汽车运用工程课程设计.doc

学校代码： 10128学 号： 201330302035 课程设计说明书题 目：长城M4 1.5L 2015款舒适型汽车动力性、经济性设计计算学生姓名：王俣喧 学 院：能源与动力工程学院班 级：交通运输13-2班指导教师：赵 丹 平 2017 年 1月 9 日内蒙古工业大学课程设计任务书课程名称： 汽车运用工程 学院： 能源与动力工程学院 班级： 交通运输13-2 班 学生姓名： 王俣喧 学号： 201330302035 指导教师： 赵丹平 一、题目长城M4 1.5L 2015款舒适型汽车动力性、经济性设计计算二、目的和意义 汽车运用工程课程是交通运输本科专业的一门主干课程。而汽车动力性、经济性又是汽车运用工程课程最基本、最重要的内容之一。通过应用计算机辅助计算，使学生全面掌握汽车动力性、经济性设计计算。从而培养学生通过查阅文献资料，独立分析、独立思考，熟练使用计算机高级语言完成设计、计算的能力，从而达到综合训练的目的。 三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 1原始数据、技术参数：通过查阅汽车工程手册及其他文献自选参数：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、质心高度等。2设计要求、工作量要求： 汽车动力性设计计算绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图； 求汽车的最高车速、最大爬坡度；绘制加速度倒数曲线；绘制汽车动力因数特性曲线； 绘制档起步，由低速加速至高速的车速时间曲线。 汽车使用经济性设计计算完成等速百公里油耗的计算和分析。撰写课程设计说明书一份，主要说明该课程设计计算的思想、方法、解决问题步骤、结果分析等。 提出对该课程建议和意见。四、工作内容、进度安排 第18周：明确本课程设计的目的和要求，查阅参考资料；确定设计方案及计算方法。第19,20周：在熟悉计算过程的基础上，通过手算完成动力性、经济性计算工作，并撰写课程设计说明书。注意：每条曲线至少8个点。五、主要参考文献1高延龄.汽车运用工程.北京.人民交通出版社.第三版.2陈家瑞.汽车发动机构造及原理. 北京.机械工业出版社.第三版. 3余志生.汽车理论.北京. 机械工业出版社. 第三版. 4余志生.汽车工程手册.人民交通出版社审核意见系（教研室）主任（签字） 赵明智 指导教师下达时间 2016 年 12 月 23 日指导教师签字：_摘 要随着中国汽车产能的不断壮大，各国车企越来越看重中国市场，纷纷加大在华投入新车型的力度，因此，消费者可选择的车型也越来越多了。动力性和燃油经济性作为衡量一辆汽车性能的两个很重要的指标，对其的设计计算是进行汽车设计和性能研究的一种有效手段。它可以代替大量的整车道路试验，在产品的设计阶段就能对汽车的动力性、燃油经济性进行预测具有速度快、精度高、时间省等优点可以大大缩短研制过程和费用。此外运用模拟技术可以比较深入地研究汽车动力系统的各参数对动力性和燃油经济性的影响并可针对不同的使用条件运用优化设计的原理寻求汽车动力系统的最合理分配方案。汽车运用工程课程是交通运输本科专业的一门主干课程，而对于汽车来说，动力性与经济性是两个非常重要的指标汽车动力性、燃油经济性设计计算是进行汽车设计和性能研究的一种有效手段。它可以代替大量的整车道路试验，在产品的设计阶段就能对汽车的动力性、燃油经济性进行预测，具有速度快、精度高、时间省等优点，可以大大缩短研制过程和费用。本文主要阐述了汽车内各参数对汽车动力性和燃料经济性的影响，以及汽车动力性和燃料经济性的评价指标，提出了其各项指标的数值计算方法，并在此基础上对汽车的动力性和燃料经济性进行了技术分析，它们能综合反映出某一款车的性能高低。本文正是通过计算一款车: 长城M4 1.5L 2015款舒适型的动力性能以及燃油经济性来确定该款车的性能是否得到充分发挥，并以此为基础，对其传动系参数进行了优化，通过对优化前后整车性能的对比分析，判断是否达到在动力性能与燃油经济性之间达到一个较优平衡。关键词：动力性；燃油经济性；设计计算目 录第一章 汽车原始数据、技术参数11.1汽车技术参数表11.2发动机外特性曲线图1第二章 轿车动力性的分析计算22.1汽车动力性的计算22.1.1绘制驱动力-行驶阻力平衡图22.1.2 最高车速与最大爬坡度的计算52.1.3绘制汽车动力因数特性曲线图72.1.4 绘制加速度倒数曲线各档82.1.5绘制二档起步加速的车速-时间曲线10第三章 汽车经济性的计算11参考文献.12计算及说明结果第一章 汽车原始数据、技术参数1.1长城M4 1.5L 2015款舒适型汽车技术参数表发动机型号整备质量装载质量总质量（M）最大功率（P）最大扭矩前后轮规格GW4G151106kg375 kg1481 kg78kw138N*m205/60 R16质心至前轴距离(a)轴距(L)车轮滚动半径(r)传动系效率(t)滚动阻力系数(f)空气阻力系数(Cd)迎风面积(A)1.067 m2.383 m0.326m0.900.0140.32.794m2质心高度(hg)主减速器速比(i0)一档速比（ig1）二档速比（ig2）三档速比（ig3）四档速比（ig4）五档速比（ig5）0.64 m4.31335451.9051.310.970.816压缩比后轮转动惯量Iw2前轮转动惯量Iw1飞轮转动惯量If10.51.6 kgm21.6 kgm20.16kgm21.2发动机外特性曲线图 图1-1 发动机外特性曲线图图1-2 发动机外特性曲线 原 始 数 据第 页计算及说明结果第二章 轿车动力性的分析计算2.1汽车动力性的计算2.1.1绘制驱动力-行驶阻力平衡图（1）变速器下各档的速度转换 （1）其中：为车轮滚动半径，m; 为发动机转速，r/min；为主减速速比；为变速箱各档速比，为档位数；在发动机外特性（转矩-转速）曲线上选取9个点，在根据公式算出各档驱动轮的对应的转速。见表2-1 第 页计算及说明结果（2）各档转矩与牵引力的转换 汽车的牵引力： （2）其中：为对应不同转速下发动机输出使用扭矩，Nm； 为传动效率。在发动机外特性（转矩-转速）曲线上选取9个点，将对应的转矩值代入公式算出各档驱动轮的对应的驱动力。见表2-1,（3）汽车的空气阻力与滚动阻力之和 （3）其中：FW为空气阻力；为空气阻力系数；A为汽车迎风面积（m2）。 其中：mg 为满载汽车总重(N)； 为滚动阻力系数；汽车的行驶阻力之和Fr为： 各挡行驶阻力与车速的关系，见表2-2 第 页计算及说明结果（4）基本数据表 2-1 各档驱动力速度的计算Ttqne1挡Ft1挡ua2挡Ft2挡ua3挡Ft3挡ua4挡Ft4挡ua5挡Ft5挡ua121 20005107.516.12744.629.91887.443.51397.658.81175.669.81262500 5318.520.12858.137.41965.354.41455.373.41224.287.3128 3000 5403.124.12903.444.91996.565.31478.488.11243.6104.8131 3500 5529.628.12971.552.42043.376.11513.1102.81272.8122.2136 4000 5740.732.23084.959.82121.3 871570.8117.51321.4139.713845005825.136.23130.367.32152.597.91593.9132.21340.8157.11375000 5782.940.23107.674.82136.9108.81582.4146.91331.1174.613455005656.344.23039.582.32090.1119.61547.7161.61301.9192.112460005234.248.22812.789.81934.2130.51432.2176.31204.8209.5表 2-2 各档行驶阻力速度的计算Ttqne1挡Fr1挡ua2挡Fr2档ua度3挡Fr3挡ua4挡Fr4挡ua5挡Fr5挡ua1212000220.6 16.1252.9 29.9303.8 43.5383.7 58.8455.8 69.81262500 227.9 20.1278.7 37.4358.3 54.4482.1 73.4596.0 87.3128 3000 237.0 24.1310.2 44.9424.8 65.3603.2 88.1767.5 104.8131 3500 247.6 28.1347.4 52.4502.7 76.1746.3 102.8968.9 122.2136 4000 260.2 32.2389.7 59.8593.4 87911.5 117.51202.7 139.71384500274.2 36.2438.3 67.3696.1 97.91098.7 132.21466.0 157.11375000 289.8 40.2492.7 74.8811.0 108.81307.9 146.91762.1 174.61345500307.0 44.2552.8 82.3936.9 119.61539.2 161.62089.4 192.11246000325.8 48.2618.6 89.81075.9 130.51792.5 176.32445.7 209.5图2-1汽车驱动力-行驶阻力平衡图各档驱动力、行驶阻力、速度的计算，结果见表2-1，表2-2第 页计算及说明结果（5）汽车驱动力-行驶阻力平衡图图2-1 汽车驱动力-行驶阻力平衡图2.1.2 最高车速与最大爬坡度的计算（1）最高车速计算最高车速是指汽车在平直、良好道路上所能达到的平均最高行驶车速。a 理论最高车速计算只有当汽车的驱动力与行驶阻力平衡时，车速才达到最高。根据最高档驱动力与行驶阻力平衡方程可得= + 图2-1汽车驱动力-行驶阻力平衡图第 页计算及说明 结果= （4）带入原始数据到公式（4）可求得=142.8km/h。这个即为理论最高车速。b 实际最高车速由汽车驱动力-阻力平衡图可知，当五档的驱动力曲线与阻力曲线相交时对应横坐标的车速即为汽车的实际最高车速为148km/h。（2）最大爬坡度汽车最大爬坡度是指汽车在良好路面克服（Ff+FW）后剩余全部动力用来克服坡度阻力时所能爬上的最大坡度imax。Fi=Gsinmax=Ft-(Ff+Fw)max= sin-1 （Ft-(Ff+FW)）/G （5）由驱动力-行驶阻力平衡图可得 , Ft-(Ff+Fw)=5604.5N，代入公式（5）可算得max=0.0618radimax=tanmax=41.8%uamax=142.8km/hmax=0.0618radimax=41.8%第 页计算过程计算结果2.1.3 绘制汽车动力因数特性曲线图（1）动力因素的计算 （6） 在发动机外特性曲线上选取9个点，计算对应的驱动力与空气阻力，然后根据公式（6）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+uai/19440) （7）取f0=0.014据公式（7）算出对应车速下的滚动阻力系数，数据见表2-3所示。（3）基本数据表ne200025003000350040004500500055006000G14810Fw1挡13.2620.5629.6640.2652.8666.8682.4699.66118.462挡45.5671.36102.86140.06182.36230.96285.36345.46411.263挡96.46150.96217.46295.36386.06488.76603.66729.56868.564挡176.36274.76395.86538.96704.16891.361100.561331.861585.165挡248.46388.66560.16761.56995.361258.661554.761882.062238.36Ft1挡5107.55318.5503.15529.65740.75825.15782.95656.35234.22挡2744.62858.12903.42971.53084.93130.33107.63039.52812.73挡1887.41965.31996.52043.32121.32152.52136.92090.11934.24挡1397.61455.31478.41513.11570.81593.91582.41547.71432.25挡1175.61224.21243.61272.81321.41340.81331.11301.91204.8D1挡0.344 0.3580.320.3710.3840.3890.3850.3750.3452挡0.1820.1880.1890.1910.1960.1960.1910.1820.1623挡0.1210.1230.1200.1180.1170.1120.1040.0920.0724挡0.0820.0800.0730.0660.0590.0470.0330.0155挡0.0630.0560.0460.0350.0220.006计算动力因素基本数据，见表2-3第 页计算及说明结果（4）汽车动力因素特性曲线图2-2 汽车动力因素特性曲线2.1.4 绘制加速度倒数曲线各档（1）各档汽车旋转质量换算系数的确定 其中:Iw为车轮转动惯量（IW=1.6+1.6=3.2）；If飞轮的转动惯量（If=0.16）将数据代入公式可得1=1.497；2=1.148；3=1.085；4=1.061；5=1.052（2）各档加速度的确定其中Di-f汽车动力因素特性曲线中选取9个点读出，在将各档的代入求得对应的加速度。见表2-4所示（3）各档加速度倒数的确定将上面求得的各个档位的加速度求倒数，就能得到相应的数值。见表2-4所示1=1.4972=1.1483=1.0854=1.0615=1.052第 页计算及说明结果（4）基本数据表ne200025003000350040004500500055006000a1挡2.2042.2982.0442.3782.4652.4982.4722.4052.1982挡1.4551.5071.5161.5241.5591.5591.5071.4201.2373挡0.9770.9860.9490.9220.9030.8390.7470.6270.4244挡0.6220.5840.50.4150.330.1890.0285挡0.4280.3520.2280.0950.0211/a1挡0.4540.4350.4890.4210.4060.40.4050.4160.4552挡0.6870.6640.660.6560.6410.6410.6640.7040.8083挡1.0241.0141.0531.0851.1071.1921.3391.5962.3594挡1.6081.7112.0022.4113.0315.30535.3675挡2.3382.8434.38310.52D1挡0.344 0.3580.0320.3710.3840.3890.3850.3750.3452挡0.1820.1880.1890.1910.1960.1960.1910.1820.1623挡0.1210.1230.1200.1180.1170.1120.1040.0920.0724挡0.0820.0800.0730.0660.0590.0470.0330.0155挡0.0630.0560.0460.0350.0220.006（5）绘制加速度倒数曲线图图2-3 加速度倒数曲线图计算加速度倒数基本数据。第 页计算及说明结果2.1.5 绘制二档起步加速的车速-时间曲线（1）加速时间计算公式 由加速度曲线可知，二档时加速度变化不大，故可认为是常数，即1/a为常数，则（2）基本数据表2-5 加速时间数据表速度变化30-3535-4242-5151-6161-7373-89Km加速时间ti3.324.625.9046.417.69210.256s累加时间3.327.9413.84420.25427.94638.202s（3）二档起步加速度-速度曲线图图2-4 二档起步加速的车速-时间曲线t1=3.32st2=4.62st3=5.904st4=6.41st5=7.692st6=10.256s第 页计算过程计算结果第三章 汽车经济性的计算(1)基本数据表3-1 汽车经济性基本数据表ner/min2500300035004000450050005500ua5km/h62.173.985.297.3109.9121.7133.9beg/(kw/h)265255260260270281308Pekw33404858657177QsiL/100km19.7219.3320.5221.7122.3722.9624.79（2）最高档等速百公里油耗计算 其中： 为燃料的密度（kg/L） g为重力加速度(m/s2)，对于汽油来说，g可取7.0N/L代入Pe和be数值可算出对应的油耗值，计算结果见表2-5（3）最高档等速百公里油耗曲线图图3-1 等速百公里油耗曲线图 Qs1=19.72L/100kmQs2=19.33L/100kmQs3=20.52L/100kmQs4=21.71 L/100kmQs5=22.37 L/100kmQs6=22.96 L/100kmQs7=24.79 L/100km第 页参考文献1高延龄.汽车运用工程.北京.人民交通出版社.第三版.2陈家瑞.汽车发动机构造及原理. 北京.机械工业出版社.第三版.3余志生.汽车理论.北京. 机械