传统汽车与电动车的比较数学建模之令狐文艳创作Word文档下载推荐.docx

1、参赛队员 （签名） ： 队员1： 徐 杨 队员2： 龚 碧 队员3： 于智勇 武汉工业与应用数学学会第五届华中地区大学生数学建模邀请赛组委会编 号 专 用 页选择的题号： A 参赛的编号： 9000007 （以下内容参赛队伍不需要填写） 竞赛评阅编号： 题目： 不同动力汽车的模型评价 【摘 要】 在现在的高科技条件下越来越多的新技术应用到汽车上,特别是汽车的动力系统的技术日新月异,为了节约能源,保护环境,建设节约型社会,用电力作为动力系统的汽车越来越多。不仅现在有单独以电力作为动力的汽车，而且出现了电力燃油混合动力的汽车。为了研究传统汽车、电动汽车和混合动力汽车的能量利用效率，使用费用以及经济

2、效益，我们需要建立相关的模型，定量地衡量它们，从而科学详细地分析现在新动力汽车在能量利用率以及经济上的优势。问题一：根据现有的三类车辆的油耗电耗数据，建立相应的能耗模型，联系实际做出相应的问题解答。问题二，从使用成本的角度建立三类车的使用成本模型，首先应该明确汽车使用成本所包含的范围，我们根据实际情况确定了汽车的使用成本主要包括汽车的维修和保养费用、保险费以及燃料花费。汽车的维修费用因车而异难以确定，因此我们考虑是否可由这三类汽车的购买价格以及故障率进行实际数据的拟合得出，得出模型后经过和实际数据的对比发现和实际情况拟合得很好，然后问题的解答顺理成章。问题三，实际是问题二的特殊情况，需要具体选

3、取三类汽车，对其使用成本进行比较和分析，为了使比较结果更具有代表性，我们选取相同品牌的市场占有率较高的三款车型进行研究，然后结合实际情况就可以对三种动力方案进行评价，也可以反过来对我们所建立的模型进行评价。问题四，这个问题与实际结合得最为紧密，要研究汽油价格对三种汽车市场份额的影响，首先影响消费者选择的因素主要有汽车的使用成本、汽车的购买费用和人们对这三类汽车的偏好程度，其中汽车的购买费用和人们对这三类汽车的偏好程度是一定的，汽油价格影响的是汽车的使用成本中的燃油费用，然后通过建立消费者的效用曲线模型最终得出这三类汽车购买量与汽油价格的关系曲线，通过分析这个购买量-价格曲线即可分析得出汽油价格

4、对三种汽车市场份额的影响。关键词：汽车动力方式 能量利用率 使用成本 效用曲线模型 一.摘要：汽车动力方式 能量利用率 使用成本 效用曲线模型 二.问题的提出随着时代的向前发展，汽车也逐渐趋于大众化，进入寻常百姓家。人们普遍关注的就是汽车的性能和各种费用，汽车的类型在这一方面起着决定的作用。而汽车又可以根据不同的划分标准分为不同的类型，比如说按动力来源来分可以分为以汽油为动力原料利用燃油发动机驱动汽车行驶的传统汽车，以车载电源 （蓄电池）为动力，用电机驱动车轮行驶的电动汽车（Electric Vehicle），还有以混合动力（汽油驱动和电力驱动两种驱动方式）为驱动的混合动力汽车（Hybrid

5、Electric Vehicle，HEV）。三种汽车有各自不同的优点，混合动力汽车以节省燃油及降低排放为其主要优点，电动汽车以其零污染为主要特点。当然，影响消费者选择车辆类型的因素主要是汽油价格和电能（车用蓄电池）价格，结合目前的汽油价格和电能（车用蓄电池）价格，对这三类汽车的能耗和成本（生产成本和使用成本）进行分析比较，试建立相应的数学模型，根据相关资料，解决以下问题：1、从能耗的角度，分析比较这三类汽车哪一类节能效果最好；2、从使用成本角度，分别为三类汽车建立相应的成本模型；3请具体选取三类汽车，对其使用成本进行比较和分析；4请探讨汽油价格的变化对三类汽车所占市场份额的影响。三问题的分析由

6、题意可知，目的就是为了建立一种模型，解决对结合目前的汽油价格和电能（车用蓄电池）价格，对这三类汽车的能耗和成本（生产成本和使用成本）进行分析比较。我们需要建立三类汽车的能耗的数学模型和三类汽车使用成本的模型。问问题一：根据现有的三类车辆的油耗电耗数据，建立简单的能耗模型，首先联系实际把汽车的百公里能耗作为评价这三类汽车能效的指标，然后确定影响和决定这一指标的变量，然后通过假设简化问题条件，总结得出指标与各个变量之间的函数关系式，带入统计数据，得出最终的比较结果。四建模过程1）问题一模型假设：1. 模型假设：1.假设三类汽车自重相同。车速及各种运动阻力如空气阻力、滚动阻力和爬坡阻力的大小相同、传

7、动系的效率及减速比都相同，在相同平坦的路面行驶，变量只有消耗能源方式不同，计算一百公里的能耗做为比较量。2.假设三类车在使用中磨损成本、维修成本、环境成本相同，只有能源成本不同，其他成本不计，计算一百公里的使用成本做为比较量。3.假设具体的三种型号的车在汽车自重，车速及各种阻力方面都相同，使用成本只有能源成本不同，其他成本都相同，计算一百公里的能耗做为比较量。4.假设三种汽车相互之间的份额影响不计，其他因素对汽车份额影响不计，只讨论油价对三类汽车所占市场份额的影响2.定义符号说明：S1传统汽车百公里油耗 E1电动汽车百公里电耗S2混合动力汽车百公里油耗E2混合动力汽车百公里电耗WS1传统汽车百

8、公里燃油部分的能耗WS2混合动力汽车百公里燃油部分的能耗W1传统汽车百公里能量消耗W2电动汽车百公里能量消耗W3混合动力汽车百公里能量消耗C汽油容重R汽油热值K混合动力车的动力混合比3.模型建立： 要对三类汽车的节能效果进行分析，必须建立这三类汽车的能耗模型。建立这个模型，我们首先需要一个的统一的衡量这三类汽车节能效果的量，我们使用的是汽车在理想条件下行驶一百公里所消耗的能量汽车百公里能耗。 下面定义动力混合比：K1=动力混合比即是汽车在行驶时燃油提供的能量与百公里能耗的比值，K2=电力提供的能量与百公里能耗的比值，K1=WS2/W2,K2=E2/W2，显然K1+K2=1。 汽车百公里能耗=燃

9、油部分能耗+电力部分能耗。 燃油部分能耗=汽车百公里油耗*汽油热值。4.模型求解：通过统计数据我们首先得出了:传统汽车的平均百公里油耗S1=6L。电动汽车平均一次充电耗电15kwh，充电一次可以行驶350公里，由此可得其百公里电耗E1=4.29kwh=1.5444*104KJ。混合动力汽车百公里油耗S2=K1*S1，混合动力汽车百公里电耗E2=K2*E1。 查阅资料得到：汽油容重C=0.72 kg/L，汽油热值R=4.6*107 J/kg = 0.72*（4.6*107） J/L = 3.31*107 J/L 于是前两类汽车的油耗便可以转化为燃油部分的能耗，于是传统汽车百公里燃油部分的能耗WS

10、1=S1*R=0.72*（4.6*107）*6=1.9872*108J，混合动力汽车百公里燃油部分的能耗WS2=S2*R=0.72*（4.6*107）*6=1.9872*108J。 所以： 传统汽车能耗W1=WS1=1.9872*105KJ； 电动车的能耗W2=E1=4.29kwh=1.5444*104KJ； 混合动力汽车能耗W3=WS2+E2=K2*E1+ K1*S15.模型分析： 我们可以得出一条结论单从节能效果来看，无疑电动汽车的效果是最好的，混合动力次之。分析原因主要是现阶段的汽车上的热机的工作温度较低，摩擦较大，传动装置的优化不足等原因导致汽车的能量转化效率太低，明显第于电动机的从电能到动能的转化效率。2）问题二1.基本假设：1.汽车使用成本包括：燃油费、保险费、保养维修费。2计算万公里燃油费作为比较量。3.保险费与车的价格成正比。4.保养维修费等于故障率与维修费乘积，故障率与汽车价格成反比，维修费于车价成正比。K1维修费的比例系数K2故障率的比例系数K3保险费的比