汽车的动力性设计计算公式

汽车动力性设计计算公式
3.1 动力性计算公式
3.1.1 变速器各档的速度特性：
r n
k e
u ai 0.377 （km/h） (1)
i i
gi 0
其中：r为车轮滚动半径，m;
k
d
由经验公式：r
0.0254 b(1 ) (m)
k
2
d----轮辋直径，in
b----轮胎断面宽度，in
---轮胎变形系数
n 为发动机转速，r/min；i0 为后桥主减速速比；
e
i 为变速箱各档速比，i(i 1,2... p) ，p 为档位数，（以下同）。

gi
3.1.2 各档牵引力
汽车的牵引力：
T (u ) i i
tq a gi 0
F (u )
错误！未指定书签。

t
ti a
r
k
（N ） (2)
其中：T
(u ) 为对应不同转速（或车速）下发动机输出使用扭矩，N?m；t 为传tq
a
动效率。

汽车的空气阻力：
2
C A u
d a
F （N ） (3)
w
21. 15
其中： 2
C 为空气阻力系数，A为汽车迎风面积，
m 。

d
汽车的滚动阻力：
F f G f （N ） (4)
af G f
（N ） (4)
其中：G＝mg 为满载或空载汽车总重(N)，f 为滚动阻尼系数a
汽车的行驶阻力之和F：
r
F r F F （N ） (5)
f w
注：可画出驱动力与行驶阻尼平衡图
实用标准文案
3.2各档功率计算
汽车的发动机功率：
T (u ) n
tq a e
P (u ) （kw） (6)
ei a
9549
其中：ei (u )
P 为第i(i 1,2... p) 档对应不同转速（或车速）下发动机的功率。

a
汽车的阻力功率：
P r ( F
F
f
w
3600
)u
a
t
（kw） (7)
3.3各档动力因子计算
F (u ) F
ti a w
D (u ) (8)
i a G
a
各档额定车速按下式计算
r n
k e c
u
a . 0.377 （km/h） (9)
c i
i i
g i 0
其中：n为发动机的最高转速；
e c
D i (u a ) 为第i(i 1,2... p) 档对应不同转速（或车速）下的动力因子。

对各档在[0，u. ]内寻找u a 使得D i (u a ) 达到最大，即为各档的最大动力因子D i . max
a c i
注：可画出各档动力因子随车速变化的曲线
3.4最高车速计算
当汽车的驱动力与行驶阻力平衡时，车速达到最高。

3.1.3根据最高档驱动力与行驶阻力平衡方程
F t (u ) F (u ) ，
.highest a r a
求解u。

舍去u
a 中的负值或非实数值和超过额定车速的值；若还有剩余的值，则选择
a
它们中最大的一个为最高车速，否则以最高档额定车速u a c作为最高车速u a .max 。

额定车速按下式计算
r n
k e c
u a 0.377 （km/h） (10)
c
i i
g h 0
其中：n为发动机的最高转速
e c
i 为最高档传动比
g h
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实用标准文案
附着条件校验
根据驱动形式计算驱动轮的法向反力F
n
驱动形式4*4 全驱：F
n G
a
G
a
4*2 前驱：F (L a)
n
L
G
a
4*2 后驱： F a
n
L
其中：L 为轴距，a为满载或空载质心距前轴的距离
若满足下式
F
t.h i g h e s t
F
n
其中：——道路附着系数
则表示“超出路面附着能力，达不到计算得出的最高车速值！”
3.5爬坡能力计算
F (u ) (F F )
ti a f w
arcsin (11)
i G
a
其中：i 为第i(i 1,2... p) 档对应不同转速（或车速）下的爬坡度
i.m1
3.1.4各档爬坡度在[0 ，u ac.i ] 中对i (u ) 寻优，找到最大值
ai
3.1.5附着条件校验
计算道路附着系数提供的极限爬坡能力i.m 2
驱动形式4*4：i.m 2 a r c t a n，计算i .m2
，计算i.m2
b
4*2 前驱：. 2 a r c t a n ( )
i L h
m
g
a
，计算i.m2
4*2 后驱：. 2 a r c t a n ( )
i m L h
g
其中： b ——满载或空载质心到后轴的距离
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——道路附着系数
L ——轴距
取i.m1 、i.m2 之小者作为一档或直接档的最大爬坡度3.6最大起步坡度
F
3.1.6按下式计算最大起步驱动力tq
Fd
T
eq
max
q r
k
i i
gq 0 t （N） (12)
其中：T eq max 为发动机的最大输出扭矩
i 为起步档位的传动比，这里分别取一档传动比和二档传动比
g q
i 为主减速器的传动比
t 为起步档（一档或二档）的传动效率
3.1.7按下式计算最大起步坡度q
F
tq
q arcsin( ) arctan
2
G 1 f
a
f （rad） (13)
3.1.8附着条件校验
按 3.1.6.2 校验附着条件，得到极限爬坡度m，取q 和m 2 之较小者作为最
2
大起步坡度。

3.7加速性能计算
22.计算第i(i 1,2... p) 档的旋转质量换算系数i
如果已知经验值 1 ， 2 ，则按下式计算
2
i 1 i gi (14)
1 2
其中：i g i ——第i 档传动比
如果已知车轮的转动惯量I和飞轮的转动惯量I f ，则按下式计算
w
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实用标准文案
1 m
( 2
2
I I i
i
w
f g i
2
t
2
r
r
k
k
1
) ......(15) i
其中： m ——满载或空载质量
3.8
按下式计算第 i (i 1,2... p) 档加速度
F (u ) F
g ti
a
r
a i
(D i
f )
(16)
m
q
i
其中： a 为第 i(i 1,2... p ) 档对应不同转速（或车速）下的加速度
i
注：可画出加速度倒数随车速变化的曲线
3.9
连续起步换档加速时间和加速距离的计算
确定最佳换档点：设从第 i 档换到 i 1档（ i 1,2... p 1 ）的最佳换档点对应的车
速为
u ab
i
计算加速时间
1
1 u
2
T
du
(s) (17)
u
a
1
3.6 a (u )
i
a
计算加速距离
S
t
2
u
t
a
i
dt
(s) (18)
3.10
最高档或直接档加速时间和加速距离的计算
t
1
1
u
ae
p
du
u
3.1.9 a (u )
as
p a
a
(19)
其中： a p (u a ) 为最高档（或直接档）加速度
u ——用户指定的加速终了速度
ae
u ——用户指定的加速起始速度
as
23.比功率计算
按下式计算比功率P p
P
P p （kw/kg） (20)
m
其中：P 为发动机的最大功率
m为汽车满载总质量
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3.11载质量利用系数计算
按下式计算载质量利用系数
m
m e
m (21)
m
其中：m e 为装载质量
m 为整车整备质量
3.1.10经济性计算公式
24.直接档（或超速档）等速百公里油耗计算
3.2.1.1 计算燃油消耗率g e
按下式计算行驶阻尼功率P：
r
C A G f 1
3
D a
P r ( u u ) （kw） (22)
6 a a
76140 10 3600 t
按下式计算对应的发动机转速n e ：
i i
g d 0
n e u
a
0.377r
k （r/min ） (23)
其中：i——直接档（或超速档）传动比
g d
根据万有特性，通过插值求出对应于上面计算结果P r 、n e 的有效燃油消耗率g e
（g/kw·h）
3.2.1.2 计算直接档等速百公里油耗
P g
e e
Q100 （L/100km） (24)
1. 02u
a
其中：为燃料的重度
注：可画出百公里燃油消耗率随车速或转速的曲线
25.最高档全油门加速500m的加速油耗（L/500m）
3.2.2.1 取计算的时间步长为t 。

3.2.2.2 初速度：30
v km/h （GB/T12545-1990）
s
1
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在第n个时间段内
v s v e n （n 2,3...） (25)
n 1
3.12末速度：v e v 3.6 a(v ) t （n 1,2...）
n s p s
n n
3.13累积行驶距离
v v
e s
S S t
n n
1 （n 1,2...） (26)
t 2 3.6
t n
n
S
t
3.14燃油消耗率：g
e n
起点燃油消耗率
g s n
以初速度v 对应的发动机转速
s
n n 和P en(v ) 插值得到起点
s s
n n
g s
n
i i
g highest 0
n s v n s
n
3.1.11r
k (27)
其中：i为最高档传动比
gh
终点燃油消耗率g
e
n
以末速度v对应的发动机转速
e
n n 和( )
P en v 插值得到
e
e
n n
ge
n
i i
gh 0
n e v n e
n
0 .377 r
k (28)
3.15累积燃油消耗量Q
t
n
Q
t
Q 1 1
t ( ( ) g ( ) )
P v P v g
n en s s en e e
n n n n
2 367 .1 1000
t
(29)
如果S 500，则n n 1再次计算，否则停止，并以t
n Q 作为Q500 。

t
n
26.循环工况百公里燃油消耗量
按照GB/T12545-1990，根据载货车总重量选择的标准试验循环工况号，并按要求工况计算燃油消耗量及行驶距离。

3.2.1.3 怠速工况的计算
燃油消耗量：
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实用标准文案
Q g t
i （ml） (30)
e
i
其中：g为怠速燃油消耗率
e
i
t为怠速工况时间（由标准工况决定）
行驶距离
S 0 （m） (31)
i
3.16匀速工况的计算
燃油消耗量
发动机功率
1 C A 3 G f
D a
P c ( u u
6 a a
76140 10 3600
t
)
发动机转速
i i
g 0
n c u
a
3.1.12r
k
其中：r——车轮滚动半径
k
由P、n
c 根据万有特性插值得到燃油消耗率
c g
e
c
按下式计算燃油消耗量
P g
c e
Q c
c 367.1
t (32)
其中：t 为匀速工况时间
行驶距离
S c u
a
27.
t (33)
其中：u为匀速工况的行驶速度
a
t为匀速工况时间
3.17加速工况的计算
燃油消耗量：
在加速初速度v s 和末速度v e 中均匀取50个点，记为v
i
按3.2.3.2 中同样方法计算燃油消耗率，并按下式计算各速度下单位时间
的燃油消耗：
1
(34)
g t P (v )g
i e i e
i
3.2.1.41000
加速时间
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t
v
3.18a
(35)
其中：a——加速度
燃油消耗量按下式计算
Q
a g t (36)
t
i
行驶距离
S a
2
ve
vs
3.1.13a
2
(37)
其中：a为加速度
28.减速工况计算
燃油消耗量
Q d (38)
g t
e
i
其中：g为怠速燃油消耗率
e
i
t为减速工况时间
行驶距离
2 2
v v
s e
d (39)
S
3.2.1.5a'
其中：v s 为减速运动的初速度
v 为减速运动的末速度
e
a'为减速度。

29.各工况之总油耗记为Q，总的行驶路程记为S t
t
Q t＝Q Q Q Q (40)
i c a d
循环工况百公里油耗：
Q
t
Q * 100 (41)
S
t
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