同济大学汽车电子方向汽车理论大作业

1、汽车理论大作业2013年12月1、确定一轻型货车的动力性能1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。2）求汽车最高车速，最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。3）绘制汽车行驶加速度倒数曲线，用图解积分法求汽车用2档起步加速行驶至70km/h的车速时间曲线，用计算机求汽车用2档起步加速行驶至70km/h的加速时间。轻型货车的有关数据如表1所示：表1 轻型货车相关数据序号内容数值单位1发动机的最低转速n min600r/min2发动机的最高转速n max4000r/min3装载质量2000kg4整车整备质量1800kg5总质量3880kg6车轮半径0.367m7传动系机械效率t0.85N/A8滚动阻力系

2、数f0.013N/A9空气阻力系数×迎风面积CDA2.77m210主减速器传动比i05.83N/A11飞轮转动惯量If0.218kgm212二前轮转动惯量Iw11.798kgm213四后轮转动惯量Iw23.598kgm214变速器传动比ig见表2N/A15轴距L3.2m16空载质心高度 0.7m17满载质心高度 0.9m18空载轴荷分配 前轴70%，后轴30%19满载轴荷分配前轴40%，后轴60%汽油发动机使用外特性的Tq-n曲线的拟合公式为式中，Tq为发动机转矩（Nm）;n为发动机转速（r/min）。表2 变速器传动比档档档档档四档变速器6.093.091.711.00-五档变速器

3、5.562.7691.6441.000.793l 外特性曲线及万有特性曲线公式Pe=Tq×n9550 代码%绘制发动机万有特性及外特性曲线%clc;clear;n=600:1:4000;tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;pe=(tq.*n)/9550;sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);figure(1);ax,h1,h2=plotyy(n,pe,n,tq);xl

4、abel('转速 r/m');set(get(ax(1),'Ylabel'),'string','功率kw','color','k')set(get(ax(2),'Ylabel'),'string','转矩nm','color','k')grid onlegend('功率','转矩')title('功率转矩外特性');n2=1207 1614 2012 2603 3006

5、3403 3804;B0=1354.7 1284.4 1122.9 1141.0 1051.2 1233.9 1129.7;B1=303.98 189.75 121.59 98.893 73.714 84.478 45.291*(-1);B2=36.657 14.524 7.0035 4.4763 2.8593 2.9788 0.71113;B3=2.0553 0.51184 0.18517 0.091077 0.05138 0.047449 0.00075215*(-1);B4=0.043072 0.0068164 0.0018555 0.00068906 0.00035032 0.0002

6、823 -0.000038568;tqb=-19.313+295.27*(n2/1000)-165.44*(n2/1000).2+40.874*(n2/1000).3-3.8445*(n2/1000).4;Peb=(tqb.*n2)/9550;b=B0+B1.*Peb+B2.*Peb.2+B3.*Peb.3+B4.*Peb.4; %燃油消耗率特性曲线%燃油消耗率特性sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);plot(n2,b)p=polyfit(n2,b,3);nh=polyval(p,n);plot(n

7、,nh)xlabel('转速 r/m');ylabel('b g/(kwh)');title('燃油消耗率外特性');grid on; 曲线l 绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图，计算最高车速公式驱动力：Ft= Tq*ig*io*nt/r速度：Ua=0.377*r*n/(ig*io)行驶阻力：Fz=Ff+Fw=Gf+CdA*Ua2/21.15注：以下各题均以四档代码为例进行说明，五档代码替换各传动比即可，不再赘述代码%四档变速最高时速%clc;clear;sz=get(0,'screensize');figure('outer

8、position',sz);n=600:1:4000;tq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;pe=(tq.*n)/9550;%参数%水平路面加速分析%r=0.367;iq=2*0.899;ih=4*0.8995;iff=0.218;nt=0.85;m1=1800;m2=3880;i0=5.83;ig1=6.09;ig2=3.09;ig3=1.71;ig4=1.00;%4挡变速器%f1=tq*i0*ig1*0.85/0.367;f2=tq*i0*ig2*0.85/0

9、.367;f3=tq*i0*ig3*0.85/0.367;f4=tq*i0*ig4*0.85/0.367;ua1=0.377*0.367.*n/(ig1*i0);ua2=0.377*0.367.*n/(ig2*i0);ua3=0.377*0.367.*n/(ig3*i0);ua4=0.377*0.367.*n/(ig4*i0);figure(1);hold on;plot(ua1,f1);plot(ua2,f2);plot(ua3,f3);plot(ua4,f4);xlabel('车速 km/h');ylabel('驱动力 kN');%求空载行驶阻力%ff=0.

10、013*1800*9.8;fw=4.07*0.68/21.15*(ua4.2);f=ff+fw;plot(ua4,f,'r');grid on;%求满载行驶阻力%ff=0.013*3880*9.8;fw=4.07*0.68/21.15*(ua4.2);f=ff+fw;plot(ua4,f,'g');grid on;gtext('1挡');gtext('2挡');gtext('3挡');gtext('4挡');gtext('满载');gtext('空载');%驱动力曲线

11、与阻力曲线无交点所以最高车速为发动机转速最高时对应最高档车速%umax=max(ua4)title('四档变速驱动力-行驶阻力平衡图-最高速94.93km/h'); 曲线 l 求最高车速、最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率 公式 四档最高时速由驱动力阻力图可得 uamx=94.93；求图中驱动力线和阻力线的交点，得空载umax=99.2 满载为107.1km/h计算爬坡度 动力因子D=（Ft-Fw）/G 又D=ff*cosa+sina I=tan（a） 绘制在不同车速和档位下对应的I 求出其中最大的即可 代码%四档爬坡%clc;fw1=4.07*0.68/21.15*(ua1

12、.2);fw2=4.07*0.68/21.15*(ua2.2);fw3=4.07*0.68/21.15*(ua3.2);fw4=4.07*0.68/21.15*(ua4.2);d1=(f1-fw1)/9.8;d2=(f2-fw2)/9.8;d3=(f3-fw3)/9.8;d4=(f4-fw4)/9.8;%空载最大爬坡度%sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);figure(1);hold on;grid on;d1=d1/m1;d2=d2/m1;d3=d3/m1;d4=d4/m1;i1=tan(asin

13、(d1-0.013*sqrt(1-d1.2+0.0132)/(1+0.0132);i2=tan(asin(d2-0.013*sqrt(1-d2.2+0.0132)/(1+0.0132);i3=tan(asin(d3-0.013*sqrt(1-d3.2+0.0132)/(1+0.0132);i4=tan(asin(d4-0.013*sqrt(1-d4.2+0.0132)/(1+0.0132);plot(ua1,i1);plot(ua2,i2);plot(ua3,i3);plot(ua4,i4);xlabel('车速 km/h');ylabel('爬坡度 i');t

14、itle('四档空载爬坡度');imax=max(i1);text(6.5,imax-0.3,'imax=',num2str(imax)%满载最大爬坡度%sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);figure(2);hold on;grid on;d1=d1/m2*m1;d2=d2/m2*m1;d3=d3/m2*m1;d4=d4/m2*m1;i1=tan(asin(d1-0.013*sqrt(1-d1.2+0.0132)/(1+0.0132);i2=tan(asin(d2-

15、0.013*sqrt(1-d2.2+0.0132)/(1+0.0132);i3=tan(asin(d3-0.013*sqrt(1-d3.2+0.0132)/(1+0.0132);i4=tan(asin(d4-0.013*sqrt(1-d4.2+0.0132)/(1+0.0132);plot(ua1,i1);plot(ua2,i2);plot(ua3,i3);plot(ua4,i4);xlabel('车速 km/h');ylabel('爬坡度 i');title('四档满载爬坡度');imax=max(i1);text(6.5,imax-0.1,&

16、#39;imax=',num2str(imax)曲线 分析：如图示货车低速档驱动力大，若全力爬坡对应的四五档最大爬坡度分别为空载1.37，1.08，满载0.39，0.35，但实际上前者是无法达成的，这将在附着率计算中进一步说明。l 求0-70最短加速时间公式旋转质量换算：s=1+(iq+ih)/(m1*r2)+(iff*ig2*i02*nt)/(m1*r2);加速度计算方程： a=(f-ff-fw)/(s*m);加速度导数: aa=1/a绘出加速度导数曲线图，对速度从起步速度到70km/h进行积分，求得积分即加速时间代码%四档变速最高时速%clc;%空载%一档%s1=1+(iq+ih)

17、/(m1*r2)+(iff*ig12*i02*nt)/(m1*r2);a1=(f1-ff-fw1)/(s1*m1);aa1=1./a1;%二档%s2=1+(iq+ih)/(m1*r2)+(iff*ig22*i02*nt)/(m1*r2);a2=(f2-ff-fw2)/(s2*m1);aa2=1./a2;%三档%s3=1+(iq+ih)/(m1*r2)+(iff*ig32*i02*nt)/(m1*r2);a3=(f3-ff-fw3)/(s3*m1);aa3=1./a3;%四档%s4=1+(iq+ih)/(m1*r2)+(iff*ig42*i02*nt)/(m1*r2);a4=(f4-ff-fw4

18、)/(s4*m1);aa4=1./a4;%0-70空载加速度导数曲线求积分即加速时间%P1=polyfit(ua1,aa1,12)P2=polyfit(ua2,aa2,12)P3=polyfit(ua3,aa3,12)P4=polyfit(ua4,aa4,12)pt1=polyval(P1,ua1)pt2=polyval(P2,ua2)pt3=polyval(P3,ua3)pt4=polyval(P4,ua4)sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);figure(1)plot(ua1,pt1,'

19、r')hold onplot(ua2,pt2,'r')hold onplot(ua3,pt3,'r')hold onplot(ua4,pt4,'r')grid onxlabel('车速 km/h');ylabel('加速度导数1/a');ua1min=min(ua1)ua1max=max(ua1)ua2max=max(ua2)ua3max=max(ua3)j1=poly2sym(P1)t1=vpa(int(j1,ua1min,ua1max)j2=poly2sym(P2)t2=vpa(int(j2,ua1ma

20、x,ua2max)j3=poly2sym(P3)t3=vpa(int(j3,ua2max,ua3max)j4=poly2sym(P4)t4=vpa(int(j4,ua3max,70)t=(t1+t2+t3+t4)/3.6digits(4);t=vpa(t);ttt=t;title('四档空载0-70km/h加速时间11.35s')ff=0.013*3880*9.8;%满载%一档%s1=1+(iq+ih)/(m2*r2)+(iff*ig12*i02*nt)/(m2*r2);a1=(f1-ff-fw1)/(s1*m2);aa1=1./a1;%二档%s2=1+(iq+ih)/(m2*

21、r2)+(iff*ig22*i02*nt)/(m2*r2);a2=(f2-ff-fw2)/(s2*m2);aa2=1./a2;%三档%s3=1+(iq+ih)/(m2*r2)+(iff*ig32*i02*nt)/(m2*r2);a3=(f3-ff-fw3)/(s3*m2);aa3=1./a3;%四档%s4=1+(iq+ih)/(m2*r2)+(iff*ig42*i02*nt)/(m2*r2);a4=(f4-ff-fw4)/(s4*m2);aa4=1./a4;%0-70满加速度导数曲线求积分即加速时间%P1=polyfit(ua1,aa1,12)P2=polyfit(ua2,aa2,12)P3=

22、polyfit(ua3,aa3,12)P4=polyfit(ua4,aa4,12)pt1=polyval(P1,ua1)pt2=polyval(P2,ua2)pt3=polyval(P3,ua3)pt4=polyval(P4,ua4)sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);figure(2)plot(ua1,pt1,'r')hold onplot(ua2,pt2,'r')hold onplot(ua3,pt3,'r')hold onplot(ua4,pt4

23、,'r')grid onxlabel('车速 km/h');ylabel('加速度导数1/a');ua1min=min(ua1)ua1max=max(ua1)ua2max=max(ua2)ua3max=max(ua3)j1=poly2sym(P1)t1=vpa(int(j1,ua1min,ua1max)j2=poly2sym(P2)t2=vpa(int(j2,ua1max,ua2max)j3=poly2sym(P3)t3=vpa(int(j3,ua2max,ua3max)j4=poly2sym(P4)t4=vpa(int(j4,ua3max,70

24、)t=(t1+t2+t3+t4)/3.6digits(4);t=vpa(t)title('四档满载0-70km/h加速时间25.78s');说明：加速过程中未切换五档所以五档加速导数图中未画出分析：如图示货车四档空载0-70km/h加速时间为11.35s，满载时为25.78s，五档空载0-70km/h加速时间为11.1s，满载时为25.13s。五档稍快于四档，这是因为五档虽然传动比变小，加速度导数减小，但同时对应于档位的速度范围变宽，在积分时两者相互影响，则可能出现五档加速时间小于四档。和前面计算爬坡度是状况相同，此种计算方式并未考虑附着率，以及离合半联动状态时的启动时间，所以

25、实际加速时间一定会比这里计算得到的数值大。l 三种情况的附着率图公式加速和上坡时的后驱附着率 其中q=i+(1/cos) (1/g)(du/dt)；a为质心到前轴距离（说明见代码）hg为质心高度分别使i=0和du/dt=0做出全力加速和全力爬坡时的附着率曲线在高速行驶时的附着率由此做出三档四档高速行驶时的附着率曲线代码%四档附着率%clc;%数据说明：%轴距 3.2m%空载质心高度 0.7m%满载质心高度 0.9m%空载轴荷分配 前轴70%，后轴30%满载轴荷分配 前轴40%，后轴60%空载爬坡附着率%计算说明：l=3.2;aa1=0.96;bb1=2.24;h1=0.7;aa2=1.92;b

26、b2=1.28;h2=0.9;%空载坡度%d1=d1/m1;d2=d2/m1;d3=d3/m1;d4=d4/m1;i1=tan(asin(d1-0.013*sqrt(1-d1.2+0.0132)/(1+0.0132);i2=tan(asin(d2-0.013*sqrt(1-d2.2+0.0132)/(1+0.0132);%空载全力爬坡附着率曲线图%ckp1=i1./(aa1/l+h1/l*i1);ckp2=i2./(aa1/l+h1/l*i2);sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);figure(1)

27、hold onplot(ua1,ckp1);plot(ua2,ckp2,'-');grid on;xlabel('车速 km/h');ylabel('附着率');title('全力爬坡附着率');%满载坡度%d1=d1/m2*m1;d2=d2/m2*m1;d3=d3/m2*m1;d4=d4/m2*m1;i1=tan(asin(d1-0.013*sqrt(1-d1.2+0.0132)/(1+0.0132);i2=tan(asin(d2-0.013*sqrt(1-d2.2+0.0132)/(1+0.0132);%满载全力爬坡附着率曲线

28、图%ckp1=i1./(aa2/l+h2/l*i1);ckp2=i2./(aa2/l+h2/l*i2);plot(ua1,ckp1,'r');plot(ua2,ckp2,'r-');legend('空载一档','空载二档','满载一档','满载二档')%全力加速附着率曲线图%空载%ff1=0.013*1800*9.8;s1=1+(iq+ih)/(m1*r2)+(iff*ig12*i02*nt)/(m1*r2);a1=(f1-ff1-fw1)/(s1*m1);s2=1+(iq+ih)/(m1*r2)+

29、(iff*ig22*i02*nt)/(m1*r2);a2=(f2-ff1-fw2)/(s2*m1);a1=a1/9.8;a2=a2/9.8;ckj1=a1./(aa1/l+h1/l*a1);ckj2=a2./(aa1/l+h1/l*a2);sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);figure(2)hold onplot(ua1,ckj1);plot(ua2,ckj2,'-');grid on;xlabel('车速 km/h');ylabel('附着率');

30、title('全力加速附着率');%满载%ff2=0.013*3880*9.8;s1=1+(iq+ih)/(m2*r2)+(iff*ig12*i02*nt)/(m2*r2);a1=(f1-ff2-fw1)/(s1*m2);s2=1+(iq+ih)/(m2*r2)+(iff*ig22*i02*nt)/(m2*r2);a2=(f2-ff2-fw2)/(s2*m2);a1=a1/9.8;a2=a2/9.8;ckj1=a1./(aa2/l+h2/l*a1);ckj2=a2./(aa2/l+h2/l*a2);plot(ua1,ckj1);plot(ua2,ckj2,'r-'

31、;);legend('空载一档','空载二档','满载一档','满载二档')%高速行驶附着率%空载%ckg3=(ff1+fw3)/(m1*9.8*0.3);ckg4=(ff1+fw4)/(m1*9.8*0.3);sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);figure(3)hold onplot(ua3,ckg3);plot(ua4,ckg4,'-');xlabel('车速 km/h');ylabel('

32、附着率');title('高速行驶附着率');grid on%满载%ckg3=(ff2+fw3)/(m2*9.8*0.3);ckg4=(ff2+fw4)/(m2*9.8*0.3);plot(ua3,ckg3,'r');plot(ua4,ckg4,'r-');legend('空载三档','空载四档','满载三档','满载四档')图形四档全力爬坡五档四档全力加速五档四档高速行驶五档分析：全力爬坡时空载一档的附着率都大于1，也就是说空载一挡的爬坡能力是无法实现的，所以前面计算得到的

33、imax实际是不能达到的。同样的状况也发生在全力加速的时候，一档全力加速附着率都在0.7以上，良好路面的附着系数也在0.7左右，全力加速就会打滑，只能以二档（或三档）起步，实际空载加速时间远大于前面计算得到的数值。而满载时候的爬坡或者加速附着率均较小不会出现打滑。高速匀速行驶时附着率随车速升高而增大，这主要是因为风阻和滚阻都随车速增加而变大。满载相对空载更不易打滑思考：空载和满载时汽车的动力性能有无变化？为什么？答：空载动力性比满载动力性好，因为质量小，动力因数大。加速度更大，最大爬坡度更大。 但是，动力性是制约于实际路况的，如此例，空载货车的动力太强反而在实际路面不能发挥，发动机必须处于部分

34、负荷工况。该车辆在什么情况下可能打滑？答：空载时使用一档（二档部分车速下）全力加速或者爬坡一定会打滑。满载时若爬陡坡的同时有加速也可能会打滑。l 汽车功率平衡图公式代码ua=0:0.1:100;pz=(m2*gz*9.8*ua/3600+cd*A*ua.3/76140)/(nt);%绘图%sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);hold on;grid on;plot(ua1,pe);plot(ua2,pe);plot(ua3,pe);plot(ua4,pe);plot(ua,pz,'r'

35、;);xlabel('车速 km/h');ylabel('功率 kw');title('四档功率平衡图');图形l 最高档的等速百公里油耗代码n=ua/(0.377*r)*(ig*i0);由ua求得发动机转速 可求得对应b式中，选取汽油标准取7%百公里油耗%燃油消耗率特性n2=1207 1614 2012 2603 3006 3403 3804;B0=1354.7 1284.4 1122.9 1141.0 1051.2 1233.9 1129.7;B1=303.98 189.75 121.59 98.893 73.714 84.478 45.29

36、1*(-1);B2=36.657 14.524 7.0035 4.4763 2.8593 2.9788 0.71113;B3=2.0553 0.51184 0.18517 0.091077 0.05138 0.047449 0.00075215*(-1);B4=0.043072 0.0068164 0.0018555 0.00068906 0.00035032 0.0002823 -0.000038568;tqb=-19.313+295.27*(n2/1000)-165.44*(n2/1000).2+40.874*(n2/1000).3-3.8445*(n2/1000).4;Peb=(tqb.

37、*n2)/9550;b=B0+B1.*Peb+B2.*Peb.2+B3.*Peb.3+B4.*Peb.4;%燃油消耗率特性曲线%燃油消耗率特性sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);plot(n2,b)p=polyfit(n2,b,2);nh=polyval(p,n);plot(n,nh)ud=20:10:70;pz=(m2*gz*9.8*ud/3600+cd*A*ud.3/76140)/(nt);nd=ud/(0.377*0.367)*(1.00*i0);bd=polyval(p,nd);Qt=(pz

38、.*bd)/(367.1*7);Qs=(pz.*bd)./(1.02.*ud*7);%汽油pg取7%sz=get(0,'screensize');figure('outerposition',sz);plot(ud,Qs,'b.')xlabel('车速 km/h');ylabel('油耗 L/100km');set(gca,'xlim',0,80);set(gca,'ylim',5,18);title('四档百公里油耗20-70km/h图');图形思考：超速挡对汽车经济性的影响?为什么？答：由上图可知超速档的百公里油耗更小，经济性好。原因，加入超速档，汽车在中速行驶时的负荷增加，而b值随负荷增加（90%最佳）而减小。l 六工况按JB3352-83规定的六工况循环行驶计算百公里油耗六工况循环参数表：工况行程(m)时间（s）累计行程（m）车速(km/h)加速度（m/s2）12511.312540-17514.030040500.225018.055050-25016.380050