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一、驱动力行驶阻力计算（整车重量m=9000kg ）1.计算参数的设置（以下计算参数均相同）发动机型号 IADe300-40 （221K/2500r/min ）1100N·m/1400r/min 变速器型号 6DSI30TA发动机转速 n=1000~2500r/min ；变速器传动比 ig=[8.71 ，4.90，2.93,1.87,1.30,1.00 ] 汽车迎风面积 A=1.7×2.4=4.08；264.308.48.0=⨯=A C d 高档主传动比 5678.37857.1665.120.10302010=⨯⨯=⨯⨯=i i i i 抵挡主传动比 7142.47857.120.220.103'01'002=⨯⨯=⨯⨯=i i i i传动系机械效率 85.0=t η车桥减速比 20.101=i 滚动阻力系数 9165.0)50(01.00165.0=-+=a r v f 分动器传动高档比 665.102=i 风阻系数 8.0=d C 分动器传动抵挡比 665.1'02=i 滚动半径 r=0.507 轮边减速比 7857.103=i 重力加速度 g=9.82.汽车驱动力——行驶阻力平衡图 计算公式：;15.21;377.0;200a D f g a tg t Au C G F i i rnu ri Ti F ===η汽车驱动力——行驶阻力平衡图计算公式)05.0,07.0(1;;15.21cos ;377.0;21221200==++=-=+===δδδδδδαηgi mF F a Au C Gf F i i rnu ri Ti F rt a D r g a tg t加速度曲线计算公式)05.0,07.0(1;15.21;cos ;377.0;21221200==++=====δδδδδαηgi Au C F Gf F i i rnu ri Ti F a D w f g a tg t加速度时间曲线图汽车用Ⅱ档起步加速行驶至60km/h 的加速时间为11.76s ，加速至100km/h 时的加速时间是32.36s计算公式fD i GF F D Au C F i i rnu ri Ti F wt a D w g a tg t -=-====;;15.21;377.0;20η爬坡性曲线图（分动器抵挡比）计算公式fD i GF F D Au C F i i rnu ri Ti F wt a D w g a tg t -=-====;;15.21;377.0;20η爬坡性曲线图（分动器高挡比）计算公式;;15.21;377.0;20GF F D Au C F i i rnu ri Ti F w t a D wg a tg t -====η动力特性图计算公式ta D t a fw e g a Au C mgfu P TnP i i rn u ηη761403600;9549;377.030+===功率平衡图。
第一章 汽车动力性第三节 汽车动力性分析一、驱动力—行驶阻力平衡图、动力特性图和功率平衡图作用于驱动轮上的驱动力t F 为s t g 0t dT i i F r h =（1-14）式中：s T —使用状态的发动机转矩；t h —传动系机械效率，见表1-6；0,g i i —变速器和主减速器的速比；d r—车轮滚动半径。
汽车速度与发动机转速及传动系参数的关系式为a r g 023.60.37760nrnv r i i p =ﾻ，km/h（1-15）式中：a v —汽车速度，km/h ；r r —车轮滚动半径，m ；n —发动机转速，r/min 。
车轮滚动半径＝滚动圆周长/2p 。
对子午线轮胎可取r r ＝0.97×自由半径，对斜交轮胎取r r ＝0.95×自由半径。
车轮滚动半径是指车轮承受铅垂载荷和转矩时的半径，在硬路面上近似与单纯承受铅垂载荷的静力半径相等，其经验计算式为()[]λ-+=12/0254.0d b d r ，m （1-16）式中：d r —车轮滚动半径，m ；d —轮辋直径，m ；b —轮胎宽度，m ；λ—轮胎径向变形系数，额定胎荷时可取为0.1~0.16。
由发动机使用外特性曲线，按不同挡位，可绘制各挡的驱动力—车速曲线图，如图1-47所示。
同时在图上还画出了常见行驶阻力曲线f w F F +，这样就构成了驱动力—行驶阻力平衡图。
图1-47 驱动力－行驶阻力平衡图图1-48 动力特性图在阻力曲线与驱动力曲线的交点即有t f w F F F =+，车辆可在该车速下匀速行驶。
动力特性图是指动力因数—车速关系曲线（图1-48）。
动力因数定义为t w F F D G-= （1-17）利用动力特性图可以比较不同车重和空气阻力的车辆的动力性能。
驱动轮发出的驱动功率：t t sP P h =式中：P s —发动机使用状态下的功率。
图1-49 功率平衡图由于不同挡位对应的车速范围不同，各挡的车轮驱动功率与车速的关系曲线亦不同（图1-49所示）。
1.1汽车的驱动力--行驶阻力平衡图1.1.1计算说明:汽车的速度与转速之间的关系:0377.0i i rn U g a=汽车发动机的使用外特性n T tq ~曲线的拟合公式为: 432)1000(8445.3)1000(874.40)1000(44.165)1000(27.295313.19n n n n T tq -+-+-=汽车的驱动力:ri i T F tg tq t η0=汽车的行驶阻力:a D w f U A C Gf F F 15.21+=+1.1.2作图说明:在excel 表格中,按照不同档位的g i 值,可以依次建立每一个档位对应的a U ,tqT ,t F 和w f F F +,即如下图表1-1所示:图表1-1由于要求汽车的驱动力和行驶阻力平衡图,则在excel 表格中插入图表,分别以各个档位对应的速度值a U 作为其横坐标,t F 和w f F F +作为其纵坐标建立图表.横坐标的单位为km/h,纵坐标的单位为N,如下图1-2所示:图1-2注释:从图1-2上可以清楚地看出不同车速时驱动力和行驶阻力只见到的关系.汽车以最高档行驶时的最高车速可以直接在图1-2上找到.显然,5t F 曲线与w f F F +曲线的交点便是maxa U .因为此时驱动力和行驶阻力相等,汽车处于稳定的平衡状态.1.2绘制动力特性图1.2.1计算说明:汽车的速度与转速之间的关系:0377.0i i rn U g a =汽车的空气阻力和车速的关系:215.21a D w U A C F =动力因数:GF F D wt -=1.2.2作图说明:在excel 表格中,按照不同档位的g i 值,可以依次建立每一个档位对应的U,w F和D,即如下图1-3所示:a图1-3由于要求汽车的动力特性图,所以分别以汽车的速度U为横坐标,以动力因a数D为纵坐标建立汽车的动力特性图.其横坐标的单位为km/h,纵坐标为动力因数,无单位.所以该动力特性图如下图1-4所示:图1-4注释:f 为滚动阻力系数.1.3绘制功率平衡图1.3.1计算说明:汽车的速度与转速之间的关系:0377.0i i rn U g a=汽车发动机的使用外特性n T tq ~曲线的拟合公式为:432)1000(8445.3)1000(874.40)1000(44.165)1000(27.295313.19n n n n T tq -+-+-=汽车的功率为:9550n T P tq e =汽车遇到的阻力功率为:taD tatwf AUC GfUP P ηηη7614036003+=+1.3.2作图说明:根据转速分别算出汽车的转矩tq T ,功率e P ,以及对应各个档位下的车速4321,,,a a a a U U U U .并根据公式计算出汽车的行驶阻力taD tatwf AUC GfUP P ηηη7614036003+=+,所列图表如下图1-5所示:图1-5根据上图所得数据,以车速a U 为横坐标,以e P 和twf P P η+为纵坐标,将发动机功率e P 和汽车经常遇到的阻力功率twf P P η+对车速的关系绘制在坐标图上,即得汽车功率平衡图,如图1-6所示:图1-6注释:由图可见在不同档位时,功率的大小不变,只是各档发动机功率曲线所对应的车速位置不同,且低速时车速低,所占速度变化区域窄;高档时车速高,所占变化区域宽.f P 在低速范围内是一条斜直线,在高速时由于滚动阻力系数f 随车速a U 而增大,所以fP 随a U 以更快的速率加大;w P 则是车速a U 的三次函数.二者叠加后,阻力功率曲线twf P P η+-a U 是一条斜率越来越大的曲线.高速行驶时,汽车主要是克服空气阻力功率.2.1汽车的最高车速2.1.1 理论说明:汽车的功率完全是靠发动机曲轴的功率所提供,消耗在行驶中的各个环节.其中有滚动阻力功率f P ,空气阻力功率w P ,坡度阻力功率i P 和加速阻力功率j P .在还未达到最大的行驶速度max a U 时,发动机的功率在克服各种行驶阻力的同时还有剩余用来加速和爬坡.当发动机输出的功率和行驶阻力相等时,汽车处于稳定的平衡状态,车速也不再增加.此时的车速即为最大的车速max a U .2.1.2求最高车速max a U由上述的理论依据,我们直接可以在汽车的功率平衡图上读出汽车的最高车速max a U =98km/h.2.1.3求最大爬坡度:根据如下的公式432)1000(8445.3)1000(874.40)1000(44.165)1000(27.295313.19n n n n T tq -+-+-=ri i T F tg tq t η0=377.0i i rn Ug a=a D w f U A C Gf F F 15.21+=+))(arcsin(max GF F F w f t +-=αmaxmax tan α=i可知一档的最大爬坡度max i =0.374注释:一般所谓汽车的爬坡能力,是指汽车在良好路面上克服w f F F +后的余力全部用来(即等速)克服坡度阻力时能爬上的坡度,所以0=dtdu .因此,)(w f t i F F F F +-=.汽车的最大爬坡度max i 为1档时的最大爬坡度.2.1.4求最大爬坡的所对应的附着率:在加速及上坡过程中,主要的行驶阻力为加速阻力和坡度阻力,由上一问中是求最大爬坡度时的附着系数.所以空气阻力,滚动阻力和加速阻力均可以忽略不计.由上一问可知道汽车的最大爬坡度max i =0.374,即为汽车的等效下的坡度q.所以用公式qL h L a q C g +=2ϕ可求得最大爬坡度时所对应的附着率=2ϕC 0.5243.1绘制汽车加速度倒数曲线3.1.1计算说明: 汽车的驱动力:ri i T F tg tq t η0=汽车的滚动阻力:Gf F f = 汽车的空气阻力:215.21a D w U A C F =汽车旋转质量换算系数:22022111ri i I mrI mt g f w ηδ+∑+=(注释:δ为汽车旋转质量换算系数,且δ>1.w I 为车轮的转动惯量,f I 为飞轮的转动惯量.其中,有两前轮的转动惯量1w I ,在计算的时候要乘以2,四后轮的转动惯量为2w I ,计算的过程中要乘以4.)汽车加速度倒数:)(1w f t F F F m a +-=δ根据该公式算出相应的参数值,并按照各自的档位在excel 中创建表格,如图3-1所示图3-1分别以速度a U 和加速度倒数a 1为横纵坐标建立图表,如图3-2所示图3-2注释:由于加速度的数值不易测量,实际中常用加速时间来表明汽车的加速能力.由图3-2可以看出,高档位时的加速度值要小一些,低档位时的加速度值要大一些.4.1绘制最高档与次高档的等速百公里油耗曲线4.1.1计算说明:汽车的速度与转速之间的关系:0377.0i i rn U g a=汽车的功率为:9550n T P tq e =汽车的燃油消耗率:44332210e e e e P B P B P B P B B b ++++=汽车的滚动及空气阻力功率:twf P P η+=taU Gf η215.2177.2+(注释:在万有特性图上有等燃油消耗率曲线,同时根据题中所给的拟合公式可以确定出发动机在一定转速n,发出一定的功率e P 时的燃油消耗率b.题中,计算汽车的燃油消耗率时所用的功率为发动机的净功率e P .此外,计算时还需要汽车在水平路面上等速行驶时,为克服滚动阻力与空气阻力,发动机应提供的功率twf P P η+)汽车百公里燃油消耗量:gU b P Q a e s ρ02.1=(注释:b 为燃油消耗率[g/(kw/h)];ρ为燃油密度(kg/L);汽油的ρg 可以取6.96-7.15N/L,本题中取为7.00N/L)根据以上公式可以算出所要求的数据并列出图4-1图4-14.1.2作图说明:以车速a U 为横坐标,以twf P P η+为纵坐标建立坐标系,所得即为最高档与次高档的等速百公里燃油消耗曲线,如图4-2所示汽车理论期中考核图4-2注释:在较低速度和较高车速时,不管是在最高档还是在最高档,其燃油消耗量都比较大;在超过20km/h,3档的燃油消耗量开始急剧增加,四档的燃油消耗两却增加的不是很明显,所以在较高车速正常行驶时应尽量选用最高档以减少燃油的消耗.11。
'画驱动力-行驶阻力平衡图，计算最高车速Picture1.Cls'自定义坐标系xleft = -15: yup = 18000: xright = 140: ylow = -4000Picture1.Scale (xleft, yup)-(xright, ylow)'画坐标线Picture1.Line (0, 0)-(xright - 10, 0)Picture1.Line (0, 0)-(0, yup - 2000)'坐标点值For k = 0 To yup - 1600 Step 2000Picture1.Line (0, k)-(2, k)Picture1.CurrentX = -16: Picture1.CurrentY = kPicture1.Print kNext kPicture1.CurrentX = -15: Picture1.CurrentY = yup - 1000Picture1.Print "Ft,Fz(N)"For h = 0 To xright - 12 Step 10Picture1.Line (h, 0)-(h, 400)If h <> 0 ThenPicture1.CurrentX = h - 5: Picture1.CurrentY = -500Picture1.Print hEnd IfNext hPicture1.CurrentX = 110: Picture1.CurrentY = -1500Picture1.Print "ua(km/h)"Picture1.CurrentX = 25: Picture1.CurrentY = -2000Picture1.Print "驱动力-行驶阻力平衡图"'画驱动力曲线du = 0.1 '速度增加的步长For i = 1 To 5 ‘选择第2台变速器具有5个挡位的！！！U0 = 0.377 * r * Nmin / ig(i) / I0UT = 0.377 * r * Nmax / ig(i) / I0'del = 1 + (Iw1 + Iw2 + Iff * ig(i) ^ 2 * i0 ^ 2 * et) / (ma * r ^ 2)For u = U0 To UT Step dun = ig(i) * I0 * u / 0.377 / rFt = Ttq(n) * ig(i) * I0 * Et / rIf u = U0 Then Picture1.PSet (u, Ft), vbBlue Else Picture1.Line -(u, Ft), vbBlue Next uNext i'画阻力曲线For u = 0 To 120 Step duFf = Ma * g * fFw = CD * A * u ^ 2 / 21.15fz = Ff + FwIf u = 0 Then Picture1.PSet (u, fz) Else Picture1.Line -(u, fz), vbRed Next u'求最高车速U0 = 0.377 * r * Nmin / ig(ds) / I0UT = 0.377 * r * Nmax / ig(ds) / I0For u = U0 To UT Step 0.001n = ig(ds) * I0 * u / 0.377 / rFt = Ttq(n) * ig(ds) * I0 * Et / rFf = Ma * g * fFw = CD * A * u ^ 2 / 21.15fz = Ff + FwIf Ft <= fz Then uMax = u: GoTo 50:If u >= UT Then uMax = u: GoTo 50:Next u50:Picture1.CurrentX = xright - 120: Picture1.CurrentY = yup - 2000Picture1.Print "最高车速umax="; CInt(uMax * 100) / 100; "km/h"。
