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汽車的動(dòng)力性仿真分析(參考版)

2025-07-24 16:08本頁面
  

【正文】 1) 等速 行駛過程 根據(jù)等速行駛車速 au 及阻力功率 P,在萬有特性圖上(采用差值法)可確定相應(yīng)的燃油消耗率 b,方法如下: 查得該款發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性曲線的擬合公式(表 ) 2 3 40 1 2 3 4e e e eb B B P B P B P B P? ? ? ? ? 式中, b 為燃油消耗率 )]/([ hkWg ? 。 目標(biāo)函數(shù)的建立 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) SJ 汽車 的動(dòng)力性仿真分析 53 汽車各參數(shù)值的匯總 (見 表 ) 該款載貨汽車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性的 qT — n曲線的擬 合公式為 2 3 41 9 . 3 1 3 2 9 5 . 2 7 ( ) 1 6 5 . 4 4 ( ) 4 0 8 7 4 ( ) 3 . 8 4 4 5 ( )1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0q n n n nT ? ? ? ? ? ?. 另外根據(jù)該型號載貨汽車的使用說明書,查得變速器傳動(dòng)比的原始數(shù)據(jù)為 ?i , ?i , ?i , ?i , ?i , 15?i ,轉(zhuǎn)化為本次優(yōu)化的初始值 2 7 2 ????? iiX ????? iiX ????? iiX 7 4 8 ????? iiX ????? iiX 目標(biāo)函數(shù)的建立 根據(jù)我國對貨運(yùn)汽車燃料消耗量的實(shí)驗(yàn)方法的要求,查得國標(biāo)JB335283 規(guī)定的六循環(huán)工況的參數(shù)表格(表 )。即選定驅(qū)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) SJ 汽車 的動(dòng)力性仿真分析 52 動(dòng)橋與變速器的傳動(dòng)比為設(shè)計(jì)變量,分別設(shè)為 1X , 2X , 3X , 4X , 5X 。 同時(shí),汽車的最大去動(dòng)力應(yīng)等于或小于其在地面上的附著力: ?? ?Zr iiM Tge ?01m a x ???????????????????? ( ) 式中 ?z —— 驅(qū)動(dòng)輪上的發(fā)向反作用力(N); ? —— 道路附著系數(shù) 設(shè)計(jì)變量的確定 汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性除了與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料熱值有很大關(guān)系之外,還同汽車傳動(dòng)系的有效匹配有直接的影響。這就要求在保證汽車動(dòng)力性的條件下,優(yōu)選變速器的傳動(dòng)比,使汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性最佳。另一方面變速器最大傳動(dòng)比小,在一定的變速器檔數(shù)條件下,可以使變速器傳上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) SJ 汽車 的動(dòng)力性仿真分析 51 動(dòng)比檔與檔之間的范圍縮小。 變速器的影響 變速器傳動(dòng)比的確定,影響著汽車的動(dòng)力性,但從汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性考慮,則希望變速器的最大傳動(dòng)比盡量小。因此,動(dòng)力傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化,應(yīng)該在保證汽車一定的動(dòng)力性,即最高檔具有最大動(dòng)力因數(shù) max0D 的條件下使汽車燃料經(jīng)濟(jì)性最好。但提高 0i 會(huì)使汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性降低。 8. 傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)比的影響 驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)比的大小對汽車的動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性都有影響。汽車的能量利用率是一個(gè)新的概念,它統(tǒng)一了兩個(gè)相互制約的概念:燃料經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)率。有效效率利用率能夠反映出發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能發(fā)揮程度,其值越大,發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系在經(jīng)濟(jì)性能方面匹配得越好。 其值越小,發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)在動(dòng)力性能方面匹配得越好。所以現(xiàn)今國際上普遍使用以下三個(gè)指標(biāo)作為汽車動(dòng)力性燃料經(jīng)濟(jì)性的綜合評價(jià)體系和指標(biāo)。 目前,在進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化匹配時(shí),一般應(yīng)用多工況燃料經(jīng)濟(jì)性或汽車原地起步連續(xù)換檔加速時(shí)間與多工況燃料經(jīng)濟(jì)性的加權(quán)值作為綜合評價(jià)指標(biāo),而這些指標(biāo)實(shí)際上是汽車基本性能指標(biāo),并不能定量反映汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配完善程度,也不能提示動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)改善 的潛力和途徑。 減速區(qū)間內(nèi)汽車行駛的距離( m)為 daaddtduuuS2322 ?? ?????????????????????? ( ) 怠速停車 時(shí)的燃油消耗量 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) SJ 汽車 的動(dòng)力性仿真分析 48 若怠速停車時(shí)間為 st ( s),則燃油消耗量 ( ml) 為 siid t ?? ?????????????????????? ( ) 整個(gè)循環(huán)工況的百公里燃油消耗量 對于由等速、等加速、等減速、怠速停車等形式工況組成的循環(huán),如我國的貨車六工況法(如表 ),其整個(gè)實(shí)驗(yàn)循環(huán)的百公里燃油消耗量( L/100km)為 100?? ?ss ???????????????????? ( ) 式中 , ?Q 為所有過程油耗量之和 ( ml) ; s 為整個(gè)循環(huán)的形式距離 ( m) 表 六工況循環(huán)參數(shù)表 工況 累計(jì)行程 /m 時(shí)間 /s 累計(jì)時(shí)間 /s 車速 / )( 1??hkm 說明 I 50 25 等速 II 200 2540 勻加速度為 2/sm III 450 40 等速 IV 625 14 4050 勻加速度為 2/sm V 875 18 50 等速 VI 1075 5025 勻減速度 2/sm 汽車動(dòng)力性燃料經(jīng)濟(jì)性的綜合評價(jià) 由內(nèi)燃機(jī)理論和汽車?yán)碚摽芍?,現(xiàn)有的汽車動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是相互矛盾的,因?yàn)閯?dòng)力性好,特別是汽車加速度和爬坡性能好,一般要求汽車穩(wěn) 定行駛的后備功率大;但是對于燃料經(jīng)濟(jì)性來說,后備功率增大,上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) SJ 汽車 的動(dòng)力性仿真分析 49 必然降低發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率,從而使燃料經(jīng)濟(jì)性變差。所以工況燃油消耗量等于減速行駛時(shí)間與怠速油耗的乘積。 整個(gè)等速過程行經(jīng) s( m)行程的燃油消耗量( ml)為 guPbsQ a?102? 折算成等速百公里燃油消耗量( L/100km)為 guPbQ as ???????????????????????? ( ) 等加速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算 在汽車加速行駛時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)還要提供為克服加速阻力所 消耗的功率。為了便于計(jì)算,按照轉(zhuǎn)速 n和車速 au 的轉(zhuǎn)換關(guān)系在橫坐標(biāo)上畫出汽車 的行駛車速比例尺(最高檔)。本次優(yōu)化使用的就是我國規(guī)定的貨運(yùn)汽車 6循環(huán)行駛試驗(yàn)工況( JB335283)。燃油經(jīng)濟(jì)性好,可以降低汽車的使用費(fèi)用、減少國家對進(jìn)口石油的依賴性、節(jié)省 石油能源;同時(shí)也可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的二氧化碳排放量,起到防止地球變暖的巨大作用。? 。2039。 [ a r c s i n ( ( ) / ) ]tfi tg tg F F F G??? ? ? ????????????? () 式中, i -爬坡度 ? -爬坡角,(176。 爬坡性能的計(jì)算 汽車的上坡能力使用滿載(或某一載質(zhì)量)時(shí)汽車在良好路面上的最大爬坡度 maxi 表示的。原地起步加速時(shí)間是指汽車由低檔起步并以最大加速度逐步換至高檔后到達(dá)某一預(yù)定距離或車速所需的時(shí)間;超車加速時(shí)間指用最高檔或次高檔由某一較低車速全力加速至某一高速所需的時(shí)間。 由作圖法可知本車的最高車速: maxaV = 90km/h 圖 汽車驅(qū)動(dòng)力 行駛阻力平衡圖 加速時(shí)間的計(jì)算 汽車的加速時(shí)間表示汽車的加速能力,它對平均行駛車速有著很大影響,特別是轎車,對加速時(shí)間更為重視。在圖 ,汽車直接檔的驅(qū)動(dòng)力曲線與 fFF?? 曲線的交點(diǎn)即為maxaV 。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力大于行駛阻力時(shí),汽車可以用剩下來的驅(qū)動(dòng)力加速或爬坡。(見圖 ),并以此圖來確定汽車的動(dòng)力性。 2 / 2 1 . 1 5f D aF F m g f C A V?? ? ???????????????? () 式中, m -汽車總質(zhì)量, kg g -重力加速度, 2/ms f -滾動(dòng)阻力系數(shù) DC -空氣阻力系 數(shù) A -迎風(fēng)面積, 2m aV -車速, km/h 將數(shù)值代入,得到各值,見圖 。 最高車速的計(jì)算 動(dòng)力計(jì)算 汽車驅(qū)動(dòng)力 tF 按下式計(jì)算 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) SJ 汽車 的動(dòng)力性仿真分析 42 /t tq g o TF T i i r?? ???????????????????? () 式中, tF -驅(qū)動(dòng)力, N tqT -發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩, Nm gi -變速器傳動(dòng)比 oi -主減速器傳動(dòng)比 r -車輪半徑, m 將 1gi ~ gVi 分別代入,得各檔驅(qū)動(dòng)力值,見圖 。動(dòng)力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) SJ 汽車 的動(dòng)力性仿真分析 41 圖 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線 汽車動(dòng)力性能的評價(jià)指標(biāo) 汽車的動(dòng)力性是指汽車在良好路面上直線行駛時(shí)由汽車受到的縱向外力決定的、所能達(dá)到的平均行駛速度。 該款汽車發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性的 qT — n曲線的擬合公式為 2 3 41 9 . 3 1 3 2 9 5 . 2 7 ( ) 1 6 5 . 4 4 ( ) 4 0 8 7 4 ( ) 3 . 8 4 4 5 ( )1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0q n n n nT ? ? ? ? ? ?.? () 式中, n-發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速, r/min 本車 minn 選取 500r/min, maxn 選取 3000r/min。原則上按等比級數(shù)分配,可按下式確定, 公比,111? ??n kiq 最高檔為直接檔 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) SJ 汽車 的動(dòng)力性仿真分析 40 211? ??n kiq 最高檔為超速檔 式中 n—— 變速器檔位數(shù) q 值一般為 實(shí)際上 換檔過程中由于外界阻力的影響,車速稍有下降,因此經(jīng)常是 54433221 ki kiki kiki kiki ki ??????????? ??????????????????? () 綜上所述,本車各檔傳動(dòng)比數(shù)值如下 ?i , ?i , ?i , ?i , ?i , 15?i 7. 汽車性能的評價(jià)指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)外 特性 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性一般指發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的轉(zhuǎn)矩曲線。不過發(fā)動(dòng)機(jī)功率大或車輛總重量輕的車輛可采用比功率小和總重量大的車輛少一些檔位數(shù)的變速器;功率和總重量相同的車輛,最高車速較低的可采用較最高車速較高的檔位數(shù)的變速器。不過檔位數(shù)過多會(huì)使變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操縱困難。因此,目前變速器向著多檔化的趨勢發(fā)展,例如,吉普車早在 20年前就由三檔變速器置換成四檔變速器。理論和實(shí)踐皆證實(shí):變速器檔位越多與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配越佳。 本車則仍采用最高檔 5gi 速比等于 l 的直接檔。以某型號的超速檔變速器與柴油車匹配,有 明顯的節(jié)油效果,節(jié)油率最高可達(dá) 10 %左右。在這樣的情況下可設(shè)置超速檔來解決上述矛盾。變速器采用超速檔的目的在于提高在良好路面上(如公路長途運(yùn)物)行駛時(shí)的平 均車速提高運(yùn)輸效率,而不是為獲得良好的加速性能,如某些柴油車與功率相同的汽油車相比,其發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是扭矩大而轉(zhuǎn)速低,若要使柴油車達(dá)到高車速,必須選擇較小的驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)比,但主傳動(dòng)比小了。 變速器最高檔速比 5gi 的確定 變速器的最高檔一般取為直接檔,即速比等于 l 。 1gi 需滿足汽車的附著條件 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) SJ 汽車 的動(dòng)力性仿真分析 38 為了滿足汽車的附著條件,也即驅(qū)動(dòng)輪不致滑轉(zhuǎn), 1 /( )g Z tq o Ti F r T i ???? ? ?????????????????? () 式中, ZF? -驅(qū)動(dòng)輪法向反作用力, N ?-附著系數(shù) T? -傳動(dòng)系機(jī)械效率 本車, ZF? = 9290 = 91042N 低壓胎在干燥的良好路面 ?可取 ~ 。 m a x m a x m a x( c o s s i n ) / ( )g tq o Ti m g f r T i? ? ??? ???????????? () 式中, max? -汽車的最大坡度角(176。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) SJ 汽車 的動(dòng)力性仿真分析 36 圖 變速器第二軸總成 6. 變速器檔位的設(shè)計(jì)與車輛的匹配 驅(qū)動(dòng)橋主減速器傳動(dòng)比 oi 的確定 選擇驅(qū)動(dòng)橋主減速器傳動(dòng)比 oi 時(shí),首先可根據(jù)汽車的最高車速、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、車輪參數(shù)來確定。在裝配過程中,可以直接將四個(gè)檔位的齒輪和兩個(gè)同步器逐個(gè)插入第二軸并進(jìn)行逐個(gè)定位,這樣即可完成整個(gè)第二軸總成的裝配。在完成這些步驟以后也就完 成了慣性鎖銷式同步器的建模(圖 )。 圖 慣性鎖銷式同步器的建模過程圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) SJ 汽車 的動(dòng)力性仿真分析 35 8) 在定位銷和鎖銷的兩側(cè)建立兩個(gè)圓柱面 9) 在 3 個(gè)鎖銷所在的位置打簡單孔(兩側(cè)總共 6個(gè)孔)。 7) 在圓柱端面上建立 3 個(gè)鎖銷(帶有錐角)以及 3個(gè)定位銷,鎖銷和定位銷以圓點(diǎn)為中心間隔圓周布置,每個(gè)相隔 ?60 。由
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