汽车动力性与平顺性研究

课 程 设 计 说 明 书课程名称 汽车理论 设计题目 汽车动力性与平顺性研究 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日2教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日3教学系意见：系主任： （签名）年 月 日4一、专业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。根据计算结果和实际情况，分析该车型发动机参数和底盘性能参数匹配是否合理，并提出修改意见。2.汽车平均技术速度的分析计算通过计算给定型号汽车在假设给定路面上行驶的平均技术速度来分析该车型在实际运行中的应用。3.参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。4.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。5二. 车辆数据车型三：东风 EQ1090E 载货汽车一、发动机 EQ6100-1（附表一）Nmax=99kw(相应转速 3000r/min)Mmax=353N.m(相应转速 1400r/min)二、整车参数：1.尺寸参数：全长 L=6910mm，全宽 B=2470mm，全高 H=2455mm，轴距 L1=3950mm,前轮距 B1=1810mm，后轮距 B2=1800mm.2.重量参数（附表二）3.性能参数：变速箱传动比 i1=7.31,i2=4.31,i3=2.45,i4=1.54,i5=1,i 倒=7.66。主减速器比 io=6.33。车轮：9.00-20。 三、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；传动系效率：=0.9表一：发动机参数转速 n（r/min）1000 1200 1300 1400 1600 1800 2000 2400 2800 3000耗油率b（g/(kw.h)）315.50 312.79 309.12 307.90 307.51 306 306.34 310.65 320.34 328.53表二：重量参数：空载 满载车重（kg） 4080 9290前桥（kg） 1930 2360后桥（kg） 2150 69306车型四：SATANA2000 轿车发动机 2VQS（附表一）Nmax=74kw(相应转速 5200r/min)Mmax=155N.m(相应转速 3800r/min)整车参数：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.2.重量参数（附表二）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，半径 R=308mm. 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） 1000 1600 2200 2800 3400 3800 4600 5200有效扭矩Tq（N.m） 119 126 133 140 147 155 148 135耗油率b（g/(kw.h)） 265 260 255 250 260 265 295 300表二：重量参数空载 满载车重（kg） 1248 16237三、车型一动力性能计算3.1 驱动力行驶阻力平衡图1) 取发动机参数如下：转速 n（ r/min） 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2400 3000有效扭矩Tq（N.m）348.4 350.0 353.0 346.1 332.3 328.0 318.0 292.4耗油率b（g/(kw.h)） 315.50 312.79 307.90 307.51 306 306.34 310.65 328.532) 汽车的驱动力（单位为 N）为：Ft= t (3.1)riTgtq0其中车速 （km/h）与发动机转速 n (r/min)之间的关系为au=0.377 (3.3)au0ig代入数据解得：一档 二档 三档序号 auFt（kN） auFt(kN) auFt(kN)1 4.017 29.46 6.813 17.37 11.984 9.872 4.82 29.56 8.175 17.43 14.381 9.913 5.624 29.82 9.538 17.58 16.778 9.994 6.427 29.24 10.900 17.24 19.175 9.805 7.231 28.07 12.263 16.55 21.572 9.4086 8.034 27.71 13.625 16.34 23.969 9.297 9.641 26.86 16.350 15.84 28.763 9.008 12.050 24.70 20.440 14.56 35.953 8.28四档 五档序号 auFt(kN) auFt(kN)1 19.066 6.21 29.362 4.0302 22.879 6.23 35.234 4.0443 26.623 6.28 41.107 4.0794 30.506 6.16 46.980 3.9995 34.319 5.91 52.851 3.8406 38.132 5.84 58.724 3.7907 45.759 5.66 70.468 3.6748 57.199 5.203 88.08 3.3793) 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fFw+ =Gf+ f 215.aDuAC（3.4）其中 G=92900，f=0.03，Cd=0.8，A=0.78*2.47*2.455au12.050 20.44 35.953 57.199 88.08+fFw2817.98 2861.74 3018.25 3372.31 4174.924) 代入以上数据绘制驱动力-行驶阻力平衡图如图 3.1.a 所示。MATLAB 程序：ua1=0:1:100;qs1=polyval(p,ua1);plot(ua,qs,*,ua1,qs1) ig=7.31 4.31 2.45 1.54 1; for i=1:5n=600:10:3000;9t=10.7196*(n/1000).3-73.3607*(n/1000).2+125.7788*(n/1000)+286.6316;ua=0.377*0.504.*n./ig(i)./6.33;ft=t.*ig(i).*6.33*0.9./0.504;str=r,m,b,c,y;plot(ua,ft,str(i);grid onhold on;end ua=0:1:100;f=2787+0.23.*ua.2;plot(ua,f,g-)图 3.1.a 驱动力 行驶阻力平衡图3.2 确定最高车速上图是车型一驱动力-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 Ft5 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10平衡状态。由图中和计算可知，最大车速为 64.5km/h。3.3 加速时间 t3.3.1 数学表达式dt= du (3.3.1.1 )a1其中 =0.377 (3.3.1.3 )au0irng3.3.2 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MATLAB 程序：ig=7.31 4.31 2.45 1.54 1;s=1.4 1.2 1.12 1.07 1.03; for i=1:5n=600:10:3000;t=10.7196*(n/1000).3-73.3607*(n/1000).2+125.7788*(n/1000)+286.6316;ua=0.377*0.504.*n./ig(i)./6.33;ft=t.*ig(i).*6.33*0.9./0.504;a=ft/92900;b=0.8*2.47*2.455*ua.*ua/21.15/92900;d=a-b;x=10*(d-0.03)./s(i);if x0.01y=1./x;str=r,m,b,c,g-;plot(ua,y,str(i);grid on11hold on endend图 3.4a 加速度倒数曲线图3.5 汽车爬坡度图3.5.1 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。3.5.2 数学表达式Fi=Ft - (Ff+Fw) (3.5.2.1 )） (3.5.2.2 ) （ fGriTGgtqcossin0 215.aDuAC(3.5.2.3 )Fwft） （ aci爬坡度曲线图MATLAB 程序：12ig=7.31 4.31 2.45 1.54 1; for i=1:5n=600:10:3000;t=10.7196*(n/1000).3-73.3607*(n/1000).2+125.7788*(n/1000)+286.6316;ua=0.377*0.504.*n./ig(i)./6.33;ft=t.*ig(i).*6.33*0.9./0.504;f=2787+0.23*ua.*ua;m=ft-f;z=m/92900;a=asin(z);b=tan(a);str=r,m,b,c,g-;plot(ua,b,str(i);grid onhold onend13图 3.5.a 爬坡度曲线图3.6 动力特性图3.6.1 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。3.6.2 数学公式动力因数： D= (3.6.2.1 )GFwt一其中 G=92900，Fw= 215.aDuAC代入数据得：一档 二档 三档序号 auD auD auD1 4.017 0.317 6.813 0.1868 11.984 0.10592 4.82 0.318 8.175 0.1875 14.381 0.10633 5.624 0.321 9.538 0.1891 16.778 0.10704 6.427 0.313 10.90 0.1853 19.175 0.10485 7.231 0.302 12.263 0.1778 21.572 0.10026 8.034 0.298 13.625 0.1755 23.969 0.09897 9.641 0.289 16.350 0.1701 28.763 0.09528 12.050 0.2656 20.440 0.1559 35.953 0.0866四档 五档序号 auD auD1 19.066 0.0661 29.362 0.04172 22.879 0.0661 35.234 0.0411143 26.623 0.0662 41.107 0.04064 30.506 0.0645 46.980 0.03885 34.319 0.0613 52.851 0.03596 38.132 0.0601 58.724 0.03427 45.759 0.0569 70.468 0.02998 57.199 0.0497 88.080 0.02143.6.3 绘制动力性曲线如图所示：MATLAB 程序： ig=7.31 4.31 2.45 1.54 1; for i=1:5n=600:10:3000;t=10.7196*(n/1000).3-73.3607*(n/1000).2+125.7788*(n/1000)+286.6316;ua=0.377*0.504.*n./ig(i)./6.33;ft=t.*ig(i).*6.33*0.9./0.504;a=ft/92900;b=0.8*2.47*2.455*ua.*ua/21.15/92900;d=a-b;str=r,m,b,c,y;plot(ua,d,str(i)grid onhold onend15图 3.7a 动力性曲线由图可得，最高爬坡度为：imax=31.5%。3.7 汽车百公里耗油曲线图3.7.1 汽车等速百公里油耗公式(L/100Km)：Qs= (3.7.1 )其中 =0.377au0irng最高档时：i5=1，取 Pe=68.69KW, pg=7.0N/L序号 N(r/min) (km/h)ab g/(kw.h) Qs(L/100km)1 1000 29.362 315.50 103.37pUbPe2.1162 1200 35.234 312.79 85.453 1400 41.107 307.90 72.064 1600 46.980 307.51 62.975 1800 52.851 306 55.696 2000 58.724 306 50.187 2400 70.468 310.65 42.418 3000 88.080 328.53 35.883.7.2燃油消耗率曲线如图所示：MATLAB 程序：b=315.5 312.79 307.9 307.51 306 306.34 310.65 328.53; pe=36.52 43.98 51.75 57.99 62.63 68.69 79.92 91.85;p=polyfit(pe,b,3)p =0.0004 -0.0558 2.1501 291.8693 pe1=20:1:100;b1=polyval(p,pe1);plot(pe,b,*,pe1,b1)17图 3.7a 燃油消耗率曲线图3.7.3 百公里油耗曲线如图所示：MATLAB 程序：pe1=20:1:100;b1=polyval(p,pe1);plot(pe,b,*,pe1,b1) b=315.5 312.79 307.9 307.51 306 306.34 310.65 328.53; ua=29.36 35.23 41.11 46.98 52.85 58.72 70.47 88.08; qs=13.305.*b./ua;p=polyfit(ua,qs,2)p =0.0320 -5.2432 264.9397 ua1=0:1:100;qs1=polyval(p,ua1);plot(ua,qs,*,ua1,qs1)18图 3.7b 百公里油耗曲线3.8 综合分析19四、车型四动力性能计算：4.1 驱动力行驶阻力平衡图1) 取发动机参数如下：转速 n（ r/min） 1000 1600 2200 2800 3400 3800 4600 5200有效扭矩Tq（N.m）119 126 133 140 147 155 148 135耗油率b（g/(kw.h)） 265 260 255 250 260 265 295 3002) 汽车的驱动力（单位为 kN）为：Ft= t (4.1)riTgtq0其中车速 （km/h）与发动机转速 n (r/min)之间的关系为au=0.377 (4.2)au0ig代入数据解得：一档 二档 三档序号 auFt auFt auFt1 8.196 4.9266 14.58 2.77032 21.92 1.842122 13.113 5.2164 23.32 2.90338 35.07 1.950483 18.030 5.5062 36.06 3.09624 48.22 2.058844 22.948 5.7960 40.81 3.2592 61.37 2.167205 27.865 68580 49.55 3.42216 74.57 2.275566 31.435 6.4.170 55.38 3.6084 83.29 2.399407 37.700 6.1272 67.04 3.44544 100.83 2.291048 42.617 5.5890 75.79 3.1428 113.98 2.0898020四档 五档序号 auFt auFt1 28.71 140658 35.34 1.14242 45.93 1.48932 56.55 1.20963 63.15 1.57206 77.76 1.27684 80.38 1.65480 98.96 1.34405 97.60 1.73754 120.17 1.41126 109.08 1.83210 134.31 1.48807 132.05 1.74936 162.58 1.42088 149.27 1.59570 183.79 1.29603) 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fFw+ =Gf+ (N) fw215.aDuAC（4.3）其中 G=16230，f=0.025，Cd=0.4，A=1.89(km/h)au25 50 75 100 125 150 175 200+fFw428.1 495.0 606.6 762.8 963.6 1209.0 1499.1 1833.604) 代入以上数据绘制驱动力-行驶阻力平衡图如图 4.1.a 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+42.6891*(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;str=r,m,b,c,y;21plot(ua,ft,str(i);grid onhold on;end ua=0:1:200; f=405.75+0.0357*ua.*ua;plot(ua,f,g-) xlabel(速度（Km/h）),ylabel(驱动力（N/m ）)title(驱动力 行驶阻力平衡图)图 4.1a 驱动力 -行驶阻力平衡图4.2 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 Ft6 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，最大车速为 168.8km/h。224.3 加速时间 t4.3.1 数学表达式dt= du (4.3.1.1 )a1其中 =0.377 (4.3.1.2 )au0irng4.3.2 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。4.4 汽车加速度倒数图4.5 汽车爬坡度图4.5.1 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。4.5.2 数学表达式Fi=Ft - (Ff+Fw) （4.5.2.1 ） (4.5.2.2 ) （ fGriTGgtqcossin0 215.aDuAC23(4.5.2.3