汽车性能仿真计算毕业设计
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说明
汽车设计是车辆工程专业课程之一，也是最重要的一个实践性内容。其目的和作用是使学生能将已学过的力学、机械以及汽车知识综合运用于汽车零部件系统设计中，从而培养学生对汽车零部件系统的综合设计和实践能力。这是在所有实践性课程中最具活力，最能培养学生的自主学习、实践能力，最能培养学生创新思维的课程之一。汽车设计课程设计根据课题难易程度分为二到六人一组、各组独立完成，在学生设计过程中鼓励他们自主设计，积极创新。
学生《汽车设计课程设计》的成绩主要从工作态度、设计工作量、质疑答辩等几部分组成。具体从出勤情况、设计论证、软件操作能力与设计能力、设计工作量与工程图图面质量、设计说明书质量、回答问题情况等方面评定。最终成绩按五级制记分，分为优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级。（设计报告按电子档附件1要求进行书写） 1. 前言
1.1课程设计的目的
在汽车的设计和改进时，需对样车的性能进行预测、评价、多方案选优或进行传动系的优化匹配等，这些都必须进行汽车动力性和燃油经济性（E–P性能）的计算。如采用手算并在坐标纸上作图，工作量大，费时费力，而且手算和作图误差较大，易出错。考虑到计算机在当前设计工作中的普遍应用，有必要利用计算机编制程序进行模拟计算，以方便迅速地得到具有相当精确度的数据和图形。
1.2 课程设计的任务
采用MATLAB语言，编制程序对汽车的E–P性能进行计算，有关参数见指导老师所给文档。要求得到以下数据和图形：
数据：
1．最高车速uamax；
2．加速时间t；
3．最大爬坡度i max；
4．多工况循环行驶百公里油耗；
5．等速行驶百公里油耗；
图形：
1．驱动力阻力平衡图；
2．汽车加速时间曲线；
3．汽车的爬坡度图；
4．功率平衡图；
5．动力特性图；
6．等速行驶百公里油耗曲线；
7．燃油经济性－加速时间曲线（C曲线）。
1.3 课程设计的要求
程序应满足以下要求：
1．在给定了足够参数时能自动计算得到以上所有数据和图形，并能保证一定的计算精度；
2．程序具有一定的通用性，能尽量满足多种车型E–P性能计算的要求；
3．界面友好，使用灵活方便。
课程设计完成后，将所有同课程设计有关的计算机文件保存在自建的以“班号＋学号＋姓名”命名的文件夹中。 1.4 注意事项
在机房工作时请认真研读汽车数字化应用实验室上机管理规定；
除最后的答辩外，课程设计的所有的工作均按分组进行；
设计过程文件（说明书及计算机文件等）如内容重复率30%以上，雷同者成绩均按不及格处理；
认真准备答辩，答辩不通过者必须重新完成指定的课程设计内容后方能进入毕业设计环节；
1.5 进度安排
序号 工作内容 所需时间
1 课题任务介绍及MATLAB语言学习 1天
2 MATLAB界面编程 2天
3 MATLAB程序代码编写 4天
4 程序调试 3天
5 分析及编写设计说明书 5天
1.6 参考资料
[1].余志生.汽车理论.北京：机械工业出版社，2005。
[2].张洪欣.汽车设计.北京：机械工业出版社，2005。
2 设计说明
《汽车动力性和燃油经济性计算》
2.1 任务说明
1. 主要动力性指标的计算与作图
1.1 驱动力—行驶阻力平衡图（动力特性曲线）
为全面地评价汽车在各个档位和不同车速下的动力性能，需要绘制驱动力—行驶阻力平衡图（动力特性曲线），以便清晰而形象地表明汽车行驶时的受力情况及其平衡关系。
汽车的驱动力（单位为N）为
riiTFTgtqt0
在动力性计算时，目前一般采用稳态工况时发动机台架实验所得到的使用外特性中的功率与转矩曲线（常为采用最小二乘法拟合得到的多项式）。
kktqnananaaT2210
拟合阶数k随特性曲线而异，一般在2、3、4、5中选取。
汽车在良好路面上行驶时经常遇到的滚动阻力fF和空气阻力wF为
215.21aDfwuACGfFF
其中车速au(km/h)与发动机转速n（r/min）之间的关系为
)(377.00iirnuga
在程序中，二重循环计算各档位下发动机最低转速minn到最高转速maxn对应的驱动力，并连接成线即得驱动力图（atuF）；计算Ⅰ档最低转速到发动机最高转速maxn所对应的最高车速相应的阻力，连接成线即得阻力曲线))((afwuFF。
也可用动力特性图分析汽车的动力性。汽车的行驶方程为
jwiftFFFFF
或
dtdumuACGGfriiTaDTgtq2015.21sincos
将方程式两边除以汽车重力并整理得：
dtdugGFFrwt 令GFFwt为汽车的动力因数并以符号D表示，则
dtdugD
作出汽车在各档下的动力因数与车速的关系曲线和滚动阻力曲线auf，显然f线与直接档auD曲线的交点即为汽车的最高车速。
需要指出的是，某些经济性要求较高的汽车，其最高车速maxau小于（最高档）发动机标定功率时所对应的车速，这时在计算最高档动力因数时，当车速超过时maxau后，继续计算D值时，D值已变得很小，甚至出现负值，故当D≤0时，即应停止计算。
1.2 最高车速maxau
汽车在良好路面上行驶时所能达到的最高车速maxau，乃是驱动力阻力平衡图中（atuF）与))((afwuFF的交点对应的车速。该车速一般对应于最高档或次高档（最高档为超速档），程序中求解时，可将阻力曲线的绘制放到驱动力曲线的循环中（利用公式（*）进行nua之间的转换），并随时比较tF与fwFF，相等（或误差小于指定精度）时对应的车速即为maxau；或直接利用数值法解方程组
fwtkktqFFFnananaaT2210。
这里有两点需要说明：
1） 有的汽车在高档tF与fwFF两曲线无交点（即tF始终大于fwFF），这时应以最高档时发动机允许的最高转速对应的车速作为maxau。
2） 某些装有超速档的汽车其超速档的最高车速有时可能反而低于直接档的最高车速，这是还应将最高档和次高档的最高车速进行比较，取其较大者为maxau。
1.3 加速时间t
加速时间表示汽车的加速能力，常用原地起步加速时间和超车加速时间来表示。超车加速时间因不涉及换档问题，因此比较简单，这里不作要求。下面只讨论原地起步连续换档的加速时间t（由最低稳定车速加速到一定距离或80%maxau所需时间）。
1.3.1 数学表达式
由汽车行驶方程式得
)]([1wftFFFmdtdu （设0iF） 利用上式可求得各档油门全开时的加速度曲线，进一步可求得由某一车速加速到另一较高车速所需时间
211aauujduat
即：
duFFFGtaauuwft2min)]([6.3
式中：uamin——起步过程结束时汽车最低车速（这里取为10km/h）。
ua2 ——加速过程结束时车速，这里取为70km/h。
从uamin到ua2的加速时间为加速度的倒数曲线下的面积。按图解积分法，可将加速过程中的速度区间，划分为若干间隔du（一般取du=1km/h），逐个计算每个间隔内的行驶时间it，并将它们累加起来，即为所求。
1.3.2 换档点的确定
在上述计算中涉及换档点的确定，即要确定各换档车速au，从而发挥汽车最大加速强度考虑，应以相邻两档加速度曲线的交点作为最佳换档点。因为换档时加速度相等则有
muACGfiiTmuACGfiiTaDTgtqaDTgtq2202212011)15.21()15.21(
式中：1gi、2gi—相邻两档的传动比；
1tqT、2tqT—换档前后发动机扭矩；
1、2—汽车质量换算系数。
用数值方法解方程可求得换档时刻的车速au。
注意：上述交点所对应的发动机转速如果超过发动机的标定功率转速pn，则以pn对应的车速作为换档点的车速。
1.4 汽车爬坡度图
在计算汽车的爬坡度时，令0jF，则由汽车行驶方程式有：
wftiFFFF
即：
15.21sin20aDTgtqAuCGfriiTG
则有： GAuCGfriiTaDTgtq15.21arcsin20
由此式即可得到各档的爬坡度图，汽车的最大爬坡度i max为Ⅰ档时的最大爬坡度。
1.5 汽车功率平衡图
汽车功率平衡方程式（式中功率单位为kW）如下：
)36007614036003600(13dtdumuAuCGiuGfuPaaDaaTe
以纵坐标表示功率、横坐标表示车速，将发动机功率eP、汽车经常遇到的阻力功率)(1wfTPP对车速au的关系曲线绘制在坐标图上，即得汽车功率平衡图。从功率平衡图上也可得到最高车速。
2. 主要燃油经济性指标的计算与作图
汽车的燃油经济性指标主要有等速行驶百公里油耗和多工况循环行驶百公里油耗。
2.1 多工况循环行驶百公里油耗
多工况循环模式通常包括等速段、加速段和减速段，应分别计算后再累加起来。
2.1.1 计算等速油耗
由车速au可计算出发动机转速n，以及汽车行驶时的阻力功率)(1wfTPP，根据等速行驶车速au及阻力功率P，在万有特性图上（利用插值法）可确定相应的燃油消耗率b，从而计算出以该车速等速行驶时单位时间内的燃油消耗量tQ（mL/s）
1.367PbQt
式中 b—燃油消耗量，单位为g / (kWh)；
—燃油重度，汽油6.96～7.15N/L，柴油7.94～8.13N/L。
百公里燃油消耗量sQ（单位为mL/s）为
asuPbQ02.1
2.1.2 加速行驶工况燃油消耗量的计算
按图解积分法，把每一加速段分成若干个速度间隔V（一般为1km/h），逐个计算每
