汽車加速性能和加速時間計算

1、汽車的加速性能如何評價汽車的加速性能，相信每一位車主、準(zhǔn)車主都很關(guān)心。實際上，汽車技 術(shù)性能指標(biāo)上的加速性能只是一個參考值。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)動機的 扭距、車量與加速度之間求得確定的關(guān)系， 這實際上是很困難的，因為這三方并 不能代表問題的全部，簡單的計算是包含很多誤差的。一般來講，在相同的車重情況下，發(fā)動機的最大扭矩越大，汽車的加速性能越好。 而在相同的發(fā)動機扭矩下，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)動機的扭矩是隨著轉(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)動機轉(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)對應(yīng)的是發(fā)動機的轉(zhuǎn)速而不是汽車的速度。發(fā)動機輸出的動力 要通過傳動系統(tǒng)減速增扭，然后作用于驅(qū)動輪，才會產(chǎn)生汽車加速所需要的力。 不同車型的傳動系統(tǒng)不同，因此在發(fā)動機最大扭距相同的情況下，加速特性也不 一定相同。3、 發(fā)動機的動力不是全部用于汽車的加速。F=ma這個公式中的力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行計算， 我只能在

3、假 想的基礎(chǔ)上回答這個問題：設(shè)想汽車在平直路面上由靜止開始做勻加速運動，任何時候所有阻力的綜合效應(yīng)相當(dāng)于車重的0.1，任何時刻阻力都與汽車的行駛方向成180度，任何時候發(fā)動機的轉(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，根據(jù)V =at，可以計算得到 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 算得到需要的平均驅(qū)動力為2778牛頓，考慮阻力（1000牛頓）的影響，實際驅(qū) 動力應(yīng)是3778牛頓。由于加速路段的長度S=at72=138.9米，加速全程耗費的功FS=524764.2焦耳， 功率為52476.4瓦。如果在全過程中發(fā)動機的轉(zhuǎn)速始終是

4、4000轉(zhuǎn)/分（實際上不 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。對于其他車重，網(wǎng)友可以自行計算。一種計算汽車加速時間的新方法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)量汽車動力性好壞的重要指標(biāo)之一 在車輛技術(shù) 設(shè)計階段，通常需要進行加速性能的估算，以檢查其設(shè)計產(chǎn)品的加速性 能是否符合設(shè)計任務(wù)書之要求-汽車加速性能的評價指標(biāo)常采用原地起 步加速時間和超車加速時間來表示.目前，這兩個指標(biāo)的計算方法大多采 用文猷叮所推薦的方法該方法需要采用計算機數(shù)值積分法才能獲得 上述評價指標(biāo)的近似解,計算較麻煩且計算精度較差.文中介紹的方法可 以避免原方法的缺點，計算精度也可以大大提高.1超車加速時間的計算由文獻(xiàn)1知，超車加速時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，車速從口加速到也所需要的時間. 此時，汽車的行駛平衡

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

9、，Nm 叫發(fā)動機輸出最人功率時的轉(zhuǎn)速，r/min發(fā)動機轉(zhuǎn)速和汽車牟速的對應(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汽車滾動阻力系數(shù).對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加速到幻所需時間的計 算式為(14)'

11、/fi'4 if 4. b血7Jh * 4<n 2cvi + b2原地起步加速時間的計算由文獻(xiàn)1 知，原地起步加速時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 時間根據(jù)上述定義，原地起步加速時間的計算式，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)時應(yīng)先確定各檔換檔時的對應(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

12、則交點的對應(yīng)車速為換檔車速.(2) 若相鄰網(wǎng)檔l/arv HH線無交點，則在低檔運轉(zhuǎn)到發(fā)動機最商轉(zhuǎn) 速6喰吋所對應(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，其交點的對應(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)動機外特性修正系數(shù)考慮到發(fā)動機廠提供的發(fā)動機特性參數(shù)或外特性曲線通常是在發(fā)動機試驗臺上，未帶空氣濾清器s水泵、風(fēng)扇、消聲器、發(fā)電機等條 件下測得的”而在實際裝牢運行時，發(fā)動機必須帯上全部附件.所以需要 引入Kl來修正* 般K】是隨

13、發(fā)動機轉(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CKl=0. 85柴油機，貨車Kl095輕型車或轎車Kl=0. 903.2加速時輸出功率修IE系數(shù)血由于在計算中采用的發(fā)動機特性參數(shù)或外特性曲線是根據(jù)發(fā)動機在 臺架試驗中，相對穩(wěn)定的工況，即保持水.機油溫度于規(guī)定的數(shù)值，且 在各個轉(zhuǎn)述不變時測得的而在實際便用時，發(fā)動機的匚況常是不穩(wěn)定 的尤英是在加速時*發(fā)動機是在節(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)動機的熱狀況、可燃混和氣的濃度與臺架試 驗時的穩(wěn)定工況有顯著差異此時，發(fā)動機所能捉供的功率一般要比穩(wěn) 定工況時下降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)部門測定，海拔麗度每增加1 km,發(fā)動機功率會降低 11%13% .因此，取瓦=011山13.3.4發(fā)動機新I日修正系數(shù)驗氐應(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傳動系的機械效率f|發(fā)動機所發(fā)出的功率幾經(jīng)傳動系傳至驅(qū)動輪的過程中*為了克服傳 動系各部件屮的摩擦，消耗了一部分功率，如以R表示傳動系損失的功 率，則傳系的機械效率為q =(p-pT) /p=-pT/K,傳動系的效率可在專 門試驗臺上測得，它受到多種因素的影響而有所變化*但為了積分方便， 可把它看作一個常數(shù)，一般可?。恨I車

15、n =0- 90. 92貨車、客車 q =0.82-0.854計算實例己知某一國產(chǎn)大客車的有關(guān)技術(shù)參數(shù)為：發(fā)動機額定輸出功率是 99.3 kW/(3000 r/min) T發(fā)動機額宦輸出轉(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車輪滾動半徑為R二0. 48a)下輛空氣阻力系數(shù)為CR 6整車傳動系傳動總效率取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)動機的域低穩(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所霜的時間，以及該車以最高檔行駛從 I5km/h加速到60km/h所需的時間.先求該車從原地起步加速到60km/h所需的時間訃應(yīng)注意三個問 題*(1) 起步年速的確定*起步咋逆不是零.而應(yīng)是頭檔對應(yīng)發(fā)動機最低 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.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.(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，則交點的對應(yīng)車速為換檔車 如相鄰檔的1/arv曲線無交點，則在低檔加速到發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速時的對 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，所以各檔都應(yīng)是低檔加速到發(fā)動機 最髙轉(zhuǎn)速時換入高檔.由公式(4)可求得對應(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同時給出了按傳統(tǒng)數(shù)值積分方法計算得到的加速時間，以供比較+表I加速時間的計算結(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