6;
elseifua（i）<=u2（3）
n=ua（i）*（ig（3）*i0/r）/0.377;
Tq=-19.313+295.27*（n/1000）-165.44*（n/1000）^2+40.874*（n/1000）^3-3.8445*（n/1000）^4;
Ft=Tq*ig（3）*i0*nT/r;
inv_a（i）=（deta（3）*m）/（Ft-Ff-Fw（i））;
delta（i）=0.01*inv_a（i）/3.6;
elseifua（i）<=u2（4）
n=ua（i）*（ig（4）*i0/r）/0.377;
Tq=-19.313+295.27*（n/1000）-165.44*（n/1000）^2+40.874*（n/1000）^3-3.8445*（n/1000）^4;
Ft=T
升级会员 