序号：2-01
汽车理论课程设计说明书
题目：汽车动力性计算
班级： 姓名： 学号： 序号： 2-01 指导教师： 谭迪
目录
1题目要求………………………………1
2计算步骤………………………………1
3结论……………………………………8
4心得体会………………………………9
5参考资料………………………………9
1. 题目要求
确定一轻型货车的动力性能（4挡）：
1. 根据所给发动机使用外特性曲线拟合公式，绘制P e 和T tq -n e 曲线； 2. 3. 4. 5. 6.
绘制驱动力-行驶阻力平衡图；
绘制汽车等速行驶时发动机的负荷率图，画在一张图上。 绘制动力特性图； 绘制加速度倒数曲线；
绘制加速时间曲线，包括原地起步连续换挡加速时间和直接挡加速时间（计算速度区间按GB/T12543-1990规定选取）；
7. 列表表示最高档和次高档在10整数倍车速参数值; 8. 对动力性进行总体评价。 轻型货车的有关数据：
汽油发动机使用外特性的T q -n 曲线的拟合公式为
n n n n
T =-19.313+295.27() -165.44() +40. 874() -3. 8445()
[**************]0
式中，T q 为发动机转矩（N.m ）；n 为发动机转速（r/min）。
2
3
4
q
发动机的最低转速n min =600r/min，最高转速n max =4000r/min 滚动阻力系数 f=0.01； 空气阻力系数⨯迎风面积 C D A =2.6 m 2； 变速器传动比i g 为表1所示：
轴距 L=3.2m； 质心至前轴距离（满载） a=1.947m 质心高 h g =0.9m
2. 计算步骤
1）根据所给发动机使用外特性曲线拟合公式，绘制P e 和T tq -n e 曲线：
由所给发动机使用外特性曲线拟合公式
n n n n
T =-19.313+295.27() -165.44() +40. 874() -3. 8445()
[**************]0
求出发动机转矩T tq 与发动机转速n 的关系。 接着由功率与转矩的关系式
2
3
4
q
P e =
T tq n 9550
求出功率与转速的关系式。
在MATLAB 中将两条曲线放在一个坐标系里，如图1所示：
m ) T q /(N ·
500
10001500
20002500
n/r/min
30003500
4000
图1 发动机外特性曲线
2）绘制驱动力-行驶阻力平衡图：
根据公式 F t 所示。
T tq i 0i g ηT
r
。在MATLAB 里获取驱动力-行驶阻力平衡图如图2
驱动力-行驶阻力图
F /N
10203040
5060ua/(km/h)
708090100
图2 驱动力—行驶阻力平衡图
P e /k
W
3）绘制汽车等速行驶时发动机的负荷率图：
发动机的负荷率由公式U=
F f +F w
求得，则在MATLAB 里获取汽车等速
F t n
行驶时发动机负荷率图如图3所示。
等速行驶时发动机负荷率图
)
(% U / 0
10
20
30
40
506070
80
90
100
ua/(km/h)
图3 发动机负荷率图
4）绘制动力特性图：
汽车的动力因数由公式
D =
F t -F w
G
则在MATLAB 里获取的动力特性图见图4。
动力特性图
D
10
20
30
40
506070
80
90
100
ua/(km/h)
图4 动力特性图
由汽车行驶方程
T tq i g i 0ηT
r
=Gf +Gi +
C D A 2du
u a +δm 21. 15dt
在MATLAB 里获取加速度倒数曲线如图5。
加速度曲线
)
2s / m (/a 0
10
20
30
40
506070
80
90
100
ua/(km/h)
图5 加速度曲线
加速度倒数曲线
a
/1 0
10
20
30
40
506070
80
90
100
ua/(km/h)
图6 加速度倒数曲线
包括原地起步连续换挡加速时间和直接挡加速时间。原地起步连续换挡加速时间是车辆由静止状态加速到最高车速的90%并向下圆整至5的整数倍车速（本车为85km/h）所需要的时间。直接挡加速时间是车辆由60km/h全油门加速到最高车速的90%并向下圆整至5的整数倍车速（本车为85km/h）所需要的时间。 由公式
t =⎰u 21u 1a
du
MATLAB 中所得到的两条曲线如图6。
加速时间曲线
80
)
60
h / m k (/ a 40u 20 0
01020
304050
t/s
图6 加速时间曲线
列表表示最高档和次高档在20整数倍车速参数值：
由图1 至 图5取点得到表2： 表2 最高档行驶时的运行情况
7)
由图1 至 图5取点得到表3：
表3 次高档行驶时的运行情况
3．结论
1) 汽车的最高车速u amax 。
最高车速是指在良好水泥路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶速度。根据《中华人民共和国道路交通安全法》规定，货车在高速道路上行驶车速不高于90km/h，该车u amax =96.41km/h，满足对最高车速的要求。
2）汽车的加速时间t ：
汽车的加速时间表示汽车的加速能力，汽车的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表示。原地起步加速时间指汽车由一档或二档起步，并以最大加速强度（包括悬着恰当的换挡时机）逐步换至最高档后到某一预定的距离或车速所需的时间。超车加速时间指用最高档或次高档由某一较低车速权利加速至某一高速所需的时间。超车加速能力强，并行程短，行驶就安全。
国标规定：对于最高车速大于1OOkm/h的汽车，原地起步连续换挡加速时间表示为从0加速到100km/h所用的时间；对于对于最高车速小于1OOkm/h的汽车车辆由静止状态全油门加速到最高车速的90%向下圆整到5的整倍数车速（本车为85km/h）所需的时间。
该轻型货车原地起步连续换挡加速到85km/h所需的时间大约为41秒，汽车对加速能力较强。
该轻型货车由60km/h到85km/h，直接挡加速时间大约为23秒，所以该车超车能力较强。
3）汽车能爬上的最大坡度i max ：
汽车的上坡能力是汽车的上坡能力是用满载是汽车在良好路面上的最大爬坡度i max 表示。因轿车、货车、越野汽车的使用条件不同，对它们的上坡能力要求也不一样，通常要求货车的在30%左右，本车的最大爬坡坡道角为
αmax =arcsin
F t -(F f +F w )
G
=0. 339
tan αmax =0. 352即i max =35.2%大于要求的30%，满足最大爬坡度的要求。 由于货车经常以最高档行驶，本车的最高档爬坡坡道角为
αⅣmax =arcsin
tan αⅣmax =0. 033即i Ⅳmax =3.3%
F t Ⅳ-(F w Ⅳ+F f )
G
=0. 033
可见最高档的最大爬坡度过小，会迫使货车在遇到最小的坡度时经常换档，影响了行驶的平均速度。 4）比功率：
比功率是汽车所装发动机的标定最大功率与汽车最大总质量之比。本车的比功率为61.7326/3.880=15.91kw/t。通常规定轻型货车的比功率为14kw/t。可
见该车满足要求。
5）市场上现有同类车的性能参数：
众田牌ZTP1043W 轻型载货车的性能参数：
最高车速:95km/h
扭矩:265N·m
最大扭矩转速：2200r/min
最大输出功率：76kw
本轻型载货车的性能参数：
最高车速：96km/h左右，比众田牌货车高点。
扭矩：174N ·m 左右，远低于众田牌货车。
最大扭矩转速：2000r/min左右，比众田牌货车低，说明此车低转速就可以达到最大扭矩。
最大输出功率：61.73kw 小于众田牌货车。
综合来看，本车动力性比众田牌ZTP1043W 轻型载货车要差，但基本符合使用要求。
6) 通过与现有车型以及经验数据的动力性能参数比较，可以看出本题目的货车的动力性能良好，结构参数选择较为合理，能基本满足使用要求。
4. 心得体会
MATLAB 是一款用于算数开发、数据可视化、数据分析及数值计算的软件。通过使用MATLAB ，进一步提高了自己的逻辑思维能力，同时增强了自己的自学能力。在课程设计初期，对于本软件的学习是通过网络、培训PPT 和软件自带的英文版HELP 文件进行的。这其中印象最深刻的是FOR 循环，经常无法正常输出结果，问题通常出现在条件表达式中，如果缺少条件表达式，循环会变为死循环。缺少循环变量更新表达式，循环无法正常进行。通过不断地调试，最终得到了正确结果。
通过本次课程设计，进一步加深了对《汽车理论》这门课动力性方面知识的理解，尤其是基本概念（如汽车行驶方程式、原地起步加速时间和超车加速时间）以及各个曲线（如驱动力—行驶阻力图、汽车动力特性图等）的识别。
编写一个完美的程序需要足够的耐心，本次课程设计锻炼了我的耐心。同时一个好的程序还需要足够简洁，想办法简化程序也很重要。
5. 参考资料
［1］ 余志生. 汽车理论[M]. 北京：机械工业出版社，1989.
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汽车理论课程设计说明书
题目：汽车动力性计算
班级： 姓名： 学号： 序号： 2-01 指导教师： 谭迪
目录
1题目要求………………………………1
2计算步骤………………………………1
3结论……………………………………8
4心得体会………………………………9
5参考资料………………………………9
1. 题目要求
确定一轻型货车的动力性能（4挡）：
1. 根据所给发动机使用外特性曲线拟合公式，绘制P e 和T tq -n e 曲线； 2. 3. 4. 5. 6.
绘制驱动力-行驶阻力平衡图；
绘制汽车等速行驶时发动机的负荷率图，画在一张图上。 绘制动力特性图； 绘制加速度倒数曲线；
绘制加速时间曲线，包括原地起步连续换挡加速时间和直接挡加速时间（计算速度区间按GB/T12543-1990规定选取）；
7. 列表表示最高档和次高档在10整数倍车速参数值; 8. 对动力性进行总体评价。 轻型货车的有关数据：
汽油发动机使用外特性的T q -n 曲线的拟合公式为
n n n n
T =-19.313+295.27() -165.44() +40. 874() -3. 8445()
[**************]0
式中，T q 为发动机转矩（N.m ）；n 为发动机转速（r/min）。
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3
4
q
发动机的最低转速n min =600r/min，最高转速n max =4000r/min 滚动阻力系数 f=0.01； 空气阻力系数⨯迎风面积 C D A =2.6 m 2； 变速器传动比i g 为表1所示：
轴距 L=3.2m； 质心至前轴距离（满载） a=1.947m 质心高 h g =0.9m
2. 计算步骤
1）根据所给发动机使用外特性曲线拟合公式，绘制P e 和T tq -n e 曲线：
由所给发动机使用外特性曲线拟合公式
n n n n
T =-19.313+295.27() -165.44() +40. 874() -3. 8445()
[**************]0
求出发动机转矩T tq 与发动机转速n 的关系。 接着由功率与转矩的关系式
2
3
4
q
P e =
T tq n 9550
求出功率与转速的关系式。
在MATLAB 中将两条曲线放在一个坐标系里，如图1所示：
m ) T q /(N ·
500
10001500
20002500
n/r/min
30003500
4000
图1 发动机外特性曲线
2）绘制驱动力-行驶阻力平衡图：
根据公式 F t 所示。
T tq i 0i g ηT
r
。在MATLAB 里获取驱动力-行驶阻力平衡图如图2
驱动力-行驶阻力图
F /N
10203040
5060ua/(km/h)
708090100
图2 驱动力—行驶阻力平衡图
P e /k
W
3）绘制汽车等速行驶时发动机的负荷率图：
发动机的负荷率由公式U=
F f +F w
求得，则在MATLAB 里获取汽车等速
F t n
行驶时发动机负荷率图如图3所示。
等速行驶时发动机负荷率图
)
(% U / 0
10
20
30
40
506070
80
90
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ua/(km/h)
图3 发动机负荷率图
4）绘制动力特性图：
汽车的动力因数由公式
D =
F t -F w
G
则在MATLAB 里获取的动力特性图见图4。
动力特性图
D
10
20
30
40
506070
80
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ua/(km/h)
图4 动力特性图
由汽车行驶方程
T tq i g i 0ηT
r
=Gf +Gi +
C D A 2du
u a +δm 21. 15dt
在MATLAB 里获取加速度倒数曲线如图5。
加速度曲线
)
2s / m (/a 0
10
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506070
80
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ua/(km/h)
图5 加速度曲线
加速度倒数曲线
a
/1 0
10
20
30
40
506070
80
90
100
ua/(km/h)
图6 加速度倒数曲线
包括原地起步连续换挡加速时间和直接挡加速时间。原地起步连续换挡加速时间是车辆由静止状态加速到最高车速的90%并向下圆整至5的整数倍车速（本车为85km/h）所需要的时间。直接挡加速时间是车辆由60km/h全油门加速到最高车速的90%并向下圆整至5的整数倍车速（本车为85km/h）所需要的时间。 由公式
t =⎰u 21u 1a
du
MATLAB 中所得到的两条曲线如图6。
加速时间曲线
80
)
60
h / m k (/ a 40u 20 0
01020
304050
t/s
图6 加速时间曲线
列表表示最高档和次高档在20整数倍车速参数值：
由图1 至 图5取点得到表2： 表2 最高档行驶时的运行情况
7)
由图1 至 图5取点得到表3：
表3 次高档行驶时的运行情况
3．结论
1) 汽车的最高车速u amax 。
最高车速是指在良好水泥路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶速度。根据《中华人民共和国道路交通安全法》规定，货车在高速道路上行驶车速不高于90km/h，该车u amax =96.41km/h，满足对最高车速的要求。
2）汽车的加速时间t ：
汽车的加速时间表示汽车的加速能力，汽车的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表示。原地起步加速时间指汽车由一档或二档起步，并以最大加速强度（包括悬着恰当的换挡时机）逐步换至最高档后到某一预定的距离或车速所需的时间。超车加速时间指用最高档或次高档由某一较低车速权利加速至某一高速所需的时间。超车加速能力强，并行程短，行驶就安全。
国标规定：对于最高车速大于1OOkm/h的汽车，原地起步连续换挡加速时间表示为从0加速到100km/h所用的时间；对于对于最高车速小于1OOkm/h的汽车车辆由静止状态全油门加速到最高车速的90%向下圆整到5的整倍数车速（本车为85km/h）所需的时间。
该轻型货车原地起步连续换挡加速到85km/h所需的时间大约为41秒，汽车对加速能力较强。
该轻型货车由60km/h到85km/h，直接挡加速时间大约为23秒，所以该车超车能力较强。
3）汽车能爬上的最大坡度i max ：
汽车的上坡能力是汽车的上坡能力是用满载是汽车在良好路面上的最大爬坡度i max 表示。因轿车、货车、越野汽车的使用条件不同，对它们的上坡能力要求也不一样，通常要求货车的在30%左右，本车的最大爬坡坡道角为
αmax =arcsin
F t -(F f +F w )
G
=0. 339
tan αmax =0. 352即i max =35.2%大于要求的30%，满足最大爬坡度的要求。 由于货车经常以最高档行驶，本车的最高档爬坡坡道角为
αⅣmax =arcsin
tan αⅣmax =0. 033即i Ⅳmax =3.3%
F t Ⅳ-(F w Ⅳ+F f )
G
=0. 033
可见最高档的最大爬坡度过小，会迫使货车在遇到最小的坡度时经常换档，影响了行驶的平均速度。 4）比功率：
比功率是汽车所装发动机的标定最大功率与汽车最大总质量之比。本车的比功率为61.7326/3.880=15.91kw/t。通常规定轻型货车的比功率为14kw/t。可
见该车满足要求。
5）市场上现有同类车的性能参数：
众田牌ZTP1043W 轻型载货车的性能参数：
最高车速:95km/h
扭矩:265N·m
最大扭矩转速：2200r/min
最大输出功率：76kw
本轻型载货车的性能参数：
最高车速：96km/h左右，比众田牌货车高点。
扭矩：174N ·m 左右，远低于众田牌货车。
最大扭矩转速：2000r/min左右，比众田牌货车低，说明此车低转速就可以达到最大扭矩。
最大输出功率：61.73kw 小于众田牌货车。
综合来看，本车动力性比众田牌ZTP1043W 轻型载货车要差，但基本符合使用要求。
6) 通过与现有车型以及经验数据的动力性能参数比较，可以看出本题目的货车的动力性能良好，结构参数选择较为合理，能基本满足使用要求。
4. 心得体会
MATLAB 是一款用于算数开发、数据可视化、数据分析及数值计算的软件。通过使用MATLAB ，进一步提高了自己的逻辑思维能力，同时增强了自己的自学能力。在课程设计初期，对于本软件的学习是通过网络、培训PPT 和软件自带的英文版HELP 文件进行的。这其中印象最深刻的是FOR 循环，经常无法正常输出结果，问题通常出现在条件表达式中，如果缺少条件表达式，循环会变为死循环。缺少循环变量更新表达式，循环无法正常进行。通过不断地调试，最终得到了正确结果。
通过本次课程设计，进一步加深了对《汽车理论》这门课动力性方面知识的理解，尤其是基本概念（如汽车行驶方程式、原地起步加速时间和超车加速时间）以及各个曲线（如驱动力—行驶阻力图、汽车动力特性图等）的识别。
编写一个完美的程序需要足够的耐心，本次课程设计锻炼了我的耐心。同时一个好的程序还需要足够简洁，想办法简化程序也很重要。
5. 参考资料
［1］ 余志生. 汽车理论[M]. 北京：机械工业出版社，1989.
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