《汽车设计》课程设计任务书（性能计算）0912

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

Ttqigi0?T Ft?r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）。

Ttq?a0?a1n?a2n???akn

2k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Fw为

Fw?Ff?Gf?CDA21.15ua

2其中车速ua(km/h)与发动机转速n（r/min）之间的关系为

ua?0.377rnigi0?????????????(?)

在程序中，二重循环计算各档位下发动机最低转速nmin到最高转速nmax对应的驱动力，并连接成线即得驱动力图（Ft?ua）；计算Ⅰ档最低转速到发动机最高转速nmax所对应的最高车速相应的阻力，连接成线即得阻力曲线((Fw?Ff)?ua)。

也可用动力特性图分析汽车的动力性。汽车的行驶方程为

Ft?Ff?Fi?Fw?Fj

或

Ttqigi0?TrFt?FwG?Gfcos??Gsin??CDA21.15ua??m2dudt

将方程式两边除以汽车重力并整理得：

??r??dugdt

令

Ft?FwG为汽车的动力因数并以符号D表示，则

D????dugdt

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f?ua，显然f线与直接档D?ua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uamax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uamax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uamax

汽车在良好路面上行驶时所能达到的最高车速uamax，乃是驱动力阻力平衡图中（Ft?ua）与((Fw?Ff)?ua)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ua?n之间的转换），并随时比较Ft与Fw?Ff，相等（或误差小于指定精度）时对应的车速即为uamax；或直接利用数值法解方程组

2k??Ttq?a0?a1n?a2n???akn。 ???Ft?Fw?Ff 这里有两点需要说明：

1） 有的汽车在高档Ft与Fw?Ff两曲线无交点（即Ft始终大于Fw?Ff），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uamax。

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

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%uamax所需时间）。 1.3.1 数学表达式

由汽车行驶方程式得

dudt?1uamax。

?m[Ft?(Ff?Fw)] （设Fi?0）

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

t?1aj?uua2a1du

即：

t??uua2amin??G3.6[Ft?(Ff?Fw)]?du

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ti，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ua，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

CA2CA2Ttq1ig1i0?T?(Gf?Dua)Ttq2ig2i0?T?(Gf?Dua)21.1521.15 ??1m?2m式中：ig1、ig2—相邻两档的传动比；

Ttq1、Ttq2—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ua。

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np，则以np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Fj?0，则由汽车行驶方程式有：

Fi?Ft??Ff?Fw?

即：

Gsin??Ttqigi0?Tr2?CDAua??Gf??21.15??? ??则有：

Ttqigi0?T??arcsinr2?CDAua??Gf??21.15?????G

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：

Pe?1GfuGiuCDAua761403?T(a3600?a3600???muadudt3600)

以纵坐标表示功率、横坐标表示车速，将发动机功率Pe、汽车经常遇到的阻力功率

1?T(Pf?Pw)对车速ua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ua可计算出发动机转速n，以及汽车行驶时的阻力功率

1?T(Pf?Pw)，根据等

速行驶车速ua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Qt（mL/s）

Qt?Pb367.1?

式中 b—燃油消耗量，单位为g / (kW?h)；

?—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Qs（单位为mL/s）为

Qs?Pb1.02ua?

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