《汽车理论》课程设计任务书毕业课程设计

汽车理论课程设计汽车理论课程设计 专业名称： 交通运输 班 级： 交通运输122401班 学生姓名： 陈湘柯 学 号： 201224010102 汽车理论课程设计任务书要求：本次计算设计以小组为单位进行，每组计算两种车型(大型车、小型车)。先通过手工计算并绘图（选取5-8个特征点），然后计算机编程实现并绘图，并打印计算说明书和程序。答辩时应交上查阅资料，计算草稿，设计说明书。具体设计要求如下：1.汽车动力性经济性分析计算通过查阅收集有关资料，计算分析给定型号汽车的动力性能及燃油经济性，并绘出该车型的发动机外特性曲线，驱动力行驶阻力平衡图，动力特性图，百公里油耗曲线等。2.参数有的车型参数不完整，请查阅相关资料或用经验公式计算选取，并经手动计算分析后修正获得。3.说明书全班统一设计格式（封面、目录、版式。具体参照毕业设计说明书格式见校园网）；说明书内容包括：任务书、目录、各车型参数分析、计算、图表、结论、设计体会等。 目录第1章 车型一：解放CA1091载货汽车参数11.1 发动机CA6102（附表一）11.2 整车参数11.2.1 尺寸参数11.2.2重量参数（附表二）11.2.3性能参数11.3 使用数据：1第2章 车型一的动力性和经济性分析计算32.1 查询参数及公式32.2 发动机外特性曲线32.3 汽车驱动力行驶阻力平衡图42.3.1 驱动力和速度42.3.2 空气阻力和滚动阻力52.4 动力特性图72.5 百公里燃油消耗量102.6 动力分析112.6.1 最高车速112.6.2 最大爬坡度112.7 综合分析122.7.1 汽车最高车速Umax122.7.2 汽车的最大爬坡度122.7.3 燃油经济性12第3章 车型四：SATANA2000轿车参数133.1 发动机2VQS（附表一）133.2 整车参数133.2.1 尺寸参数133.2.2 重量参数（附表二）133.2.3 性能参数133.3 使用数据13第4章 车型四SATANA2000轿车154.1 查询参数及公式154.2 发动机外特性曲线154.3 汽车驱动力行驶阻力平衡图174.3.1 驱动力和速度174.3.2 空气阻力和滚动阻力184.3.3 绘制驱动力阻力平衡图184.4 确定最高车速204.5 动力特性图204.5.1 绘制动力特性曲线如图4-3214.6 百公里燃油消耗量224.6.1 燃油消耗率曲线如图所示234.6.2 百公里油耗曲线如图（4-5）所示：244.7 动力分析254.7.1 最高车速Uamax254.7.2 求解最大爬坡度254.8 综合分析254.8.1 汽车最高车速Umax254.8.2 汽车的最大爬坡度254.8.3 汽车燃油经济性25第5章 心得体会26 第1章 车型一：解放CA1091载货汽车参数1.1 发动机CA6102（附表一）Nmax=99kw(相应转速3000r/min)Mmax=373N.m(相应转速1300r/min)1.2 整车参数1.2.1 尺寸参数 全长L=7205mm，全宽B=2476mm，全高H=2436mm，轴距L1=4050mm,前轮距B1=1850mm，后轮距B2=1740mm.1.2.2重量参数（附表二）1.2.3性能参数 变速箱传动比i1=7.64,i2=4.835,i3=2.856,i4=1.895,i5=1.377,i6=1,i倒=7.66。主减速器比io=6.33。车轮：9-20。1.3 使用数据：滚动阻力系数f=0.03；道路阻力系数：强度计算用=1性能计算用=0.8空气阻力系数：Cd=0.8；迎风面积：A=0.78X宽X高；最大速度：Vmax=90km/h；最大爬坡度：28%；传动系效率：=0.9表一：发动机参数转速n（r/min）1000120013001400160018002000240028003000有效扭矩Tq（N.m）368.86370.12373.00366.12352.29347.81342.32332.25319.44308.45耗油率b（g/(kw.h)）315.50306.79306.12305.90305.51303.04306.34311.65322.34320.53表二：重量参数空载满载车重（kg）42509445前桥（kg）20302485后桥（kg）22206960第2章 车型一的动力性和经济性分析计算2.1 查询参数及公式由车轮：9:0020查得车轮半径r=496mm=0.496m 经验公式 ： 式中=82.2 发动机外特性曲线已知发动机参数转速n（r/min）1000120013001400160018002000240028003000有效扭矩Tq（N.m）368.86370.12373.00366.12352.29347.81342.32332.25319.44308.45功率P（Kw）38.62446.50750.77553.67259.02265.55671.69083.49793.65896.895由经验公式可得： 表2-2由matlab编程即n=1000:100:2200;M_m=784;M_p=702.61;n_m=1300;n_p=2100;Ttq=M_m-(M_m-M_p).*(n_m-n).2/(n_p-n_m).2;Pe=Ttq.*n/9550;plot(n,Pe);plot(n,Ttq);plotyy(n,Pe,n,Ttq);图2-1 CA6102发动机外特性曲线2.3 汽车驱动力行驶阻力平衡图2.3.1 驱动力和速度由车轮：9:0020查得车轮半径r=496mm=0.496m由公式和可得下表2-3数据表2-3转速n/(r/min)I 档II 档III档/(km/h)/N/(km/h)/N/(km/h)/N10003.8432611.146.0720638.0710.2812190.7612004.6132851.287.2920790.0512.3412280.5313005.0032910.437.9020827.4813.3712302.6414005.3832930.748.5020840.3814.3912310.2316006.1532851.289.7220790.0516.4512280.5318006.9232611.1410.9320638.0718.5112190.7620007.6932212.9712.1520386.0920.5612041.9224009.2230935.4714.5819577.6224.6711564.36280010.7629020.5517.0018365.7528.7910846.52300011.5327823.3918.2217608.1230.8410400.99转速n/(r/min)IV 档V 档VI档/(km/h)/N/(km/h)/N/(km/h)/N100015.498088.7621.325877.6929.364268.47120018.598148.3225.595920.9735.234299.91130020.148162.9927.725931.6338.174307.63140021.698168.0329.855935.2942.114310.31160024.798148.3234.125920.9746.984299.91180027.898088.7638.385877.6952.854268.47200030.997990.0042.655805.9358.724216.36240037.197673.1351.185575.6770.474049.15280043.387198.1659.715230.5482.213798.50300046.486901.2263.975014.7788.093641.802.3.2 空气阻力和滚动阻力G满=Mg=94459.8=92561N f=0.03 =0.8A=0.78宽高=0.782.4762.436=4.7不妨取=10,20,30,40,50,60,70,80,90(km/h)计算结果如下表2-4表2-4/(km/h)1020304050/N2794.612847.942936.833061.273221.27/(km/h)60708090/N3416.833647.943914.614216.83由matlab编程即Ua1=5:1:12;Ft1=(784-81.39.*(1300-7.034.*5.196.*Ua1/0.2045225).2/(800).2).*7.034.*5.196.*0.9/0.5425;plot(Ua1,Ft1);hold on;Ua2=8:1:18;Ft2=(784-81.39.*(1300-4.594.*5.196.*Ua2/0.2045225).2/(800).2).*4.594.*5.196.*0.9/0.5425;plot(Ua2,Ft2);hold on;Ua3=14:1:32;Ft3=(784-81.39.*(1300-2.638.*5.196.*Ua3/0.2045225).2/(800).2).*2.638.*5.196.*0.9/0.5425;plot(Ua3,Ft3);hold on;Ua4=25:1:54;Ft4=(784-81.39.*(1300-1.554.*5.196.*Ua4/0.2045225).2/(800).2).*1.554.*5.196.*0.9/0.5425;plot(Ua4,Ft4);hold on;Ua5=39:1:83;Ft5=(784-81.39.*(1300-1.000.*5.196.*Ua5/0.2045225).2/(800).2).*1.000.*5.196.*0.9/0.5425;plot(Ua5,Ft5);hold on;Ua6=0:1:83;G=172600;f=0.03;Cd=0.8;A=5.67;F=172600.*f+Cd.*A.*Ua6.2/21.15; % F表示滚动阻力和空气阻力之和plot(Ua6,Ff+Fw); 图2-2 汽车驱动力行驶阻力平衡图2.4 动力特性图由公式 式中 ，0.8，由上述已知A=4.7G=Mg=92561N 计算可得 转速n/(r/min)I 档II 档III档/(km/h) D/(km/h) D/(km/h) D10003.840.352296.070.2229010.280.1315012004.610.354877.290.2243112.340.1328313005.000.355517.900.2248913.370.1325714005.380.355728.500.2250114.390.1326016006.150.354849.720.2244316.450.1321618006.920.3522310.930.2227418.510.1310520007.690.3479112.150.2199620.560.1292824009.220.3340114.580.2111024.670.12377280010.760.3133117.000.1978628.790.11561300011.530.3003418.220.1896030.840.11054转速n/(r/min)IV 档V 档VI档/(km/h) D/(km/h) D/(km/h) D100015.490.0869321.320.0626329.360.04446120018.590.0873725.590.0627135.230.04407130020.140.0874127.720.0626138.170.04374140021.690.0873429.850.0624142.110.04332160024.790.0868534.120.0617246.980.04221180027.890.0858938.380.0606752.850.04075200030.990.0844842.650.0592358.720.03892240037.190.0802451.180.0552070.470.03420280043.380.0741559.710.0496682.210.02804300046.480.0704163.970.0463188.090.02443表2-5已知f=0.03，由matlab编程即Ua1=5:1:12;D1=(784-81.39.*(1300-7.034.*5.196.*Ua1/0.2045225).2/(800).2).*7.034.*5.196.*0.9/0.5425-0.8*5.67*Ua1.2/21.15)./172600;plot(Ua1,D1);hold on;Ua2=8:1:18;D2=(784-81.39.*(1300-4.594.*5.196.*Ua2/0.2045225).2/(800).2).*4.594.*5.196.*0.9/0.5425-0.8*5.67*Ua2.2/21.15)./172600;plot(Ua2,D2);hold on;Ua3=14:1:32;D3=(784-81.39.*(1300-2.638.*5.196.*Ua3/0.2045225).2/(800).2).*2.638.*5.196.*0.9/0.5425-0.8*5.67*Ua3.2/21.15)./172600;plot(Ua3,D3);hold on;Ua4=25:1:54;D4=(784-81.39.*(1300-1.554.*5.196.*Ua4/0.2045225).2/(800).2).*1.554.*5.196.*0.9/0.5425-0.8*5.67*Ua4.2/21.15)./172600;plot(Ua4,D4);hold on;Ua5=39:1:83;D5=(784-81.39.*(1300-1.000.*5.196.*Ua5/0.2045225).2/(800).2).*1.000*5.196.*0.9/0.5425-0.8*5.67*Ua5.2/21.15)./172600;plot(Ua5,D5);hold on;Ua6=0 10 20 30 40 50 60 70 80 90;f=0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03;plot(Ua6,f);图2-3 动力特性图2.5 百公里燃油消耗量由公式 且是柴油机，所以式中=8，由于六档，故而取六档时的速度则经计算可得下表2-6表2-6/(km/h)29.36 35.238.1741.1146.9852.85/(L/100km)50.86 49.6349.9048.9447.0446.66/(km/h)58.72 70.4782.2188.09/(L/100km)45.83 45.2545.0043.21由matlab编程即x=39.36 47.23 51.17 59.04 66.91 82.66;y=55.29 55.25 54.75 55.23 55.00 52.93;plot(x,y); 图2-4 百公里燃油消耗量曲线2.6 动力分析2.6.1 最高车速 汽车最高车速Umax 由 可知理论计算出最高档最高车速为Ua=88.086km/h. 由上述计算可得该货车理论最高车速为Umax=88.086km/h；2.6.2 最大爬坡度 在I档时，爬坡度最大即所求=tan=tan(arcsin） =tan(arcsin)0.332.7 综合分析2.7.1 汽车最高车速Umax 在驱动力和行驶阻力平衡时，由驱动力行驶阻力平衡图求得最高车速为90km/h，转速n3500r/min。由可知，在发动机转速范围内，驱动力是小于行驶阻力的，所以该货车驱动力是不能够满足要求的。2.7.2 汽车的最大爬坡度一挡时爬坡能力最强 此时由于车速低，可忽略坡度阻力和加速阻力，由受力平衡可得：=0.33 由上述计算可得该货车理论最大爬坡度为i=0.33，参照已知参数条件可知，该货车要求的最大爬坡度为28，所以该货车最大爬坡度能满足要求。2.7.3 燃油经济性 汽车燃油经济性是在保证汽车动力性的基础上，以尽可能少的的燃料消耗完成单位运输工作量的能力。解放CA1091重型载货汽车行驶时等速百公里燃油消耗量如图2-4所示。在满足动力性的前提下，对于重型货车，应该尽可能多地装载货物，合理地提高货车的质量利用，从而提高燃油经济性。第3章 车型四：SATANA2000轿车参数3.1 发动机2VQS（附表一）Nmax=74kw(相应转速5200r/min)Mmax=155N.m(相应转速3800r/min)3.2 整车参数3.2.1 尺寸参数全长L=4680mm，全宽B=1700mm，全高H=1423mm，轴距L1=2656mm,前轮距B1=1414mm，后轮距B2=1422mm.3.2.2 重量参数（附表二）3.2.3 性能参数变速箱传动比i1=3.45,i2=1.94,i3=1.29,i4=0.985,i5=0.8,主减速器比io=4.1。车轮：195-60。 3.3 使用数据滚动阻力系数f=0.025；空气阻力系数：Cd=0.4；迎风面积：A=0.78X宽X高；最大爬坡度：28%；传动系效率：=0.9。表一：发动机参数转速n（r/min）10001600220028003400380046005200有效扭矩Tq（N.m）119126133140147155148135耗油率b（g/(kw.h)）2652602552502602265295300表二：重量参数空载满载车重（kg）12481623第4章 车型四SATANA2000轿车4.1 查询参数及公式经验公式 式中=7，4.2 发动机外特性曲线发动机参数如下表4-1所示表4-1转速n （r/min）10001600220028003400380046005200有效扭矩Tq（N.m）119126133140147155148135耗油率b（g/kw.h)265260255250260265295300由公式得 =112.46kw 21.11kw 30.64kw =41.05kw52.34kw 61.68kw 71.29kw=73.51kw整理如下表4-2转速n/（r/min）10001600220028003400380046005200转矩/(N.m)119126133140147155148 135功率/kw112.4621.1130.6441.0552.3461.6871.2973.51表4-2如图4-1，做出发动机的外特性曲线图4-1 发动机外特性曲线4.3 汽车驱动力行驶阻力平衡图4.3.1 驱动力和速度汽车的驱动力（单位为kN)为 其中车速ua（km/h）与发动机n（r/min）之间的关系为 计算数据如表4-3所示表4-3序号一档二档三档18.19643926614.582.7703221.911.844212213.1135.216423.322.9033835.171.95058318.0305.506236.063.0962448.222.05884422.9485.79640.813.259261.372.16720527.8656.858049.553.4221674.572.27556631.4356.417055.383.608483.292.39940737.7006.127267.043.44544100.812.29104842.6175.589075.793.1528113.982.08980序号四档五档128.711.4065835.341.142424593.1.4893256.551.2096363.151.5720677.761.2768480.381.6548098.931.3440597.601.73754120.171.41126109.081.83210134.311.48807132.051.74936162.581.42088149.271.59570183.791.29604.3.2 空气阻力和滚动阻力 其中G=16230，f=0.025，Cd=0.4，A=1.89其计算结果如下表4-4所示（km/h）255075100125150175200428.1495.0606.6762.8963.61209.01499.11833.6 表4-44.3.3 绘制驱动力阻力平衡图：（如图4.2所示）MATLAB程序：Ig=3.45 1.94 1.29 0.985 0.8；for i=1:5n=600:10:5200；t=0.4382*(n/1000)5-7.2054*(n/1000)4+42.689*(n/1000)3-114.3270*(n/1000)2+.+149.7341*(n/1000)+47.5336;Ua=0.377*0.3075*n/ig(i)/4.1;ft=t*ig(i)*4.1*0.9/0.3075;str=r,m,b,c,y;plot(ua,ft,str(i);grid onhold on;endua=0：1:200;f=405.75+0.0357*ua*ua;plot(ua,f,g-)xlabel(驱动力（N/m）)title（驱动力-行驶阻力平衡图）I图4-2 驱动力行驶阻力平衡图4.4 确定最高车速上图是车型四驱动力-行驶阻力平衡图。由上图可以清晰的看出不通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Ft6与F的交点取得。因此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，最大车速为168.8km/h。4.5 动力特性图由公式 式中 ，(其中0.4，G=16230N )计算可得下表4-5表4-5序号一档二挡三挡1831960.30314.580.17021.920.112213.1130.32123.320.18035.070.117318.0300.33936.060.18948.220.122422.9480.35640.810.19761.370.125527.8650.37349.550.20574.570.128631.4350.39355.380.21683.290.133731.7000.37467.040.202100.830.119842.6170.34075.790.181113.980.100序号四挡五档128.710.08935.340.068245.930.08756.550.067363.150.08877.760.065480.380.08898.960.061597.600.086120.170.0556109.080.087134.310.0527132.050.069162.580.0298149.270.061183.790.0054.5.1 绘制动力特性曲线如图4-3 由matlab编程即MATLAB程序：ig=3.45 1.94 1.29 0.985 0.8;for i=1:5n=600:10:5200;t=0.4382*(n/1000)5-7.2054*(n/1000)4+42.6891*(n/1000)3-114.3270*(n/1000)2+.+149.7341*(n/1000)+47.5336;ua=0.377*0.3075*n/ig(i)/4.1;ft=t*ig(i)*4.1*0.9/0.3075;a=ft/16230;b=0.0357*ua*ua/16230;d=a-b;str=r,m,b,c,y;plot(ua,d,str(i);grid onhold on;End图4-3 动力特性图 由图可得，最高爬坡度为：imax=38.5。4.6 百公里燃油消耗量由公式 （最高档时：i6=1，取Pe=55.51，pg=7）则经计算可得下表4-6表4-6序号n（r/min）(km/h)B(g/(km/h)(L/100km)1100035.3426558.8312160056.5526035.7453220077.7625525.4964280098.9625019.64053400120.1726016.82163800134.3126515.33974600162.5829514.10785200183.7930012.6914.6.1 燃油消耗率曲线如图所示由matlab编程：pe=11.22 19 27.58 36.95 47.11 55.51 64.17 66.16;b=265 260 255 250 260 265 295 300;p=polyfit(pe,b,3) P=0.007 -0.0429 0.1763 267.2939pel=0:1:80;b1=ployval(p,pel);plot(pe,b,*,pel,b1)图4-4 百公里燃油消耗量曲线4.6.2 百公里油耗曲线如图（4-5）所示：MATLAB程序：ua=35.344 56.55 77.757 98.963 120.17 134.307 162.582 183.789;b=265 260 255 250 260 265 295 300;qs=55.51*b/ua/1.02/7;p=pplyfit(ua,qs,2)p=0.0032 -0.9602 84.0370ua1=30:1:200;qs1=polyval(p,ua1);plot(ua,qs,*,ua1,qs1)图4-5百公里油耗曲线4.7 动力分析4.7.1 最高车速Uamax 由图可知，168.8km/h4.7.2 求解最大爬坡度在I档时，爬坡度最大即所求为：imax=38.5。4.8 综合分析4.8.1 汽车最高车速Umax在驱动力和行驶阻力平衡时，用matlab编程求得最高车速为Ua1168.8km/h，转速n4800r/min，小于发动机最大转速5200r/min，所以最高挡最高车速为即图中Ua=168.8km/h.4.8.2 汽车的最大爬坡度一挡时爬坡能力最强 此时由于车速低。 由上述计算可得该车理论最大爬坡度为38.5，参照已知参数条件可知，该货车要求的最大爬坡度为i=28%，所以该车最大爬坡度能满足要求。4.8.3 汽车燃油经济性 汽车燃油经济形势在保证汽车动力型的基础上，已经可能少的的燃料消耗完成单位运输工作量的能力。SATANA2000汽车行驶时等速百公里燃油消耗量如图4-5所示，就动力性而言，挡位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力。就燃油经济性而言，挡位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗，所以如果该汽车能增加挡位数则会改善汽车的动力性和燃油经济性。第5章 心得体会 通过这几周的汽车理论课程设计，让我们更好的了解了汽车的三大特性，以及三大特性的评价指标，为我们之后对汽车的了解也提供了不少知识，此次课程设计是利用MATLAB的简单建模来分析汽车的各项指标，通过驱动力行驶阻力平横图和功率平横图更好的解释了起变化过程。本次课程设计让我初步的了解了汽车模型的建立与MATLAB的关系，为以后的深入了解打下了一定的基础。26