汽车动力性分析及评价方法

时间：2023-09-25 理论教育 版权反馈

【摘要】：汽车动力性分析指根据汽车行驶方程式，利用驱动力-行驶阻力平衡图、动力特性图或功率平衡图，确定汽车的动力性指标，即最高车速、加速时间和爬坡能力，并据此评价汽车的动力性。当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力。图3-32 直接档加速时间曲线图3-33 原地起步加速时间利用动力特性图分析称动力因数与滚动阻力系数之差D-f为后备动力因数。

汽车动力性分析及评价方法

汽车动力性分析指根据汽车行驶方程式，利用驱动力-行驶阻力平衡图、动力特性图或功率平衡图，确定汽车的动力性指标，即最高车速、加速时间和爬坡能力，并据此评价汽车的动力性。

1.汽车的最高车速v_amax

（1）利用驱动力-行驶阻力平衡图分析

汽车的最高车速v_amax（km/h）指汽车在水平良好的路面上所能达到的最高行驶速度。因此，汽车以最高车速行驶时，坡度阻力和加速阻力均为零，汽车驱动力全用于克服滚动阻力和空气阻力。此时有：F_t=F_f+F_w。

绘出汽车的驱动力-行驶阻力平衡图，汽车以最高档行驶时，其驱动力F_t曲线与阻力曲线F_f+F_w的交点所对应的车速，即为在给定道路阻力条件下汽车的最高车速，如图3-27所示。

当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力。这样，汽车可以利用剩余驱动力加速或爬坡。而当需要中速或低速行驶时，可以关小节气门开度，使发动机只以部分负荷特牲工作。此时，发动机部分负荷工作时产生的驱动力（见图3-27中虚线所示）在较低车速处与行驶阻力达到新的平衡。

（2）利用动力特性图分析

汽车在水平良好的沥青、混凝土路面上稳定行驶时，式（3-23）简化为

D=f

因此，在动力特性图上绘上滚动阻力f的变化曲线，汽车以最高档行驶时，其动力因数D曲线与滚动阻力系数f曲线的交点所对应的车速，即为汽车在给定道路阻力条件下的最高车速，如图3-28所示。

（3）利用功率平衡图分析

如图3-29所示，汽车以最高档在平直道路上稳定行驶时，其发动机功率曲线P_e与需克服的阻力功率曲线的交点所对应的车速，即为汽车的最高车速。

2.汽车的加速能力

（1）利用驱动力-行驶阻力平衡图分析

汽车驱动力与滚动阻力和空气阻力之差F_t-（F_f+F_w），称为汽车的后备驱动力。若将其全部用来加速（即坡度阻力为零），根据汽车行驶方程式，汽车所能达到的加速度为

根据汽车的驱动力-行驶阻力平衡图，可得到不同档位、不同车速时的汽车后备驱动力F_t-（F_f+F_w）与车速v_a的关系曲线。然后，据式（3-26）得到汽车在节气门全开时各档位的加速度曲线，如图3-30所示。

由图3-30可见，一般高档的加速度小于低档的加速度，1档的加速度最大；但由于有的越野汽车1档的δ值很大，使用1档时，其旋转质量产生的惯性力矩大，反而使1档的加速度小于2档的加速度。

除用加速度评价汽车的加速能力外，利用加速时间t_j（s）可以更方便、直观地反映汽车加速过程的快慢。

显然，

因此：

这样，利用加速度曲线图（图3-30），可得到加速度倒数随车速v_a的变化曲线，如图3-31所示。其加速度倒数曲线下自v₁至v₂的面积，即为汽车在给定道路条件下全力加速时，车速由v₁上升到v₂所需的加速时间t_j。

图3-30 汽车的加速度曲线

图3-31 加速度倒数曲线

由于加速度或加速度倒数为复杂的速度函数，加速时间难以用解析积分法确定。所以加速时间一般由图解积分法求得。用图解积分法时需进行离散化处理，以下以汽车直接档加速度倒数曲线，分析汽车以直接档由初速度v₀加速到某车速v_n的加速时间，其步骤如下：

①确定比例尺。在横坐标v_a（km/h）上，以1mm表示akm/h；在纵坐标（s²/m）上以1mm表示bs²/m，则加速度倒数曲线下每1mm²单位面积表示的加速时间等于（s）。

②确定加速过程中曲线下v₀-v_n间的面积。可将加速过程中的速度区间分为若干段（每段常为5km/h），每一段曲线下对应的面积分别为Δ₁mm²、Δ₂mm²，…，Δ_nmm²。

③确定由初速度v₀分别加速到v₁、v₂，…，v_n的加速时间t₁、t₂，…，t_n。

④绘出直接档由v₀加速到v_n的加速时间曲线。建立加速时间t_j-v_a坐标系，在图中绘出从v₀加速到相应车速v₁、v₂，…，v_n的加速时间t₁、t₂，…，t_n，连接各点即为直接档的加速时间曲线，如图3-32所示。

以同样的方法可以求出汽车由1档起步开始连续换档加速至最高档某一车速的加速时间。但应注意，因相邻两档位总是重叠于某一车速区段，所以换档时机的选择直接关系到加速时间。对于重叠区段，应选择图上低位置曲线所对应的档位，这样所求出的加速时间最短。若相邻两档的曲线相交，则最佳换档时机便是相邻两档曲线交点所对应的车速。