车辆行驶性能计算方法

Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野上海日野发动机有限公司内部资料车辆行驶性能及油耗计算方法车辆行驶性能及油耗计算方法Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野1.汽车行驶特性图•汽车行驶过程中，驱动力总是与行驶阻力平衡，发动机功率和汽车行驶的阻力功率也总是平衡的。•通常将驱动力-行驶阻力平衡图及汽车功率平衡图总称为行驶特性图。Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野1.1行驶力平衡方程jwiftFFFFF+++=加速阻力F空气阻力F爬坡阻力F滚动摩擦阻力F汽车车驱动Fjwift−−−−−Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野1.2驱动力与阻力计算1）驱动力发动机的扭矩经传动系传至车轮，产生驱动力矩Tt。该力矩使轮胎支撑面上产生沿地面向后的作用力，同时地面给驱动轮一反作用力，这反作用力推动汽车前进，称为汽车的驱动力。用下式表示：rηiiTrTFTogett⋅⋅⋅==式中：Tt——作用在驱动轮上的转矩，kgf.m；Te——发动机转矩，kgf.m；ig——变速器传动比；i0——主减速器传动比；ηT——传动系机械效率；r——驱动轮半径，m。Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野传动系机械效率ηT•传动系效率是在专门试验台上测得的。估算时，考虑到影响传动系效率因素中齿轮传动副及万向节传动副的对数是主要影响因素，所以常用齿轮传动副的对数来估算其效率。•试验表明，经过一对圆柱齿轮效率约为98%，单级主减速器的效率约为95%~98%，万向节传动的效率约为99%。•载货汽车、客车的传动系有多种组合方式，可根据推荐值，估算整车的传动效率。Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野2）滚动摩擦阻力滚动阻力可用下式表示：式中：f——滚动阻力系数；G——汽车总重量，kgf。GfFf⋅=滚动阻力系数f的选值地面类型f地面类型f良好的沥青或水泥路0.010~0.018冰路面0.015~0.030一般的沥青或水泥路0.018~0.020压紧的雪路0.030~0.050碎石路0.020~0.025卵石路面0.025~0.030干燥土路0.025~0.035干砂路0.100~0.300Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野3）爬坡阻力汽车爬坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力称爬坡阻力，即：式中：G——作用于汽车上的重力，kgf；α——道路坡度角；i——道路坡度。注：根据我国交通部颁布的公路工程技术标准，平原微丘区I级路面最大坡度为4%，山岭重丘区IV级路面最大坡度为9%。所以一般路面上坡度较小，此时：GiGFi≈=αsini=≈ααtansinCopyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野4）空气阻力汽车行驶时，空气作用在汽车上沿其行驶方向上的分力，称为空气阻力。空气阻力可由下式计算：式中，CD——空气阻力系数；ρ——空气密度，一般为0.1251kgf·S2·m-4；A——迎风面积，m2；u——无风时汽车的行驶速度，m/s。若u以km/h计，则空气阻力为：221uACFDwρ=)()(2.20722kgfAuCkgfAuCFDDw′==Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野各种汽车的空气阻力系数CD′★汽车类型空气阻力系数CD′载货汽车，汽车列车0.0033~0.0067大客车0.0027~0.0029流线型大客车0.0014~0.0019★为了简便，这里称CD′为空气阻力系数，下文计算同。Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野5）加速阻力汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时产生的惯性力，称为加速阻力Fj。汽车行驶时的加速阻力为：式中：δ——汽车旋转质量换算系数；m——汽车质量，kg；du/dt——汽车加速度，m/s2。注：实际计算及绘制行驶特性图表时不计入汽车的加速阻力。dtdumFjδ=Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野例1.驱动力计算以某客车厂家搭载我司J08E-UU发动机为例，计算该车的最大牵引力（驱动力）。已知该车车辆总重14.5ton，轮胎半径为0.491m，迎风面积为7.26m2，后桥减速比i0=3.91，单级后桥，变速箱一档的传动比为7.72；J08E-UU的最大扭矩为76.84kgf·m，对应转速为1500r/min。计算：取后桥的传动效率为0.98，取减速器的传动效率为0.98，则：kgfrηiiTrTFTogett4537491.09604.091.372.784.76max=×××=⋅⋅⋅==Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野例2.行驶阻力计算计算例1中车辆以80km/h匀速行驶在坡度为1%的高速路面上所受到的阻力。1）选择参数车辆的滚动摩擦系数为0.012（0.010~0.018），空气阻力系数为0.0027（0.0027~0.0029）。2）计算总阻力kgfiGAuCfGFFFFdiwf5.4441450001.08026.70027.014500012.022=×+××+×=+′+=++=ΣCopyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野1.3理论车速的计算汽车行驶速度与变速箱档位及发动机转速的关系为：式中：n——发动机转速，r/min。按此式计算例1中最大牵引力时对应的车速00377.06010002iirniinrugg⋅=⋅×=πhkmiirniinrugg/2.991.372.71500491.0377.0377.0601000200=×××=⋅=⋅×=πCopyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野1.4车辆行驶特性图的绘制根据各转速下输出的扭矩，可以得到相应的牵引力，由于发动机转速与车速在各每个变速箱档位都是一一对应的，可以据此得出牵引力与车速的对应关系。以牵引力、阻力及发动机转速（通常将发动机转速置于副坐标轴上）为纵坐标，以车速为横坐标做图表，如右图所示。Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野2.油耗图绘制方法Copyright:ShanghaiHinoEngine,Ltd.Allrightsreserved.上海日野分别以扭矩、发动机转速为纵坐标和横坐标，将发动机外特性曲线、汽车行驶性能曲线（扭矩—转速）、等油耗线及等功率线（取自万有特性数据）四者综合到一张图表上，就形成了“发动机燃油消耗图”。燃油消耗图上，各条曲线的交点可以粗略地反映发动机的工作状态及燃油消耗量。上图为某厂家搭载我P11C-UJ发动机在六档时的燃油消耗图。从图中可以看出，该车以100km/h行驶在平路时，其每小时燃油消耗量约27L，发动机在40%的负荷下工作。