汽车动力性与经济性研究解析

2024年3月4日发(作者：大众速腾怎么样口碑)

《汽车理论》课程设计

题 目：汽车动力性与经济性研究

姓 名：

班 级：

学 号：

指导教师：

日 期：

目 录

1、任务书 .......................................................................................... 3

1.1 参数表................................................................................... 3

1.2 任务列表 .............................................................................. 4

2、汽车动力性能计算 ...................................................................... 5

2.1 汽车发动机外特性计算 ...................................................... 5

2.2 汽车驱动力计算 .................................................................. 6

2.3 汽车驱动力-行驶阻力计算 ................................................ 7

2.4 汽车行驶加速度计算 ........................................................... 8

2.5 汽车最大爬坡度计算 ......................................................... 10

2.6 汽车动力特性 ..................................................................... 13

2.7 汽车动力平衡计算 ............................................................. 14

2.8 汽车等速百公里油耗计算 ................................................ 15

2.9小结 ....................................................................................... 16

1、任务书

姓名： 学号： 班级：

姓名： 学号： 班级：

荣威750 汽车参数如下：

1.1 参数表

表1 汽车动力性参数表

名称

发动机的最低转速nmin

装载质量

总质量

传动系机械效率

空气阻力系数×迎风面积

飞轮传动惯量

二后轮转动惯量

质心至前轴距离（满载）

变速器传动比ig

五档变速器

Ⅰ档

3.583

Ⅱ档

1.947

Ⅲ档

1.379

Ⅳ档

1.03

Ⅴ档

0.82

参数

600r/min

418kg

1985kg

0.85

0.484m2

0.218kgm2

1.75 kgm2

1.35m

名称

最高转速nmax

整车装备质量

车轮半径

滚动阻力系数

主减速器传动比

二前轮转动惯量

轴距

质心高（满载）

参数

6500r/min

1567kg

0.32145m

0.013

5.5

1.75 kgm2

2849 mm

0.6m

表2 汽车燃油经济性拟合系数表

N/（-1）

815

1207

1614

2012

2603

B0

1326.8

1354.7

1284.4

1122.9

1141.0

B1

-416.46

-303.98

-189.75

-121.59

-98.893

B2

72.379

36.657

14.524

7.0035

4.4763

B3

-5.8629

-2.0553

-0.51184

-0.18517

-0.091077

B4

0.17768

0.043072

0.0068164

0.0018555

0.00068906

3006

3403

3804

1051.2

1233.9

1129.7

-73.714

-84.478

-45.291

2.8593

2.9788

0.71113

-0.05138

-0.047449

-0.00075215

0.00035032

0.00028230

-0.000038568

表3 六工况循环参数表

工况

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

累积行程/m

50

200

450

625

875

1075

时间/s

7.2

16.7

22.5

14.0

18.0

19.3

累积时间7.2

23.9

46.4

60.4

78.4

97.7

车速（km.h-1）

25

25～40

40

40～50

50

50～25

说明

等速

匀加速度为0.25m/s2

等速

匀加速度为0.25m/s2

匀速

匀加速度为0.36m/s2

1.2 任务列表

根据上述参数确定：

1、发动机的外特性并画出相应的外特性图；

2、推导汽车的驱动力，并画出汽车的驱动力图；

3、计算汽车每档的阻力及驱动力，画出各档汽车驱动力—行驶阻力平衡图，求出每档的最高车速，最大爬坡度，通过分析确定汽车的动力性评价指标数值，并计算出最大爬坡度时的相应的附着率；

4、计算汽车行使的加速度，并画出加速度曲线；

5、计算汽车动力特性，画出动力特性图，求出每档的最高车速，最大爬坡度，利用动力特性分析确定汽车动力性评价指标数值；

6、自学汽车的功率平衡图，画出汽车功率平衡图，分析确定汽车的动力性评价指标数值

7、

画出最高档与次高档的等速百公里油耗曲线。

2、汽车动力性能计算

2.1 汽车发动机外特性计算

由于荣威750汽车发动机由试验台架测得的扭矩接近与抛物线，因此用式2-1近似的拟合发动机的外特性曲线。

2Ttq??0.（6n?3450）?195---------------------------------------------（2-1）

ua?0.377rn---------------------------------------------------------------------------（2-2）

igio-------------------------------------------------------------------------（2-3）

Ft?

Ttqigio?Tr通过计算及作图得：

外特性图142000Ttq/（N·m）功率Pe转矩TtqPe/Wn/(r/min)

图2-1 荣威750汽车用汽油机发动机外特性图

根据图2-1可知，在n=5300r/min时，该发动机具有最大功率Pemax，最大功率为92.3982kW，当转速继续增加时，功率会下降；在n=3500r/min时，具有最大扭矩Ttqmax，最大扭矩为194.98N·m，该发动机的最小稳定转速为600r/min，允许的最大转速为6500r/min

2.2 汽车驱动力计算

1）轮胎半径

r?① 驱动力为：

16?25.4?215?55%?2?0.32145m

2?1000?Ft??r??2Ttq??0.?（n?3450）?195??0.377rn?ua??igi0?Tqigi0?t?Ft?i0??t?igr??0.?(n?3450)2?195

② 行驶阻力为：

Ff?Fw?Gf?CDA20.4842ua?252.889?ua-------------------------（2-4）

21.1521.15根据上两式，绘制汽车驱动力图如下

驱动力图126Ft1Ft2Ft3Ft4Ft5Ft/Nua/（km/h）

图2-2 荣威750汽车驱动力图

根据图2-2可知，一档时，驱动力的极值为10160N。最高车速为40km/h。二档时，驱动力极值为5521N，最高车速为74km/h。三档时，驱动力的极值为3910N，最高车速为104km/h。四档时，驱动力的极值为2921N，最高车速为139km/h。五档时，驱动力的极值为2325N，最高车速为175km/h。

2.3 汽车驱动力-行驶阻力计算

① 驱动力为：

?Ft??r??2Tq??0.?（n?3450）?195??0.377rn?ua??igi0?Tqigi0?t?Ft?i0??t?igr??0.?(n?3450)2?195

② 行驶阻力为：

CDA20.4842Ff?Fw?Wf?ua?252.889?ua

21.1521.15③五档时滚动阻力为：

Ff?Wf?ua5ua54?f?fo?f（）?f（）?14100100??uu4??fo?0.01（a5）?0.002（a5）??Ff?19453?0.01?0.0027?（2-5）

100100???f1?0.0027?f4?0.002???根据上三式，绘制汽车驱动力图—行驶阻力平衡图如下

汽车驱动力—行驶阻力平衡图126ua/(km/h)图2-3 荣威750汽车驱动力—行驶阻力平衡图

Ft1Ft2Ft3Ft4Ft5Ff+FwFf

F/N

根据图2-3可知，Ft5曲线和Ff+Fw曲线的交点便是uamax为175km/h。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。从图1-23中还可以看出，当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力。这样，汽车就可以利用剩余的驱动力加速或爬坡。

2.4 汽车行驶加速度计算

①汽车加速度为：

a?1?Ft??Ff?Fw?? ----------------------------------------------------------------(2-6)

?m??1??1??2?ig2

?1??2?0.04

通过计算作图得：

加速度曲线3.532.521.510.50ⅠⅡⅢⅣⅤua/（km/h）图2-4 荣威750汽车加速度图

a/（m/s2）

加速度倒数曲线2.521/a1.510.5/a11/a21/a31/a4ua

图2-5 荣威750汽车加速度倒数图

由图2-4可以看出，高档位时的加速度要小些，Ⅰ档的加速度最大。加速器时间可用计算器进行积分计算或用图解积分法求出。图2-4中曲线的交点即是换挡的最佳时刻。图2-5曲线下两个速度区间的面积就是通过此速度区间的加速时间。

②原地起步加速时间

表1：

表二

1?Ft??Ff?Fw??

a??mt??ua2ua1ua31ua41ua511du??du??du??du -------------------------------- (2-7)

ua2ua3ua4aaaa2Ttq??0.（6n?3450）?195

仅上述公式计算得

t?11.54s

通过上诉的计算，汽车百公里加速时间为11.54s，在进行一般动力性分析而计算原地起步加速时间时，可以忽略原地起步时的离合器打滑过程，即假设在最初时刻，汽车已具有起步档位的最低车速来计算。加速过程中换挡时刻根据各档的a-ua曲线来确定。若Ⅰ档与Ⅱ档的加速度曲线有交点，显然为了获取最短加速时间，应在交点对应车速由Ⅰ档换Ⅱ档。若Ⅰ档与Ⅱ档加速度曲线不相交，则在Ⅰ档位加速度行驶至发动机转速达到最高转时换入Ⅱ档。

2.5 汽车最大爬坡度计算

Ttq——发动机最大转矩igc——变速器加速档传动比爬坡时加速档驱io——主减速器传动比

?t——传动系统传动效率RS——轮胎静力半径HGSTtq?tioigRsFiFt?194.9792N?m?0.85?5.5?3.583Ft1??10160.22387N0.32145车速

ua?0.377Rs?n0.32145m?3400r/min?0.377??20.91km/h

igcio3.583?5.5Ff?Gfcos??1985kg?9.8N/m?f?cos??19453fcos?

Ff——滚动阻力，f—滚动阻力系数，查表得f=0. 013

?Ff?19453?0.013?cos??252.889cos?

上坡时车速很小（20.91km/h）空气阻力Fw可忽略

坡度阻力Fi?Gsin??19453N?sin??19453sin?

加速阻力Fj=0

由驱动力——行驶阻力平衡公式Ft??F?Ff?FW?Fi?Fj得

Ft?Ff?Fi即Ttqigio?tRS?Gfcos??Gsin?

代入数据

10160.22387?252.889cos??19453sin?

令sin??t则cos??1?t2代入方程得

252.8891-t2?19453t?10160.22387两边同时平方，可化为

t??b?b2?4ac?0.533

2a即sin??0.511利用反三角函数求得??30.73?可知

最大爬坡度为59%

同理可得每档的爬坡度为

Ⅰ档

59%

Ⅱ档

28%

Ⅲ档

19 %

Ⅳ档

14%

Ⅴ档

11%

最大爬坡度时的附着率

计算最大爬坡度时附着力大小：

??Ghgdu?FZ1?FZs1?FZw2????gLdt???FX1?Ff2?Fw?Fi?fj?

?Ff2?Fw?Fi?Fj\'FX1?C?1??FZ1?G??hg??du??FZs1?FZw1???g????L???dt??????????在加速、上坡时，主要的行驶阻力加速阻力与坡度阻力，空气阻力与滚动阻力可忽略不计，故前驱动轮的附着率简化为

C?1?1??1??du??i????????Fi?Fj\'?cos???g??dt? (2-8)

??hh?G??g??du?b?1??1??du??g????FZs1???i????????g??L?dt?g???dt??LLcos???????????????

?1??1??du?式中，i???????可以理解为包含加速阻力在内的等效坡度，以q表示，则

???cos???g??dt?1???1?0.594????3.2?o???cos30.73??9.8?C??1.434 （2-9）

?1?1.350.6?1???1????0.594?3.2?????o2.8492.849?9.8cos30.73??????

综上所述：1.汽车每档的爬坡度为

Ⅰ档

59%

Ⅱ档

28%

Ⅲ档

19 %

Ⅳ档

14%

Ⅴ档

11%

2.最大爬坡度时的附着率为1.434

爬坡度图700ⅠⅡⅢⅣⅤi(%)ua/（km/h）

图2-6 荣威750汽车爬坡度图

汽车的最大爬坡度i%为59.517。为一档的最大爬坡度。随着档位的增加爬坡度i也相应的减小。图2-6为一紧凑型轿车的爬坡度图。显然，轿车的低档驱动力是用以获得好的加速性能的，所以计算中求得的爬坡度很大，完全超出了实际要求的爬坡能力。

2.6 汽车动力特性

① 汽车动力特性

Ft?Fw?duD????------------------------------------------------------------------------(2-10)

Ggdt

通过计算及作图得：

动力特性图0.60.50.40.30.20.10ⅠⅡⅢⅣⅤfua/(km/h)

图2-7 荣威750汽车动力特性图

通过动力特性图也可以分析汽车的动力性。在动力特性图上作滚动阻力系数曲线f—ua，显然f线与直接档D—ua曲线的交点即为汽车的最高速度。在求最大爬坡度时，du?0，故式（2-10）写成D???f?i，因此D曲线与f曲线间的距dt离就表示汽车的上坡能力。Ⅰ档时，坡度较大，此时imax?D1max?f之误差较大。2应用下式计算。D1max?fcos?max?sin?max用cos?max?1?sin?max代入上式，D整理后可得?maxD1max?f1?D21max?f2然后再根据tan?max?imax换算?arcsin21?fdug，这样也可求加速度值，再求出加?（D-f）dt?成最大爬坡度。加速时i=0所以速时间。

2.7 汽车动力平衡计算

①汽车功率为：

Pe?Ttqn9550------------------------------------------------------------------------(2-11)

②阻力功率为：

P?1?T?Pf?Pw?Ff?Fw?n5??1000?T--------------------------------------------(2-12)

通过计算并作图：

功率平衡图1400150200ua/（km/h）图2-8 荣威750汽车功率平衡图

ⅠⅡⅢⅣⅤ（Pf+Pw）/ηT

纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率Pe、汽车遇到的阻力功率1Pe/kW?T?Pf?Pw?对车速的关系曲线绘在坐标图上，即得汽车功率平衡图。功率曲线与阻力功率曲线的交点是良好水平路面上的汽车最高速度uamax。曲线与阻力功率交点上部分为在速度ua时汽车后备功率，下部分是阻力功率。

’

2.8 汽车等速百公里油耗计算

①计算百公里油耗量为：

Qs?Peb ---------------------------------------------------------------------------------------(2-13)

1.02ua?g234b?Bo?B1Pe?B2Pe?B3Pe?B4Pe表3:

-------------------------------------------------（2-14）

经计算作图得：

图2-9 荣威750汽车百公里油耗图

等速百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标。测出相隔的速度间隔下的等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，称为等速百公里燃油消耗量曲线。由图中可知在4档时，当速度为32km/h时耗油量最高。在五档时，当速度为40km/h时耗油量最高。

2.9小结

做了3个多礼拜的汽车理论课程设计。现在终于快完成了。回想起这几个礼拜做设计的，不禁感触万千。我想上课时认真听老师讲解对日后做设计帮助还是挺大的。我在做的时候就亲身体会到了这一点，上课时还算认真，然后等到着手设计时，轻松很多，思路也清晰明了。在做的过程中不免会碰到很多问题，好在我和我的同伴边做边一同讨论。两个人想不明白的就去讨教老师，立马得到了解决的方法。所以总的来说我们做设计的进度还是稳定渐进的。这次是我第一次用excel处理这么多的数据，刚上手时不知从何做起。但是在同学的帮助下，我马上掌握了该如何画图，如何计算。之后就越来越熟练了。有点遗憾的是，我们的图中没有汽车的最高速度交点。可能是原始数据中汽车的传动比5.5的问题。所以我们为了能得到交点，最后决定在算滚动阻力时放弃了它是固定值的算法，然后就增大了数值。

首次做出来的word文件很粗糙。如果刚打开看会让人觉得排版很乱。经过我们反复地修改和编排后有所改善。我们的想法是能做到一页一个章节，图片下面文字说明必须在一页里面，不能分开。这样做出来的word不管是谁一打开这个文件，就能够马上读懂文件的大体意思。其中我们在算百公里油耗、每档的最大爬坡度时会遇到蛮大的计算量。这时候我们就会事先安排好各自的计算量，然后最后一起做出答案。各司其职的方法让我们的动作效率大大提高。团队精神由此可见其重要性。

这次的课程设计是两人一小组的形式完成作业的。所以在此过程中团队精神非常重要。我和我的同伴在做的过程中你追我赶，建立起了良好的竞争势头。遇到问题时我们互帮互助，特别是在最后共同编排word文件时。由于我们事先做好的文件都不一样，所以在最后汇总时，两个人的合作是非常重要的。非常开心，最后出来的成果我们两个都很满意。