湖北汽车工业学院Hubei Automotive Industries Institute课程设计说明书课程名称汽车理论设计题目汽车动力性班号专业车辆工程学号学生姓名指导教师(签字)起止日期 2011 年 7 月 4 日—— 2011 年 7 月 9 日目录1.设计任务及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12.车辆参数 (2)3.汽车动力性能计算............. ..... ...................3.1驱动力-行驶阻力平衡图......................3.2最高转速Ｕamax.......................3.3加速时间t...............................3.4汽车加速度倒数图...............................3.5汽车加速时间图...............................3.6汽车爬坡度图...............................3.7汽车动力特性图．...............................3.8汽车功率平衡图..................................4.GUI界面设计........................................5.归纳与总结........................................6.参考文献......................................在汽车设计中和改进中,需对样车的性能进行预测、评价、多方案选优或进行传动系的优化匹配,这些都必须进行汽车动力性(E-P性能)的计算。
如采用手算并在坐标纸上作图，工作量大，费时费力，而且手算和作图误差较大，易出错。
考虑到计算机在当前设计工作中的普遍应用，有必要利用计算机编程序进行模拟计算，以方便迅速得到具有相当精确度的数据和图形。
1．设计任务及要求1.1设计任务采用ＭＡＴＬＡＢ软件，编制程序对汽车的动力性能进行计算，有关参数可参考《汽车理论》Ｐ272习题1.3。
要求得到以下数据和图形：数据：１．最高车速Ｕmax;２．加速时间t；３．最大爬坡度imax；图形：１．驱动力阻力平衡力；２．汽车加速时间曲线；３．汽车的爬坡度图；４．动力特性图；５．功率平衡图；最终根据上述的设计计算，进行GUI界面设计。
1.2设计要求程序应满足以下要求：１．在给定了足够参数时能自动计算得到以上所有数据和图形，并能保证一定的计算精度；２．程序具有一定的通用性，能尽量满足多种车型动力性能计算的要求；３．界面友好，使用灵活方便；４．课程设计完成后，将所有的同课程设计有关的计算机文件保存在自建的以“班号＋学号＋姓名的文件中”；二. 车辆数据以《汽车理论》习题1.3车辆数据为例设计程序进行绘图计算。
已知某一轻型车的有关数据：汽油发动机使用外特性的T q —n 曲线的拟合公式为： T q = -19.313+295.27（1000n ）-165.44(1000n )2+40.874（1000n ）3-3.8445（1000n ）4式（2.1）发动机的最低转速m in n =600（r/min ）； 最高转速m ax n =4000（r/min ）； 装载质量m1=2000； 整车整备质量m2=1800; 总质量m3=3880; 车轮半径r=0.367;传动系机械效率：ηt=0.85； 滚动阻力系数f=0.013； 空气阻力系数*迎风面积C D A=2.77; 主减速器传动比I 0=5.83； 飞轮转动惯量I f =0.218; 二前轮转动惯量比I 1w =1.798； 四后轮转动惯量比I 2w =3.598； 轴局距L=3.2； 质心至前轴距高a=1.947; 质心高h g =0.9;表2.1 变速器传动比3．汽车动力性计算3.1驱动力——行驶阻力平衡图为全面地评价汽车在各个挡位和不同车速下的动力性，需要绘制驱动力——行驶阻力平衡图（动力特性曲线），以便清晰地表明汽车行驶时的受力情况及其平衡关系。
汽车的驱动力（单位为N ）为： Ft=ri i T g tq 0ηt (3.1)式中，Ft 为汽车的驱动力；tq T 为对应于每一个汽车转速的汽车转矩；g i 为汽车的减速器传动比；0i 汽车的主减速器比；ηt 汽车的传动效率；r 汽车的车轮半径；在动力性计算中，目前一般采用稳态工况时发动机台架实验所得到的使用外特性中的功率与转矩曲线（常为采用最小二乘法拟合得到的多项式）。
tq T =k k n a n a n a a ...2210+++ (3.2)式中，n 代表汽车转速；拟合阶数k 随特性曲线而异，一般在2，3，4，5中选取。
这里选取k=4。
汽车在良好路面上行驶时经常遇到的滚动阻力f F 和空气阻力w F 为 f F +w F =Gf+215.21a D u A C （3.3） 其中车速a u （km/h ）与发动机转速n (r/min)之间的关系为a u =0.377i i rng (3.4) 在程序中，二重循环计算各档位下发动机最底转速m in n 到最高转速m ax n 对应的驱动力，并连接成线即得到驱动力图（Ft —a u ）;计算I 档最底转速到发动机最高转速nmax 所对应的阻力，连接成线即得到阻力曲线（（w F +f F ）—a u ）。
绘制四挡和五挡车驱动力-行驶阻力平衡图如图3.1.a 和3.1.b 所示。
图3.1.a四挡车驱动力——行驶阻力平衡图图3.1.b五挡车驱动力——行驶阻力平衡图3.2确定最高车速上图是五挡车驱动力-行驶阻力平衡图。
由上图可以清晰的看出不同车速的时候驱动力和行驶阻力之间的关系。
汽车以最高档行驶时的最高车速，可以直接由Ft4与F 的交点取得。
因为此时驱动力和行驶阻力相等，汽车处于稳定的平衡状态。
由图中和计算可知，五档变速箱情况下最大车速为98.7km/h 。
3.3加速时间t加速时间可以用计算机进行积分计算或用图解积分法求出。
加速时间分为原地加速时间（0-70Km/h ）和超车加速时间(40-70Km/h) 具体结果见下面3.5汽车加速时间图。
3.3.1数学表达式[])(1f w t F F F mdt du +-=δ （设F i =0） (3.3.1.1 ) (3.3.1.2 )其中(3.3.1.3 )3.3.2换档点的确定加速过程中的换挡时刻可根据各挡的a-ua 曲线来确定。
若一挡与二档加速度曲线有交点，显然应在交点对应车速换挡。
若两曲线不相交，则应在一挡加速行驶到发动机转速最高时换入二挡。
3.4汽车加速度倒数图绘制四挡和五挡车加速度倒数曲线图如图下图所示⎰=211a a u u jdu a t duF F F mt a a u u w f t ⋅+-⋅=⎰2min)]([6.3δ0377.0i i rnu g a =从图中可见加速到70km/h,从一档到四档即可完成，且各档加速度的倒数无交点。
积分过程可从速度为零，用一档的加速度倒数积分到一档的最高车速，再用二档的加速度倒数从速度一档的最高车速积分到二档的最高车速，以此类推。
由于速度由0~70km/h,速度间隔通常取1，与初始计算的加速度并不对应，此时的加速度可用插值函数，如： ac=interp1(ua1,ac1,u,'spline');3.5汽车加速时间图 3.5.1数学表达式可由以下公式计算加速时间（3.5.1.1）（3.5.1.2）（3.5.1.3）)]([1w f t F F F mdt du +-=δ⎰=211a a u u jdu a t duF F F mt a a u u wft⋅+-⋅=⎰2min )]([6.3δ由以下程序：t(1)=0;ii=2;for uu=10:1:70; if uu<max(ua1); a1=interp1(ua1,y1,uu,'spline'); t(ii)=t(ii-1)+a1./3.6; elseif uu>max(ua1)&uu<max(ua2) a2=interp1(ua2,y2,uu,'spline'); t(ii)=t(ii-1)+a2./3.6; elseif uu>max(ua2)&uu<max(ua3) a3=interp1(ua3,y3,uu,'spline'); t(ii)=t(ii-1)+a3./3.6; elseif uu>max(ua3)&uu<max(ua4) a4=interp1(ua4,y4,uu,'spline'); t(ii)=t(ii-1)+a4./3.6;end ii=ii+1; end tmax=t(end)四档车： 原地起步 tmax = 25.3926超车加速 tmax = 23.9686五档车： 原地起步 tmax = 24.7156 超车加速 tmax = 23.9686 3.6汽车爬坡度图 3.6.1汽车爬坡度的定义汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上克服Ft+Fw 后的余力全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度。
3.6.2数学表达式()w f t i F F F F +-= (3.6.2.1 )⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=15.21sin 20a D Tg tq Au C Gf ri i T G ηα (3.6.2.2 )GAu C Gf ri i T a D Tg tq ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=15.21arcsin20ηα (3.6.2.3 )3.7汽车动力特性图 3.7.1动力特性图定义汽车在各档下的动力因数与车速的关系称为动力特性图，在图上，滚动阻力系数f-ua 与直接挡D-ua 曲线的交点即为汽车的最高车速。
3.7.2数学公式将汽车行驶方程两边除以汽车重力并整理如下：dt duG F F w t δδ+ψ=- (3.7.2.1 ) GF F D wt -=(3.7.2.2 )绘制四挡和五挡车加速度倒数曲线图如图下图所示由图可得，采用五挡变速器时最高爬坡度为：imax=34.5%。
3.8汽车功率平衡图 3.8.1汽车功率平衡图的定义汽车行驶时的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动损失的功率与全部运动阻力所消耗的功率。
以纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率，汽车遇到的阻力功率对车速的关系曲线绘在坐标图上，即得到汽车功率平衡图。
3.8.2数学表达式)36007614036003600(13dtdu mu Au C Giu Gfu P a aD a a T e δη+++= (3.8.2.1 )3.8.3．绘制四挡和五挡车功率平衡图曲线图的主要程序以四挡车为例如下： n=600:50:4000; x=length(n);[n1,ig1]=meshgrid(n,ig);ua=0.377*r*n1./(ig1*i0);ua1=0:ua(end,end)/(x-1):ua(end,end); n2=n1/1000;Tq=-19.313+295.27*n2-165.44*n2.^2+40.874*n2.^3-3.8445*n2.^4Ttq=Tq(1,:);[Ttq1,ig2]=meshgrid(Ttq,ig);deta=1+(Iw1+Iw2)/(m*r^2)+(If0.*ig.^2*i0^2*nt)/(m*r^2);F=Ttq1.*ig2*i0*nt/r;Fz=G*f+CdA*ua.^2/21.15;Fz1=G*f+CdA*ua1.^2/21.15;Fx=F-Fz;Fx1=F(1,:)-Fz1;Fx2=F(2,:)-Fz1;Fx3=F(3,:)-Fz1;Fx4=F(4,:)-Fz1;xt=deta.*m;Pe=Tq.*n1/9550;Pe0=(1/nt)*((G*f.*ua1)/3600+(CdA.*ua1.^3)/76140);绘制四挡和五挡车功率平衡图曲线图如下图所示4.GUI界面设计可按照以下步骤进行：1.创建GUI2.设计主界面3.参数设计和导入用到以下语句以上点击Callback弹出以下界面输入链接名 untitled14.显示结果5.归纳与总结在这段日子里课程设计，我学习到很多的知识，不仅可以巩固之前学习到的理论知识，而且又熟悉了学习到书本上没有学习过的知识。