汽车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： 0
377
.0i i n r u gi e
k ai ??= （ km/h ） ......(1) 其中：k r 为车轮滚动半径，m;
由经验公式：??
?
???-+=)1(20254.0λb d r k (m)
d----轮辋直径，in
b----轮胎断面宽度，in
λ---轮胎变形系数
e n 为发动机转速，r/min ；0i 为后桥主减速速比；
gi i 为变速箱各档速比，)...2,1(p i i =，p 为档位数，（以下同）。
3.1.2 各档牵引力 汽车的牵引力：
错误!未指定书签。 t k
gi a tq a ti r i i u T u F η???=
)()(
（ N ） (2)
其中：)(a tq u T 为对应不同转速（或车速）下发动机输出使用扭矩，N ?m ；t η为传动效率。
汽车的空气阻力：
15
.212
a
d w u A C F ??= （ N ） (3)
其中：d C 为空气阻力系数，A 为汽车迎风面积，m 2。 汽车的滚动阻力：
f G F a f ?= （ N ） ......(4) 其中：a G ＝m
g 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r F ：
w f r F F F += （ 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： 9549
)()(e
a tq a ei n u T u P ?=
（kw ） (6)
其中： )(a ei u P 为第)...2,1(p i i =档对应不同转速（或车速）下发动机的功率。 汽车的阻力功率：
t
a
w f r u F F P η3600)(+=
（kw ） (7)
3.1.4 各档动力因子计算
a
w
a ti a i G F u F u D -=
)()( (8)
各档额定车速按下式计算
.377
.0i i n r u i g c e k i c a = （km/h ） (9)
其中：c e n 为发动机的最高转速；
)(a i u D 为第)...2,1(p i i =档对应不同转速（或车速）下的动力因子。
对各档在[0，i c a u .]内寻找a u 使得)(a i u D 达到最大，即为各档的最大动力因子m ax .i D
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
)()(.a r a highest t u F u F =，
求解a u 。舍去a u 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c a u 作为最高车速m ax .a u 。
额定车速按下式计算
377
.0i i n r u h g c e k c a = （km/h ） (10)
其中：c e n 为发动机的最高转速 h g i 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n F
驱动形式 4*4全驱 ：a n G F =
4*2前驱 ：)(a L L
G F a
n -=
4*2后驱： a L
G F a
n =
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
?>n
highest
t F F .
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！” 3.1.6 爬坡能力计算
???
?
??+-=a w f a ti i G F F u F )()(arcsin α ......(11) 其中：i α为第)...2,1(p i i =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，i
ac u .]中对
)(ai i u α寻优，找到最大值1.m i α
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2.m i α 驱动形式 4*4： ?αarctan 2.=m i ，计算2.m i α 4*2 前驱： )arctan(
2.g
m i h L b ??
α+=，计算2.m i α
4*2后驱： )arctan(
2.g
m i h L a ??
α-=，计算2.m i α
其中： b ——满载或空载质心到后轴的距离
?——道路附着系数 L ——轴距
取1.m i α、2.m i α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
tq
F
t k
gq eq q r i i T Fd η???=
max （N ） (12)
其中：m ax eq T 为发动机的最大输出扭矩
q g 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 0i 为主减速器的传动比
t η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
q
α
f f
G F a tq
q arctan )1arcsin(
2
-+=α （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2m α，取q α和2m α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)...2,1(p i i =档的旋转质量换算系数
i
δ
? 如果已知经验值1δ，2δ，则按下式计算
2
211gi i i δδδ++= (14)
其中：i g i ——第i 档传动比
? 如果已知车轮的转动惯量w I 和飞轮的转动惯量f I ，则按下式计算
)(112
2
22t k i g f k w i r i i I r I m ηδ??++=∑ (15)
其中：m ——满载或空载质量 3.1.8.2 按下式计算第)...2,1(p i i =档加速度
)()(f D g
m F u F a i i
q r a ti i -=-=
δδ (16)
其中：i a 为第)...2,1(p i i =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1+i 档（1...2,1-=p i ）的最佳换档点对应的车速为i ab u
?
计算加速时间
?
=21
)
(1
6.31u u a a i du u a T (s) (17)
? 计算加速距离
dt u S t t a i
?
=
2
(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
?
=
ae
as
u u a a p p du u a t )
(1
6.31 (19)
其中：)(a p u a 为最高档（或直接档）加速度
ae u ——用户指定的加速终了速度
as u ——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p P m
P
P p =
（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m η
m m e
m =
η ......(21) 其中： e m 为装载质量
0m 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
e
g
? 按下式计算行驶阻尼功率 r P ：
)360010
76140(
1
3
6
a a a D t
r u f G u A C P +?=
η （kw ） ......(22) ? 按下式计算对应的发动机转速e n ： a k
d g
e u r i i n 377.00=
（r/min ） (23)
其中：d g i ——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r P 、e n 的有效燃油消耗率e
g （g/kw ·h ）
3.2.1.2 计算直接档等速百公里油耗 γ
a e
e u g P Q 02.1100=
（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t ?。
3.2.2.2 初速度 ：301=s v km/h （GB/T12545-1990）
在第n 个时间段内
1n
s -=n e v v （...3,2=n ） (25)
3.2.2.3 末速度： t v a v v n n n s p s e ?+=)(6.3（...2,1=n ）
3.2.2.4 累积行驶距离 t v v S S n n n n
s e t t ??++
=-6
.321（...2,1=n ） (26)
00=t S 3.2.2.5 燃油消耗率：n e g
? 起点燃油消耗率n s g
以初速度n s v 对应的发动机转速n s n 和)(n s en v P 插值得到起点n s g
n n
s k
highest g s v r i i n 377.00?=
(27)
其中： h g i 为最高档传动比
? 终点燃油消耗率n e g
以末速度n e v 对应的发动机转速n e n 和)(n e en v P 插值得到n ge n n e k
gh e v r i i n 377.00?=
(28)
3.2.2.6 累积燃油消耗量n t Q 00=t Q
t g v P g v P Q n n n n n e e en s s en t ?+???=
))()((10001.367121γ
(29)
如果500 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。 3.2.3.1 怠速工况的计算 ? 燃油消耗量： t g Q i e i = （ml ） ......(30) 其中：i e g 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 0=i S （m ） ......(31) 3.2.3.2 匀速工况的计算 ? 燃油消耗量 ? 发动机功率 )360010 76140( 1 3 6 a a a D t c u f G u A C P +?= η ? 发动机转速 a k g c u r i i n 377.00= 其中：k r ——车轮滚动半径 ? 由c P 、c n 根据万有特性插值得到燃油消耗率c e g ? 按下式计算燃油消耗量 t g P Q c e c c γ 1.367?= (32) 其中：t 为匀速工况时间 ? 行驶距离 t u S a c 6 .3= ......(33) 其中：a u 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s v 和末速度e v 中均匀取50个点，记为i v ? 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： i i e i e t g v P g )(10001.3671 γ ?= (34) ? 加速时间 a v t 6.3?= ? ......(35) 其中：a ——加速度 ? 燃油消耗量按下式计算 ∑?=t g Q i t a (36) ? 行驶距离 a vs ve S a 92.252 2-= (37) 其中：a 为加速度 3.2.3.4 减速工况计算 ? 燃油消耗量 t g Q i e d = ......(38) 其中：i e g 为怠速燃油消耗率 t 为减速工况时间 ? 行驶距离 ' 92.252 2 a v v S e s d -= (39) 其中：s v 为减速运动的初速度 e v 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t Q ，总的行驶路程记为t S d a c i t Q Q Q Q Q +++＝ (40) 循环工况百公里油耗： 100*t t S Q Q = (41)