发动机性能与汽车传动系匹配的基本概念.doc

发动机性能与汽车传动系匹配的基本概念2002年7月20日目 录（一）汽车行驶的动力特性（1）（二）动力因素D的概念和应用（20）（三）汽车动力计算实例（24）（四）汽车行驶的燃料经济特性（31）（五）汽车传动比的选择（48）一 汽车行驶的动力特性1、 为了评定汽车行驶的动力特性，一般采用三个指标：（1） 汽车行驶中能达到的最高车速：（系指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶速度）（2） 汽车行使中能克服的最大道路坡度：（汽车的上坡能力是用满载时汽车在水平良好的路面（混凝土或沥青）上的最大爬坡度来表示。坡度常用百分比表示，即每行驶百米距离升高h来表示，故坡度i=h/100=tg，） （3） 汽车行使中的加速能力：（原地起步加速时间：系指汽车由第档起步并以最大的加速度（包括选择恰当的换档时机）逐步换至高档后到达某一预定的距离或车速所需的时间来表示。超速加速时间：系指用最高档或次高档由某一中等车速全力加速至一定车速所需的时间来表示。时间越短，则加速性越好。）决定汽车行驶动力特性的因素和条件大致包括下列几个方面：（1） 发动机的动力特性。如功率、扭矩及发动机相应的转速，因此必须提供发动机外特性曲线及数据。（2） 汽车的整车总重，这是汽车设计中首先必须明确的（每吨总重占有的发动机功率可见表2-1）。（3） 道路条件，即道路状况和阻力。（4） 汽车的迎风阻力。即相关阻力系数及汽车迎风面积。（5） 汽车传动系统的转动比。如：驱动桥主传动比及变速箱各挡速比。（6） 轮胎的滚动半径、结构和特征。（7） 车轮和传动系的转动惯量。（8） 各挡总传动比机械效率。（9） 发动机的系统设计，如车上的进气系统、排气系统和供油系统等，这些系统中所产生的进气阻力、排气阻力和供油阻力等应不影响或牺牲发动机原有的动力特性（应通过检查，不得大于限值）。（10） 车上是否装有液压变速箱和空调等其他装置，因这些装置消耗发动机原有的动力系统（应通过检查，不得大于限值）。2、 发动机性能和汽车行驶动力性能之间的关系:（1） 发动机转速与汽车行驶车速中轮胎上产生的驱动力之间的对应关系式。 a、发动机转速与汽车行驶车速之间的对应关系式：换算公式如下： r=0.0254 d/2+b (1) 式中 ：Va 车速（Km/h） n 发动机转速（r/min） ik 为一档速比，ik2为二档速比，依次类推。 io 汽车驱动轿主传动比 r 轮胎滚动半径（米） d 轮辋直径（英寸） b 轮缘宽度（英寸） 轮胎变形系数 小客车为：1214%；载重车为：1012%；超低压胎为：1218% 注：轮胎的滚动半径应通过实测获得，但一般也可采用以上经验公式进行计算。轮胎断面的宽度与高度之比，根据不同轮胎而异。故应按轮胎手册中规定的数据来计算。通常在公路上行驶的轮胎，其宽度与高度之比大约为1。发动机转速与车速之间的关系见图11。图1-1 发动机转速与汽车行驶速度的关系b、 发动机扭矩与汽车驱动轮上的扭矩和驱动力之间关系： Mk=Me ik io Pk= = 式中：Mk 轮胎驱动力矩（NM） Me 发动机的扭矩（NM） 传动系统的平均总机械效率 Pk 汽车轮胎上驱动力（N）发动机输出扭矩与汽车驱动轮扭矩之间的传递可见图12，变速箱速比具有多个不同档位，一档速比ik1最大，因之一档时车速最低而车轮上发出扭矩最大。最高档速比最小，因之最高档时车速最高而车轮上扭矩最低。最高档有直接档和超速档之分，直接档速比为1，超速档比小于1。汽车驱动力与车速之间关系见图13。关于发动机飞轮至驱动轮之间的平均总传动机械效率：传动系机械效率是速比、车速和负荷等的函数，一般根据测试统计，值大致如下：（1）变速箱处直接档时传动平均效率 92% ；（2）变速箱处其他档位 90% ；（3）特别高的减速比驱动（终传动） 7580% ；（4）64驱动 87% ；（5）66驱动 82% ；传动系统中磨擦功率损失将变成热能，通过润滑油及金属机件导热，辐射散发到外界空气。汽车上采用液压变速箱当然有其优越性，能大大提高行驶操作方便性，但液压变速箱传动机械效率较低，它散发的热量较大，机油必须采用机油冷却器进行冷却，比一般机械变速箱所消耗的摩擦功要大得多，必然消耗掉发动机一部分扭矩，至于它的机械传动效率多少，应由液压变速箱制造商向用户提供。3、 汽车的行驶阻力。汽车的运动阻力来自四个方面：（1）道路滚动阻力 F f （2）空气阻力 Fw （3）上坡阻力 Fi （4）加速阻力 Fa 所以汽车前进中的行驶总阻力为: =Ff+Fw+Fi+Fa道路滚动阻力Ff在任何行驶条件下是永久存在的，空气阻力Fw在车速很低时可忽略不计。上坡阻力Fi及加速阻力Fa仅在一定条件下存在，如果汽车在水平路面上以等速行驶，则Fi+Fa=0。（1）道路滚动阻力Ff。滚动阻力与汽车总重和滚动阻力系数有关，滚动阻力系数取决于下列因素：路面状态 轮胎滚动速度轮胎结构及材料 轮胎气压及接地负荷滚动阻力Ff=滚动阻力系数f车辆总重W，即Ff=f W (N) 所以必须首先确定滚动阻力系数f，滚动阻力系数可能有三种途径求得：a) 经验推荐的概值；b) 公式估算法；c) 汽车滑行实验测定法。a) 根据经验统计，路面状态和轮胎滚动阻力系数的概值可见表11。表1-1 路面状态和轮胎滚动系数的概值路面状态系数f路面状态系数f良好平滑沥青铺装路约0.010整齐良好平坦未铺装路约0.04良好平滑混凝土铺装路约0.011整修不良多石子道路约0.08良好粗石混凝土铺装路约0.014新铺设碎石道路约0.12良好木块铺装路约0.018砂质或石质道路约0.16良好砌石铺装路约0.020松散砂地粘土道路约0.20.3b) 根据估算公式，不同资料推荐的估算公式往往存在较大差异，现摘录如下：f=0.0051+2其中：W 轮胎接地负荷（N） P 轮胎气压（bar） Va 汽车车速（Kw/h）但随着轮胎技术的快速发展，这公式可能已缺乏代表性。f=0.0076+0.000056 Va，可用于轮胎气压较高，车速较低的载重汽车。f=0.0116+0.000142 Va，用于轿车；f=0.00825+0.00016 Va, 用于在良好路面上行驶的载重车。一般认为车速在50Km/h以下，滚动阻力系数变化不大，在100Km/h以上时滚动阻力系数增长较快，如果达到150Km/h 或更大，则轮胎产生驻波现象，周缘不再是圆形而呈波浪状，至使滚动阻力系数剧增，同时会出现轮胎爆裂的危险。因此对轮胎要求很高。轮胎的气压对滚动阻力系数影响也很大，气压降低时，在硬路面上轮胎变形大，滚动时迟滞损失有很大增加，滚动阻力系数显著增大。不过，目前在进行汽车动力计算时，一般对滚动阻力系数进行简化，多采用f=0.010，这里已考虑了轮毂内轴承的摩擦系数，并假定汽车在良好的路面上行驶。c) 关于汽车滑行实验的大概情况是：汽车在水平平坦路面上，以一定的初速稳定行驶，然后将变速箱置于空挡，车辆依靠惯性进行滑行，由于轮胎的滚动阻力、传动系内部的动能损耗以及车身受空气阻力等影响、滑行开始后车速逐渐降低，行驶一段距离后，最后停止，因此滑行实验能作为研究行驶阻力的一种手段。假定滑行中减速度为a，可得出作用在滑行汽车上的行车减速阻力Fj及阻力系数f之间的关系式如下：Fj=(W+W)a/g其中：W汽车总重量（N），g为重力加速度（9.8m/s2），W汽车各转动部分（不包括发动机）的等效重量（N），一般载重车可取W=0.07We ，小型车可取W=0.05We（We为汽车空车自重）。滑行减速度a可用实验结果以及以下公式求得： 其中：t1及t2为汽车滑行中通过前50米及100米的滑行时间（控制滑行初速，使通过100米的滑行时间在202秒以内），此外，滑行平均车速V=360/t2公里/小时。 具体试验方法及说明可见国家标准“载重汽车和越野汽车道路试验方法”（GB133477）中滑行试验方法一章。 当车速较低及无风时，风阻可以忽略不计，因此采用滑行求得a后，就可按下式计算f，f=a/9.8。 当然，采用滑行试验求得的阻力系数f是最可信的，但必须具备一定的汽车测试条件和手段，并需要反复进行，以保证其正确性，因此并不常采用，一般情况就采用上述经验推荐的概值。（2）空气阻力Fw，可用下列公式：空气阻力Fw=1/2CDAV2 （N）式中：CD为空气阻力系数？（一般轿车的CD=0.350.50；货车的CD=0.500.80，客车的CD=0.580.80）。为空气密度，一般=1.2258NS2m-4A为迎风面积（m2）(常用汽车的轮距B与汽车高度Ha之乘积近似表示，即A=BHa(m2),对小客车而言，此近似值常较实测值大510%，对载重车则又常小510%，一般A的范围典型轿车可取1.42.6m2,货车为37m2,大客车为47m2)。V为相对速度（m/s），在无风时即为汽车行驶速度Va，即V用Va（每小时公里Km/h）替代，故 （3）上坡阻力Fi，可用下列公式：上坡阻力Fi= Wsin 见图1-4为相对坡度倾斜角，在计算中，坡度常用百分比表示，即每行驶百米距离升高h来表示，故坡度i=h/100=tg，当道路坡度不大时（1015），则Sin=tg故上坡阻力Fi=Wsin=Wtg=Wi，（N） 上坡阻力和滚动阻力两者之和统称道路阻力FR.。因为上坡时，道路滚动阻力=fWcos，上坡阻力=Wsin，所以道路阻力FR=f Wcos+Wsin，坡度不大时，cos1，sintgi，因此道路阻力FR=W（f+i），上坡时的道路阻力系数为（f+i）。行车阻力与车速关系可见图1-5。我国规定一级公路允许的最大坡度为i=4%，（即tg=4，坡角=218），山区四级公路的最大坡度为9%。（=512）（4）加速阻力Fa。加速和减速都承受惯性阻力，惯性力可分两个组成部分，即平移质量惯性力和回转质量惯性力。表达公式如下：Fa=（W+W）/gdv/dt=（1+W/W）W/gdv/dt 式中，W汽车总量（N）dv/dt为加速度，g为重力加速度（9.8 m/s2）W旋转部分的等效重量（N），它是根据发动机、汽车传动系、车轴和车轮在内的各旋转部分产生的转动惯量转换为平移方向的等效重量。W的转换需要进行实测和计算，过程繁琐，在一般情况下，往往采用统计的概值，见表1-2、1-3和1-4。同时有的资料中还采用如下经验公式：（1+W/W）=1.027+0.0003io2ik2表1-2 车轮和传动系的转动惯量项 目小型轿车货 车车辆重量（空载）（Kg）9052935车辆重量（满载）（Kg）11057000最终减速比4.86.143车轮有效直径（m）0.6480.813转动惯量（mKgS2）1发动机（包括飞轮离合器速器）0.15420.44362传动轴（不包括关连发动机部分）0.00700.06713前轮及前轴2.129311.13404后轮及后轴（包括终减速器）2.139421.9816表1-3 旋转部分等效重量系数车 别轿 车货 车变速档数344第1档2.702.56第2档1.881.541.46第3档1.281.201.20第4档1.111.101.09注：W：车辆总重（N）；W：旋转部分等效重量（N）。表1-4 旋转部分等效重量对汽车重量比项 目车 别轿 车货 车We/W10.0841.107We/W0.0690.045Wf/W10.0470.074Wf/W10.0380.031注：W1 车辆重量（空载）（N）； W 车辆总重（满载）（N）；We 计入发动机时各旋转部分等效重量（N）；Wf 发动机除外时各旋转部分等效重量（N）。4驱动力与行驶阻力的平衡。汽车在行驶中的力学平衡方程式为：行驶总阻力 汽车驱动力Pk=（Meikio）/r车辆在行驶中，Pk=所以： 上述公式表明了汽车行驶中的驱动力和外界阻力之间的平衡关系，即根据外界阻力，驾驶员操纵油门开度，控制发动机输出的扭矩Me，使它与外界阻力达到力的平衡。当外界阻力大，则油门开度大，外界阻力小，则油门开度小。所以当发动机使用外特性、变速箱的传动比、驱动轿主传动比、传动效率、车轮半径、空气阻力系数、车辆迎风面积以及整车总重等初步确定以后，便可利用上述公式分析汽车在附着性能良好的典型路面上的行驶能力，即确定汽车在油门全开时可以达到的最高车速、加速能力和爬坡能力等。利用上述公式就可以绘制以汽车车速Va为横座标，以全部行驶阻力（包括道路滚动阻力、空气阻力和坡度阻力，但不包括加速阻力）及各档油门全开时的驱动力Pk为纵座标的“行车动力性能曲线图”，见图1-6、1-7及1-8。5、汽车最高车速的求法。从行车动力性能曲线图（图1-6及1-7）上可以看出，最高车速Vmax是最高档油门全开时的驱动力曲线与行驶阻力曲线的交点所对应的车速，此时汽车的驱动力与行驶阻力达到平衡。当车速低于最高车速时，能发出的最大驱动力大于行驶阻力，这时油门不需要全开，说明汽车拥有剩余动力或动力储备，从而有能力进行加速和爬坡。在油门并未全开的工况下，发动机是在部分负荷下工作的（见图1-7，图中虚线为油门并未全开下最高档的汽车驱动力曲线），它与行驶阻力曲线交点就是此时的平衡点，可以求出那时的车速，如图（1-7）中的60Km/h。6、汽车直接档最低稳定车速的求法。在汽车定型试验规程中，规定需用直接档测定汽车的最低稳定车速。影响最低稳定车速的因素是发动机的最低稳定工作转速、汽车传动系参数和道路阻力等，其中发动机最低稳定转速起关键作用。测试时汽车以直接档在平地上缓慢行驶。并将油门逐渐关小，直至达到发动机最低稳定转速或汽车最低稳定车速为止。当行驶阻力曲线与发动机最低稳定特性曲线相交，这交点对应的车速就是最低稳定车速Vmin，见图1-9。图1-97、汽车爬坡能力的求法。爬坡能力是指汽车在行驶中克服道路坡度的能力。在等速行驶下，=0，故Pk=Ff+Fw+Fi，Fi=Pk（Ff+Fw）因为： Ff=WfcosWf（因的值较小，可粗略假定cos1）Fw= ; Fi=Wsin所以： 汽车最大爬坡度是在变速箱一档时，但直接档的最大爬坡度也应引起注意，否则汽车在直接档行驶时，遇到较小的坡度就要经常换档，这样就影响了行驶的平均速度，各种坡度下的行车阻力曲线可见图1-5。各档的爬坡能力见图1-6。8、汽车加速能力的求法。由公式：可知： 根据上述公式，将发动机外特性曲线上的扭矩值Me，按转速逐点代入，经换算后，可得到在平路上行驶时各档加速度能力曲线，见图1-10。有的车辆由于变速箱结构的差异，一档的W很大，结果有时二档的加速度将大于一档。由于加速度的数值不容易测量，故一般常用加速时间来表明汽车的加速能力。如采用直接档行驶，以最低稳定速度加速到80%Vmax所需时间来表示。现将简单计算介绍如下：由运动学可知，加速度a=，故dt= dv，即速度从V1至V2加速过程中的时间等于1/a与dv的积分。1/a是加速度的倒数，只要按公式，按车速Va求出a=dv/dt后，就可求出其倒数1/a，然后可以画出加速度倒数1/a随速度Va的变化曲线（见图1-11a），即可用图解法求得加速时间。（W+W）可见表（1-2）、（1-3）、（1-4）。在进行图解积分时，可将速度区间分成为若干间隔，（常取为5Km/h）并分别测定出面积1，2，3等，如图1-11b所示。则：t1=1/3.6ab（s），t2=（1+2）/3.6ab（s），tn=（1+2+3+n）/3.6ab（s）。注：在座标图上用amm表示1Km/h，用bmm表示1s2/m，（1Km/h）（1s2/m）=1s/3.6。将所得加速时间按相应的速度坐标标在tVa坐标系内，便可求得最高档的加速时间图，同样可以求出自1档开始连续换档加速至最高档的加速时间图。（见图1-12）。根据一般统计，在用一档时，应能产生1.72.0 m/s2的加速度，用高档时应能产生0.250.5m/s2的加速度，这一目标值对载重汽车，也是适用的。9、后备驱动力。图1-8中，显示两种道路行车阻力曲线，即平路（=0）及坡路（=1）两条曲线。此外还有三个档位的驱动力曲线。最高车速是在交点处即Vmax。当变速箱用三档以车速V1在平路上行驶，油门不需全开，故具有剩余或后备驱动力，即等于图中表示的（Pk3F1）。如果行驶在坡路（=1）时，则已不存在后备驱动力，即油门已全开，达到平衡。（即Pk3=F2）。但当用二档车速V1行驶时，在坡路上又有后备力（Pk2F2）。所以档位越低，驱动力越大。后备驱动力也越大。但是当应该由低档换高档时而不换，则汽车的后备驱动力长时间剩余，并使发动机处于低档下高速运转，结果使油耗大幅度上升，车速又不能提高，这种现象驾驶员称为“拖档”，应尽量避免。10、发动机驱动功率与行车阻力功率的平衡。（1）为了克服行车阻力，汽车产生驱动力Pk（N）才能前进，同时以一定的速度Va（Kw/h）行驶，这样所需要的驱动功率Nk（Kw）应为：Nk=PkVa/3600（Kw） （换算关系：1m/s=3.6Km/h；1Kw=1000Nm/s=3600NKm/h）这时由于存在传动系的机械效率，故需发动机输出的功率为：Ne=Nk/=PkVa/3600 因为：Pk=滚动阻力+空气阻力+上坡阻力+加速阻力=Wf +Wi+滚动阻力功率Nf=WfVa/3600 空气阻力功率Nw=CDAVa3/21.153600上坡阻力功率Ni=WiVa/3600 加速功率Na=Va/3600所以：发动机输出功率Ne=1/（Nf+Nw+Ni+Na）=（1/3600）（Wf+Wi+）Va这就是发动机输出功率与汽车行驶阻力功率之间的平衡式。图1-13就是以纵座标表示发动机的输出功率和汽车行驶阻力消耗的功率，横座标表示车速。由于在各不同变速箱档位上，发动机转速与车速的关系因速比的不同而差异。低档时车速低，所占车速区间窄，如n，高档时车速高，所占车速区间宽，如n。但各档位上发动机的功率大小（仅机械效率上的一点差异）和功率曲线的形貌基本上是不变的，因此各档功率曲线在座标图上呈横向排列（高档的移向右边）。同时把汽车行驶的阻力功率曲线与绘在座标图上。平路等速行驶时，阻力功率一般包括滚动阻力功率Nf和风阻功率Nw，转换到对发动机的需求消耗功率为（Nf/Nw）/，它是两种阻力功率的叠加，低速时呈车速的一次函数，高速时主要克服风阻，功率为车速的三次函数，是一条随着车速提高而斜率越来越大的曲线。从图可以看出，最高档时的发动机功率曲线与阻力功率曲线交点对应的车速便是在良好平直路面上汽车的最高车速为Vamax。最高档时与发动机最大功率相对应的车速为Vp，它一般等于或稍小于最高车速。因此发动机功率的选取，首先应根据汽车最高车速的要求。当爬坡能力及最大加速能力在汽车整车参数（如：传动比等）尚未明确之前，由于因素太多往往难以确定，故用最高车速来选取发动机功率是合理的，因为最高车速也反映了和包含了加速能力和爬坡能力。车速高，必须要求发动机有大的功率，功率越大，则在低速时，汽车的加速能力和爬坡能力也越强。功率选择的范围可见表2-1。11、汽车行驶中的发动机后备功率。 当汽车在良好路面上以Va等速行驶时，汽车的阻力功率为？段（见图1-13），油门只部分打开，于是在Va的垂直线上，ab？段为汽车的后备功率，可用来加速或爬坡，这时维持汽车等速Va行驶所需发动机功率并不大，发动机的油门开度较小，当爬坡及加速时，驾驶员才加大油门，使全部或部分后备功率发挥作用，汽车的后备功率越大，则动力性能越好。后备功率可用公式Nb=Ne-(Nf+Nw)/表示，即图中的ac-bc，（ac为车速Va时发动机能发出的全部功率，也即是Ne）当加速时不爬坡，所以i=0，结果不同车速时的加速度为：当爬坡时不加速，则近似地可求出不同车速时能爬的坡度为： 以上是用后备功率的概念来分析汽车的动力性能，例如车速越高，遇到的阻力越大，阻力与车速的乘积（阻力所消耗的功率）就更大，因此没有足够的发动机功率，汽车高速行驶是不可能的。同样，汽车的加速性能和爬坡的速度都需要后备功率，所以汽车的动力性能主要还是取决于汽车发动机能输出的额定功率和一定的超速功率（可见图1-14及1-15）。二 动力因数D的概念和应用1、动力因数的概念。单纯地采用汽车能发出的最大的驱动力Pk这个值是否能代表一台汽车的动力性能指标呢？当然不能，如果两台汽车，它们驱动轮上的最大驱动力Pk是相等的，但是它们的总重不同，则总重大的汽车的动力性肯定不如总重小的汽车，车辆的总重在行驶阻力中已有所反映，但是并不显示在汽车的驱动力上，为了进一步标明出汽车的动力性能指标，并建立相对可比性的参数，需采用“动力因数”D的概念，现表达如下：动力因数D=因为空气阻力与车辆外形有关，与车辆总重一样，也体现了车辆的具体条件，所以动力因数是一个包括驱动力、车辆总重和空气阻力的综合参数。式中：Pk是从发动机使用外特性曲线上的扭矩求得的，即：Pk= （见第一章公式）Fw为汽车空气阻力，即：Fw= （见第一章公式）W为汽车总重（GVW）因此，D=？，（）/W. 现以车速Va为横座标，以各档的动力因数D为纵座标，可以绘制出“汽车动力特性图”，可见图2-1。动力因数是代表汽车动力性能的大小，动力因数大，表示该车动力性能好，反之，则动力性能差。表2-1是各种汽车的动力特性参数表，包括应达到的最高车速和每吨汽车总重应拥有发动机功率的范围。表2-1 汽车动力特性参数表汽 车 类 别D0maxD1maxVmax(Km/h)Ne/w(Kw/t)货车小 型总重2 t0.06-0.100.3-0.480-12015-35轻 型总重2-6 t0.05-0.080.3-0.485-12010-22中 型总重6-14 t0.04-0.060.3-0.3575-1108-12重 型总重14 t0.04-0.060.3-0.3570-1008-14客车小 型总重4 t0.05-0.080.2-0.3580-12015-24中、大型总重4-16 t0.04-0.060.2-0.3570-1007-9铰接通道车总重18 t0.03-0.040.12-0.1555-855-8轿车微型级iVh0.900.07-0.100.3-0.490-12019-52轻型级iVh0.90-20.08-0.120.3-0.45120-17038-66中型级iVh2-40.10-0.150.3-0.5130-22044-74高 级iVh40.14-0.200.3-0.5140-19052-110矿用自卸车0.03-0.050.3-0.545-705-6注：D0max 直接档最大动力因数；D1max一档最大动力因数； Vmax 最大车速；Ne/w 每吨汽车总重应拥有的发动机额定功率。2、动力因数与汽车行驶阻力系数之间的平衡式。当汽车的驱动力与行驶阻力达到平衡，可以求出最高车速、最大爬坡角及加速能力，平衡式为： （见第一章公式）代入：由上式可知，不论汽车的重量等参数有什么不同，只要有相等的动力因数，便能克服同样的道路阻力和坡度阻力，同时拥有同样的加速度能力（假如两车的相同的条件下）因此把动力因数作为表征汽车动力特性的指标是比较合理的。同时利用动力因数及其特性图（图2-2）来分析汽车的动力性能不仅有其全面性，而且也较简便。因此在评定汽车动力性能时得到广泛使用。3、动力因数的应用。见图2-2。（1）确定最高车速。最高车速是指在良好的水平路面上汽车能达到的最大速度，由于没有坡度所以i=0，同时也不可能加速，故，故动力因数即动力因数等于汽车道路滚动阻力系数f。这样在图2-2上作f线，它与直接档或超速档D曲线的交点上的车速，便是汽车的最高车速。（2）确定上坡能力上坡时无加速度，即 所以：D=f+i i=Df因此，动力因数D曲线与f曲线之间的距离就代表汽车各档上坡能力，其中以一档爬坡能力最大，从图2-2上可以看出，一档动力因数曲线上的顶点与f曲线的垂直距离大致就是最大爬坡能力（D1maxf）。但是，由于最大坡角较大，因而cos1，sini，故采用imax=D1maxf就会产生较大误差。应采用公式：D1max=fcosmax+sinmax，解此三角函数方程式，可求得：然后再根据tgmax=imax换算成坡度。（3）确定加速能力在平路上加速时，i=0，即因此D曲线与f曲线间距离的倍就代表汽车各档的加速度。当求直接档的加速度时，如果粗略判断可取，则加速度值就是D曲线与f曲线垂直距离的10倍。用以上分析表明，动力特性图上几个重要参数是：水平路面上最高车速Vmax。档最大动力因数D1max代表了最大的上坡能力。例如：如果D1max=0.32，好路上低速行驶时取f0.02，粗略估算，i=Dimaxf=0.320.02，则可得最大爬坡能力为imax30%。最高档的最大动力因数D0max也能说明汽车以最高档行驶时上坡和加速能力。为了使汽车拥有足够的后备功率，对大中型功重汽车在第一档时，应保证其动力因数D1max=0.300.40，使之能克服较大的陡坡阻力。当用直接档时，其动力因数D0max应为0.050.06，而用超速档时Dvmax应为0.030.35，以免经常换档，降低高档的利用率，反而使经济性下降。常用几种中等位车型最高档动力因数可见表2-2。表2-2 常用几种中吨位车型最高档动力因数道奇10日野KM400菲亚特950E五十铃TXD50东风EQ140 东风EQ153汽车总重（t）15.07.110.511.09.313.7动力因素0.0280.03630.0310.0300.04070.0423三 汽车动力计算实例1、本计算中发动机，额定功率为121.4Kw/2600r/min，最大扭矩583Nm/1600r/min，其外特性及使用外特性数据见表3-1。表3-1转速（r/min）10001200140016001800200022002400260027002900外特性功率（Kw）42.163.582.897.7106.6112.3117.8120.8121.411563.2扭矩（Nm）402505.3564.7583565.5536.1511.3480.6445.8406.7208.2使用外特性功率（Kw）38.4359.2677.9892.31100.63105.75110.66113.06113.07106.324.25扭矩（Nm）366.9471.5531.8550.9533.8504.9480.3449.3415.2375.9178.62、汽车底盘传动系统的参数如下：驱动轿主传动比：io=6.166变速箱速比：ik1=6.540 ik2=3.780 ik3=2.168 ik4=1.442 ik5=1.000轮胎规格：10.00R2016PR型（即轮辋直径为20英寸，宽10英寸，胎内为16层的子午线。）实测轮胎滚动半径为r=0.510米3、按照车速公式；车速，代入得：（n为发动机转速：r/min，ik为变速箱对应档位的速比。）计算结果见表3-2。表3-2发动机转速（r/min）汽车各档车速（Km/h）Va1Va2Va3Va4Va510004.88.214.421.631.212005.79.917.325.937.414006.711.520.130.343.716007.613.223.034.649.918008.614.825.938.956.120009.516.528.843.262.4220010.518.131.647.668.6240011.419.834.551.974.8260012.421.437.456.281.1270012.922.338.858.484.2290013.823.941.762.790.4注：Va1为变速箱一档时车速，Va2Va5依次类推。4、按照驱动轮扭矩和驱动力公式：驱动轮扭矩Mk=Meioik 驱动轮上驱动力因为：io=6.166所以：Mk=6.166Meik假定传动系统的机械效率：直接档为0.92，其余各档均为0.90，则：计算结果见表3-3。表3-3发动机转速（r/min）汽车各档驱动力（N）Pk1Pk2Pk3Pk4Pk51000261101509186555757408112003355319393111237398524414003784421873125458344591516003920422659129968644612818003798721956125938376593720003593020767119117922561622003418019755113307536534224003200918501106117058500326002954717078979564154618270026750154618868589841812900127107346421328021987注：Pk1为变速箱一档时汽车轮胎上驱动力，Pk2Pk5依次类推。5、汽车行驶中的阻力计算：（1）滚动阻力FR=滚动阻力系数车辆总重设：滚动阻力系数=0.01 车辆总重=137200 N所以：滚动阻力FR=0.01137200=1372 N（2）空气阻力：设：空气阻力系数CD=0.53（N.s2/m4）迎风面积：A=BH=1.942.73（B为前轮距，H为汽车总高）所以：空气阻力计算结果可见表3-4。表3-4发动机转速（r/min）Fw汽车各档行驶的空气阻力（N）Fw1Fw2Fw3Fw4Fw510003927621291200413408918614006185412225316008237015933018001029892014182000123611024851622001544133300625240017521583577432600206118642087227002266200452941290025762315221085注：Fw1为变速箱一档时汽车空气阻力；Fw2Fw5依次类推。6、各档动力因数的计算：动力因数D=（PkFw）/WPk 驱动力（见表3-3）Fw空气阻力（见表3-4）W汽车总重（N）=137200 N计算结果见表3-5及图3-1。可见一档最大动力因数为0.2857，直接档最大动力因数为0.0423。表3-5发动机转速（r/min）D汽车各档动力因数一档D1二档D2三档D3四档D4五档D510000.19030.10990.06290.04150.028812000.24450.14130.08080.05330.036914000.27580.15930.09100.05990.041316000.28570.16500.09420.06180.042318000.27680.15980.09110.05960.040220000.26180.15110.08600.05590.037222000.24900.14370.08160.05270.034424000.23320.13450.07620.04880.031026000.21520.12400.07000.04440.27327000.19480.11220.06320.03970.023629000.09250.05300.02900.01660.00666、爬坡角计算：设坡度角为，则坡度=tg根据公式： 式中，D为动力因素，f为车轮滚动阻力系数，设f=0.01，则：爬坡度求出Sin后，即可得爬坡度。计算结果见表3-6。可知汽车最大爬坡度为28.72%，相当于坡角16.5。表3-6发动机转速n（r/min）汽车各档爬坡度%一档I1二档I2三档I3四档I4五档I5100018.3510.55.303.151.88120024.1613.257.104.332.69140027.6115.118.135.03.13160028.7215.708.454.193.23180027.7215.168.144.973.02200026.0514.267.634.602.72220024.6513.507.184.882.44240022.9212.556.643.802.11260020.9911.486.023.571.73270018.8210.285.332.601.3629008.284.301.900.877、加速性能计算计算过程从略。计算结果为：二档起步、换档加速至80 Km/h的加速时间为52.72 sec。直接档25 Km/h稳定初速加速到80 Km/h的加速时间为59.7 sec。8、汽车驱动功率的计算汽车在平直路面上以直接档行驶（无坡度，也不进行加速），则驱动功率为克服道路阻力风阻。公式为：Nk=Nf+Nw=(WfVa+CDAVa3/21.15)/3600式中：W=137200（N） f =0.01CDA=0.53(1.942.73)=2.807取车速Va值为10、20、30100公里/小时，驱动功率的计算结果，见表3-7。表3-7汽车车速 Va（Km/h）汽车驱动功率 Nk（Kw）103.8207.93012.44017.65023.66030.87039.38049.39061.110074.99、最高车速的求得：作发动机功率与驱动功率的平衡图，见图3-2，可确定最高车速为89 Km/h 图3-2 最高车速确定四 汽车行驶的燃料经济特性评定汽车燃料经济性的指标，一般为汽车百公路油耗量（L/100Km）或每吨载重量百公里油耗率（L/t100Km）。1、为了评定和衡量汽车的燃料经济特性，汽车制造长必须通过汽车行驶试验，对汽车的燃料消耗量进行测定。这种试验有的是在汽车试验场上进行的，也属于汽车定型试验和质量检测中的一个组成内容。其中包括：（1） 汽车每公里等速行驶油耗量试验（2） 汽车六工况行驶燃油耗测定试验（3） 汽车在综合路面上行驶使用燃油测定试验（4） 汽车在特定路面上行驶的燃油测定试验（为山区、丘陵）详见国家标准GB1334-77。标准中规定了严格的试验条件，如对汽车的载重量、汽车的技术状况、道路条件、试验方法等。其中等速百公里油耗试验是汽车在平坦的直线路面上用最高档，车速从20公里/小时开始，然后以每10公里/小时递升，直至最高车速的80%，一般载重车即以20、30、40、50、60及70公里/小时的六种车速，以等速通过500米的测量段，每种车速往返两次，取燃油消耗量的平均值。车型发动机型号车速（Km/h）直接档、不拖挂整车总重（kg）20304050607019.519.921.122.624.527.2930011.011.713.014.917.6930010.911.813.014.916.417.093009.410.411.613.014.616.1930012.913.013.715.016.718.71100012.012.313.515.017.119.4930012.312.814.015.718.221.41400012.312.714.516.719.514000六工况试验的规范可见标准JB3352-83。上述试验是必要的，它可以充分的技术理论为依据，可以对汽车的燃料经济特性提供可靠的基础，以便分析和评定。在汽车制造厂推出的介绍产品的资料中，对各种车型的百公里油耗也提供了明确的数据，这些数据也是从上述试验结果中摘取的，例如某汽车在综合路面上的百公里油耗为22L/100Km，其中未注明行驶速度的均为50Km/h等速行驶为根据。但是必须指出：实际使用中，由用户反映和提供的燃料消耗量与上述试验所得数据和资料中所表面的数据往往存在较大差距，这说明燃料经济性的问题是由很多使用条件和复杂因素组成的。2、汽车万有特性曲线的建立。为了建立汽车万有特性，必须采用下列关系式：（1）车速与发动机转速的关系。上述r及io对某一车辆而言，是已经确定不变的。所以其变数是和，即车速是由变速箱挡位和发动机转速n两个参数组成的。因此可以把各挡车速