汽车理论及设计课程设计指导书20140228

太原理工大学机械工程学院

车辆工程专业

课程设计指导书

车辆工程系 2014.2.28修订

《汽车理论》及《汽车设计》课程设计指导书

设计题目：载货车动力装置参数匹配（或汽车性能仿真计算） 参考书目：

[1] 余志生.汽车理论（第3版）.北京：机械工业出版社，2005

[2] 王望予.汽车设计（第4版）.北京：机械工业出版社，2004，以下简称《汽设》 [3] 刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社，2001，以下简称清华《汽设》

一． 汽车形式的选择 参考《汽设》P8 1. 确定轴数

依据GB 1589—2004 2. 驱动形式 4×2或6×2 3. 布置形式

平头、短头或长头 发动机前置 二． 汽车主要参数的选择 1. 2. 3. 4.

外廓尺寸：已知

轴距：参考《汽设》P17. 表1-2及相关型号货车 前后轮距：同上 轴荷分配：《汽设》P21表1-6

三． 发动机的选择

1. 估算最大功率及相应转速 （1） Pe1GfCDA3uuamax amaxT360076140式中，T——传动效率，用单级主减速器的4×2车取0.9

G——汽车重力，Gmag，ma为汽车汽车总质量，已知

CD——空气阻力系数，0.8～1

f——滚动阻力系数，0.02

A——迎风面积，m2，A≈B1H，B1为前轮距，H为汽车总高

uamax——最高车速，km/h，已知

（2）或参考同级汽车比功率

《汽设》P21.表1-7选比功率Pb , 则Pemax=Pb×ma

1

（3）Pemax对应转速nP的选择

轻货（ma：1.8～6t）：3200～4200r/min 中货（ma：6～14t）：2200～3400r/min 重货（ma＞14t）： 1800～2600r/min 2. 最大转矩Temax及相应转速nT Temax=9549Pemaxnp

——发动机转矩适应性系数，1.1～1.3 nP/nT1.4～2.0

3. 按照以上参数选柴油机，查找其特性参数和万有特性曲线。 四． 轮胎的选择

轮胎负荷系数：0.85～1 ，轮胎负荷系数是轮胎所承受的最大静负荷值与轮

胎额定负荷值的比值。

选子午线胎：清华《汽设》P48.表2-20

列出参数：规格、断面宽、外直径、最大负荷（额定） 五． 初步确定主减速器传动比

有分动器和轮边减速器时，主减速器传动比i0为

i0= (0.377～0.472)

rrnpuamaxighiFhiLB 清华《汽设》P314

式中，rr ——车轮滚动半径，m；

Fdrr，F为计算常数，子午线胎F=3.05，d为胎自由直径，《汽

2车理论》P6

np——发动机最大功率对应的转速，r/min

igh——变速器最高挡传动比，最高挡为直接挡时，igh =1 iFh——分动器或加力器的高挡传动比，不用分动器时iFh =1 iLB——轮边减速器传动比，不用轮边减速器时iLB =1 无分动器和轮边减速器时，主减速器传动比i0为

i00.377六． 最大传动比的选择

rrnpuamax

上面i0已定，所以即为确定变速器1挡传动比 1. 考虑满足最大爬坡度

ig1

Gfcosmaxsinmaxrr ，见《汽车理论》P62

Temaxi0T2

max为最大坡道角，max=arctanimax，imax为最大爬坡度，已知

2. 考虑驱动轮的附着条件 由

Temaxig1i0TrrG2 得：ig1G2rr，见清华《汽设》P175

Temaxi0T=0.5～0.6

G2——满载静止时驱动桥（后桥）对地面载荷 由1、2确定ig1

七． 变速器挡位数及各挡传动比的选择 1. 挡位数

轻、中型货车：5挡

重型货车：6挡及以上

相邻挡位传动比比值<1.8，见《汽设》P89 2. 各挡传动比

ig1、igh以上已定

23（1） 五挡：ig51，ig44ig1，ig34ig1，ig24ig1

234（2） 六挡：ig61，ig55ig1，ig45ig1 ，ig35ig1，ig25ig1

且满足：①

ig1ig2ig2ig3ig3ig4ig4ig5ig5ig6

② ig不是整数

八． 利用C曲线进行传动比的优化

1. 货车六工况法整个循环的百公里油耗量（L/100km）《汽车理论》P40-43

3

（1）等速行驶工况燃油消耗量

QtPb

367.1g式中，Qt——等速行驶时单位时间内的燃油消耗量（mL/s）

P——阻力功率，即为克服滚动阻力与空气阻力，发动机应提供的

功率，kW；

31GfuaCDAuaP(PfPw)()

TT3600761401b——燃油消耗率（比油耗），g/(kW·h)；

ρ——燃油密度，kg/L；

g——重力加速度，m/s2，柴油的ρg=7.94～8.13N/L；

根据六工况中匀速车速ua（km/h）计算P及发动机转速n（r/min），发动机转速为

n按最高挡进行六工况测试，ig=1

uaigi00.377rr

由P、n在发动机万有特性曲线上查b

1、3、5工况为匀速，时间分别为11.3s、18s、15s 工况1的燃油消耗量：Q1Qt111.3（mL） 工况3的燃油消耗量：Q3Qt318（mL） 工况5的燃油消耗量：Q5Qt515（mL） （2）等加速工况燃油消耗量

① 工况2

分成10个区间。

ua040km/hQt0Qua141km/ht1对应ua242km/hQt2

ua1050km/hQt10QtPb

367.1g31GfuaCDAuamauaduPT3600761403600dt

4

du5040km/h51035()(m/s2)(m/s2)dt14s7360073.6

221IW1Ifigi0T 122marmar式中，ma——汽车的总质量，kg；

Iw——车轮转动惯量，kg.m2； If ——飞轮的转动惯量，kg.m2。

ua0,ua1,…，ua10代入公式得相应的P0,P1,…,P10 由万有特性曲线得相应b0,b1,…,b10 计算相应的Qt0,Qt1,…，Qt10 工况2燃油消耗量为

Qa1Qt0Qt101.4Qti1.4mL2i19②同理计算工况4.

（3）工况6等减速工况燃油消耗量

查该发动机单位时间内的怠速燃油消耗量Qi（mL/s），或从其万有特性曲线上估算。

所以工况6耗油为：Qd21.5Qi（mL） （4）整个循环的百公里燃油消耗量

QQQ3Q5Qa2Qa4QdQs1001100(L/100km)

s12517525042. 原地起步加速时间

adtdu1[Ft(FfFw)] dtma1du atu20u1u21madudu

u1F(FF)atfwtdtFtTtqigi0Tr

FfGfmagf

5

CDAua2Fw

21.15其中CD取0.8~1

绘制汽车加速度倒数曲线：

1－ua a图解积分法求车速从0到最高车速所需时间t，注意图解积分算面积时，ua应换算为m/s，则面积单位为s。

3. 绘制C曲线（即燃油经济性和动力性曲线）

在步骤六初步确定的i0的左右取若干值（i0值的个数应不小于5），以这些i0值分别进行上述1、2所述计算，得Qs和t绘制C曲线。

4. 兼顾燃油经济性和动力性，以C曲线为依据得出i0的优化值。 九． 汽车驱动力图

FtTtqigi0Tr，N，见《汽车理论》P3

式中，Ttq从外特性上得，i0为上述优化值。

ua0.377rn，km/h，见《汽车理论》P6 igi0绘驱动力图，见《汽车理论》P7，图1-8 十． 动力特性图

DFtFwG

绘图，见《汽车理论》P20，图1-28 十一． 爬坡度图

以下推导最大爬坡度对应的坡道角度的表达式，说明书中直接应用表达

式计算。

FtGfcosFwGsin

Ttqigi0TCDAua2 ,Fw式中，Ftr21.15GfcosGsinFtFw

GfcossinFtFw

2222GfGGfGGfG令sin ， cos ，则tanf

2222GfGGfG22GGfG

Gf2G2sincoscossinFtFW

6

G所以，最大爬坡度对应的坡道角度为

sinFtFWGf22

arcsinFtFWGf2G2arctanf

itan

绘图，见《汽车理论》P20图1-27，其中ua0.377十二． 功率平衡图

PeTtqn9550rn igi0 见《汽车理论》P3式（1-2）

由万有特性曲线最上边的线（即Ttq的外特性）得Ttq和n的关系。 由上式得Pe和n的关系 阻力功率为

PfPwT31GfuaCDAua 见《汽车理论》P29 T360076140ua0.377rn igi0绘图，见《汽车理论》P29图1-36 十三． 等速百公里油耗曲线

由等速百公里油耗定义可知，应按最高挡，满载，水平行驶进行计算 横坐标：ua0.377rn igi0 为克服滚动阻力、空气阻力，发动机应提供：PPfPWT

由n（ua），P，在万有特性图上确定相应比油耗b 等速百公里油耗（L100km）：QSPb 见《汽车理论》P41

1.02uag

式中，g，柴油的为7.94～8.13N/L；ua，km/h；b，g/(kW·h) 绘图，见《汽车理论》P38图2-1

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