机动车的动力性设计计算公式定理

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：uai​=0.377igi​×i0​rk​×ne​​（km/h）         ......(1)其中：rk​为车轮滚动半径，m;由经验公式：rk​=0.0254[2d​b(1−λ)​] (m)d----轮辋直径，inb----轮胎断面宽度，inλ---轮胎变形系数ne​为发动机转速，r/min；i0​为后桥主减速速比；igi​为变速箱各档速比，i(i=1,2...p)，p为档位数，（以下同）。3.1.2 各档牵引力汽车的牵引力：Fti​(ua​)=rk​Ttq​(ua​)×igi​×i0​​×ηt​（N）    ......(2)其中：Ttq​(ua​)为对应不同转速（或车速）下发动机输出使用扭矩，N•m；ηt​为传动效率。汽车的空气阻力：Fw​=21.15Cd​×A×ua2​​（N）         ......(3)  其中：Cd​为空气阻力系数，A为汽车迎风面积，m2。  汽车的滚动阻力：Ff​=Ga​×f（N）           ......(4)其中：Ga​＝mg为满载或空载汽车总重(N)，f为滚动阻尼系数汽车的行驶阻力之和Fr​：Fr​=Ff​Fw​（N）            ......(5)注：可画出驱动力与行驶阻尼平衡图3.1.3 各档功率计算汽车的发动机功率：Pei​(ua​)=9549Ttq​(ua​)×ne​​（kw）       ......(6)其中：Pei​(ua​)为第i(i=1,2...p)档对应不同转速（或车速）下发动机的功率。汽车的阻力功率：Pr​=3600ηt​(Ff​Fw​)ua​​（kw）         ......(7)3.1.4 各档动力因子计算Di​(ua​)=Ga​Fti​(ua​)−Fw​​......(8)各档额定车速按下式计算uac.i​=0.377igi​i0​rk​nec​​（km/h）      ......(9)其中：nec​为发动机的最高转速；Di​(ua​)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，uac.i​]内寻找ua​使得Di​(ua​)达到最大，即为各档的最大动力因子Di.max​注：可画出各档动力因子随车速变化的曲线3.1.5 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。3.1.5.1 根据最高档驱动力与行驶阻力平衡方程F_{t.}_{highest}(u_{a})=F_{r}(u_{a})，求解ua​。舍去ua​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，则选择它们中最大的一个为最高车速，否则以最高档额定车速uac​作为最高车速ua.max​。额定车速按下式计算uac​=0.377igh​i0​rk​nec​​（km/h）       ......(10)其中：nec​为发动机的最高转速igh​为最高档传动比●附着条件校验根据驱动形式计算驱动轮的法向反力Fn​驱动形式 4*4全驱：Fn​=Ga​4*2前驱：Fn​=LGa​​(L−a)4*2后驱：Fn​=LGa​​a     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\frac{F_{t}_{.highest}}{F_{n}}>ϕ其中：ϕ——道路附着系数则示“超出路面附着能力，达不到计算得出的最高车速值！”3.1.6 爬坡能力计算αi​=arcsin(Ga​Fti​(ua​)−(Ff​Fw​)​​)......(11)其中：αi​为第i(i=1,2...p)档对应不同转速（或车速）下的爬坡度3.1.6.1 各档爬坡度在[0，uac.i​]中对αi​(uai​)寻优，找到最大值αi.m1​3.1.6.2 附着条件校验计算道路附着系数提供的极限爬坡能力αi.m2​驱动形式 4*4：  αi.m2​=arctanϕ，计算αi.m2​4*2前驱： αi.m2​=arctan(Lϕhg​bϕ​)，计算αi.m2​4*2后驱： αi.m2​=arctan(L−ϕhg​aϕ​)，计算αi.m2​       其中：b——满载或空载质心到后轴的距离ϕ——道路附着系数L——轴距取αi.m1​、αi.m2​之小者作为一档或直接档的最大爬坡度3.1.7 最大起步坡度3.1.7.1 按下式计算最大起步驱动力Ftq​Fdq​=rk​Teqmax​×igq​×i0​​×ηt​（N）      ......(12)其中：Teqmax​为发动机的最大输出扭矩igq​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i0​为主减速器的传动比ηt​为起步档（一档或二档）的传动效率3.1.7.2 按下式计算最大起步坡度αq​αq​=arcsin(Ga​1f2​Ftq​​)−arctanf（rad）   ......(13)3.1.7.3 附着条件校验按3.1.6.2校验附着条件，得到极限爬坡度αm2​，取αq​和αm2​之较小者作为最大起步坡度。3.1.8 加速性能计算3.1.8.1 计算第i(i=1,2...p)档的旋转质量换算系数δi​✧如果已知经验值δ1​，δ2​，则按下式计算δi​=1δ1​δ2​igi2​......(14)其中：igi​——第i档传动比✧如果已知车轮的转动惯量Iw​和飞轮的转动惯量If​，则按下式计算δi​=1m1​(rk2​∑Iw​​rk2​If​igi2​×i02​​×ηt​)......(15)其中：m——满载或空载质量3.1.8.2 按下式计算第i(i=1,2...p)档加速度ai​=δq​mFti​(ua​)−Fr​​=δi​g​(Di​−f)......(16)其中：ai​为第i(i=1,2...p)档对应不同转速（或车速）下的加速度注：可画出加速度倒数随车速变化的曲线3.1.8.3 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i1档（i=1,2...p−1）的最佳换档点对应的车速为uabi​✧计算加速时间T=∫u1​u2​​3.61​ai​(ua​)1​dua​(s)     ......(17)✧计算加速距离  S=∫ti​t2​​ua​dt(s)        ......(18)3.1.8.4 最高档或直接档加速时间和加速距离的计算tp​=∫uas​uae​​3.61​ap​(ua​)1​dua​......(19)其中：ap​(ua​)为最高档（或直接档）加速度uae​——用户指定的加速终了速度uas​——用户指定的加速起始速度3.1.9 比功率计算按下式计算比功率Pp​Pp​=mP​（kw/kg）        ......(20)其中：P为发动机的最大功率m为汽车满载总质量3.1.10载质量利用系数计算按下式计算载质量利用系数ηm​ηm​=m0​me​​......(21)其中：me​为装载质量m0​为整车整备质量3.2 经济性计算公式3.2.1 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ge​✧按下式计算行驶阻尼功率Pr​：Pr​=ηt​1​(76140×106CD​A​ua3​3600Ga​f​ua​)（kw）   ......(22)✧按下式计算对应的发动机转速ne​：ne​=0.377rk​igd​i0​​ua​（r/min）     ......(23)其中：igd​——直接档（或超速档）传动比✧根据万有特性，通过插值求出对应于上面计算结果Pr​、ne​的有效燃油消耗率ge​（g/kw·h）3.2.1.2 计算直接档等速百公里油耗Q100​=1.02ua​γPe​ge​​（L/100km）   ......(24)其中：γ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3.2.2 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Δt。3.2.2.2 初速度：vs1​​=30km/h（GB/T12545-1990）在第n个时间段内vsn​​=ven−1​​（n=2,3...）        ......(25)3.2.2.3 末速度： ven​​=vsn​​3.6ap​(vsn​​)Δt（n=1,2...）3.2.2.4 累积行驶距离Stn​​=Stn−1​​2×3.6ven​​vsn​​​Δt（n=1,2...）   ......(26)St0​​=03.2.2.5 燃油消耗率：g_{e}_{n}✧起点燃油消耗率gsn​​以初速度vsn​​对应的发动机转速nsn​​和Pen​(vsn​​)插值得到起点gsn​​   nsn​​=0.377rk​ighighest​×i0​​vsn​​......(27)其中：igh​为最高档传动比✧终点燃油消耗率gen​​以末速度ven​​对应的发动机转速nen​​和Pen​(ven​​)插值得到gen​   nen​​=0.377rk​igh​×i0​​ven​​......(28)3.2.2.6 累积燃油消耗量Qtn​​Qt0​​=0Qtn​​=21​⋅367.1×1000×γ1​(Pen​(vsn​​)gsn​​Pen​(ven​​)gen​​)Δt......(29)如果Stn​​<500，则n=n1再次计算，否则停止，并以Qtn​​作为Q500​。3.2.3 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。3.2.3.1 怠速工况的计算✧燃油消耗量：Qi​=gei​​t（ml）           ......(30)其中：gei​​为怠速燃油消耗率t为怠速工况时间（由标准工况决定）✧行驶距离Si​=0（m）             ......(31)   3.2.3.2 匀速工况的计算✧燃油消耗量发动机功率Pc​=ηt​1​(76140×106CD​A​ua3​3600Ga​f​ua​)发动机转速nc​=0.377rk​ig​i0​​ua​其中：rk​——车轮滚动半径由Pc​、nc​根据万有特性插值得到燃油消耗率gec​​按下式计算燃油消耗量Qc​=367.1γPc​×gec​​​t......(32)其中：t为匀速工况时间✧行驶距离Sc​=3.6ua​​t......(33) 其中：ua​为匀速工况的行驶速度t为匀速工况时间3.2.3.3 加速工况的计算✧燃油消耗量：在加速初速度vs​和末速度ve​中均匀取50个点，记为vi​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：gti​​=367.1×1000γ1​Pe​(vi​)gei​​......(34)加速时间Δt=3.6aΔv​......(35)其中：a——加速度燃油消耗量按下式计算Qa​=∑gti​​Δt......(36)✧行驶距离Sa​=25.92ave2−vs2​......(37)其中：a为加速度3.2.3.4 减速工况计算✧燃油消耗量Qd​=gei​​t......(38)其中：gei​​为怠速燃油消耗率t为减速工况时间✧行驶距离Sd​=25.92a′vs2​−ve2​​......(39)其中：vs​为减速运动的初速度ve​为减速运动的末速度a′为减速度。3.2.3.5 各工况之总油耗记为Qt​，总的行驶路程记为St​Qt​=Qi​Qc​Qa​Qd​......(40)循环工况百公里油耗：Q=St​Qt​​∗100......(41)