发动机课程设计-汽车理论课程设计.docx

题 目： 汽车理论课程设计姓 名： 班 级： 11交通a1学 号： 指导教师： 日 期： 2013.12.08目录任务书12、汽车动力性能计算32.1汽车发动机外特性计算32.2汽车驱动力计算32.3汽车加速度计算72.4汽车动力特性计算82.5汽车的功率平衡103、汽车经济能计算103.1汽车百公里油耗计算10由图可得，在同等车速下，五挡比四档油耗要小，尽可能的使用高档行驶。114、课程设计小结：12任务书姓名：谷元鑫学号： 20114818187 班级： 11交通a1 哈弗汽车参数如下：表1 汽车动力性参数表名称参数名称参数发动机的最低转速600最高转速6250装载质量475整车装备质量1720总质量2195车轮半径368.65mm传动系机械效率0.85滚动阻力系数0.013空气阻力系数迎风面积0.8主减速器传动比4.55飞轮传动惯量0.218二前轮转动惯量175二后轮转动惯量1.75轴距2700质心至前轴距离（满载）1.35质心高（满载）0.6变速器传动比档档档档档五档变速器4.3382.3361.48710.823表2 汽车燃油经济性拟合系数表n/（r.min-1）b0b1b2b3b48151326.8-416.4672.379-5.86290.1776812071354.7-303.9836.657-2.05530.04307216141284.4-189.7514.524-0.511840.006816420121122.9-121.597.0035-0.185170.001855526031141.0-98.8934.4763-0.0910770.0006890630061051.2-73.7142.8593-0.051380.0003503234031233.9-84.4782.9788-0.0474490.0002823038041129.7-45.2910.71113-0.00075215-0.000038568表3 六工况循环参数表工况累积行程/m时间/s累积时间/s车速（km.h-1）说明507.27.225等速20016.723.92540匀加速度为0.25m/s245022.546.440等速62514.060.44050匀加速度为0.25m/s287518.078.450匀速107519.397.75025匀加速度为0.36m/s2根据上述参数确定：1、 发动机的外特性并画出相应的外特性图；2、 推导汽车的驱动力，并画出汽车的驱动力图；3、 计算汽车每档的阻力及驱动力，画出各档汽车驱动力行驶阻力平衡图，求出每档的最高车速，最大爬坡度，通过分析确定汽车的动力性评价指标数值，并计算出最大爬坡度时的相应的附着率；4、 计算汽车行使的加速度，并画出加速度曲线；5、 计算汽车动力特性，画出动力特性图，求出每档的最高车速，最大爬坡度，利用动力特性分析确定汽车动力性评价指标数值；6、 自学汽车的功率平衡图，画出汽车功率平衡图，分析确定汽车的动力性评价指标数值7、 画出最高档与次高档的等速百公里油耗曲线。2、汽车动力性能计算2.1汽车发动机外特性计算由于哈弗汽车发动机由实验台架测得的扭矩接近于抛物线，因此用式2-1近似的拟合发动机的外特性曲线。tq=-19.313+295.27n1000-165.44n10002+40.874n10003-3.8445n10004 (2-1)pe=ttqn9550 (2-2)通过计算及作图得：图2-1 哈弗汽车汽油发动机外特性中的功率与转矩曲线根据图2-1可知，在n=3850r/min时，该发动机具有大功率pe max，最大功率约为61.73kw，当转速继续增加时，功率会下降；在n=2050r/min时，具有最大扭矩ttq max，最大扭矩为174.96nm。该发动机的最小稳定转速为n=600r/min，允许的最大转速为n=6250r/min。（最大转矩与最大转速数值有异常）2.2汽车驱动力计算1）轮胎半径r=1725.4+23565%22=368.65mm=0.36865m驱动力为：ft=tqigi0trtq=-19.313+295.27n1000-165.44n10002+40.874n10003-3.8445n10004ua=0.377rnigi0n=uaigi00.377rft=igi0tr(-19.313+295.27uaigi00.377r1000-165.44uaigi00.377r10002+40.874uaigi00.377r10003-3.8445uaigi00.377r10004)(2)行驶阻力为：ff+fw=gf+cda21.15ua2=279.643+0.821.15ua2根据上两式，绘制汽车驱动力图如下：图2-2 汽车驱动-行驶阻力平衡图由于所使用的汽油发动机使用外特性的拟合公式为tq=-19.313+295.27n1000-165.44n10002+40.874n10003-3.8445n10004，拟合公式在转速n达到一定程度时与转矩ttq匹配不合理，经过合理选取作图区间，图形如图2-2汽车驱动-行驶阻力平衡图所示。ff+fw是用最高挡或次高档（ff+fw5或ff+fw4）是不合理的，因为不同的档位对应着不同的车速区间段，某一挡的汽车驱动应对应该档位下的行驶阻力。在5个不同档位下，合理的区间上做出的，反映了在不同档位下的驱动-行驶阻力平衡图。而ff+fw=gf+cda21.15ua2=279.643+0.821.15ua2只与车速有关与不同档位下传动比i以及传动效率无关，所以在不同档位的ff+fw首尾相接连在一起形成了完整平滑的曲线。由图2-2可知，汽车以5挡车速行驶时，ft5与ff+fw曲线的交点便是最高车速ua max=155.88kmh-1，4挡行驶下ft与ff+fw无交点，最高转速下的车速即为最高车速，ua max=140.5km/h，3挡时ua max=90.1km/h，2挡时ua max=58.5km/h，1挡时ua max=31.6km/h。（因为扭矩明显数据异常造成各档位驱动力明显不足）fi=ft-ff+fwgsin=ttqigi0tr-(gfcos+cda21.15ua2) (2-5) tq=-19.313+295.27n1000-165.44n10002+40.874n10003-3.8445n10004ua=0.377rnigi0n=uaigi00.377r从图2-2中还可以看出，当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力。这样，汽车就可以利用剩余的驱动力加速或爬坡。根据上述式，经过选取合理作图区间，绘制汽车爬坡度图如下：图2-3 汽车的爬坡度图由图2-3可得，汽车最大爬坡度imax为i挡时的最大爬坡度。汽车一档时计算最大爬坡度ft=tqigi0tr=174.96584.3384.540.850.36865=7962.67nua=0.377rnigi0=14.43km/hff=gfcos=21959.80.013cos=279.643cosfi=gsin=21959.8sin=21511sinfw=cda21.15ua2=0.8ua221.15=7.88由驱动力行驶阻力平衡公式ft=f=ff+fw+fi+fj得279.643cos+21511sin=7962.67-7.88（上坡时加速阻力为0）279.6432+215112sin+=7954.79sin=279.643279.6432+215112=0.012999=arcsin0.012999=0.012999+=arcsin7954.79279.6432+215112=0.378761max=0.378761-0.012999=0.365762所以求得=0.365762=20.967可知，最大爬坡度为0.382996=38.30%（一档驱动力明显不足造成爬坡度明显不足）同理可得imax2=0.188603=18.8603%，imax3=0.1118=11.18%，imax4=0.06692=6.692%，imax5=0.049856=4.9856%计算最大爬坡度时附着力大小：fz2=fzs2-fzw2+gghgldudtfx2=ff1+fw+fi+fjc2=fx2fz2=ff1+fw+fi+fjfzs2-fzw2+gghgldudt在加速、上坡时，主要的行驶阻力加速阻力与坡度阻力，空气阻力与滚动阻力可忽略不计，故后驱动轮的附着率简化为c2=fi+fjfzs2+gghgldudt=i+(1cos)(1g)(dudt)al+hgli+(1cos)(1g)(dudt) (2-6)式中，i+(1cos)(1g)(dudt)可以理解为包含加速阻力在内的等效坡度，以q表示，则c2=qal+hglq=0.6881.352.7+0.62.70.688=1.05（2-7）2.3汽车加速度计算dudt=1mft-ff+fw=1+iwmr2+ifig3i03tmr2ff+fw=gf+cda21.15ua2ft=igi0tr-19.313+295.27n1000-165.44n10002+40.874n10003-3.8445n10004dudt=11+iwmr2+ifig3i03tmr2migi0tr-19.313+295.27n1000-165.44n10002+40.874n10003-3.8445n10004 -gf+cda21.15ua2根据上式，经过合理选取作图区间，绘制汽车的行驶加速度曲线如下：图2-4 哈弗汽车行驶加速度曲线由图可以看出档位越高，加速度越小。（加速度受驱动力影响造成每档的数值明显不足）汽车加速时间计算：dt=1adut=u1u21adu=a (2-9)根据上式绘制汽车加速度倒数曲图2-5 汽车加速度倒数曲线由图2-5可得；若1挡与2挡的加速曲线有交点，显然为了获得最短的加速时间，应在交点对应的车速由1挡换2挡。若1挡与2挡加速度曲线不相交，则应在1挡位加速行驶至发动机转速达到最高转速时换入2挡。其他的各档间的换挡时刻也按这个原则来确定。设从速度u1加速到u2，满足加速曲线1/a,所以加速时间为曲线在u1-u2段1/a与横轴所围的面积。即： t=u1u21adu=u1u2mft-ff+fwdu=mu1u21tqigi0tr-gf-cda21.15ua2duatq=-19.313+295.27n1000-165.44n10002+40.874n10003-3.8445n10004 n=uaigi00.377rm=m+iwr2+ifig3i03tr2t=u1u21adu=m+iwr2+ifig3i03tr2u1u2-19.313+295.27n1000-165.44n10002+40.874n10003-3.8445n10004 -gf+cda21.15ua2dua2.4汽车动力特性计算ft-fwg=+dugdt=f+sin令ft-fwg为汽车的动力因数并以符号d表示则d=+dugdt（2-10）根据上式，经过合理选取作图区间可绘制汽车动力特性图：图2-6 汽车动力特性曲线f线与直接挡d-ua曲线的交点即为汽车最高车速，因此由动力特性图可求最高车速。同理可得，在不同档位下的d对应在该档位下的f,更好的反应汽车在该档位下的动力性。在动力特性图上做f-ua，由图2-6分析可得，f线与5挡d-ua曲线的交点即为汽车最高车速u5 max=155.8km/h,4挡行驶下d与f无交点，最高转速下的车速即为最高车速，u4 max=137.3km/h,3挡时u3 max=90.1km/h,2挡时u2 max=57.5km/h，1挡时u1 max=31.3km/h。由动力特性图求最大爬坡度令dudt=0 d1 max=fcosmax+sinmax令sin=t则cos1-t2代入方程得f2+1sin max2-2d1max2sinmax+d1max2-f2=0 t=d1 max+d1max2-f2+1d1max2-f2f2+1=0.369801+0.3698012-0.13660.0132+1=0.3818max=0.391743 ，tanmax=0.413094最大爬坡度为41.3%同理可得imax2=0.215665=21.5665%，imax3 =0.138206=13.8206%，imax4 =0.093088=9.3088%，imax5=0.07596=7.596%2.5汽车的功率平衡汽车运动阻力所消耗的功率有滚动阻力功率pf ,空气阻力功率pw ，坡道阻力功率pi 及加速阻力功率pj 。将汽车行驶方程式两边乘以行驶车速ua ，并经单位换算整理出汽车功率平衡方程式（式中功率单位为kw）如下pe=1tgfua3600+giua3600+cdaua276140+mua3600dudt (2-11)图2-7汽车功率平衡图由于pf+pw/t只与转速有关，与档位无关，故由上图可得，发动机功率（5挡）与阻力功率曲线相交点处对应的车速为良好水平路面上汽车的最高车速。3、汽车经济能计算3.1汽车百公里油耗计算计算等速百公里油耗：负荷特性曲线的拟合公式为b=b0+b1pe+b2pe2+b3pe3+b4pe4(2-12)等速百公里油耗公式为qs=peb1.02uag(2-13)根据上两式画出最高档与次高档的等速百公里油耗图3-1 4挡与5挡等速百公里油耗由图可得，在同等车速下，五挡比四档油耗要小，尽可能的使用高档行驶。4、课程设计小结：经过无数多个日日夜夜的奋斗，终于做完了，静下心来回顾总结一下其中的苦与乐。继上次专业英语大作业之后，又开始了手舞足蹈的生活了，当林海晨老师以上一届的学姐课程设计来讲解时，感觉还好，不是特别难，主要有以下几点1）了解摸索，运用excel表格2）汽车理论书上公式的理解和运用。3）word文档的一个排版格式。针对以上几点我有了大概的规划和想法，1）自己也明白，excel对自己很陌生，大一的计算机基础对excel表格的学习只是皮毛而已，于是我就想去网上看一些excel教程视频，将excel的功能好好学一下，这不仅仅是为了完成课程设计，以后的工作也是很有用的。2）汽车理论公式，这个问题不大，因为自己一直在很认真的学习每一科目。3）word文档的排版或许也不是什么大问题，自己摸索一下应该是没有问题的。于是当周的周五就开始着手去做，周五晚上，盯着设计书要求思考该如何下手去做，于是将书上的公式翻了一遍又一遍，一筹莫展