FSAE赛车动力性-经济性计算

FSAE赛车动力性、经济性计算书

1.计算目的

通过对发动机的功率、驱动力、行驶加速度、最大车速、最大爬坡度、0-75km/h加速时间及加速位移、等速燃料经济性、多工况燃料经济性等参数的计算，可以了解FSAE赛车整车的动力性能和经济性能，为以后的设计改进提供理论基础。

2.计算相关参数

以上发动机功率为加上进、排气系统所测的数据，在计算中还的减去发动机附件（如：风扇消耗的功率、助力转向泵消耗的功率以及空调压缩机消耗的功率）所消耗的功率得到净功率，由于风扇消耗的功率计算比较复杂，在这里就不计算了，且这里只计算在空调不开的状态下，整车所能表现的最好的动力性和经济性。

2.2整车参数

汽车的动力性指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。运输效率之高低在很大程度上取决于汽车的动力性，所以动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。

动力性评价指标主要有三个：

a、汽车的最高车速u a max；

b、汽车的加速性能（加速时间t）；

c、汽车的爬坡性能（最大爬坡度imax）。

动力性计算相关公式：

3.1 驱动力计算公式

Ft=Ttq×i q×i o×ηt/r式中：

Ttq——发动机转矩（Nm）；i g ——变速器传动比；

i o——主减速器传动比；ηt ——传动效率；r ——滚动半径(m)；

3. 2 汽车行驶速度公式（在驱动轮不打滑的情况下）

u a=0.377r×n/ i g/ i o

式中：u a——汽车行驶速度（km/h）；n ——发动机转速（r/min）；

3. 3 滚动阻力系数公式

f=0.014×（1+ u a2/19440）

式中： f ——滚动阻力系数；

3. 4 空气阻力公式

Fw=Cd×A×u a2/21.15

式中：Fw ——空气阻力；A ——迎风面积；Cd ——空气阻力系数；

3.5 动力因数

D=（Ft－Fw）/G

式中：D ——动力因数；

3. 6 滚动阻力公式

F f＝Gf

式中：G ——整备质量或满载质量；

3.7 计算过程及结果（利用matlab软件对附件程序进行运算得出结论）

3. 7.1 外特性曲线图

图示发动机外特性曲线图是根据功率测试数据通过程序拟合出来的。

4、汽车经济性能计算

汽车燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量，以下通过计算等速百公里油耗和循环行驶试验工况百公里油耗来衡量汽车的燃油经济性。

燃油经济性评价指标：

a、等速燃料经济性

b、多工况燃料经济性(综合油耗＝1/（0.55/市区多工况百公里油+0.45/市郊多工况百公

里油耗）)

4.1经济性计算相关公式

4.1.1 等速行驶工况燃油消耗量的计算

式中 Qt ……等速行驶时单位时间内的燃油消耗量（mL/s ）；

Q ……整个等速过程行驶的燃油消耗量mL ； Qs ……等速百公里燃油消耗量（L/100km ）； P ……阻力功率（Kw ），b ……燃油消耗率[g/(kw.h)]；

ρ……燃油的密度（kg/L ）,ρg ……6.96～7.15N/L ，取7.15 N/L 。

4.1.2 等加速行驶工况燃油消耗量的计算

在加速行驶时，发动机还要提供为克服加速阻力所消耗的功率，若加速度为

du/dt(m/s 2

)，则发动机提供的功率P(kw)应为：

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛++=t u a a

D a T d d mu Au C Gfu P 360076140360013

δη，t

u

d d t 6.31=∆ 把整个加速过程分成若干等分区间，以1km/h 为一个递增区间，则每段1 km/h 的燃油量（mL ）为Q i =1/2(Q ti +Q ti+1)△t

依次类推，整个加速过程的燃油消耗量（mL/s ）为：

n n

i i a Q Q Q Q Q +++==∑=ΛΛ211 或者 ()∑=∆+∆+=n

i ti tn t a t Q t Q Q Q 1

021

加速区段内汽车行驶的距离（m ）为：

式中 δ……汽车旋转质量换算系数w I ……车轮的转动惯量（kg.m 2

）；f I ……飞轮的转

动惯量（kg.m 2

）

4.1.3 等减速行驶工况燃油消耗量的计算

减速行驶时，油门松开（关至最小位置）并进行轻微制动，发动机处于强制怠速状态，其油耗量即为正常怠速油耗。所以，减速工况燃油消耗量等于减速行驶时间与怠速油耗的乘积。

减速过程燃油消耗量（mL ）为：

式中 i Q ……怠速燃油消耗率（mL/s ）

减速区段内汽车行驶的距离（m ）为： 4.1.4 怠速停车时的燃油消耗量计算

4.1.5 整个循环工况的百公里燃油消耗量计算

根据国家规定的十五工况法排放测试（城市工况和城郊工况），整个试验循环的百公里燃油消耗量（L/100km ）为：

式中

∑Q ……所有过程的油耗量之和（mL ）

，s ……为整个循环的行驶距离（m ） 4.2经济性计算相关过程及结果

4.2.1 等速燃料经济性

以下主要计算50～100km/h 且以10km/h 作为一个步长的等速百公里油耗，得出曲线图，且以五挡满载作为计算准则，以华普发动机公司提供的万有特性曲线图为依据进行计算，见附页。

附件1 汽车动力性能主程序（基于MATLAB 的原程序）