汽车动力性评价方法的研究论文.doc

第 页 汽车动力性评价方法的研究 the research of the vehicle dynamic evaluation method 第 i页 摘 要 汽车动力性是指在良好、平直的路面上行驶时，汽车由所受到的纵向外力决定 的、所能达到的平均行驶速度。汽车是一种高效率的运输工具，运输效率之高低在 很大程度上取决于汽车的动力性。所以，动力性是汽车各种性能中最基本、最重要 的性能。动力性代表了汽车行驶可发挥的极限能力。 本文研究了汽车动力性评价的各种方法和评价指标，介绍了动力性评价的主要 参数：最高车速、加速时间、最大爬坡度、发动机最大功率、比功率、驱动轮输出 功率、驱动力等相关评价参数；介绍了汽车的动力性衰退现象和汽车动力性评价的 实验方法。 在评价汽车动力性时，由于汽车用途和使用条件的不同，动力性的评价方法也 应该不一样。如经常在公路干线上行驶的汽车，起主要作用的是汽车最大速度，而 加速度的要求居于次位。而市内行驶的汽车正好相反，由于城市内交通繁忙，汽车 在行驶中需要经常制动、停车和起步，汽车加速性能便成为评价这类汽车的主要指 标。 本文分析了如何运用价值分析法确定最高车速、加速时间、最大爬坡度三个评 价指标的加权系数，并由此对在用汽车的动力性进行综合评价。同时还讨论了加权 系数的确定对动力性评价的重要性，并讨论了运用统计学的方法得到统一的标准加 权系数的可能性。 此外，汽车动力性的评价不仅表现在对在用汽车动力性的评价，还表现在对未 生产出的汽车动力性的预测。所以，本文还分析了如何运用 matlab 软件对汽车设计 参数进行优化设计，从而达到优化汽车动力性能的目的。 本文提出的汽车动力性的评价方法合理、简便，对在用汽车动力性能的对比直 接，明了。同时，本文提出的对设计参数的优化以达到提高汽车动力性能的方法可 以在汽车未生产之前就使得汽车的动力性能最优化，这对汽车的生产和效率的提高 都有更加实际的意义。 关键词：汽车动力性；评价指标；加权系数；优化设计 西南交通大学本科毕业论文 第 页 abstract the vehicle dynamic is defined as the car which can achieve the average driving speed from the decision by the vertical force when driving in a good and straight road. automobile is a highly efficient means of transportation, transport efficiency level depends largely on the vehicle dynamic to a great extent. therefore, the dynamic performance is the most basic and important performance. the dynamic representatives of the automobile can play on the limit of capacity. this paper mainly studies the dynamic evaluation of the various methods and evaluation index of the car. it introduce a dynamic evaluation of the main parameters of maximum speed, acceleration time, the biggest climbing, the largest engine power, driving wheel output power, driving force, and other relevant evaluation parameters. it also introduces the phenomena of the dynamic decline and the dynamic evaluation of experimental methods. in the evaluation of the vehicles dynamic, because of the difference of using purpose and using condition, the dynamic evaluation method should also be different. such as cars often on highways, play a major role is the largest vehicle speed, the requirements of acceleration in the place. and cars on city roads just the opposite, because of heavy traffic within the city, it often need to brake, stop and start, the vehicle acceleration performance becomes the main index of such vehicle. this paper analyzes how to determine the weighting factor of three evaluating indicators which are maximum speed, acceleration time and the biggest climbing. with this, we can evaluate the car comprehensively. it also discusses the importance of weighting factor determination to dynamic evaluation and the possibility of getting unique standard weighting factor through statistics. in addition, the vehicle dynamic evaluation is not only about the car in use, but also includes dynamic prediction of cars that has not been produced. consequently, this paper analyzes how to optimized design the vehicle design parameter through software matlab and achieves the optimization of vehicle dynamic. 西南交通大学本科毕业论文 第 i页 the vehicle dynamic evaluation methods proposed in this paper are more reasonable, convenient and direct in contrast of vehicle dynamic. at the same time, the method proposed in this paper that optimize vehicle design parameter increase vehicle dynamic can optimize the vehicle dynamic before they are produced. these have more practical significance in car production and efficiency increase. key words：vehicle dynamic; evaluation index; weighting factor; optimal design 西南交通大学本科毕业论文 第 ii页 目 录 第 1章 汽车动力性评价的各种方法及评价指标概述 1 1.1 汽车动力性概述 .1 1.2 表征汽车动力性的参数 .1 1.2.1 汽车动力性评价指标 .1 1.2.2 发动机主要性能指标 .3 1.2.3 汽车附件消耗功率 .5 1.2.4 汽车传动系损耗功率 .5 1.2.5 车轮滚动阻力消耗功率 .6 1.2.6 驱动轮驱动力 .6 1.2.7 驱动轮输出功率 .7 1.2.8 驱动比功率 .7 13 汽车动力性评价的试验方法 8 1.3.1 道路试验方法 .8 1.3.2 室内试验 10 第 2章 目前汽车动力性评价的各种方法及评价指标存在的主要问题 .11 2.1 在用汽车的动力性衰退现象 11 2.1.1 汽车的动力性随运行里程的增加而逐渐衰退 11 2.2 最高车速、加速能力、爬坡能力 13 2.2.1 不同工况选择同一评价标准 14 2.2.2 不同用途汽车使用同一评价指标 14 2.2.3 三大指标评价方法的主要问题 15 2.3 发动机功率、驱动轮输出功率 16 2.3.1 发动机功率评价动力性的主要问题 16 2.3.2 驱动轮输出功率评价动力性的主要问题 17 第 3章 新的评价方法的提出 .19 3.1 新评价方法的提出 19 3.1.1 原始数据标准化 20 西南交通大学本科毕业论文 第 iii页 3.1.2 推算指标权重 20 3.1.3 综合评价值的计算 21 3.1.4 综合评价实例 21 3.2 加权系数的重要性 21 第 4章 汽车动力性的预测与动力系参数的优化 .23 4.1 传动系参数的优化设计 23 4.1.1 最小传动比的选择 23 4.1.2 最大传动比的选择 24 4.1.3 传动系挡数 25 4.1.4 各挡传动比的选择 26 4.1.5 传动比的优化设计 27 4.1.6 综合考虑汽车动力性和燃油经济性的传动比的优化设计 30 结 论 .33 致 谢 .34 参考文献 .35 附录 .36 第 1章 汽车动力性评价的各种方法及评价指标概述 1.1 汽车动力性概述 汽车动力性是汽车最基本的使用性能。汽车无论是用作生产工具还是用作生活 用具，其运行效率均取决于是否拉得动、跑得快，即取决于运行速度。在运行条件 (地理、道路、气候条件及运输组织条件等)一定时，汽车的平均运行技术速度主要 取决于汽车的动力性。显然汽车动力性越好，汽车运行的平均技术速度就越高，汽 车运行效率也就越高。因此汽车工程界，用车的、购车的、爱车的都很看重汽车的 动力性。汽车具有什么样的动力性算好，如何评定，观点不同，评价的依据也就不 同，目前尚无统一公认的评价指标，更无标准。汽车工程界基于具有最高的平均行 驶技术速度的观点，以汽车的最高行驶速度、加速时间和最大爬坡度为量标，评定、 比较汽车动力性的优劣。对于新车的动力性，人们基本上认同这三个指标。 对于在用汽车动力性的评价量标就各不一样了。在用汽车的动力性在新车定型 时便已确立，在使用时，再与其他车型横向比较动力性的高低就毫无意义了。就是 在同型汽车间相互比较动力性，除了表明具体汽车间动力性存在差异外，也不能据 此揭示该型汽车结构、性能的优劣。由于使用条件的差异，在用汽车间不具有横向 比较的条件，缺乏可比性。在用汽车固有动力性在使用过程不是恒定不变的，是随 着运行过程中部件、零件的磨损、老化等逐渐衰退变差，直至跑不动，丧失工作能 力。这样动力性衰退便是汽车技术状况变差的征兆。汽车运行过程、零部件磨损、 老化等的进程受运行环境条件的影响有快有慢，即便是运行环境条件相同、累计行 程一样的同型汽车，由于使用水平的差异，其零部件磨损、老化的进程也不一样， 汽车动力性衰退变差的进程也因此千差万别，而比较汽车在使用过程的动力性与固 有动力性，即可判别在用汽车的技术状况。 1.2 表征汽车动力性的参数 1.2.1 汽车动力性评价指标 所谓汽车的动力性，比较专业的说法是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车 受到的纵向外力决定的、所能达到的最高平均行驶速度；而我们平时所能观察到的、 比较直观地衡量汽车动力性的指标主要有三方面：汽车的最高车速、汽车的加速时 间和汽车的上坡能力。 1.2.1.1 最高车速 汽车的最高车速：顾名思义，汽车的最高车速是指在水平良好的路面（混凝土 或沥青）上，汽车所能达到的最高行驶车速。 无风条件下，汽车在水平良好路面上行驶，行驶阻力与驱动力相平衡时达到的 稳定车速。根据汽车行驶平衡方程式 21.5datcaufgf 可得： max()tdfu 1.2.1.2 加速时间 汽车的加速性能主要分为原地起步加速性能和超车加速性能。汽车的加速能力 可用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价。但因加速度的数值不易测 量，一般常用加速时间来表明汽车的加速能力。 汽车的加速时间：即汽车的加速能力，它对平均行驶车速有很大的影响。对于 轿车来说，汽车的加速能力尤为重要。通常用汽车原地起步加速时间和汽车超车加 速时间来表示汽车的加速能力。 原地起步加速时间是指汽车从静止由第一档或第二档起步，并以最大的加速强 度（包括选择适当的换档时机）逐步地换至最高档后到某一预定的距离或车速所需 的时间。我们平时经常能够接触到的汽车0-100km/h的加速时间就属于汽车原地起步 加速时间。除了用汽车的0-100km/h加速时间以外，有时还有用汽车0-60km/h、0- 140km/h和0-400m的加速时间来衡量汽车的原地起步加速能力。 超车加速时间是指汽车用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速 所需的时间。我们知道，当汽车在超车时与被超车辆是并排行驶的，容易发生安全 事故，所以如果汽车的超车加速能力强，超车时车辆并行的行程就会比较短，超车 时才会更加安全。关于汽车的超车加速能力，目前并没有一致的规定，通常我们用 汽车在最高档或次高档由30km/h或40km/h全力加速至某一高速所需的时间来表示汽 车的超车加速能力。 加速时间可用图解积分的方法求出。有汽车的行驶方程式可得： 1tfwduftm 可得： 210tuda 1.2.1.3 上坡能力 汽车的上坡能力：汽车的上坡能力是用满载时汽车在良好路面上所能爬上的最 大坡度来表示的。很显然，这里的最大爬坡度是指汽车在一档时的最大爬坡度。 即汽车克服后的余力全部用来克服坡度阻力 时等速行驶的最大爬坡度，这时if ，故/0dutarcsintfwgitfw 式中： cosff 但是汽车爬坡能力是以良好路面为前提的，ff值很小，且 ，故cos121.5dfwcauf 所以 arcsintfwfg 一般来说，轿车经常在较好的路面上行驶，一般不强调它的爬坡能力，但是由 于轿车最高车速相对较大，加速能力较强，因此轿车的爬坡能力也比较强；越野车 经常要在坏路或无路条件下行驶，因而爬坡能力对越野车来说是一个非常重要的性 能指标，其最大爬坡度可达到60%即30左右或更高；货车也经常要在各种地区的各 种路面上行驶，因此也需要足够的爬坡能力，其最大爬坡度通常在30%即16.5左右。 有些国家规定在一些坡道上，要求汽车以一定的速度行驶，比如要求车辆在3% 的坡道上以60km/h的速度行驶。目的是为了保证各种车辆在通过此坡道时动力性相 差不致太悬殊，以维持路面上各种车辆的畅通行驶。 1.2.2 发动机主要性能指标 扭矩是发动机性能的一个重要参数，是指发动机运转时从曲轴端输出的平均力 矩，俗称为发动机的“转劲”。扭矩越大，发动机输出的“劲”越大，曲轴转速的 变化也越快，汽车的爬坡能力、起步速度和加速性也越好。扭矩随发动机转速的变 化而不同，转速太高或太低，扭矩都不是最大，只在某个转速时或某个转速区间内 才有最大扭矩，这个区间就是在标出最大扭矩时给出的转速或转速区间。最大扭矩 一般出现在发动机的中、低转速的范围，随着转速的提高，扭矩反而会下降。扭矩 的单位是牛顿米（nm）或公斤米（kgm）。 发动机的最大扭矩与发动机的进气系统、供油系统和点火系统的设计有关，在 某一转速下，这些系统的性能匹配达到最佳，就可以达到最大扭矩。另外，发动机 的功率、扭矩和转速是相关联的，具体关系为：功率=k扭矩转速，其中k是转换 系数。选择发动机时也要权衡一下怎样合理使用、不浪费现有功能。比如，北京冬 夏都有必要开空调，在选择发动机功率时就要考虑到不能太小；只是在城市环路上 下班交通用车，就没有必要挑过大马力的发动机。尽量做到经济、合理选配发动机。 发动机最大输出功率是指发动机在全负荷状态下，仅带维持运转所必需的附件 时所输出的功率，又称总功率。此时被测试发动机一般不带空气滤清器、冷却风扇 等附件。新出厂发动机的最大输出功率一般是指发动机的额定功率。额定功率是制 造厂根据发动机具体用途，发动机在全负荷状态和规定的额定转速下所规定的总功 率。在国外有些厂家所谓的额定功率是指发动机在额定转速下输出的净功率。常在 额定功率后注有“净”字，以示区别。净功率是指在全负荷状态下，发动机带全套 附件时所输出的功率。汽车发动机最大输出功率是汽车动力性的基本参数。汽车在 使用一定时期后，技术状况发生变化，发动机的最大输出功率变小，所以用其变小 的差值评价发动机技术状况下降的程度。如我国jt/t 198-95汽车技术等级评定标 准就是按在用汽车的发动机最大输出功率与额定功率相比较小于75%时，将该车技 术状况定为三级。所以发动机最大输出功率的大小作为一辆汽车在使用前、后和维 修前、后动力性的评价指标很合理，但应注意，在汽车综合性能检测站用无外载测 功法或底盘测功机所测定的发动机功率，必须换算为总功率后才能与额定功率比较。 1.2.2.1 发动机总功率 发动机总功率是指发动机仅带维持本身正常运转所必须的附件时输出的校正有 效功率。校正有效功率是指发动机在实际环境状态下所输出的功率校正到标准环境 状态下的功率。标准环境状态是指大气压为100kpa，环境温度为298k(25c）， 相 对湿度30%（水蒸气分压1kpa，干空气压99kpa）的环境状态。 发动机输出的总功率取决于发动机工况。当发动机以动力性检测工况运行时， 发动机输出的总功率就取决于发动机的技术状况，且随发动机的技术状况恶化而降 低。发动机处于难以继续运行状况时所输出的功率便是发动机输出功率的下限。经 走合后的新车及技术状况良好的汽车，发动机就能输出其最大的功率，即额定功率， 是发动机输出功率的上限。 1.2.2.2 发动机净功率 汽车发动机实际工作需要的附件比维持其正常运转时多，如汽车排气系、散热 器、护风圈、风扇恒温器、催化转化器和空气滤清器等。带动附件运转就要消耗发 动机的功率，扣除发动机实际工作所需附件消耗的功率后，发动机输出的校正有效 功率称为净功率。 汽车发动机带上实际工作的全部附件输出的净功率，生产厂常以使用外特性的 形式提供。一般使用外特性在最高转速时的功率（ ）常较外特性的功率( )spmaxep 小10%-15%，在转速为0.5 时小2%-6%。pn 1.2.3 汽车附件消耗功率 汽车运行时还有底盘和车身附件需要由发动机供给动力，如空气压缩机、空调 机和动力转向装置等。动力性检测时，汽车处于非运行状态，像动力转向装置等不 工作的附件就不会消耗发动机输出的功率，而像空调机等耗能附件就应关闭，使其 不工作。不便停机的空气压缩机等附件在汽车检测时是处于空运转非工作状况，消 耗功率很小，故动力性检测时不计汽车附件消耗的功率。 1.2.4 汽车传动系损耗功率 发动机输出的净功率经传动系输出的过程中，为克服变速器、传动轴和主减速 器存在的机械阻力和液力阻力又要损耗部分功率。传动系在传递动力过程中的损耗 功率，完全取决于传动系的技术状况。它随传动系技术状况的恶化而增大，还受车 速等因素的影响。同型汽车在走合后的新车状态及技术状况良好的汽车，传动系损 耗功率有确定的、同一的最低值，即传动系损耗功率的额定值。但汽车生产厂不提 供所生产汽车传动系的损耗功率值（传动效率）。有的科技文献、教材等在对汽车 进行一般的动力性分析时，常把传动系的传动效率看作一个常数。这个常数值若用 于汽车动力性检测就会导致错误的检测结论。因为在汽车使用过程中，传动系损耗 功率始终在随技术状况变化，它是个变数。我们的随机实车测试表明，被测同型汽 车中，由于各车技术状况不同，传动系损耗的功率各不一样，最大差值达250%- 320%，其他被测同型汽车传动系的损耗功率散布在最大值和最小值之间。对同型汽 车，传动系损耗功率的最小值便是该车型汽车传动系的额定损耗功率，最大值是该 车型传动系状况不宜继续运行时的损耗功率，即上限值。各车型汽车传动系的额定 损耗功率和上限损耗功率尚需汽车使用部门通过试验求得。 此外，同一汽车不同车速时的传动系损耗功率也不相同。导致传动系损耗功率 的传动系阻力（ ， ）与车速（ ，km/h）的关系为：tifnivtifab 式中： 与车速无关的传动系阻力，n；a 传动系阻力的速度影响系数， ；b-1n/kmh 测试车速， km/h。iv 式中的系数随传动系的技术状况变化，为非定值，但对每一车型汽车其具体的 传动系技术状况，系数值是确定的。 1.2.5 车轮滚动阻力消耗功率 车轮滚动阻力消耗的功率是驱动轮输出功率的一部分，底盘测功机测得的驱动 轮输出功率不含克服车轮滚动阻力消耗的功率。故通常指的驱动轮输出功率，即指 底盘测功机测得的驱动轮输出功率。 车轮以两点支承在底盘测功机双滚筒上滚动，弧线与弧线相接，不同于在硬路 面上的单点支承，弧线与平面相接。因此，不可用汽车道路行驶的滚动阻力当作台 架上的滚动阻力进行功率消耗计算。我们进行的随机实车滚动阻力的测试表明，车 轮在台架上的滚动阻力系数（ ）不同于硬路面上的道路滚动阻力系数，其数学表if 达式为： 2iiifabvc 式中： 不随测试车速变化的滚动阻力系数；a 滚动阻力的一次项速度影响系数， ；b -1(km/h) 滚动阻力的二次项速度影响系数， ；c 2 测试车速， 。ivkm/h 式中系数值随轮胎规格、测试台架的滚筒直径和两滚筒间距而异。当滚筒直径 和间距一定后，每种规格轮胎在具体测试台架上的滚动阻力系数模型中的各系数值 是确定不变的。 已知同规格轮胎在台架上的滚动阻力系数（ ）后，即可根据车轮的负荷if 计算出给定车速的滚动阻力 ，即(,)gn(,)fifnfiig 进而算出克服给定车速 的车轮滚动阻力需消耗的功率 ，即(,)ivkm/h(,)fipkw/360fifipv 只要轮胎气压、胎面状况、花纹深度符合有关技术条件的规定，在用汽车车轮 滚动阻力消耗的功率是不随汽车技术状况变化的，为定值。实际上，由于所用汽车 轮胎老化程度有差异，以及同型号具体汽车轴荷存在的差异，就使同型号的每辆具 体汽车的滚动阻力不一致，因此，必须随机测试大量同型在用汽车的滚动阻力，取 其均值计算克服轮胎滚动阻力消耗的功率。 1.2.6 驱动轮驱动力 汽车的最高车速、加速能力及最大爬坡度都取决于汽车驱动力。用驱动力作为 汽车动力性检测参数，较之最高车速、加速能力，更直观、明了。检测驱动立刻在 条件稳定的室内进行，检测数据稳定可靠，并且驱动力对汽车技术状况反应灵敏。 驱动轮的驱动力（ ）是由汽车发动机产生的转矩（ ）经传动系传输tf,emnm 至驱动轮上形成的。即 0/tegtir 式中： 主传动比；0i 变速器传动比；g 传动系的机械效率；t 驱动轮滚动半径，m。r 1.2.7 驱动轮输出功率 发动机产生的转矩随发动机转速（ ）增加而增大，达最大值后随转速,/miner 的继续增加，而有所下降。发动机功率（ ）却随转速增加一直增到最大值。pkw 发动机功率与转矩关系如下： /954,eemn 则 0954/,tegtefpirn/t trn 上列等式中左边的 即为驱动轮驱动力矩（ ）， 为驱动轮t ,tmm0/egni 转速（ ）， 与 的乘积为驱动轮驱动功率（ ），即通常所说的驱动轮输出功tntmtntp 率，故： /954tt etpn 驱动轮输出功率的数学表达式清楚地表明，驱动轮输出功率是汽车发动机和传 动系工作过程的输出参数，输出功率的多少，完全取决于发动机发出的功率和传动 系的传动效率，即取决于它们的技术状况。驱动轮输出功率用作检测参数，具有很 强的信息性、很高的灵敏性、而且直观易懂，最适于用作动力性的检测参数。 1.2.8 驱动比功率 比功率是衡量汽车动力性能的一个综合指标，具体是指汽车在给定车速下驱动 轮输出的最大功率与汽车的总质量之比（ ）。一般来讲，对同类型汽车而言，kw/t 比功率越大，汽车的动力性越好。 13 汽车动力性评价的试验方法 评定动力性的试验方法可分为两类，即室外试验道路试验；室内试验 台架试验。汽车是在各种不同环境条件下的道路上行驶，因此，根据汽车道路行驶 状况评定汽车的各种性能是最符合实际、最可靠、最基本的评定方法。在室内进行 的台架试验不受或少受环境条件的干扰(如刮风、下雨、下雪、气温等)，具有试验 条件相对稳定、操作简单、试验误差小等优点，是评定汽车性能的重要方法，也是 评定汽车总成性能的基本手段。 1.3.1 道路试验方法 为使试验数据具有通用性、可比性、准确性，国内、外均用法规或标准统一规 定汽车道路的试验条件、试验对象的状况以及试验方法。我国对汽车道路试验分项 目制定了系列的国家标准。 1.3.1.1 汽车道路试验方法通用条件 1、气候条件：晴天或阴天，风速小于3ms ，气温0 oc-40oc，相对湿度 95。 2、道路条件：平直、干燥、清洁的沥青或水泥路面，路面宽不小于8m，纵坡不 大于正负0.1。试验路段长2km-3km。 3、试验仪器：所用仪器设备须经计量检定，符合试验要求的精度。 4、试验对象：汽车的装备及调整状况应符合该车技术条件的规定；试验用的燃 料和润滑油的牌号、规格应符合该车技术条件的规定；轮胎规格、气压应符合该车 技术条件的规定，轮胎气压朗误差不超过10kpa；汽车各总成的热状态在试验时应符 合该车技术条件的规定，如技术条件无规定时，应符合下列条件：发动机冷却水出 水温度80 oc-90oc，发动机润滑油温度50 oc-90oc，变速器、驱动桥润滑油温不低于 50 oc，必要时可在试验前进行20min30min较高车速的预热行驶，为达到上述热状 况，允许采取保温措施，汽车试验时的装载质量应保持该车的额定装载质量，且分 布均匀。 1.3.1.2 最高车速测试 1、试验应在符合汽车道路试验通用条件下进行。 2、试验路段没置 在确定的试验道路上选定中间一段200m或500m为测速路段， 其两端各设100m的准备路段，用以提示试验人员准备测试。 3、测试 根据汽车加速性能的优劣，选定充足的加速区间，使汽车进入测速路 段前已具有最高的稳定车速。测定汽车以最高车速通过测速路段的时间，接连往返 各测试一次。记录每次试验前、后发动机冷却水出水温度、发动机及各总成的润滑 油温度。 4、整理试验结果 根据测速距离及各次通过测速路段( )的时间的平20lm 均值(t，s)，算出最高车速( )，即：maxv360.2/,tkmh 1.3.1.3 加速性能测定 1、试验应在符合汽车道路试验通用条件下进行。 2、试验路段设置 在确定的试验道路上选定1.5km作为加速试验路段，两端各 设100m为测试速度路段。 3、测试： 1）直接挡加速性能测试：以稍高于直接档的最小稳定车速为初速度(选5的整数 倍，初速度偏差正负1km/h)，等速通过100m路段至加速度测试路段的起始点处，急 速将加速踏板踩到底，加速至该档最高车速的80%-100%。试验往返各进行一次。用 五轮仪或非接触式速度分析仪记录加速过程。 2）汽车起步连续换档的加速性能测试：汽车停在加速路段起始点、从起步开始， 加速踏板完全踩到底，以选择的最佳换挡车速，力求无声换档(一般换档时1s-1.5s)、 直至最高档加速至1km终点试验往返各进行一次。用五轮仪或速度分析仪记录加速 过程。 4、整理试验结果： 1）绘制直接档加速性能曲线：车速(km/h)-加速时间(s)曲线，车速(kmh)-加 速行程(m)曲线。 2）绘制起步连续换挡加速性能曲线，求出通过1km试验路段的时间。 1.3.1.4 爬坡度测试 1、试验应在符合汽车道路试验通用条件下进行。 2、坡道设置 选用相当于测试汽车的最大爬坡度，坡长不小于20m，坡底应有 5m-10m的平路段，在坡道中部设置10m长的测速区。 3、测试 变速器置于最低挡，起步后，将加速踏板踩到底爬坡。测定汽车通过 测速区段的时间，同时记录发动机转速，行驶至坡顶时测定发动机水温、润滑油温 度，其他各总成润滑油温度。 若坡度大小不合适可用适当增、减载荷的方法，亦可采用变速器较高一档进 行试验，将试验结果核下式折算成在额定载荷下，变速器使用最低档的爬坡能力。 最大爬坡度 1 maxsin/sinag 式中： 测试时，汽车实际爬坡度； 测试时汽车实际总质量， ；agkg 汽车额定总质量， ； 汽车最低总速比；i 测试时汽车实际总速比 按下式计算汽车爬坡的平均车速： 36/,vtkmh 式中： 汽车爬坡通过 10m测量区段的时间， 。t s 1.3.2 室内试验 室内的动力性试验主要是进行驱动力、滚动阻力系数和空气阻力系数的测定。 汽车的驱动力是由汽车测功器来测量。通常使用的单鼓式汽车测功器，就是我 们常见的转鼓试验台。试验时，汽车的驱动轮放在转鼓上，驱动轮的中心与转鼓的 中心在同一垂直平面内。转鼓轴端装有液力或电力测功器，能够产生一定的阻力并 调节转鼓的转速（即试验时汽车的车速），由测力装置即可测出施加于转鼓的转矩， 并依此计算出汽车的驱动力大小。 汽车的滚动阻力系数是在轮胎转鼓试验台上完成。由电力测功器驱动的试验轮 胎放在转鼓上，转鼓轴连接着作为制动装置的测功器，通过试验测出驱动轮胎的转 矩和作用于转鼓的制动力矩，并由此计算出汽车的滚动阻力系数风洞是用来测量汽 车空气阻力系数的试验装置。 风洞就是用来产生人造气流（人造风）的管道。在这种管道中能造成一段气流 均匀流动的区域。汽车风洞有模型风洞、实车风洞和气候风洞等。模型风洞较实车 风洞小很多，其投资及使用成本也相对小些，在模型风洞中只能对缩小比例的模型 进行试验，其试验精度也相对低些。实车风洞则很大，建设费用及使用费用极高。 目前世界上的实车风洞还不多，主要集中在日、美、德、法、意等国的大汽车公司。 气候风洞主要是模拟气候环境，用来测定汽车的一般性能（如空洞性能等）的风洞。 国外的汽车公司在进行汽车开发时，其车身大都是先制成11 的汽车泥模，然后在 风洞中做试验，根据试验情况对车身各部分进行细节修改，使风阻系数达到设计要 求，再用三维坐标测量仪测量车身外形，绘制车身图纸，进行车身冲压模具的设计、 生产等技术工作。 第 2章 目前汽车动力性评价的各种方法及评价指标存 在的主要问题 通过第一章对于表征汽车动力性参数的分析，对于汽车动力性的评价方法主要 分为以下两个类型。一是传统的汽车界常用的三大指标，也就是最高车速、加速能 力、爬坡能力。二是由功率这个参数来表征的汽车动力性，如发动机功率，底盘输 出功率，驱动轮输出功率等。下面介绍汽车动力性评价的各种方法及评价指标存在 的一些主要问题。 2.1 在用汽车的动力性衰退现象 动力性作为汽车的主要使用性能之一，在相关的技术文件或标准(如gb7258- 1997)中都有明确的要求和规定，对于营运车辆更是要求其动力性水平必须达到相应 的技术等级后才能参加经营性运输业务。因此，汽车的拥有者与使用者都希望所拥 有或使用的汽车具有良好的动力性，以便能多拉快跑，提高运输效率。而车辆及道 路的管理部门为保证道路畅通，减少交通堵塞和交通事故，也要求汽车维持良好的 动力性，并强制对其进行定期检测，以确保对营运车辆动力性的要求得到实现，这 种氛围有利于在用汽车的动力性能维持在较好的水平上。 为了解当前营运车辆动力性的现状，我们曾先后在不同地区的综合性能检测站 对汽车的动力性进行了随机检测，现将检测结果归纳整理如下，期望有助于维持营 运车辆的动力性处于良好的状况。 2.1.1 汽车的动力性随运行里程的增加而逐渐衰退 汽车的动力性是发动机和底盘传动系等总成及部件工作能力量化的体现。发动 机和传动系固有的工作能力由设计确定，由制造形成，而在使用过程中逐渐丧失。 这是由于组成发动机和传动系总成的零部件不可避免的会因相对运动而产生摩擦； 因承受机械应力而引起变形和老化；因与周围介质互相作用而遭受腐蚀和氧化等， 从而引起零部件的配合特性(如间隙的大小)、相对位置、接触状况等发生变化；进 而逐渐削弱发动机和传动系总成的工作能力，甚至使其丧失工作能力。动力性的衰 退便是发动机和传动系总成工作能力变差的外表征兆。实践已证明，汽车在使用过 程中动力性的衰退是必然的，但衰退的进程是可以控制或减慢的。在相同的使用条 件下，同型汽车动力性的衰退进程不但随累计运行里程的多少而异，而且还随使用 水平的差异明显不同。图2-1和图2-2为用同一底盘测功机随机检测同型汽车在直接 档时的驱动轮输出功率。图中曲线1为该型汽车发动机的外特性，曲线2为该型汽车 在额定状况下直接档时的驱动轮的输出功率特性(理想外特性)。驱动轮外特性是指 扣除了相应转速(车速)时的非发动机运转所必须的附件和汽车附件所消耗的功率、 汽车传动系和底盘测功机传动系以及轮胎滚动阻力所消耗的功率后，在底盘测功机 上应测得的相应发动机外特性工况下的驱动轮输出功率。曲线3和4分别为该型汽车 具体车辆的实测直接档驱动轮外特性。图4和图5中发动机最大扭矩工况对应的车速 分别是60km/h和38km/h左右，发动机额定功率工况对应的车速分别为89km/ h和 85km/ h左右。被检车辆皆为营运车辆，均在平原地区运行。从图可见： 图2-1 解放ca1090系列汽车实测驱动轮输出功率特性 图2-2 东风eq1090系列汽车实测驱动轮输出功率特性 1、汽车使用过程中动力性衰退的标志是输出功率显著降低，随着车速的增加， 输出功率的降低幅度增大，最大功率值向低速偏移，输出的最大功率均小于额定值。 但输出功率与车速的关系未因动力性的衰退而改变，动力性衰退后的驱动轮外特性 仍与发动机固有外特性的走势相似，即驱动轮的输出功率也随速度的增加而增大， 功率达最大值后，随速度的进一步增加则输出功率迅速下降。由于各车辆的技术状 况不同，故有的车辆在较高车速时输出功率才达最大值，而有的车辆则在较低车速 时输出功率即达最大值，图中的曲线3和曲线4就分属这两种情况。而ca1090系列和 eq1090系列车型发动机和驱动轮外特性最大功率的对应车速应为89km/ h和86km/ h 左右，但从图中可以看出实际测出的驱动轮最大输出功率对应的车速均小于80km/ h。 2、同型号的不同汽车动力性衰退的幅度不相同，在同一使用环境(道路、气候、 地理位置等)下，输出功率的减少除受维修后累计行程的影响外，主要取决于汽车的 使用水平(驾驶操作、维修质量、运行材料质量等)。如图4中曲线3的车是1993年8月 出厂的解放ca1091l2型货车，累计行程为42万km左右，大修后行程近11万km，而曲 线4的车则是1993年5月出厂的解放ca1090kl2型货车，累计行程为40万km左右，大修 后行程近10万km。曲线3汽车的出厂日期、累计行程及维修后行程均接近曲线4的汽 车，但其动力性衰退的进程却慢于曲线4的汽车。图5中曲线3的车是1995年3月出厂 的东风eq140/47型货车，累计行程为32万km左右，大修后行程近10万km，而曲线4 的车则是1995车5月出厂的东风eq1092f型货车，累计行程为19万km 左右，未进行过 大修。曲线3汽车的出厂日期与曲线4汽车的出厂日期接近，而累计行程远多于曲线4 的汽车的累计行程，但曲线3 的汽车经过大修，且维修质量较高，故其输出功率远 大于曲线4汽车的输出功率，与该型汽车在直接档时的驱动轮的理论外特性相近。 3、同车型系列不同厂牌汽车的动力性衰退进程在其它条件相同的情况下，完全 取决于汽车的技术水平和制造质量的高低。由于图2-1和图2-2的样本太少，尚不足 以据此判别同吨位级的不同型号和不同厂牌汽车的技术水平和制造质量对使用过程 中动力性衰退所产生的影响。 2.2 最高车速、加速能力、爬坡能力 汽车动力性直接影响汽车平均技术速度，汽车动力性的好坏通常以汽车加速性、 最高车速及最大爬坡度等项目作为评价指标。动力性代表了汽车行驶可发挥的极限 能力。在评价汽车动力性时，由于汽车用途和使用条件的不同，要求也不一样。如 经常在公路干线上行驶的汽车，起主要作用的是汽车最大速度，而加速度的要求居 于次位。而市内行驶的汽车正好相反，由于城市内交通繁忙，汽车在行驶中需要经 常制动、停车和起步，汽车加速性能便成为评价这类汽车的主要指标。下面就讨论 对于不同的工况选择同一评价标准。 2.2.1 不同工况选择同一评价标准 2.2.1.1 良好路面 主要在良好路面（路面质量为三级以上，坡度等符合高速公路条件要求）行驶 的各类车辆，包括轿车、货车、越野车及客车，在良好路面，对于汽车的最高车速 和加速时间有一定的要求，因而通过最高车速和加速时间的测定，能主要反映汽车 的动力性。但此时，通过汽车的爬坡度并不能纵向比较汽车的动力性。此时，汽车 的爬坡度对于三指标评价汽车动力性而言，所占比重不大。 2.2.1.2 丘陵及山丘行驶 汽车的实际使用工况主要是在丘陵及山区地带行驶的各类车辆，包括货车、农 用汽车、越野车等。由于汽车行驶的路面坡度比较大，因此，发动机的后备功率主 要是用来克服坡度阻力功率。此时，汽车的最高车速和加速时间并不能反映其所需 的动力性。虽然汽车的最高车速在一定程度上反映了汽车的爬坡能力，但在这种工 况下通过确定汽车的最高车速来确定汽车的动力性显然是不准确的，此时，爬坡度 对于汽车的动力性评价比重，明显较大。 2.2.1.3 无路地区行驶 对于主要行驶在坏路、无路地区（如沙漠、泥泞沼泽地、矿区等）的车辆，包 括越野车、矿用车等，由于路面的附着系数较小，此时，不要求车辆有很高的速度， 在评价动力性时，爬坡度和加速时间所占比重应该比较大。 2.2.1.4 市区路面 对于主要在城市内行驶的车辆，如公交车、各类公用车辆等，由于行车密度及 城市交通的种种限制，此时，最高车速在评价汽车动力性时并没有多大意义，因为 此时，汽车多以抵挡行驶，应加重加速时间的比重，以更好的评价汽车的实际使用 动力性。 2.2.2 不同用途汽车使用同一评价指标 2.2.2.1 客车 大客车动力性指标的优劣主要通过汽车在良好路面上能够达到的最高车速、加 速时间和满载时的最大爬坡度3个指标进行综合评价，但3个指标相互独立，并没有 综合的评价指标。对于客车的动力性评价增大比功率，对提高大客车的动力性、经 济性，改善环保性能都将产生积极的影响。随着公路质量等级的提高和高速公路的 迅速发展，客车设计中的最高车速应高于高速公路上规定的最高车速，实际上大多 数大客车的设计最高车速已超过100km/h。超车加速时间短，可使超车时与被超车辆 并行行程短，行驶亦安全。大型客车加速性能无论是对公交车辆的频繁起步，还是 公路上的客运或旅游客车的超车都是非常实际的。 2.2.2.2 货车 货车的主要功能在于运输，提高车速能提高运输数量，所以其动力性也应满足 最高车速的原则，不同吨位的货车使用不同的发动机，其动力性用3个指标来评价不 能说明汽车的动力性，因而可以用比功率等检测参数进行评价。 2.2.2.3 轿车 最高车速和加速时间是评价轿车动力性最常用的两个评价指标，虽然最高车速 越高，加速时间越快，能在一定程度上说明轿车的爬坡度越好。但是同两款轿车， 如甲轿车和乙轿车，如果最高车速一样，加速时间甲轿车大于乙轿车，而叫轿车的 最大爬坡度远小于乙轿车，此时，我们并不能直观评判两者的动力性的优越。 2.2.2.4 越野车 越野车主要采用四轮驱动形式，主要在无路等路面行驶，对动力性要求较高， 由于对爬坡度要求很高。此时，如甲、乙两越野车，甲越野车爬坡度大于乙越野车， 而乙越野车在最高车速和加速时间上大于甲越野车，我们也不能直观地评判两越野 车的动力性优越。 2.2.3 三大指标评价方法的主要问题 由于存在上述不同工况和不同用途的汽车，且三个指标互相独立，就无法用单 一的评价指标直观地评判车辆的动力性好坏。正如轿车注重最高车速和加速时间， 而越野车却注重爬坡度，不能简单的说越野车的爬坡度好，越野车的动力性能就优 于轿车；反之，轿车的最高车速大，加速时间短，也不能简单地说轿车的动力性能 好于越野车。同理，一辆在良好路面表现优越的汽车，并不能简单的说比在山丘路 面表现优越的汽车动力性好，反过来说也同样不成立。这些情况就表现了三大评价 指标的一大缺陷。 此外在用汽车随着使用时间的延续、反映动力性的最高车速、加速能力和爬坡 能力都会变差，如最高车速降低了，加速能力差了，最大爬坡能力小了，从而显示 了具体在用汽车动力性量标固有量值变差的动态是其技术状况衰退变差进程的反映。 汽车使用者对所驾驶的汽车跑不快了、拉不动了、爬长坡的速度慢了的反映和体会， 即是用这几个量标对所驾驶的汽车动力性状况的一种定性评定。尽管汽车的最高车 速、加速能力和最大爬坡度通俗、直观、易于理解，可以直接测定，但要将测得的 具体在用汽车的这几个量标的量值与其固有的量值比较对汽车动力性状况进行定 量评价，就困难多了。首先新车定型时的这几个量标的额定值是在规定道路条件下 试验确定，或者是经计算得出。要测得具体在用汽车的这几个量标值必须在符合定 型试验条件的道路上进行试验，才具有可比性。而路试检测汽车动力性受试验条件 制约，通用性差，不适于广泛应用。此外，汽车使用手册提出的额定值未加界定， 如最大爬坡度就未界定爬坡度的速度，若越测同类同型汽车虽然都能爬上使用手册 给定的最大坡度但爬上最大坡度的速度却快慢不等。因此信息性差的量标就不 适于用作在用汽车的检测参数。 实践表明，汽车的最高车速、加速能力、最大爬坡度等量标随汽车技术状况恶 化变差而变化的幅值小，体现汽车技术状况的能力差，难以反映技术状况的微小变 化，灵敏性差。因此，不适于用作动力性检测参数，它们不能定量地评定汽车的技 术状况。 汽车使用手册提供的汽车动力性评价量标的额定值均是在规定条件下，经道路 试验确定。由于道路试验和室内台架检测的条件不同，不可将道路试验确定的额定 值用