汽车理论课程设计说明书

1、目 录1.题目要求31.1.题目要求31.2.车型参数32.计算步骤42.1.绘制功率外特性和转矩外特性曲线42.2.绘制驱动力行驶阻力平衡图62.3.绘制动力特性图92.4.绘制加速度曲线和加速度倒数曲线122.5.绘制加速时间曲线182.5.1.二挡原地起步连续换挡加速时间曲线182.5.2.最高档和次高档超车加速时间223.结论分析273.1.汽车的最高车速uamax273.2.汽车的加速时间t273.3.汽车能爬上的最大坡度imax274.心得体会28参考资料291. 题目要求1.1. 题目要求（1） 根据书上所给的发动机使用外特性曲线拟合公式，绘制功率外特性和转矩外特性曲线；（2）

2、绘制驱动力-行驶阻力平衡图；（3） 绘制动力特性图；（4） 绘制加速度时间曲线和加速度倒数曲线；（5） 绘制加速时间曲线，包括原地起步连续换挡加速时间和最高档和次高档加速时间、加速区间（初速度和末速度）按照国家标准GB/T12543-2009规定选取，并在说明书中具体说明选取；（6） 对动力性进行总体评价。1.1.1.1.2. 车型参数汽车发动机使用外特性Tq-n曲线的拟合公式为Tq=-19.313+295.27(n1000)-165.44(n1000)2+40.874(n1000)3-3.8445(n1000)4式中，Tq为发动机转矩（Nm）；n为发动机转速（r/min）。发动机的最低转速n

3、min=600r/min，最高转速nmax=4000r/min装载质量 2000kg整车装备质量 1800kg总质量 3880kg车轮半径 0.367m传动系机械效率 T=0.84滚动阻力系数 f=0.016空气阻力系数迎风面积 CDA=2.77m2主减速器传动比 i0=5.97飞轮转动惯量 If=0.218kgm2二前轮转动惯量 IW1=1.798kgm2四后轮转动惯量 IW2=3.598kgm2变速器传动比 i1=6.09；i2=3.09；i3=1.71；i4=1.00轴距 L=3.2m质心至前轴距离（满载） a=1.947m质心高（满载） hg=0.9m2. 计算步骤2.1. 绘制功率外

4、特性和转矩外特性曲线由发动机使用外特性曲线拟合公式：Tq=-19.313+295.27(n1000)-165.44(n1000)2+40.874(n1000)3-3.8445(n1000)4求出发动机转矩Tq与发动机转速n的关系。接着由功率与转矩的关系式：Pe=Ttqn9550求出功率与转速的关系。在MATLAB界面运行得n=600:100:4000;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Pe=Ttq.*n/9550;plot(n,Pe);holdon;plot(n,T

5、tq)xlabel(n/(r/min);ylabel(Pe(kw)title(Pe-n和Ttq-n)gtext(Pe)gtext(Ttq)在MATLAB中得图一图一 发动机外特性曲线2.2. 绘制驱动力行驶阻力平衡图根据公式 Ft=Tqigi0Tr在MATLAB里运行得程序ig1=6.09;ig2=3.09;ig3=1.71;ig4=1.00;nT=0.84;r=0.367;f=0.016;CDA=2.77;i0=5.97;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;m=1800;g=9.8;G=m*g;n=600:100:4000;Ttq=-19.313+295.27*(n/1

6、000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;ua1=0.377*r*n/(ig1*i0);ua2=0.377*r*n/(ig2*i0);ua3=0.377*r*n/(ig3*i0);ua4=0.377*r*n/(ig4*i0);Ff=G*f;ua=linspace(0,120,100);Fw=CDA*ua.2/21.15;F=Ff+Fw;Ff=F-Fw;plot(

7、ua1,Ft1);holdon;plot(ua2,Ft2);plot(ua3,Ft3);plot(ua4,Ft4);plot(ua,Ff);plot(ua,F);xlabel(ua(km/h)ylabel(F/N)title(四挡驱动力-行驶阻力平衡图)gtext(Ft1)gtext(Ft2)gtext(Ft3)gtext(Ft4)gtext(Fw+Ff)gtext(Ff)ua,F=ginput(1)在MATLAB运行得图二图二 驱动力行驶阻力平衡图2.3. 绘制动力特性图汽车的动力因数由公式 D=Ft-FwG在MATLAB中运行得程序ig1=6.09;ig2=3.09;ig3=1.71;ig

8、4=1.00;nT=0.84;r=0.367;f=0.016;CDA=2.77;i0=5.97;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;m=1800;g=9.8;G=m*g;n=600:100:4000;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;ua1=0.377*r*n/(ig1*i0);ua2=

9、0.377*r*n/(ig2*i0);ua3=0.377*r*n/(ig3*i0);ua4=0.377*r*n/(ig4*i0);Fw1=CDA*ua1.2/21.15;Fw2=CDA*ua2.2/21.15;Fw3=CDA*ua3.2/21.15;Fw4=CDA*ua4.2/21.15;ua=linspace(0,120,35);Fw=CDA*ua.2/21.15;D1=(Ft1-Fw1)/G;D2=(Ft2-Fw2)/G;D3=(Ft3-Fw3)/G;D4=(Ft4-Fw4)/G;f=Fw/G;plot(ua1,D1);holdonplot(ua2,D2);plot(ua3,D3);plo

10、t(ua4,D4);plot(ua,f);xlabel(ua(km/h);ylabel(D);title(四挡动力特性图);gtext()gtext()gtext()gtext()gtext(f)ua,D=ginput(1)则在MATLAB里获取的动力特性图见图三。图三 动力特性图2.4. 绘制加速度曲线和加速度倒数曲线由行驶方程式：Ttqigi0Tr=Gf+Gi+CDA21.15ua2+mdudt设Fi=0，则有dudt=1mFt-(Ff+Fw)在MATLAB中运行得程序ig1=6.09;ig2=3.09;ig3=1.71;ig4=1.00;nT=0.84;r=0.367;f=0.016;C

11、DA=2.77;i0=5.97;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;m=1800;g=9.8;G=m*g;n=600:100:4000;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;ua1=0.377*r*n/(ig1*i0);ua2=0.377*r*n/(ig2*i0);ua3=0.377*r*n

12、/(ig3*i0);ua4=0.377*r*n/(ig4*i0);F1=G*f+CDA*ua1.2/21.15;F2=G*f+CDA*ua2.2/21.15;F3=G*f+CDA*ua3.2/21.15;F4=G*f+CDA*ua4.2/21.15;d1=1+(Iw1+Iw2+If*ig12*i02*nT)/(m*r2);d2=1+(Iw1+Iw2+If*ig22*i02*nT)/(m*r2);d3=1+(Iw1+Iw2+If*ig32*i02*nT)/(m*r2);d4=1+(Iw1+Iw2+If*ig42*i02*nT)/(m*r2);a1=(Ft1-F1)/(d1*m);a2=(Ft2-

13、F2)/(d2*m);a3=(Ft3-F3)/(d3*m);a4=(Ft4-F4)/(d4*m);plot(ua1,a1);holdon;plot(ua2,a2);plot(ua3,a3);plot(ua4,a4);title(行驶加速度曲线)xlabel(ua)ylabel(a/(m/s-2)gtext()gtext()gtext()gtext()在MATLAB里获取加速度曲线如图四图四 行驶加速度曲线同理在MATLAB中运行得ig1=6.09;ig2=3.09;ig3=1.71;ig4=1.00;nT=0.84;r=0.367;f=0.016;CDA=2.77;i0=5.97;If=0.2

14、18;Iw1=1.798;Iw2=3.598;m=1800;g=9.8;G=m*g;n=600:100:4000;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;ua1=0.377*r*n/(ig1*i0);ua2=0.377*r*n/(ig2*i0);ua3=0.377*r*n/(ig3*i0);ua4=0.377*r*

15、n/(ig4*i0);F1=G*f+CDA*ua1.2/21.15;F2=G*f+CDA*ua2.2/21.15;F3=G*f+CDA*ua3.2/21.15;F4=G*f+CDA*ua4.2/21.15;d1=1+(Iw1+Iw2+If*ig12*i02*nT)/(m*r2);d2=1+(Iw1+Iw2+If*ig22*i02*nT)/(m*r2);d3=1+(Iw1+Iw2+If*ig32*i02*nT)/(m*r2);d4=1+(Iw1+Iw2+If*ig42*i02*nT)/(m*r2);b1=d1*m./(Ft1-F1);b2=d2*m./(Ft2-F2);b3=d3*m./(Ft3

16、-F3);b4=d4*m./(Ft4-F4);plot(ua1,b1);holdon;plot(ua2,b2);plot(ua3,b3);plot(ua4,b4);title(加速度倒数曲线)xlabel(ua（km/h）)ylabel(1/a)gtext(1/a1);gtext(1/a2)gtext(1/a3)gtext(1/a4)在MATLAB中获取加速度倒数曲线如图五。图五 加速度倒数曲线2.5. 绘制加速时间曲线用积分法求加速时间2.5.1. 二挡原地起步连续换挡加速时间曲线在MATLAB中运行得程序nT=0.84;r=0.367;f=0.016;CDA=2.77;i0=5.97;If

17、=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;m=1800;g=9.8;G=m*g;ig=6.093.091.711.00;nmin=600;nmax=4000;u1=0.377*r*nmin./ig/i0;u2=0.377*r*nmax./ig/i0;deta=0*ig;fori=1:4deta(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m*r2)+(If*(ig(i)2*i0*nT)/(m*r2);endua=0:0.01:99;N=length(ua);n=0;Ttq=0;Ft=0;inv_a=0*ua;delta=0*ua;Ff=G*f;Fw=CDA*ua.2/21.15;fori=2:

18、Nk=i;ifua(i)=u2(2)n=ua(i)*(ig(2)*i0/r)/0.377;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft=Ttq*ig(2)*i0*nT/r;inv_a(i)=(deta(2)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=0.01*inv_a(i)/3.6;elseifua(i)=u2(3)n=ua(i)*(ig(3)*i0/r)/0.377;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+4

19、0.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft=Ttq*ig(3)*i0*nT/r;inv_a(i)=(deta(3)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=0.01*inv_a(i)/3.6;elsen=ua(i)*(ig(4)*i0/r)/0.377;Ttq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;Ft=Ttq*ig(4)*i0*nT/r;inv_a(i)=(deta(4)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=0.01*i

20、nv_a(i)/3.6;enda=delta(2:k);t(i)=sum(a);endplot(t,ua);axis(0 40 0 120)title(二挡原地起步连续换挡时间曲线);xlabel(速度ua（km/h）);ylabel(时间t（s）);tua=ginput(1)由MATLAB获取原地起步连续换挡加速时间曲线如图六图六 二挡原地起步连续换挡加速时间曲线2.5.2. 最高档和次高档超车加速时间在MATLAB界面运行得程序ig(1)=6.09;ig(2)=3.09;ig(3)=1.71;ig(4)=1.00;nT=0.84;r=0.367;f=0.016;CDA=2.77;i0=5.

21、97;L=3.2;a=1.947;hg=0.9;If=0.218;Iw1=1.798;Iw2=3.598;pg=7.0;m=1800;g=9.8;G=m*g;n=600:4000;nmin=600;nmax=4000;k=200;n=linspace(nmin,nmax,k);fori=1:4deta(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m*r2)+(If*(ig(i)2*i02*nT)/(m*r2);endTq=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).2+40.874*(n/1000).3-3.8445*(n/1000).4;fori=1:4ua(i,:)

22、=0.377*n.*r/(ig(i)*i0);endfori=1:4Ft(i,:)=Tq.*ig(i)*i0*nT/r;enduua=linspace(0,120,k);Fw=CDA*uua.2/21.15;F=CDA*uua.2/21.15+G*f;fori=1:4forj=1:200a(i,j)=(Ft(i,j)-F(j)/(deta(i)*m);endenda_re=1./a;j=1;whileua(3,j)40j=j+1;endm1=j;j=1;whileua(3,j)41j=j+1;endm2=j;j=1;whileua(4,j)41j=j+1;endm3=j;j=1;whileua

23、(4,j)60j=j+1;endm4=j;fori=1:(m2-m1)Ts(i)=(ua(3,m1+i)-ua(3,m1+i-1)/3.6/a(3,m1+i-1);endt(1)=Ts(1);fori=1:(m2-m1-1)t(i+1)=t(i)+Ts(i+1)endfori=1:(m4-m3)Ts(m2-m1+i)=(ua(4,m3+i)-ua(4,m3+i-1)/3.6/a(4,m3+i-1);endfori=1:(m4-m3)t(m2-m1+i)=t(m2-m1+i-1)+Ts(m2-m1+i);endfigureplot(t,horzcat(ua(3,m1:m2-1),ua(4,m3:m4-1)axis(0,25,30,60)title(超车加速时间)xlabel(t/s)ylabel(ua/(km/h)t,ua=ginput(1)由MATLAB获得超车加速时间曲线如图七图七 超车加速时间曲线3. 结论分析3.1. 汽车的最高车速uamax最高车速是指在良好水泥路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶速度。由驱动力行驶阻力平衡图可知，该车uamax=90.56km/h，高于90km/h，满足法规对最高车速的要求。3.2. 汽车的加速时间t加速时间表示汽车的加速能力，常用原地起步加速时间和超车加速时间表示。原地起步时间是指汽车由一