汽车动力性经济性优化设计.doc

题目： 选择市场上热销的大众高尔夫六代1.4T手动舒适型轿车，依据用户需要设定其百公里等速（90km/h）油耗范围为（5.0-7.0）L/100km,加速时间（0-100km/h）范围为(9.0-12.0)s，试对该车型进行动力装置参数的选定与优化，并确定最佳方案。 已知参数：整车质量1330kg；最高车速200km/h；发动机怠速800r/min;最高转速5000r/min;车轮半径R=0.4064m；单个车轮转动惯量1.30；发动机飞轮转动惯量0.22。 方案： 发动机功率的选择 （1）首先从保证汽车预期最高车速初步选择发动机应有功率。根据公式 估算出发动机功率，其中m=1330kg；=200km/h；空气阻力系数=0.30；迎风面积A=2.0;滚动阻力系数f=0.020（设定测试路面为一般沥青或混凝土路面）；总传动效率=0.95（变速器）×0.96（单级主减速器）=0.912。根据以上参数，可得发动机的功率为=85kw。 （2）参考同级汽车比功率统计值，粗略估计新车比功率值，得出最大功率值，同级汽车比功率值列于表1： 表1 部分汽车的比功率统计值 车型 发动机功率/kw 车总重/kg 比功率/ 雪铁龙世嘉 78 1270 61.42 日产骐达 93 1206 77.11 标致307 78 1290 60.47 别克英朗 108 1430 75.52 现代i30 90 1215 74.07 求得表1中的比功率平均值为 X=(61.42+77.11+60.47+75.52+74.07)/5=69.72，由此估计新车发动机功率为69.72×1.330=93kw。 变速箱传动比范围以及主减速器传动比由经验初定 由以往同系车型可以初步确定变速箱（5挡手动）各挡传动比大小如表2所示： 表2 各挡传动比大小 挡位 一挡 二挡 三挡 四挡 五挡 传动比 3.625 2.071 1.474 1.038 0.844 而由经验值可初定主减速器传动比为3.40。依据以上数据可以开始绘制燃油经济性—加速时间曲线，即C曲线。 绘制不同主传动比时燃油经济性—加速时间曲线 在以上数据的前提下改变主减速器传动比，变速箱传动比不变，绘制C曲线，进而得到满足动力性与燃油经济性要求的最佳主传动比。 分别求出当主传动比为3.00、3.20、3.40、3.60、3.80时的加速时间（s）与燃油消耗量（km/L），在燃油经济性—动力性坐标系中描出各对应点，并用平滑曲线连结，进而得到C曲线。 ⅰ.求加速时间（s） 由发动机转速—转矩数据拟合出转矩曲线方程： 表3 发动机转矩特性 转速n/1000/（r/min） 1.0 1.125 1.25 1.375 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.25 4.5 4.75 5.0 转矩Ttq/ (N﹒m) 128 160 180 195 200 205 205 210 220 205 195 190 182 175 可将发动机转矩用四次多项式表示如下： 由以上数据公式可得出-a曲线如下 进而得出加速度倒数与速度的关系曲线，再由公式可求出不同主传动比下加速时间如下表所示： 表4 主减速器传动比与加速时间 主传动比/i0 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80 0-100km/h加速时间/s 13.6875 12.5381 11.4497 10.5685 9.6104 ⅱ.求燃油消耗量（km/L） 等速（90km/h）百公里油耗（L/100km）公式为 其中=7N/L;行驶车速=90km/h;发动机功率=13.4kw。 再由发动机万有特性曲线查得燃油消耗率b，即可计算出燃油消耗量（km/L）如表5所示： 表5 主减速器传动比与燃油消耗量 主传动比/i0 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80 燃油消耗量/（km/L） 18.44 18.30 18.10 17.63 17.13 由以上数据可作出燃油经济性—加速时间曲线如下所示： 确定满足要求的最佳主传动比 由C曲线可知，当主减速器传动比为3.20-3.60时，均能满足动力性与经济性的要求，若选定3.40作为主减速器传动比，则能兼顾动力性与经济性的要求，故选择i0=3.40作为最佳主传动比。