汽车动力性和经济性计算.doc

1、 摘 要汽车运用工程课程是交通运输本科专业的一门主干课程，而对于汽车来说，动力性与经济性是两个非常重要的指标，它们能综合反映出某一款车的性能高低。本文正是通过计算一款车（新瑞虎 1.6S MT 舒适型）的动力性能以及燃油经济性来确定该款车的性能是否得到充分发挥，同时利用计算机 VB 高级语言编程，以此为基础，对其传动系参数进行了优化，通过对优化前后整车性能的对比分析，判断是否达到在动力性能与燃油经济性之间达到一个较优平衡。相信通过这次的汽车运用工程课程设计，我将会更深层次地理解汽车各性能。AbstractAutomobile Application Engineering undergradu

2、ate curriculum is a transport main course, and for the car, power and economy are two very important indicators, which can comprehensively reflect the performance of a particular level of a car. This article is by calculating a car (new Tiggo 1.6S MT comfort) of the dynamic performance and fuel econ

3、omy to determine whether the performance of the car is brought into full play, while taking advantage of high-level computer programming language VB as a basis, its transmission parameters were optimized by comparing before and after optimization of vehicle performance, to determine whether the dyna

4、mic performance and fuel economy to achieve an optimal balance between. I believe that through the use of the automobile engineering course design, I will be a deeper understanding of the performance car.目录第一章 新瑞虎基本技术参数 11.1 各项汽车参数 11.2 变速器各档的速比 21.3 新瑞虎发动机外特性曲线 21.4 转矩与转速的关系曲线以及公式 31.5 油耗与转矩的关系曲线以及

5、公式 31.6 新瑞虎外形以及发动机外形图 5第二章 汽车动力性、经济性的设计计算 .52.1 汽车动力性的计算.62.1.1 驱动力、各种阻力数学模型的建立 62.1.2 最高车速和最大爬坡度的计算 72.1.3 加速度倒数曲线的绘制 82.1.4 绘制动力因素特性曲线 82.2 汽车经济性的计算.9第三 章 计算机动力性、经济性计算流程图 .103.1 计算机动力性的计算流程.103.2 计算机动力性的计算流程.11第三 章 计算机编程关于动力性和经济性的程序 124.1 驱动力-行驶阻力平衡 .1224.2 最大速度和最大爬坡度 .134.3 加速度倒数曲线 1554.4 动力因数曲线

6、1774.5 二挡起步加速速度-时间图 .1994.6 二挡起步加速距离-时间图 214.7 优化换挡的计算和分析 .234.8 等速百公里油耗计算 .25第五章 程序运行结果 .275.1 程序界面 .275.2 驱动力 阻力平衡图 .285.3 加速度倒数曲线图 .295.4 动力因素特性曲线 .305.5 二档起步加速速度 时间曲线图 .315.6 二档起步加速距离 时间曲线图 .325.7 优化连续换挡加速过程曲线图 .335.8 最大速度和最大爬坡度和等速百公里油耗值以及经济性分析曲线 .34参考文献 351第一章 新瑞虎基本技术参数1.1 各项汽车参数新瑞虎各项参数见表 1-1。表

7、 1-1 新瑞虎汽车参数项目 数值 单位装载质量 375 Kg整备质量 1403 Kg总质量 1778 Kg车轮半径 0.34295 m传动系效率 0.90滚动阻力系数 0.014空气阻力系数*迎风面积 0.28*2.05 m2主减速器速比 4.3125飞轮转动惯量 0.16 Kgm2两前轮转动惯量 1.6 Kgm2四后轮转动惯量 1.6 Kgm2轴距 2.51 m质心至前轴距离 1.463 m质心高度 0.58 m21.2 变速器各档的速比变速器各档位的变速比见表 1-2。表 1-2 变速器速比变速器 档 档 档 档 档 倒挡传动比 3 1.92 1.28 1 0.75 2.531.3 瑞虎

8、发动机外特性奇瑞新瑞虎发动机的外特性图见图 1-1。图 1-1 新瑞虎发动机 ACTECO-SQR481FG 外特性曲线图31.4 转速和扭矩的图形以及公式插值法所用的转速和扭矩数据见表 1-3，以及最后绘出的关系曲线图和公式见图1-2。表 1-3 转速与扭矩数据转速（r/min） 扭矩（N.m）1200 1602000 1773000 2004000 2105500 208图 1-2 扭矩与转速关系曲线图1.5 转速和燃油消耗率的图形以及公式插值法所用的转速和燃油消耗率所用的数据见表 1-4，得到的图形和公式见图 1-3。 表 1-4 转速与油耗数据转速 (r/min) 油耗（g/kw.h）

9、1500 2702000 2643000 2944000 3284500 3455500 3604图 1-3 油耗与转速关系曲线51.6 新瑞虎外形以及 ACTECO-SQR481FG 发动机外形图设计说明书中所用的汽车的外形图见图 1-4。图 1-4 奇瑞瑞虎外形图设计说明书中所涉及的汽车发动机的外形图见图 1-5。图 1-5 新瑞虎 ACTECO-SQR481FG 发动机外形6第二章 汽车动力性、经济性的设计计算2.1 汽车动力性的设计计算2.1.1 驱动力、各种阻力数学模型的建立（1）汽车行驶时的驱动力表达为：(N) （2-1）riTFtge/0式中：Ft驱动力(N)；Te发动机转矩(N

10、m)； T传动系的传动效率；ig变速器传动比；i0主减速器传动比；r车轮半径(m) （2）滚动阻力汽车行驶时的滚动阻力表达公式为：(N） （2-2）cosfGF式中：G汽车重力 G=mg，(N)；f汽车的滚动阻力系数；道路坡度角()。（3）空气阻力汽车行驶时的空气阻力表达公式为：(N) (2-3)15.2/aDAuCF式中：CD空气阻力系数；A迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积(m 2)；ua汽车行驶车速(km/h)。(4)坡道阻力汽车行驶时的坡度阻力表达公式为：（N） （2-4）sinGF式中： G汽车重力 G=mg(N)；道路坡度角()。7（5）加速阻力 汽车加速时的阻力表达式为：（N）

11、（2-5） dtumFj式中：汽车旋转质量换算系数，1；m汽车质量(kg)；du/dt汽车行驶加速度(m/s 2)。 主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关，其计算公式如下：(2-6)20211riImrTgfw式中：Iw车轮的转动惯量(kgm 2)；If飞轮的转动惯量(kgm 2)；若无法准确确定的 If和I w的值，按经验公式估算 值：（2-7）21gi式中： 1 2=0.030.05，则 =1.04+i gk2 （2-8）（7）根据以上的分析可得出汽车的行驶平衡方程式为:（2-9）jiwft FF即有： （2-10）dtumGiAuCriTaDge 15.220以上是

12、具体的推导过程，下面是有关数值的计算以及各特征曲线的绘制：2.1.2 最高车速和最大爬坡度的计算（1）最高车速 是最高档驱动力的曲线和行驶阻力曲线的交点，即maxu21.5DatfwCAuFGf8（2-11）对应的车速就是最高车速。最大爬坡度为一档的驱动力减去行驶阻力与汽车车自重的比:（2-12）（2-13）（2-14）（2-15）（2-16）2.1.3 加速度倒数曲线的绘制（2-17）（2-18）2.1.4 绘制动力因素特性曲线（2-19）（2-20）（2-21）2.2 汽车经济性的设计计算2021mriIrgfw()tfwduaFtjiwft FFgdtuGt tDsintashiGFii

13、()itfw)arcsin(mxGFift9此次计算的是汽车以 90km/h 行驶百公里的油耗(2-22)kmLubPaes10/,2.Q(2-23)360)15.2(36)( aaDajwf udtmAuCgffF对于汽油发动机， 。LN/15.79.10第三章 计算机动力性、经济性计算流程图3.1 计算机动力学计算流程计算动力性程序中所涉及的程序流程图见 3-1。yes饿死Va 存储数值计算二档加速时间将 f 存储计算 D、 i、jVa(i) 0 ThenText2.Text = Int(V)End IfNext n Next sFor n = 1000 To 6500 Step 1T =

14、 5 * (10 -10) * (n 3) - 1 * (10 -5) * (n 2) + 0.067 * n + 81.2Ft = (T * i(0) * i(1) * 0.9) / 0.34295V = (0.377 * 0.34295 * n) / (i(0) * i(1)f = 0.28 * 2.05 * (V 2) / 21.15 + 1788 * 9.8 * 0.014 * (1 + (V 2) / 19440)FFmax(1) = Ft - fIf FFmax(1) FFmax(0) ThenFFmax(0) = FFmax(1)ElseEnd IfNext nimax = FF

15、max(0) / (1778 * 9.8)Text4.Text = Format(0 & imax, “0.00“)End Sub转矩驱动力行驶阻力最大车速（ft-f ）最大值最大爬坡度154.3 加速度倒数曲线Private Sub Command3_Click()Dim a As SinglePicture1.ClsPicture1.Scale (-10, 12)-(230, -1)Picture1.Line (0, 0)-(220, 0)Picture1.Line (0, 0)-(0, 11)Picture1.CurrentX = 210Picture1.CurrentY = 0.5Pi

16、cture1.Print “v(km/h)“Picture1.CurrentX = 0.5Picture1.CurrentY = 11Picture1.Print “1/A(s2/m)“For a = 0 To 200 Step 20Picture1.Line (a, 0)-(a, 0.1)Picture1.CurrentX = aPicture1.CurrentY = -0.5Picture1.Print aNext aFor a = 1 To 10 Step 0.5Picture1.Line (0, a)-(1, a)Picture1.CurrentX = -10Picture1.Curr

17、entY = aPicture1.Print aNext ai(0) = 4.3125定义坐标系各挡速比及主减速比16i(1) = 3i(2) = 1.92i(3) = 1.28i(4) = 1i(5) = 0.75For c = 1 To 5 Step 1D(c) = 1 + (4 * 1.6 + i(c) 2 * i(0) 2 * 0.16) / (1778 * 0.34295 2)Next cFor s = 1 To 5 Step 1For n = 1000 To 6500 Step 1T = 5 * (10 -10) * (n 3) - 1 * (10 -5) * (n 2) + 0.

18、067 * n + 81.2Ft = (T * i(0) * i(s) * 0.9) / 0.34295V = (0.377 * 0.34295 * n) / (i(0) * i(s)f = 0.28 * 2.05 * (V 2) / 21.15 + 1778 * 9.8 * 0.014 * (1 + (V 2) / 19440)a = D(s) * 1778 / (Ft - f)If Ft - f = 0 ThenIf a = 0 ThenD = (Ft - f) / (1778 * 9.8)Picture1.PSet (V, D)Picture1.PSet (V, m)ElseEnd If

19、Next nNext sEnd Sub194.5 二挡起步加速速度-时间图Private Sub Command5_Click()Dim time As DoublePicture1.ClsPicture1.Scale (-1, 90)-(6, -3)Picture1.Line (0, 0)-(5, 0)Picture1.Line (0, 0)-(0, 85)Picture1.CurrentX = 5Picture1.CurrentY = 4Picture1.Print “t(s)“Picture1.CurrentX = 0.1Picture1.CurrentY = 85Picture1.Pr

20、int “v(km/h)“For a = 0 To 5 Step 0.5Picture1.Line (a, 0)-(a, 1)Picture1.CurrentX = aPicture1.CurrentY = -0.5Picture1.Print aNext aFor a = 10 To 85 Step 5Picture1.Line (0, a)-(0.05, a)Picture1.CurrentX = -0.2Picture1.CurrentY = aPicture1.Print aNext ai(2) = 1.92i(0) = 4.3125D(2) = 1.0844nmin = 20 * i

21、(0) * i(2) / 0.377 / 0.34295nmax = 80 * i(0) * i(2) / 0.377 / 0.34295定义坐标系各挡速比及主减速比21For n = nmin To nmax Step 1T = 5 * (10 -10) * (n 3) - 1 * (10 -5) * (n 2) + 0.067 * n + 81.2Ft = (T * i(0) * i(s) * 0.9) / 0.34295V = (0.377 * 0.34295 * n) / (i(0) * i(2)f = 0.28 * 2.05 * (V 2) / 21.15 + 1778 * 9.8

22、* 0.014 * (1 + (V 2) / 19440)a = (Ft - f) / (D(2) * 1778)time = (V - 20) / 3.6) / aPicture1.PSet (time, V)Next nText8.Text = Format(time, “0.0“)End Sub234.6 二挡起步加速距离-时间图Private Sub Command6_Click()Dim s As Double, time As DoublePicture1.ClsPicture1.Scale (-2, 230)-(11, -15)Picture1.Line (0, 0)-(10,

23、0)Picture1.Line (0, 0)-(0, 220)Picture1.CurrentX = 10Picture1.CurrentY = 8Picture1.Print “t(s)“Picture1.CurrentX = 0.1Picture1.CurrentY = 220Picture1.Print “S(m)“For a = 0 To 10 Step 1Picture1.Line (a, 0)-(a, 2)Picture1.CurrentX = aPicture1.CurrentY = -1Picture1.Print aNext aFor a = 10 To 220 Step 1

24、0Picture1.Line (0, a)-(0.1, a)Picture1.CurrentX = -0.5Picture1.CurrentY = aPicture1.Print aNext aI(2) = 1.92i(0) = 4.3125D(2) = 1.0844nmin = 20 * i(0) * i(2) / 0.377 / 0.34295nmax = 80 * i(0) * i(2) / 0.377 / 0.34295起始速度的对应转速加速对应转速24For n = nmin To nmax Step 1T = 5 * (10 -10) * (n 3) - 1 * (10 -5) *

25、 (n 2) + 0.067 * n + 81.2Ft = (T * i(0) * i(2) * 0.9) / 0.34295V = (0.377 * 0.34295 * n) / (i(0) * i(2)f = 0.28 * 2.05 * (V 2) / 21.15 + 1778 * 9.8 * 0.014 * (1 + (V 2) / 19440)a = (Ft - f) / (D(2) * 1778)time = (V - 20) / 3.6) / as = 20 * time + 0.5 * a * (time 2)Picture1.PSet (time, s)Next nText10

26、.Text = Format(s, “0.0“)End Sub加速度加速时间254.7 优化换挡的计算和分析Private Sub Command7_Click()Picture1.ClsPicture1.Scale (-20, 9000)-(300, -500)Picture1.Line (0, 0)-(280, 0)Picture1.Line (0, 0)-(0, 8500)Picture1.CurrentX = 275Picture1.CurrentY = 300Picture1.Print “v(km/h)“Picture1.CurrentX = 2Picture1.CurrentY

27、= 8500Picture1.Print “F(N)“For a = 0 To 280 Step 20Picture1.Line (a, 0)-(a, 80)Picture1.CurrentX = aPicture1.CurrentY = -100Picture1.Print aNext aFor A = 500 To 8500 Step 500Picture1.Line (0, a)-(2, a) Picture1.CurrentX = -15Picture1.CurrentY = aPicture1.Print aNext ai(0) = 4.3125i(1) = 3定义坐标系统26i(2

28、) = 1.92i(3) = 1.28i(4) = 1i(5) = 0.75For s = 1 To 5 Step 1For n = 1000 To 6500 Step 1T = 5 * (10 -10) * (n 3) - 1 * (10 -5) * (n 2) + 0.067 * n + 81.2Ft = (T * i(0) * i(s) * 0.9) / 0.34295V = (0.377 * 0.34295 * n) / (i(0) * i(s)f = 0.28 * 2.05 * (V 2) / 21.15 + 1778 * 9.8 * 0.014 * (1 + (V 2) / 194

29、40)Picture1.PSet (V, f)Picture1.PSet (V, Ft)Next nIf s = 4 ThenPicture1.CurrentX = V + 2Picture1.CurrentY = Ft + 10Picture1.Print Int(V)Picture1.Line (V, 0)-(V, Ft)ElseEnd IfNext sEnd Sub加速距离定义坐标系274.8 等速百公里油耗计算Private Sub Command8_Click()Dim ge As Double, nge As Double, p As DoublePicture1.ClsPictu

30、re1.Scale (-10, 200)-(350, -10)Picture1.Line (0, 0)-(300, 0)Picture1.Line (0, 0)-(0, 150)i(0) = 4.3125i(1) = 3i(2) = 1.92i(3) = 1.28i(4) = 1i(5) = 0.75For s = 1 To 5 Step 1For n = 1000 To 6500 Step 1T = 5 * (10 -10) * (n 3) - 1 * (10 -5) * (n 2) + 0.067 * n + 81.2ge = -4 * (10 -9) * (n 3) + 4 * (10

31、-5) * (n 2) - 0.115 * n + 358.4qs = (i(0) * i(s) * T * ge) / (3672 * 0.34295 * 7)V = (0.377 * 0.34295 * n) / (i(0) * i(s)Picture1.PSet (V, qs)Next nNext sV = 90nge = 20 * i(0) * i(5) / 0.377 / 0.34295f = 0.28 * 2.05 * (V 2) / 21.15 + 1778 * 9.8 * 0.014 * (1 + (V 2) / 19440)p = f * V / 3600ge1 = p / 0.9比油耗曲线90km/h 下的比油耗28ge = -4 * (10 -9) * (n 3) + 4 * (10 -5) * (n 2) - 0.115 * n + 358.4qs = ge1 * ge / (1.02 * V * 7)Text6.Text = Format(qs, “0.0“)End Sub等速油耗