《汽車(chē)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)(性能計(jì)算)0912

湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院J HubeiAntctrnntiveIndushritfi[n^Hrtute黯kA汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)（汽車(chē)性能仿真計(jì)算）汽車(chē)工程系2009年12月說(shuō)明汽車(chē)設(shè)計(jì)是車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)課程之一，也是最重要的一個(gè)實(shí)踐性?xún)?nèi)容。其目的和作用是使學(xué)生能將已學(xué)過(guò)的力學(xué)、機(jī)械以及汽車(chē)知識(shí)綜合運(yùn)用于汽車(chē)零部件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)汽車(chē)零部件系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力。這是在所有實(shí)踐性課程中最具活力，最能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐能力，最能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的課程之一。汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)根據(jù)課題難易程度分為二到六人一組、各組獨(dú)立完成，在學(xué)生設(shè)計(jì)過(guò)程中鼓勵(lì)他們自主設(shè)計(jì)，積極創(chuàng)新。學(xué)生《汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》的成績(jī)主要從工作態(tài)度、設(shè)計(jì)工作量、質(zhì)疑答辯等幾部分組成。具體從出勤情況、設(shè)計(jì)論證、軟件操作能力與設(shè)計(jì)能力、設(shè)計(jì)工作量與工程圖圖面質(zhì)量、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)質(zhì)量、回答問(wèn)題情況等方面評(píng)定。最終成績(jī)按五級(jí)制記分，分為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五個(gè)等級(jí)。（設(shè)計(jì)報(bào)告按電子檔附件1要求進(jìn)行書(shū)寫(xiě)）前言課程設(shè)計(jì)的目的在汽車(chē)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)時(shí)，需對(duì)樣車(chē)的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)、多方案選優(yōu)或進(jìn)行傳動(dòng)系的優(yōu)化匹配等，這些都必須進(jìn)行汽車(chē)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)快E-P性能）的計(jì)算。如采用手算并在坐標(biāo)紙上作圖，工作量大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且手算和作圖誤差較大，易出錯(cuò)?？紤]到計(jì)算機(jī)在當(dāng)前設(shè)計(jì)工作中的普遍應(yīng)用，有必要利用計(jì)算機(jī)編制程序進(jìn)行模擬計(jì)算，以方便迅速地得到具有相當(dāng)精確度的數(shù)據(jù)和圖形。課程設(shè)計(jì)的任務(wù)采用MATLAB語(yǔ)言，編制程序?qū)ζ?chē)的E-P性能進(jìn)行計(jì)算，有關(guān)參數(shù)見(jiàn)指導(dǎo)老師所給文檔。要求得到以下數(shù)據(jù)和圖形：數(shù)據(jù)：最高車(chē)速u(mài)amax；最高車(chē)速u(mài)amax；加速時(shí)間t;3.最大爬坡度i；max4．多工況循環(huán)行駛百公里油耗；5．等速行駛百公里油耗；圖形：1．驅(qū)動(dòng)力阻力平衡圖；2．汽車(chē)加速時(shí)間曲線；3．汽車(chē)的爬坡度圖；4．功率平衡圖；5．動(dòng)力特性圖；6．等速行駛百公里油耗曲線；7.燃油經(jīng)濟(jì)性一加速時(shí)間曲線（C曲線）。1.3課程設(shè)計(jì)的要求程序應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：1．在給定了足夠參數(shù)時(shí)能自動(dòng)計(jì)算得到以上所有數(shù)據(jù)和圖形，并能保證一定的計(jì)算精度；2.程序具有一定的通用性，能盡量滿(mǎn)足多種車(chē)型E-P性能計(jì)算的要求；3．界面友好，使用靈活方便。課程設(shè)計(jì)完成后，將所有同課程設(shè)計(jì)有關(guān)的計(jì)算機(jī)文件保存在自建的以“班號(hào)＋學(xué)號(hào)＋姓名”命名的文件夾中。注意事項(xiàng)在機(jī)房工作時(shí)請(qǐng)認(rèn)真研讀汽車(chē)數(shù)字化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室上機(jī)管理規(guī)定；除最后的答辯外，課程設(shè)計(jì)的所有的工作均按分組進(jìn)行；設(shè)計(jì)過(guò)程文件（說(shuō)明書(shū)及計(jì)算機(jī)文件等）如內(nèi)容重復(fù)率30%以上，雷同者成績(jī)均按不及格處理；認(rèn)真準(zhǔn)備答辯，答辯不通過(guò)者必須重新完成指定的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容后方能進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)；進(jìn)度安排序號(hào)工作內(nèi)容所需時(shí)間1課題任務(wù)介紹及MATLAB語(yǔ)言學(xué)習(xí)1天2MATLAB界面編程2天3MATLAB程序代碼編寫(xiě)4天4程序調(diào)試3天5分析及編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5天參考資料.余志生.汽車(chē)?yán)碚?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005。.張洪欣.汽車(chē)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005。2設(shè)計(jì)說(shuō)明《汽車(chē)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算》任務(wù)說(shuō)明主要?jiǎng)恿π灾笜?biāo)的計(jì)算與作圖驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡圖（動(dòng)力特性曲線）為全面地評(píng)價(jià)汽車(chē)在各個(gè)檔位和不同車(chē)速下的動(dòng)力性能，需要繪制驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡圖（動(dòng)力特性曲線），以便清晰而形象地表明汽車(chē)行駛時(shí)的受力情況及其平衡關(guān)系。汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力（單位為N）為T(mén)iinF—tqg0Ttr在動(dòng)力性計(jì)算時(shí)，目前一般采用穩(wěn)態(tài)工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)所得到的使用外特性中的功率與轉(zhuǎn)矩曲線（常為采用最小二乘法擬合得到的多項(xiàng)式）。T—a+an+an2+A+anktq0 1 2 k擬合階數(shù)k隨特性曲線而異，一般在2、3、4、5中選取。汽車(chē)在良好路面上行駛時(shí)經(jīng)常遇到的滾動(dòng)阻力F和空氣阻力F為fwCAF+F—Gf+du2-f21.15a其中車(chē)速u(mài)（km/h）與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n（r/min）之間的關(guān)系為arnu=0.377——AAAAAAAAAAAAA（*）TOC\o"1-5"\h\za iig0在程序中，二重循環(huán)計(jì)算各檔位下發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速n到最高轉(zhuǎn)速n對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力，min max并連接成線即得驅(qū)動(dòng)力圖（F-u）；計(jì)算I檔最低轉(zhuǎn)速到發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速n 所對(duì)應(yīng)的ta max最高車(chē)速相應(yīng)的阻力，連接成線即得阻力曲線（（F+F）-u）。-fa也可用動(dòng)力特性圖分析汽車(chē)的動(dòng)力性。汽車(chē)的行駛方程為F—F+F+F+Ftfi-j或Tiin CAdutqg0T=Gfcosa+Gsina+—d—u2+om——r 21.15adt將方程式兩邊除以汽車(chē)重力并整理得：F-Fodu―t -—w+ GrgdtF—F令七一為汽車(chē)的動(dòng)力因數(shù)并以符號(hào)D表示，則G8duD=甲+ gdt作出汽車(chē)在各檔下的動(dòng)力因數(shù)與車(chē)速的關(guān)系曲線和滾動(dòng)阻力曲線f-u，顯然f線與a直接檔D-u曲線的交點(diǎn)即為汽車(chē)的最高車(chē)速。a需要指出的是，某些經(jīng)濟(jì)性要求較高的汽車(chē)，其最高車(chē)速u(mài) 小于（最高檔）發(fā)動(dòng)機(jī)amax標(biāo)定功率時(shí)所對(duì)應(yīng)的車(chē)速，這時(shí)在計(jì)算最高檔動(dòng)力因數(shù)時(shí)，當(dāng)車(chē)速超過(guò)時(shí)u 后，繼續(xù)計(jì)amax算D值時(shí)，D值已變得很小，甚至出現(xiàn)負(fù)值，故當(dāng)D<0時(shí)，即應(yīng)停止計(jì)算。1.2最高車(chē)速u(mài)amax汽車(chē)在良好路面上行駛時(shí)所能達(dá)到的最高車(chē)速u(mài)，乃是驅(qū)動(dòng)力阻力平衡圖中amax（F-u）與（（F+F）-u）的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車(chē)速。該車(chē)速一般對(duì)應(yīng)于最高檔或次高檔（最ta wfa高檔為超速檔），程序中求解時(shí)，可將阻力曲線的繪制放到驅(qū)動(dòng)力曲線的循環(huán)中（利用公式（*）進(jìn)行u-n之間的轉(zhuǎn)換），并隨時(shí)比較F與F+F，相等（或誤差小于指定精度）a twf時(shí)對(duì)應(yīng)的車(chē)速即為u；或直接利用數(shù)值法解方程組amaxT=a+an+an2+A+an<tq0 1 2 kF=F+F °twf這里有兩點(diǎn)需要說(shuō)明：1）有的汽車(chē)在高檔F與F+F兩曲線無(wú)交點(diǎn)（即F始終大于F+F），這時(shí)應(yīng)以twf t wf最高檔時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)允許的最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的車(chē)速作為u 。amax2）某些裝有超速檔的汽車(chē)其超速檔的最高車(chē)速有時(shí)可能反而低于直接檔的最高車(chē)速，這是還應(yīng)將最高檔和次高檔的最高車(chē)速進(jìn)行比較，取其較大者為uamax。加速時(shí)間t加速時(shí)間表示汽車(chē)的加速能力，常用原地起步加速時(shí)間和超車(chē)加速時(shí)間來(lái)表示。超車(chē)加速時(shí)間因不涉及換檔問(wèn)題，因此比較簡(jiǎn)單，這里不作要求。下面只討論原地起步連續(xù)換檔的加速時(shí)間t（由最低穩(wěn)定車(chē)速加速到一定距離或80%u 所需時(shí)間）。amax數(shù)學(xué)表達(dá)式由汽車(chē)行駛方程式得du1—==[F-（F+F）] （設(shè)F=0）dt8mtfw i

利用上式可求得各檔油門(mén)全開(kāi)時(shí)的加速度曲線，進(jìn)一步可求得由某一車(chē)速加速到另一較高車(chē)速所需時(shí)間t=Jua2」一duuaa1j即：u B.Gt=Ja2 -duu33.6[F-(F.+F)]amin tfw式中：uamin一起步過(guò)程結(jié)束時(shí)汽車(chē)最低車(chē)速(這里取為10km/h)。ua2——加速過(guò)程結(jié)束時(shí)車(chē)速，這里取為70km/h。從uamin到ua2的加速時(shí)間為加速度的倒數(shù)曲線下的面積。按圖解積分法，可將加速過(guò)程中的速度區(qū)間，劃分為若干間隔du(一般取du=1km/h)，逐個(gè)計(jì)算每個(gè)間隔內(nèi)的行駛時(shí)間t，i并將它們累加起來(lái)，即為所求。換檔點(diǎn)的確定在上述計(jì)算中涉及換檔點(diǎn)的確定，即要確定各換檔車(chē)速u(mài)a,從而發(fā)揮汽車(chē)最大加速?gòu)?qiáng)度考慮，應(yīng)以相鄰兩檔加速度曲線的交點(diǎn)作為最佳換檔點(diǎn)。因?yàn)閾Q檔時(shí)加速度相等則有TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"CA CATii“一(Gf+—d—u2)Tii"一(Gf+—d—u2)tq1g10T 21.15a，=tq2g20T'， 21.15a，Bm Bm12式中：i、i—相鄰兩檔的傳動(dòng)比；g1 g2T、T—換檔前后發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；tq1 tq2B、B—汽車(chē)質(zhì)量換算系數(shù)。12用數(shù)值方法解方程可求得換檔時(shí)刻的車(chē)速u(mài)。a注意：上述交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速如果超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率轉(zhuǎn)速n，則以n對(duì)應(yīng)的車(chē)pp速作為換檔點(diǎn)的車(chē)速。汽車(chē)爬坡度圖在計(jì)算汽車(chē)的爬坡度時(shí)，令Fj=0，則由汽車(chē)行駛方程式有:F=F-F+F)itfwGf+CAuGf+CAu2—D———21.15TiinGsina=tqg0Tr則有：

TiintqgTiintqg0_T-r(Gf+CAu2)—D——a-21.15a=arcsin由此式即可得到各檔的爬坡度圖，汽車(chē)的最大爬坡度imax為I檔時(shí)的最大爬坡度。汽車(chē)功率平衡圖汽車(chē)功率平衡方程式(式中功率單位為kW)如下：「 1 Gfu Giu CAu3 6mudu、P=——(+ a+—D——a+ a——)e n 3600 3600 76140 3600dtT以縱坐標(biāo)表示功率、橫坐標(biāo)表示車(chē)速，將發(fā)動(dòng)機(jī)功率P、汽車(chē)經(jīng)常遇到的阻力功率e1(P+P)對(duì)車(chē)速u(mài)的關(guān)系曲線繪制在坐標(biāo)圖上，即得汽車(chē)功率平衡圖。從功率平衡圖nfw aT上也可得到最高車(chē)速。主要燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計(jì)算與作圖汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要有等速行駛百公里油耗和多工況循環(huán)行駛百公里油耗。多工況循環(huán)行駛百公里油耗多工況循環(huán)模式通常包括等速段、加速段和減速段，應(yīng)分別計(jì)算后再累加起來(lái)。計(jì)算等速油耗1由車(chē)速u(mài)可計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n，以及汽車(chē)行駛時(shí)的阻力功率——(P+P)，根據(jù)等a nfwT速行駛車(chē)速u(mài)及阻力功率P,在萬(wàn)有特性圖上(利用插值法)可確定相應(yīng)的燃油消耗率b,a從而計(jì)算出以該車(chē)速等速行駛時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量Q(mL/s)tq二qt367.1y式中b—燃油消耗量，單位為g/(kW-h)；Y—燃油重度，汽油6.96?7.15N/L,柴油7.94?8.13N/L。百公里燃油消耗量Q(單位為mL/s)為sPbQ二 s 1.02u丫a加速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算按圖解積分法，把每一加速段分成若干個(gè)速度間隔AV(一般為1km/h),逐個(gè)計(jì)算每

個(gè)區(qū)間的燃油消耗量，并累加起來(lái)，即為一個(gè)加速段的油耗。首先，由勻加速段的初速度和末速度算出加速度du-（單位為m/s2）,再算出加速阻力Fdt j和各速度間隔的轉(zhuǎn)速n以及F、F，于是所需的驅(qū)動(dòng)力fwF=F+F+Ftfwj再計(jì)算夕，在汽車(chē)加速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)還要提供為克服加速阻力所消耗的功率。若加e速度為du（單位為m/s2），則發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率P（單位為kW）應(yīng)為T(mén)OC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"dt ec1GfuCAu36mudu、P=( a+—Da+a )en360076140 3600dtT由P、n查取g，進(jìn)而算出單位時(shí)間油耗Q；Au間隔內(nèi)的行駛時(shí)間為tee T idu\o"CurrentDocument"t=Au/(3.6——)i dt于是Au間隔內(nèi)的油耗QiQ=Q?t然后累加個(gè)勻加速段的油耗。STi然后累加個(gè)勻加速段的油耗。Q，即得i上述計(jì)算是把加速工況近似按穩(wěn)態(tài)工況計(jì)算的。實(shí)際上汽車(chē)加速時(shí)的油耗要比穩(wěn)態(tài)時(shí)高，因而計(jì)算油耗時(shí)可乘以一個(gè)非穩(wěn)態(tài)系數(shù)九。加速時(shí)取入=1.02?1.05，等速時(shí)九二1。計(jì)算減速段油耗減速段油耗為正常怠速油耗。減速時(shí)間t（單位為s）：u一ut=-a2 a3du3.6——dt式中u、u—減速段起始及終了車(chē)速，單位為km/h；a2 a3du 減速度，單位為m/s2。dt減速段燃油消耗量Q（單位為mL）為du—uQ= a3Qd“du丐3.6——

dt式中：Q——怠速油耗率，單位為mL/s。i從萬(wàn)有特性圖上查取ge有三種方法：1)將萬(wàn)有特性以矩陣(即數(shù)組)方式存入計(jì)算機(jī)，提取時(shí)根據(jù)P、n進(jìn)行插值計(jì)算。e仿照外特性的處理方法，將每一條負(fù)荷特性都用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合，得到數(shù)條不同轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性的擬合多項(xiàng)式。提取時(shí)若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷特性中給定的轉(zhuǎn)速不相等，可由相鄰兩條曲線用插值法求得。用多元線形回歸的方法對(duì)萬(wàn)有特性進(jìn)行曲面擬合，得到一個(gè)二維多項(xiàng)式：g=f(P,n)=f(P)+f(n)+f(P,n)。提取時(shí)，根據(jù)P、n計(jì)算出相應(yīng)的e e 1e2 3e eg。e整個(gè)多工況循環(huán)行駛百公里油耗QZQ ^Q二一-x100ss式中：ZQ——所有過(guò)程油耗量之和，單位為mL；s——整個(gè)循