3动力匹配计算指导

1、苏州吉姆西客车制造有限公司q/jsk.j1517-2014动力匹配计算指导编制：年月曰审核：年月h批准：年月曰2014年4刀18 口发布2011年6刀1 口实施一、概述1一、输入参数12.1基木参数列表12.2参数取值说明22.3发动机外特性曲线2三、苏州吉姆客车动力匹配计算基本方法53驱动力、行驶阻力及其平衡图53.2动力因数图73.3爬坡度曲线图83.4加速度曲线及加速时间8四、苏州吉姆客乍动力分析匹配计算案例94某车型骡动力行驶阻力平衡图104.2某车型动力因数图114.3某车型爬坡度曲线图124.4某车型加速度曲线图134. 5某车型功率平衡曲线图134.6某车型加速时间144.7某车

2、型动力性指标匹配计算及分析14参考文献15、概述汽车作为一种运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。动 力性是齐种性能中最基木、最重要的性能z-o动力性的好坏，直接影到汽车在城市 和城际公路上的使用情况。因此在新车开发阶段，必须进行动力性匹配计算，以判断 设计方案是否满足设计口标和使用要求。二、输入参数2.1基本参数列表进行动力匹配计算需首先按确定整车和发动机基本参数，详细精确的基本参数是 保证计算结果精度的基础。下表是苏州吉姆客车动力匹配计算必须的基本参数，其中 发动机参数将在后文专题描述。表i动力匹配计算输入参数表。参数名称参数值备注发动机型号变速器型式变速器速比一档二档三

3、档四档五档倒档主减速比满载质量(kg)各档传动效率空气阻力系数迎风面积(m?)滚动阻力系数车轮滚动半径(m)2.2参数取值说明1）迎风面积迎风面积定义为车辆行驶方向的投影面积，可以通过通过三维数模的测量得到， 三维数据不健全则通过设计总布置图测得。苏州吉姆客车车型迎风面积为外一般取值 4-7 m2 o2）动力传动系统机械效率根据苏州吉姆客车车型动力传动系统的具体结构，传动系统的机械效率主要 由变速器传动效率、传动轴万向节传动效率、主减速器传动效率等部分串联组成。例如：根拯实际情况，取变速器传动效率为85%、传动轴万向节传动效率为98% （两级）、主减速器传动效率为96%,因此% =85% x9

4、8% x98% x96% = 78. 4%采用有级机械变速器传动系的车型传动系统效率一般在82%到85%之间，计算 屮可根据实际齿轮副数量和万向节夹角与数量对总传动效率进行修正，通常取传动系 统效率rk值为78-82% o3)滚动阻力系数/滚动阻力系数采用推荐的客车轮胎在良好路面上的滚动阻力系数经验公式进行 匹配计算：f=c /o + /（wo）+/4fe）其中:办一0.00720.0120以上，取0.012；0. 000250. 00280,取 0. 0027；九一0 00065-0. 002 以上,取 0. 002；叫一汽车行驶速度，单位为km/h；c对于良好沥青路面，c二1.2。2.3发

5、动机外特性曲线发动机外特性曲线是发动机功率、转矩以及燃油消耗率与发动机曲轴转速z间的函数关系。在进行动力性能匹配计算时，主要用到发动机的外特性参数，即最大负荷 下功率、转矩随转速的变化曲线。动力匹配计算所需发动机的主要性能指标如表2所示。表2发动机主要性能参数参数性能指标排量（l）压缩比缸径x冲程（nrnixmni）最大功率（kw/ rpm）最大转矩(nm / r/min)燃油种类最低燃油消耗（g/psh）发动机的功率、转矩随发动机曲轴转速变化的关系曲线通过拟合方式确定，己知 条件为发动机厂提供的外特性试验数据（见图1）。此外，发动机在使用过程中还要为水泵、气泵、发电机、空调等设备提供动力，

6、其使用外特性（见图2）要比外特性小，用于汽车行驶的有效扭矩和有效功率均在原来 基础上有所减少，一般发动机使用外特性比净功率外特性约小7-10%,取有效扭矩= 扭矩x92%,有效功率=功率x92%。4030201000-9011111i x 0ujj l 250it丁- -.j - .丁_一 . j-耳370o31500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000speedfrpml图1发动机外特性曲线发动机使用外特性曲线图2发动机使用外特性曲线三、苏州吉姆客车动力匹配计算基本方法汽车动力性能匹配计算的主耍依据

7、是汽车的驱动力和行驶阻力z间的平衡关系,汽车的驱动力一行驶阻力平衡方程为(1)其中 什一驱动力；ff一滚动阻力；厲一空气阻力；片一坡道阻力；耳一加速阻力。下面对上述驱动力和行驶阻力的匹配计算方法以及各个曲线的匹配计算方法简要说明如下。3.1驱动力、行驶阻力及其平衡图在发动机转速特性、传动系统传动比及效率、车轮半径、空气阻力系数、迎风面 积以及汽车的质量等确定后，便可确定汽车的驱动力一行驶阻力平衡关系。驱动力：(2)其中：7；发动机的转矩，单位为nm；变速器各个档位的传动比;g主减速器速比;%动力传动系统机械效率;口一车轮滚动半径，单位为m。滚动阻力(3)ff = mgf cos a其中:m汽车

8、匹配计算载荷工况下的质量，单位为kg；g 一重力加速度，单位为m/sh/一滚动阻力系数；q道路坡角，单位为rad； 乙一车轮滚动半径，单位为m。空气阻力u2fw=cda21.15其中：c。一空气阻力系数；迎风面积，单位为na役一汽车行驶速度，单位为km/h。客车空气阻力系数通常取0. 5-0. 8,苏州吉姆客车根据具体车型造型选择系数 大小，车辆造型越趋向于流线空气阻力系数取值越小。坡道阻力fj = mg sin a(5)英屮:m 匹配计算载荷工况下汽车的质量，单位为kg；g重力加速度，单位为m/s?；q 道路坡角，单位为rado加速阻力dt(6)英屮：5旋转质量换算系数；加一匹配计算载荷工况

9、下汽车的质量，单位为kg；才-汽车行驶加速度，单位为航。在进行动力性初步匹配计算时，由于不知道汽车轮胎等旋转部件准确的转动惯量数值，对于旋转质量换算系数通常根据下述经验公式进行匹配计算确定:5 = 1 + 8. +w；式中，和6取值范围在0.03到0.05之间，这里粗取平均值，即认为二二0.04。在进行不同档位的驱动力和阻力估算吋，还需要知道汽车速度与发动机转速之间 的关系：ua =0.377 型(7)z?0其中：叫一汽车行驶速度，单位为km/h； n 一发动机转速，单位为rpm；i。一主减速器传动比；卩一车轮的滚动半径，单位为h1；冬一当前档速比。根据上述公式，我们述可以方便地估算出汽车在任

10、意发动机转速、档位下的驱动 力、行驶阻力，进而可以绘制出汽车的驱动力一行驶阻力平衡图。汽车的驱动力一行驶阻力平衡图形象地表明了汽车行驶时的受力情况和平衡关 系。由此可以确定汽车的动力性。在驱动力一行驶阻力平衡图中，求出最高档下张动力和行驶阻力曲线的交点，曲 线交点处对应的速度值即为汽车的最高车速。3.2动力因数图动力因数的定义为(8)其屮：各个参数的含义同前面的说明。利用公式（8）结合前面公式就可以估算出汽车各个档位下的动力i大i数值，进而可以绘制出动力因数图。3.3爬坡度曲线图根据汽车的行驶方程式和驱动力一行驶阻力平衡图，可以估算汽车的爬坡能力。 在估算爬坡度时，认为汽车的驱动力除了用来克服

11、空气阻力、滚动阻力外，剩余驱动 力都用来克服坡道阻力，即加速阻力&为零。根据公式（1）可以得到如下公式ff + fj =ft-fw将公式（3）、（5）代入上式，就可以得到如下公式：mgf cos a + mg sin a = ft - fw代入公式coso = j1-sin%以及公式 ，经过整理那么就可得.d _ f j _ £）2 + /2a - arcsin；1 +， （10）然后根据公式z=tga进行转换，这样就可以估算出爬坡度，并进一步绘制出爬 坡度曲线图。3.4加速度曲线及加速时间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來评价。汽车加速时，驱动力除了

12、用来克服空气阻力、滚动阻力以外，主要用来克服加速 阻力，此时不考虑坡道阻力好（片二0）。根据公式（1）、（6）,可以得到如下公式:所以，加速时间根据以上公式，通过数值积分方法对上式进行积分求解，就可以得到所需要的加 速时间。四、苏州吉姆客车动力性能分析匹配计算案例根据上述匹配计算理论，已知某款轻型车匹配可选的动力系统参数如下，发动机 特性曲线如图1、图2。以此为例说明动力性能匹配分析计算曲线图及相关的动力性 能指标的输出结果。表3案例参数输入表参数名称参数值备注发动机型号xxx变速器型式5档于动一档3. 583变二档1.947蒙三档1.343曇四档0. 976五档0. 804倒档3.416主减

13、速比4. 052满载质量(kg)1625各档传动效率90%空气阻力系数0. 33迎风面积(mj2. 1滚动阻力系数经验公式车轮滚动半径(m)0. 2894.1某车型驱动力行驶阻力平衡图o o55o o o o o o4540o5o o o o5 o3 3o o o o5 o2 2o o o o51ooo520406080100、120140160180200220车速(km/h)图3某车型驱动力一行驶阻力平衡图在驱动力一行驶阻力平衡图中，可以求出4档、5档的驱动力和行驶阻力曲线交 点对应的速度值分别为170km/h与166km/h。在此，该车型的最高车速取170km/hoqmea图4某车型动力

14、因数图在整车动力因数图中，可以求出该车型的最高档最大动力因数为0.06,第一档动力因素为0. 34o4.3某车型爬坡度曲线图图5某车型爬坡度曲线图在爬坡度曲线图中，可以求出该车型的最大爬坡度为33%。4.4某车型加速度曲线图20406080100120140160180200车速(km/h)图6某车型加速度曲线图45某车型功率平衡曲线图7020406080100120140160180200220车速(km/h)o6o o o5 4 3o2在汽车功率平衡图中，4档发动机功率曲线和阻力功率曲线交点处对应的是在良 好水平路而上汽车的最高速度170km/h； 5档发动机功率曲线和阻力功率曲线交点处

15、对应的是在良好水平路面上汽车的最高速度166km/ho同时与此对应的发动机功率为 66. 5kwo4.6某车型加速时间通过计算，可以求出该车型的0到100km/h的连续换挡加速时间为19s。半载时 加速时间为17so4.7某车型动力性指标匹配计算及分析（1）动力性指标根据上述曲线图，我们还可以得到某车型的动力性主要指标的匹配计算结果，如 表2所示。表2某车型动力性指标匹配计算结杲动力性指标计算值设计值最高车速（km/h）1701570到100km/h加速时间（s）19 （满载）/17 （半载）最高档最大动力因数0. 06最大爬坡度（）3330由上面的数据可以看出，对于配备该型发动机而满载质量为1740kg的某车型来 说，其动力性能略为不足。（2） i档附着条件校核汽车发动机在1档时可捉供的最大驱动力在转矩值最大时取得，1 t max /= （114.5x3. 583 x 4. 052 x 0. 894） /0. 289= 5142. 3 （n）同时，由于某车型为前轮驱动，满载时前轴载荷约为fz1 =850x9. 8 = 8330n,考虑良好的混凝土或沥青路面，取路面附着系数为p二0.7,这时路面