大作业二

汽车理论大作业题目：货车的燃油经济性分析院系名称：机电工程学院班级：1208107学号：1120810703学生姓名：刘定坤成绩评阅人图1是货车装用发动机的负荷特性与万有特性:1——815r/min2——1207r/min3——1614r/min4——2012r/min5——2603r/min6——3006r/min图1汽油发动机的负荷特性与万有特性7——3403r/min8——3804r/min负荷特性曲线的拟合公式为：b=B0+B1Pe+B2Pe2+B3Pe3+B4Pe4式中，b为燃油消耗率[g/(kW.h)];Pe为发动机净功率（kW）。拟合式中的系数为n/（r.min-1）B0B1B2B3B481512071614201226033006340338041326.81354.71284.41122.91141.01051.21233.91129.7-416.46-303.98-189.75-121.59-98.893-73.714-84.478-45.29172.37936.65714.5247.00354.47632.85932.97880.71113-5.8629-2.0553-0.51184-0.18517-0.091077-0.05138-0.047449+0.000752150.177680.0430720.00681640.00185550.000689060.000350320.00028230-0.000038568怠速油耗Qid＝0.299mL/s（怠速转速400r/min）。计算与绘制题1.3中货车的1）汽车功率平衡图。2）最高档与次高档的等速百公里油耗曲线。3）利用计算机求货车按JB3352-83规定的六工况循环行驶的百公里油耗。计算中确定燃油消耗值b时，若发动机转速与负荷特性中给定的转速不相等，可由相邻转速的两根曲线用插值法求得。六工况循环的参数如下表:工况累积行程/m时间/s累积时间/s车速/（km.h-1）说明I507.27.225等速II20016.723.925～40匀加速度为0.25m/sIII45022.546.440等速IV62514.060.440～50匀加速度为0.20m/sV87518.078.450等速VI107519.397.750～25匀加速度为0.36m/s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为发动机转矩（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ηT=0.85滚动阻力系数f=0.013空气阻力系数×迎风面积CDA=2.77m2主减速器传动比i0=5.83飞轮转动惯量If=0.218kg•m223419.313295.27()165.44()40.874()3.8445()1000100010001000qnnnnT二前轮转动惯量Iw1=1.798kg•m2四后轮转动惯量Iw2=3.598kg•m2变速器传动比ig(数据如下表)Ⅰ档Ⅱ档Ⅲ档Ⅳ档Ⅴ档五档变速器5.562.7691.6441.000.793轴距L=3.2m质心至前轴距离（满载）a=1.974m质心高（满载）hg=0.9m解：（1）汽车功率平衡图汽车功率平衡方程式为：𝑃𝑒=1𝜂𝑇(𝐺𝑓𝑢𝑎3600+𝐺𝑖𝑢𝑎3600+𝐶𝐷𝐴𝑢𝑎376140+𝛿𝑚𝑢𝑎3600𝑑𝑢𝑑𝑡)=1𝜂𝑇(𝐺𝑓𝑢𝑎3600+𝐶𝐷𝐴𝑢𝑎376140)车速与发动机转速换算公式为：𝑢𝑎=0.377𝑛𝑟𝑖𝑔𝑖0功率计算公式为：𝑃𝑒=𝑇𝑡𝑞𝑖𝑔𝑖0𝑟𝑢𝑎利用matlab软件编程得到汽车功率平衡图：图2汽车功率平衡图（2）最高档与次高档的等速百公里油耗曲线先确定最高档和次高档的发动机转速的范围，然后利用𝑢𝑎=0.377𝑟𝑛𝑖0𝑖𝑔求出对应档位的车速。由于汽车是等速行驶，因此发动机发出的功率应该与汽车受到的阻力功率折合到曲轴上的功率相等，即𝑃𝑒=(𝐹𝑓+𝐹𝑤)𝑢𝑎3600𝜂𝑇然后根据不同的𝑃𝑒和𝑛，用题中给出的拟合公式求出对应工况的燃油消耗率。先利用表中的数据，使用插值法，求出每个n值所对应的拟合式系数：𝐵0,𝐵1,𝐵2,𝐵3,𝐵4。在这里为了保证曲线的光滑性，使用了三次样条插值。利用求得的各个车速对应下的功率求出对应的耗油量燃油消耗率b。利用公式：𝑄𝑠=𝑃𝑏1.02𝑢𝑎𝜌𝑔，即可求出对应的车速的百公里油耗（L/100km）。实际绘出的最高档与次高档的等速百公里油耗曲线如下：从图上可以明显看出，第四档的油耗比在同一车速下，五档的油耗高一些。这是因为在同一车速等速行驶下，汽车所受到的阻力基本相等，因此𝑃𝑒基本相等，但是在同一车速下，四档的负荷率要比五档小。这就导致了五档的油耗较小。但是上图存在一个问题，就是在两头百公里油耗的变化比较奇怪。这是由于插值点的范围比节点的范围要来得大，于是在转速超出了数据给出的范围的部分，插值的结果是不可信的。但是这对处在中部的插值结果影响不大。而且在完成后面部分的时候发现，其实只需使用到中间的部分即可。（3）按JB3352-83规定的六工况循环行驶的百公里油耗。从功率平衡图上面可以发现，III档、IV档与V档可以满足六工况测试的速图3最高档与次高档的等速百公里油耗曲线度范围要求。分为III档、IV档与V档进行计算。先求匀速行驶部分的油耗：先使用𝑃𝑒=(𝐹𝑓+𝐹𝑤)𝑢𝑎3600𝜂𝑇，求出在各个速度下，发动机所应该提供的功率。然后利用插值法求出，三个匀速行驶速度对应的燃油消耗率b。由𝑄=𝑃𝑏𝑠102𝑢𝑎𝜌𝑔求出三段匀速行驶部分的燃油消耗量（mL）。计算的结果如下：匀速行驶阶段：第一段第二段第三段匀速行驶速度/(km/h)254050持续距离/(m)60250250发动机功率𝑃𝑒/(𝑘𝑤)4.70739.200813.4270燃油消耗率b/[g/kW·h]三档675.1815555.0747544.9053四档492.3757426.5637372.6138五档447.5490384.4783342.2625燃油消耗量Q/(ml)三档1.09014.56185.2281四档0.79503.50563.5751五档0.72263.15983.2839再求匀加速阶段：对于每个区段，以1km/h为区间对速度区段划分。对应每一个车速𝑢𝑎，都可以求出对应的发动机功率：𝑃=1𝜂𝑇(𝐺𝑓𝑢𝑎3600+𝐶𝐷𝐴𝑢𝑎376140+𝛿𝑚𝑢𝑎3600𝑑𝑢𝑑𝑡)。此时，车速与功率的关系已经发生改变，因此应该要重新对燃油消耗率的拟合公式中的系数进行插值。插值求出对应的各个车速的燃油消耗率b，进而用𝑄𝑡=𝑃𝑏367.1𝜌𝑔求出每个速度对应的燃油消耗率𝑄𝑡0,𝑄𝑡1,𝑄𝑡2,……𝑄𝑡𝑛。每小段的加速时间：Δt=13.6𝑑𝑢𝑑𝑡。每一个小区间的燃油消耗量：𝑄𝑛=12(𝑄𝑡(𝑛−1)+𝑄𝑡𝑛)Δ𝑡。对每个区间的燃油消耗量求和就可以得出加速过程的燃油消耗量。计算结果如下：加速阶段第一段第二段最大速度𝑢𝑎/(𝑘𝑚/ℎ)4050最小速度𝑢𝑎𝑚𝑖𝑛/(𝑘𝑚/ℎ)：2540加速度𝑎/(𝑚/𝑠2)0.8980.714燃油消耗量/()aQmL三档10.90278.8478四档544.511283.2463五档2823570.3352匀减速阶段：对于匀减速阶段，发动机处在怠速工况。怠速燃油消耗率𝑄𝑖𝑑是一定值。只要知道匀减速阶段的时间，就可以求出耗油量：𝑄𝑑=𝑄𝑖𝑑𝑡。𝑄𝑑=𝑄𝑖𝑑𝑡=0.299𝑚𝐿/𝑠×19.3𝑠=5.77𝑚𝐿/𝑠根据以上的计算，可以求出该汽车分别在三档和四档的六工况耗油量：三档：𝑄𝑠=Σ𝑄𝑠×100=1.0901+4.5618+5.2281+10.9027+8.8478+5.771075×100=3.3861𝐿四档：𝑄𝑠=Σ𝑄𝑠×100=0.7950+3.5056+3.5751+544.5112+83.2463+5.771075×100=59.6654𝐿五档：𝑄𝑠=Σ𝑄𝑠×100=0.7226+3.1598+3.2839+2823+570.3352+5.771075×100=316.8425𝐿附录1.求功率平衡图时的代码：n=600:0.01:4000;u=0.377*0.367*n/(5.56*5.83);T=-19.313+295.27*(n/1000)-165.44*(n/1000).^2+40.874*(n/1000).^3-3.8445*(n/1000).^4;p=T*5.56*5.83.*u/(3600*0.367);plot(u,p)holdonp=(3880*9.8*0.013*u+2.77*u.^3/21.15)/(0.85*3600);plot(u,p)u=0.377*0.367*n/(2.769*5.83);p=T*2.769*5.83.*u/(3600*0.367);plot(u,p)p=(3880*9.8*0.013*u+2.77*u.^3/21.15)/(0.85*3600);plot(u,p)u=0.377*0.367*n/(1.644*5.83);p=T*1.644*5.83.*u/(3600*0.367);plot(u,p)p=(3880*9.8*0.013*u+2.77*u.^3/21.15)/(0.85*3600);plot(u,p)u=0.377*0.367*n/(1*5.83);p=T*1*5.83.*u/(3600*0.367);plot(u,p)p=(3880*9.8*0.013*u+2.77*u.^3/21.15)/(0.85*3600);plot(u,p)u=0.377*0.367*n/(0.793*5.83);p=T*0.793*5.83.*u/(3600*0.367);plot(u,p)p=(3880*9.8*0.013*u+2.77*u.^3/21.15)/(0.85*3600);plot(u,p)2.求等速百公里油耗线时的代码：n=600:0.01:4000;n0=[8151207161420122603300634033804];B0=[1326.81354.71284.41122.91141.01051.21233.91129.7];B1=[-416.46-303.98-189.75-121.59-98.893-73.714-84.478-45.291];B2=[72.37936.65714.5247.00354.47632.85932.97880.71113];B3=[-5.8629-2.0553-0.51184-0.18517-0.091077-0.05138-0.047449-0.00075215];B4=[0.177680.0430720.00681640.00185550.000689060.000350320.00028230-0.000038568];b0=interp1(n0,B0,n,'spline');b1=interp1(n0,B1,n,'spline');b2=interp1(n0,B2,n,'spline');b3=interp1(n0,B3,n,'spline');b4=interp1(n0,B4,n,'spline');u=0.377*0.367*n/(1*5.83);p=(3880*9.8*0.013+2.77*u.^2/21.15).*u/(3600*0.85);b=b0+b1.*p+b2.*p.^2+b3.