汽車加速性能和加速時(shí)間計(jì)算

1、汽車的加速性能如何評(píng)價(jià)汽車的加速性能，相信每一位車主、準(zhǔn)車主都很關(guān)心。實(shí)際上，汽車技 術(shù)性能指標(biāo)上的加速性能只是一個(gè)參考值。很多人都知道力、質(zhì)量與加速度加速 之間的關(guān)系，但汽車的加速性能與很多因素有關(guān)，有些網(wǎng)友希望在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的 扭距、車量與加速度之間求得確定的關(guān)系， 這實(shí)際上是很困難的，因?yàn)檫@三方并 不能代表問題的全部，簡(jiǎn)單的計(jì)算是包含很多誤差的。一般來講，在相同的車重情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩越大，汽車的加速性能越好。 而在相同的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩下，車重越小加速性能越好。但是，這里忽略了很多可以 比較的因素。1、發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的。所以，汽車的最大扭矩往往與轉(zhuǎn) 速同時(shí)標(biāo)記，例如甲

2、車最大扭矩 150牛頓米（4000轉(zhuǎn)/分）、乙車最大扭矩150 牛頓米（4500轉(zhuǎn)/分），同樣是150牛頓米的最大扭矩，兩車在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同的情況下，加速性能將有所區(qū)別。2、最大扭矩指標(biāo)對(duì)應(yīng)的是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而不是汽車的速度。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力 要通過傳動(dòng)系統(tǒng)減速增扭，然后作用于驅(qū)動(dòng)輪，才會(huì)產(chǎn)生汽車加速所需要的力。 不同車型的傳動(dòng)系統(tǒng)不同，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭距相同的情況下，加速特性也不 一定相同。3、 發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力不是全部用于汽車的加速。F=ma這個(gè)公式中的力F是合力， 包括路面阻力、風(fēng)阻可能還有為增加汽車勢(shì)能而需要克服的引力。由于有這么多因素在起作用，又要用網(wǎng)友能夠理解的方式進(jìn)行計(jì)算， 我只能在

3、假 想的基礎(chǔ)上回答這個(gè)問題：設(shè)想汽車在平直路面上由靜止開始做勻加速運(yùn)動(dòng)，任何時(shí)候所有阻力的綜合效應(yīng)相當(dāng)于車重的0.1，任何時(shí)刻阻力都與汽車的行駛方向成180度，任何時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速都相同。如果要求在10秒內(nèi)速度從0加速到100公里/小時(shí)，根據(jù)V =at，可以計(jì)算得到 所需要的加速度為2.778 （米/秒/秒），如果汽車的質(zhì)量為1噸，根據(jù)F=ma計(jì) 算得到需要的平均驅(qū)動(dòng)力為2778牛頓，考慮阻力（1000牛頓）的影響，實(shí)際驅(qū) 動(dòng)力應(yīng)是3778牛頓。由于加速路段的長(zhǎng)度S=at72=138.9米，加速全程耗費(fèi)的功FS=524764.2焦耳， 功率為52476.4瓦。如果在全過程中發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終是

4、4000轉(zhuǎn)/分（實(shí)際上不 可能），可以算得所需的扭矩為 52476.4/（4000*2*3.14159/60）=125.3（ 牛頓米）。即車重如果前面的假設(shè)不變，由上述計(jì)算過程可知，所需的扭矩與車重成正比 增加或減少，所需扭距成正比增減。對(duì)于其他車重，網(wǎng)友可以自行計(jì)算。一種計(jì)算汽車加速時(shí)間的新方法A New Method for Calculating Vehicle Accelerating TimeMAO Wu-bcn, LANG De-hu(Schoo) of Automobile and Tniflfic Engineering , Jiangsu University ofScien

5、ce and TechnologyZhcnjiang,Jiangsu 212013. China)QIAN Jie-dong(Shanghai Automobile General CorporationtShanghai,20(K)25+China)Abstract； Accelerating time is one of the most important dynamic properties of vehicles.In the paper , a new method fbr calculating vehicle accelerating time is introduced ,w

6、hich is in fact a mathematic analytic one . As compared with the traditional numeric integration methodJt is more convenient and accuraten The living example shown in the paper verifies that this method is satisfactory for normal vehicle design Key words： autonnobies;acceleration;tinie;calculating m

7、ethod汽車加速性能是衛(wèi)量汽車動(dòng)力性好壞的重要指標(biāo)之一 在車輛技術(shù) 設(shè)計(jì)階段，通常需要進(jìn)行加速性能的估算，以檢查其設(shè)計(jì)產(chǎn)品的加速性 能是否符合設(shè)計(jì)任務(wù)書之要求-汽車加速性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)常采用原地起 步加速時(shí)間和超車加速時(shí)間來表示.目前，這兩個(gè)指標(biāo)的計(jì)算方法大多采 用文猷叮所推薦的方法該方法需要采用計(jì)算機(jī)數(shù)值積分法才能獲得 上述評(píng)價(jià)指標(biāo)的近似解,計(jì)算較麻煩且計(jì)算精度較差.文中介紹的方法可 以避免原方法的缺點(diǎn)，計(jì)算精度也可以大大提高.1超車加速時(shí)間的計(jì)算由文獻(xiàn)1知，超車加速時(shí)間是指汽車在罠好的平直路面上風(fēng)遠(yuǎn) 小于3 m/s,以直接檔或最高檔行駛，車速?gòu)目诩铀俚揭菜枰臅r(shí)間. 此時(shí)，汽車的行駛平衡

8、方程式為F產(chǎn) Ff+MFj式中F*汽車行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力，N汽車行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力，N凡一汽車行駛時(shí)的空氣阻力，NFj汽車加速行駛時(shí)的加速阻力，N由文獻(xiàn)2知式中To-發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，Nm%發(fā)動(dòng)機(jī)外特性修正系數(shù)仏發(fā)動(dòng)機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸出功率修正系數(shù)氐海拔高度修正系數(shù)&發(fā)動(dòng)機(jī)新IH修止系數(shù)n汽車傳動(dòng)系機(jī)械效率II海拔高度，kmifi變速器對(duì)應(yīng)檔速比i0-主減速器速比R車輪動(dòng)力半從，m當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)外特性彩線未知時(shí)，可以采用烈杰爾曼經(jīng)驗(yàn)公戒估算發(fā)動(dòng) 機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩入與其轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系.其公式為式中Tz發(fā)動(dòng)機(jī)垠大輸出轉(zhuǎn)矩，Nmm發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速* r/minTp發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩

9、，Nm 叫發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最人功率時(shí)的轉(zhuǎn)速，r/min發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和汽車牟速的對(duì)應(yīng)關(guān)系為入今.55i0i(v/R(4)式中 v車速，m/s現(xiàn)設(shè)Q產(chǎn) KK (1- HK3)阿 i«i(/RQ尸 dU / (n-nB) 3Qa=9. 55ioi/R分別將上式代入式(2)、(3). (4)可得FTQ TT-Qafria-nJ12 由式*、可得Ft= T-Qa (ru-Qav)2 QLFj=6 mdv/dt=FrFf-F. (9)式屮6汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)雖轉(zhuǎn)換系數(shù)m汽車整車總質(zhì)童* kg dv/dV汽車加速度* m/s2而又由文獻(xiàn)1知Ff=Wf=mgf(10)w _274.1(11)由式 <8) .(

10、9)、(10), (11)可得dv/dt=QL Tg-Qz (na-Qjv) a-nifif/Qr&Av2/ (274. 1QJ / (6 m)(12)式中f汽車滾動(dòng)阻力系數(shù).對(duì)于貨車或旅行不可取f=0. 007 6+0.000 056vC.汽車的空氣阻力系數(shù)A整車迎鳳而積*g車力加速度再設(shè)a=TCBai-Q2nri2-0- 007 6mg/Qib=2QQ!ArO. 000 015 6mg/Qic=QA-GA/ (274.1QL)則式(12可寫為dv/dt=Qi(a+bvcv2)/ (6 m)所以(13)査積分表可得上述積分結(jié)果，即汽車從X加速到幻所需時(shí)間的計(jì) 算式為(14)'

11、/fi'4 if 4. b血7Jh * 4<n 2cvi + b2原地起步加速時(shí)間的計(jì)算由文獻(xiàn)1 知，原地起步加速時(shí)間是指汽車以第一檔或第二檔起步, 并以最大加速度逐步換至最高檔或次高檔，且達(dá)到某一預(yù)定車速所需的 時(shí)間根據(jù)上述定義，原地起步加速時(shí)間的計(jì)算式，原則上仍可采用式(13) 只是在積分過程中應(yīng)考虜?shù)?.0、a. b、c等參量均與變速 器所用檔位有關(guān).所以式13)應(yīng)采用分段積分，變?yōu)?15)式中Vh 也 第i檔的起始車速和終止車速*使用式(15)時(shí)應(yīng)先確定各檔換檔時(shí)的對(duì)應(yīng)車速*由文獻(xiàn)?？?知，體現(xiàn)最佳換檔規(guī)律的換檔車速可按下述方法確定，(1) 若相鄰兩檔l/arv曲線有交點(diǎn)

12、則交點(diǎn)的對(duì)應(yīng)車速為換檔車速.(2) 若相鄰網(wǎng)檔l/arv HH線無交點(diǎn)，則在低檔運(yùn)轉(zhuǎn)到發(fā)動(dòng)機(jī)最商轉(zhuǎn) 速6喰吋所對(duì)應(yīng)的車速應(yīng)為換入高檔的換檔車速.通常第 檔和第二檔的l/arv曲線存在交點(diǎn)，其交點(diǎn)的對(duì)應(yīng)車速卩 可以通過解下列一元二次方程求得U.007 筒(16)(16) 式中 QlKK (卜HKJ 岳ria/RQ尸9 55io/Rv車速，m/s3冇關(guān)參數(shù)的選定3, 1發(fā)動(dòng)機(jī)外特性修正系數(shù)考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)廠提供的發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)或外特性曲線通常是在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上，未帶空氣濾清器s水泵、風(fēng)扇、消聲器、發(fā)電機(jī)等條 件下測(cè)得的”而在實(shí)際裝牢運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)必須帯上全部附件.所以需要 引入Kl來修正* 般K】是隨

13、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)逆上升而增加的，但是為積分方便， 氐可取為常數(shù)，一般可?。浩蜋C(jī)Kl=0. 85柴油機(jī)，貨車Kl095輕型車或轎車Kl=0. 903.2加速時(shí)輸出功率修IE系數(shù)血由于在計(jì)算中采用的發(fā)動(dòng)機(jī)特性參數(shù)或外特性曲線是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在 臺(tái)架試驗(yàn)中，相對(duì)穩(wěn)定的工況，即保持水.機(jī)油溫度于規(guī)定的數(shù)值，且 在各個(gè)轉(zhuǎn)述不變時(shí)測(cè)得的而在實(shí)際便用時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的匚況常是不穩(wěn)定 的尤英是在加速時(shí)*發(fā)動(dòng)機(jī)是在節(jié)流閥開度迅速加大，曲軸轉(zhuǎn)速連續(xù)由 低升冉的過程中工作的，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱狀況、可燃混和氣的濃度與臺(tái)架試 驗(yàn)時(shí)的穩(wěn)定工況有顯著差異此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所能捉供的功率一般要比穩(wěn) 定工況時(shí)下降5%-8% .因此，取 92-0. 95.

14、3.3海拔面度修正系數(shù)肛根據(jù)育關(guān)部門測(cè)定，海拔麗度每增加1 km,發(fā)動(dòng)機(jī)功率會(huì)降低 11%13% .因此，取瓦=011山13.3.4發(fā)動(dòng)機(jī)新I日修正系數(shù)驗(yàn)氐應(yīng)根據(jù)車輛技術(shù)狀況的不同而取不同值般新車取K產(chǎn).0；大修 出廠車取仏=0.9；在用車取 V0, 8-0. 75,3-5傳動(dòng)系的機(jī)械效率f|發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出的功率幾經(jīng)傳動(dòng)系傳至驅(qū)動(dòng)輪的過程中*為了克服傳 動(dòng)系各部件屮的摩擦，消耗了一部分功率，如以R表示傳動(dòng)系損失的功 率，則傳系的機(jī)械效率為q =(p-pT) /p=-pT/K,傳動(dòng)系的效率可在專 門試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)得，它受到多種因素的影響而有所變化*但為了積分方便， 可把它看作一個(gè)常數(shù)，一般可?。恨I車

15、n =0- 90. 92貨車、客車 q =0.82-0.854計(jì)算實(shí)例己知某一國(guó)產(chǎn)大客車的有關(guān)技術(shù)參數(shù)為：發(fā)動(dòng)機(jī)額定輸出功率是 99.3 kW/(3000 r/min) T發(fā)動(dòng)機(jī)額宦輸出轉(zhuǎn)矩是353 Nm/(1300r/min):整車最大總質(zhì)量為11 680 kgT變速器速比為igi=7.312, ig2=4.31, 1=2,45i&=L54, ig5=l+0上減速器速比為i0=7. 248車輛迎風(fēng)而積為A=5. 757m2車輪滾動(dòng)半徑為R二0. 48a)下輛空氣阻力系數(shù)為CR 6整車傳動(dòng)系傳動(dòng)總效率取q二9旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)6可表示為S =L03+0. 041；另外，在此計(jì)算中取K!=

16、O. 9, Ka=0, 931 H2, K<=LO海拔高度H=50hl已知該發(fā)動(dòng)機(jī)的域低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為SOOr/min,故高轉(zhuǎn)速為3750r/min, 求該車從原地起步加速到60km/h所霜的時(shí)間，以及該車以最高檔行駛從 I5km/h加速到60km/h所需的時(shí)間.先求該車從原地起步加速到60km/h所需的時(shí)間訃應(yīng)注意三個(gè)問 題*(1) 起步年速的確定*起步咋逆不是零.而應(yīng)是頭檔對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)最低 穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的乍速本題中，由公式(4)算得：v=L7kn>/h.至于從零加速到 最低穩(wěn)定車速的時(shí)間，般可按13 s估算，本題収L5s.(2) 確定各檔的L/aj-v曲線冇無交點(diǎn).此問題可以利用公式(1

17、6) 確定將本題有關(guān)參數(shù)代入式16),可得本題各檔的1/%-v曲線在500 3750r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均無交點(diǎn).(3) 確定各檔的換檔車速.上文已述，各檔的換檔車速應(yīng)按下述方法 確定；如相鄰檔的1/囪“曲線冇交點(diǎn)，則交點(diǎn)的對(duì)應(yīng)車速為換檔車 如相鄰檔的1/arv曲線無交點(diǎn)，則在低檔加速到發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速時(shí)的對(duì) 應(yīng)車速應(yīng)為換入高檔的換檔車速本題兇為各檔的l/a,-v曲線在500 3750 r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均無交點(diǎn)，所以各檔都應(yīng)是低檔加速到發(fā)動(dòng)機(jī) 最髙轉(zhuǎn)速時(shí)換入高檔.由公式(4)可求得對(duì)應(yīng)各檔的換檔車速，見表1解決上述問題后，即可根據(jù)式(15)和(14)求得見表匚表1同時(shí)給出了按傳統(tǒng)數(shù)值積分方法計(jì)算得到的加速時(shí)間，以供比較+表I加速時(shí)間的計(jì)算結(jié)果Tab. I Calculating result of accelerating time檔位Vn (km/h)vi2(km/h)t(s)新方法傳統(tǒng)方法起步0L7L 5L51L712,84, 34.3212.821. 73.63.632L73& 2& 79 1