汽车理论xhf.docx
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汽车理论xhf
机械学院车辆工程020500244许华峰
汽车理论大作业
1.3、确定一轻型货车的动力性能，5档变速器.
1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。
2）求汽车的最高车速、最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。
3）绘制汽车行驶加速倒数曲线，用图解积分法求汽车有1档起步加速行驶至70km/h的车速－时间曲线，或者用计算机求汽车用1档起步加速至70km/h的加速时间。
轻型货车的有关数据：
汽油发动机使用外特性的Tq—n曲线的拟合公式为
式中,Tq为发功机转矩（N·m）；n为发动机转速（r／min）。
发动机的最低转速nmin=600r/min，最高转速nmax=4000r／min
装载质量2000kg
整车整备质量1800kg
总质量3880kg
车轮半径0.367m
传动系机械效率 ηт＝0.85
波动阻力系数 f＝0.013
空气阻力系数×迎风面积 CDA＝2.77
主减速器传动比 i0＝5.83
飞轮转功惯量If＝0.218kg
二前轮转动惯量Iw1＝1.798kg·
四后轮转功惯量Iw2＝3.598kg·
变速器传动比ig（数据如下表）
轴距 L＝3.2m
质心至前铀距离（满载） α＝1.947m
质心高（满载） hg＝0.9m
解答：
1）五档
行驶阻力为
：
绘制驱动力与行驶阻力平衡图
%绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图
nmin=600;%发动机的最低转速
nmax=4000;%发动机的最高转速
n=nmin:
1:
nmax;%发动机的转速变化向量
me=2000;%汽车的装载质量
m0=1800;%汽车的整车装备
ma=3880;%汽车的总质量
g=9.81;%重力加速度
r=0.367;%汽车的车轮半径
nT=0.85;%传动系机械效率
f=0.013;%滚动阻力系数
CdA=2.77;%空气阻力系数*迎风面积
i0=5.83;%主减速器传动比
If=0.218;%飞轮转动惯量
Iw1=1.798;%二前轮转动惯量-
Iw2=3.598;%四后轮转动惯量
ig1=5.56;%变速器一档传动比
ig2=2.769;%变速器二档传动比
ig3=1.644;%变速器三档传动比
ig4=1;%变速器四档传动比
ig5=0.793;%变速器五档传动比
%以下为发动机使用外特性曲线的拟合公式
Ttq=-19.313+295.27*（n/1000）-165.44*（n/1000）.^2+40.874*（n/1000）.^3-3.8445*（n/1000）.^4
%绘制变速器处于一档时汽车的驱动力曲线
ua1=0.377*r*n/（ig1*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
plot（ua1,Ft1,'b','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
holdon;%保证所有的曲线都绘制在同一张图上
%绘制变速器处于二档时汽车的驱动力曲线
ua2=0.377*r*n/（ig2*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
plot（ua2,Ft2,'g','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于三档时汽车的驱动力曲线
ua3=0.377*r*n/（ig3*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
plot（ua3,Ft3,'r','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于四档时汽车的驱动力曲线
ua4=0.377*r*n/（ig4*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
plot（ua4,Ft4,'y','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于五档时汽车的驱动力曲线
ua5=0.377*r*n/（ig5*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft5=Ttq*ig5*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
plot（ua5,Ft5,'m','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制汽车的行驶阻力曲线
ua=0:
0.1:
120;
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua.^2/21.15;
plot（ua,Ff+Fw,'black','linewidth',1）;
title（'汽车驱动力与行驶阻力平衡图'）;
xlabel（'ua（km/h）'）;
ylabel（'F（N）'）;
gridon;
legend（'一档蓝色','二档绿色','三档红色','四档黄色','五档粉红色','行驶阻力黑色'）;
绘制加速度曲线
%绘制汽车行驶加速度曲线
nmin=600;%发动机的最低转速
nmax=4000;%发动机的最高转速
n=nmin:
1:
nmax;%发动机的转速变化向量
me=2000;%汽车的装载质量
m0=1800;%汽车的整车装备
ma=3880;%汽车的总质量
g=9.81;%重力加速度
r=0.367;%汽车的车轮半径
nT=0.85;%传动系机械效率
f=0.013;%滚动阻力系数
CdA=2.77;%空气阻力系数*迎风面积
i0=5.83;%主减速器传动比
If=0.218;%飞轮转动惯量
Iw1=1.798;%二前轮转动惯量-
Iw2=3.598;%四后轮转动惯量
ig1=5.56;%变速器一档传动比
ig2=2.769;%变速器二档传动比
ig3=1.644;%变速器三档传动比
ig4=1;%变速器四档传动比
ig5=0.793;%变速器五档传动比
%以下为发动机使用外特性曲线的拟合公式
Ttq=-19.313+295.27*（n/1000）-165.44*（n/1000）.^2+40.874*（n/1000）.^3-3.8445*（n/1000）.^4
%绘制变速器处于一档时汽车的加速度线
ua1=0.377*r*n/（ig1*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua1.^2/21.15;
v1=1+（Iw1+Iw2）/（ma*r*r）+If*ig1*ig1*i0*i0*nT/（ma*r*r）;
a1=（Ft1-（Fw+Ff））/（ma*v1）;
plot（ua1,a1,'b','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
holdon;%保证所有的曲线都绘制在同一张图上
%绘制变速器处于二档时汽车的加速度线
ua2=0.377*r*n/（ig2*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua2.^2/21.15;
v2=1+（Iw1+Iw2）/（ma*r*r）+If*ig2*ig2*i0*i0*nT/（ma*r*r）;
a2=（Ft2-（Fw+Ff））/（ma*v2）;
plot（ua2,a2,'g','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于三档时汽车的加速度线
ua3=0.377*r*n/（ig3*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua3.^2/21.15;
v3=1+（Iw1+Iw2）/（ma*r*r）+If*ig3*ig3*i0*i0*nT/（ma*r*r）;
a3=（Ft3-（Fw+Ff））/（ma*v3）;
plot（ua3,a3,'r','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于四档时汽车的加速度线
ua4=0.377*r*n/（ig4*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua4.^2/21.15;
v4=1+（Iw1+Iw2）/（ma*r*r）+If*ig4*ig4*i0*i0*nT/（ma*r*r）;
a4=（Ft4-（Fw+Ff））/（ma*v4）;
plot（ua4,a4,'b','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于五档时汽车的加速度线
ua5=0.377*r*n/（ig5*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft5=Ttq*ig5*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua5.^2/21.15;
v5=1+（Iw1+Iw2）/（ma*r*r）+If*ig5*ig5*i0*i0*nT/（ma*r*r）;
a5=（Ft5-（Fw+Ff））/（ma*v5）;
plot（ua5,a5,'black','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
ua=0:
0.1:
150;
title（'汽车的行驶加速度曲线'）;
xlabel（'ua（km/h）'）;
ylabel（'a（m/s.^2）'）;
gridon;
绘制动力因素曲线
%绘制汽车行驶动力因素曲线
nmin=600;%发动机的最低转速
nmax=4000;%发动机的最高转速
n=nmin:
1:
nmax;%发动机的转速变化向量
me=2000;%汽车的装载质量
m0=1800;%汽车的整车装备
ma=3880;%汽车的总质量
g=9.81;%重力加速度
r=0.367;%汽车的车轮半径
nT=0.85;%传动系机械效率
f=0.013;%滚动阻力系数
CdA=2.77;%空气阻力系数*迎风面积
i0=5.83;%主减速器传动比
If=0.218;%飞轮转动惯量
Iw1=1.798;%二前轮转动惯量-
Iw2=3.598;%四后轮转动惯量
ig1=5.56;%变速器一档传动比
ig2=2.769;%变速器二档传动比
ig3=1.644;%变速器三档传动比
ig4=1;%变速器四档传动比
ig5=0.793;%变速器五档传动比
%以下为发动机使用外特性曲线的拟合公式
Ttq=-19.313+295.27*（n/1000）-165.44*（n/1000）.^2+40.874*（n/1000）.^3-3.8445*（n/1000）.^4
%绘制变速器处于一档时汽车的动力因素线
ua1=0.377*r*n/（ig1*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua1.^2/21.15;
D1=（Ft1-Fw）/（ma*g）;
plot（ua1,D1,'b','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
holdon;%保证所有的曲线都绘制在同一张图上
%绘制变速器处于二档时汽车的动力因素线
ua2=0.377*r*n/（ig2*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua2.^2/21.15;
D2=（Ft2-Fw）/（ma*g）;
plot（ua2,D2,'g','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于三档时汽车的动力因素线
ua3=0.377*r*n/（ig3*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua3.^2/21.15;
D3=（Ft3-Fw）/（ma*g）;
plot（ua3,D3,'r','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于四档时汽车的动力因素线
ua4=0.377*r*n/（ig4*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua4.^2/21.15;
D4=（Ft4-Fw）/（ma*g）;
plot（ua4,D4,'y','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于五档时汽车的动力因素线
ua5=0.377*r*n/（ig5*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft5=Ttq*ig5*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua5.^2/21.15;
D5=（Ft5-Fw）/（ma*g）;
plot（ua5,D5,'m','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制汽车的行驶阻力曲线
ua=0:
0.01:
120;
f=0.0076+0.000056.*ua;
plot（ua,f,'black','linewidth',1）;
title（'汽车动力因素曲线'）;
xlabel（'ua（km/h）'）;
ylabel（'a（m/s.^2）'）;
axis（[0,120,0,0.4]）;
gridon;
legend（'一档蓝色','二档绿色','三档红色','四档黄色','五档粉红色','滚动阻力黑色'）;
绘制功率平衡图
%绘制汽车功率曲线
nmin=600;%发动机的最低转速
nmax=4000;%发动机的最高转速
n=nmin:
1:
nmax;%发动机的转速变化向量
me=2000;%汽车的装载质量
m0=1800;%汽车的整车装备
ma=3880;%汽车的总质量
g=9.81;%重力加速度
r=0.367;%汽车的车轮半径
nT=0.85;%传动系机械效率
f=0.013;%滚动阻力系数
CdA=2.77;%空气阻力系数*迎风面积
i0=5.83;%主减速器传动比
If=0.218;%飞轮转动惯量
Iw1=1.798;%二前轮转动惯量-
Iw2=3.598;%四后轮转动惯量
ig1=5.56;%变速器一档传动比
ig2=2.769;%变速器二档传动比
ig3=1.644;%变速器三档传动比
ig4=1;%变速器四档传动比
ig5=0.793;%变速器五档传动比
%以下为发动机使用外特性曲线的拟合公式
Ttq=-19.313+295.27*（n/1000）-165.44*（n/1000）.^2+40.874*（n/1000）.^3-3.8445*（n/1000）.^4
%绘制变速器处于一档时汽车的功率曲线
ua1=0.377*r*n/（ig1*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Pe1=（Ft1.*ua1）./（nT.*3600）;
plot（ua1,Pe1,'b','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
holdon;%保证所有的曲线都绘制在同一张图上
%绘制变速器处于二档时汽车的功率曲线
ua2=0.377*r*n/（ig2*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Pe2=Ft2.*ua2./（nT*3600）;
plot（ua2,Pe2,'g','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于三档时汽车的功率曲线
ua3=0.377*r*n/（ig3*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Pe3=Ft3.*ua3./（nT*3600）;
plot（ua3,Pe3,'r','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于四档时汽车的功率曲线
ua4=0.377*r*n/（ig4*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Pe4=Ft4.*ua4./（nT*3600）;
plot（ua4,Pe4,'y','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于五档时汽车的功率曲线
ua5=0.377*r*n/（ig5*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft5=Ttq*ig5*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Pe5=Ft5.*ua5./（nT*3600）;
plot（ua5,Pe5,'m','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制阻力功率曲线
ua=0:
0.1:
120;
pf=（ma*g*f）*ua./3600;
pw=（CdA*ua.^2./21.15）.*ua./3600;
plot（ua,（pf+pw）,'black','linewidth',1）;
title（'汽车的功率曲线'）;
xlabel（'ua（km/h）'）;
ylabel（'P（KW）'）;
gridon;
legend（'一档蓝色','二档绿色','三档红色','四档黄色','五档青色','阻力黑色'）;
绘制附着力曲线
%绘制汽车附着力曲线
L=3.2;%轴距
a=1.947;%质心至前轴距离（满载）
b=L-a;%质心到后轴距离
hg=0.9;%质心高（满载）
nmin=600;%发动机的最低转速
nmax=4000;%发动机的最高转速
n=nmin:
1:
nmax;%发动机的转速变化向量
me=2000;%汽车的装载质量
m0=1800;%汽车的整车装备
ma=3880;%汽车的总质量
g=9.81;%重力加速度
r=0.367;%汽车的车轮半径
nT=0.85;%传动系机械效率
f=0.013;%滚动阻力系数
CdA=2.77;%空气阻力系数*迎风面积
i0=5.83;%主减速器传动比
If=0.218;%飞轮转动惯量
Iw1=1.798;%二前轮转动惯量-
Iw2=3.598;%四后轮转动惯量
ig1=5.56;%变速器一档传动比
ig2=2.769;%变速器二档传动比
ig3=1.644;%变速器三档传动比
ig4=1;%变速器四档传动比
ig5=0.793;%变速器五档传动比
%以下为发动机使用外特性曲线的拟合公式
Ttq=-19.313+295.27*（n/1000）-165.44*（n/1000）.^2+40.874*（n/1000）.^3-3.8445*（n/1000）.^4
%绘制变速器处于一档时汽车的附着力曲线
ua1=0.377*r*n/（ig1*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft1=Ttq*ig1*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua1.^2/21.15;
a1=（Ft1-（Fw+Ff））/ma;
A1=asin（（Ft1-（Ff+Fw））/（ma*g））;
i1=tan（A1）;
q1=i1+a1./（g*cos（A1））;%等效坡度
C1=q1./（a/L+（hg*q1）/L）;%后轮加速时的附着力
plot（ua1,C1,'b','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
holdon;%保证所有的曲线都绘制在同一张图上
%绘制变速器处于二档时汽车的附着力曲线
ua2=0.377*r*n/（ig2*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft2=Ttq*ig2*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua2.^2/21.15;
a2=（Ft2-（Fw+Ff））/ma;
A2=asin（（Ft2-（Ff+Fw））/（ma*g））;
i2=tan（A2）;
q2=i2+a2./（g*cos（A2））;%等效坡度
C2=q2./（a/L+（hg*q2）/L）;%后轮加速时的附着力
plot（ua2,C2,'g','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于三档时汽车的附着力曲线
ua3=0.377*r*n/（ig3*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft3=Ttq*ig3*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua3.^2/21.15;
a3=（Ft3-（Fw+Ff））/ma;
A3=asin（（Ft3-（Ff+Fw））/（ma*g））;
i3=tan（A3）;
q3=i3+a3./（g*cos（A3））;%等效坡度
C3=q3./（a/L+（hg*q3）/L）;%后轮加速时的附着力
plot（ua3,C3,'y','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于四档时汽车的附着力曲线
ua4=0.377*r*n/（ig4*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft4=Ttq*ig4*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua4.^2/21.15;
a4=（Ft4-（Fw+Ff））/ma;
A4=asin（（Ft4-（Ff+Fw））/（ma*g））;
i4=tan（A4）;
q4=i4+a4./（g*cos（A4））;%等效坡度
C4=q4./（a/L+（hg*q4）/L）;%后轮加速时的附着力
plot（ua4,C4,'b','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
%绘制变速器处于五档时汽车的附着力曲线
ua5=0.377*r*n/（ig5*i0）;%此时发动机转速对应的车速
Ft5=Ttq*ig5*i0*nT/r;%汽车的驱动力计算
Ff=ma*g*f;
Fw=CdA*ua5.^2/21.15;
a5=（Ft5-（Fw+Ff））/ma;
A5=asin（（Ft5-（Ff+Fw））/（ma*g））;
i5=tan（A5）;
q5=i5+a5./（g*cos（A5））;%等效坡度
C5=q5./（a/L+（hg*q5）/L）;%后轮加速时的附着力
plot（ua5,C5,'black','linewidth',1）;%绘制曲线命令，可以设置颜色、线宽等
title（'汽车的附着力曲线'）;
xlabel（'ua（km/h）'）;
ylabel（'C'）;
gridon;
2）⑴最高车速：
有
分别代入
和
公式：
把
的拟和公式也代入可得：
n>4000
而
r/min
∴
Km/h
⑵最大爬坡度：
挂Ⅰ档时速度慢，
可忽略：
=0.352
（3）克服该坡度时相应的附着率
忽略空气阻力和滚动阻力得：
3）①绘制汽车行驶加速倒数曲线（已装货）：
（
为动力因素）
Ⅱ时，
由以上关系可由计
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