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摘要
随着中国汽车产能的不断壮大，各国车企越来越看重中国市场，纷纷加大在华投入新车型的力度，因此，消费者可选择的车型也越来越多了。
动力性和燃油经济性作为衡量一辆汽车性能的两个很重要的指标，对其的设计计算是进行汽车设计和性能研究的一种有效手段。
它可以代替大量的整车道路试验，在产品的设计阶段就能对汽车的动力性、燃油经济性进行预测具有速度快、精度高、时间省等优点可以大大缩短研制过程和费用。
此外运用模拟技术可以比较深入地研究汽车动力系统的各参数对动力性和燃油经济性的影响并可针对不同的使用条件运用优化设计的原理寻求汽车动力系统的最合理分配方案。
本文主要针对奇瑞瑞虎2011款1.8AMT豪华型汽车，对其各参数和指标进行了设计计算及简单分析，阐述了汽车的各参数对汽车动力性和燃料经济性的影响。
关键词：
动力性；
燃油经济性；
设计计算
计算及说明
结果
第一章汽车原始数据、技术参数
1.1奇瑞瑞虎2011款1.8AMT豪华型汽车技术参数表
总质量（M）
轴距（L）
车轮半径（r）
传动系效率（ηt）
滚动阻力
系数（f）
空气阻力系数（Cd）
迎风面积（A）
1765kg
2.51m
0.34295m
0.9
0.014
0.32
2.674m2
整备质量
主减速器
速比（i0）
一档速比（ig1）
二档速比（ig2）
三档速比（ig3）
四档速比（ig4）
五档速比（ig5）
1390kg
4.3125
3
1.92
1.28
1
0.75
装载质量
质心至前轴距离（a）
质心高度（hg）
飞轮转动
惯量If
前轮转动
惯量Iw1
后轮转动
惯量Iw2
375kg
1.463m
0.58m
0.16kgm2
1.6kgm2
1.2发动机外特性曲线图
图1-1瑞虎发动机ACTECO-SQR481FC外特性曲线图
图1-1发动机外特性曲线图
Te=9E-12x4-1E-7x3-0.0005x2+1.188x-850.7
Pe=1E-12x4-1E-8x3+7E-5x2-0.1429x+134.83
图1-2发动机外特性曲线
原
始
数
据
第二章轿车动力性的分析计算
2.1汽车动力性的计算
2.1.1绘制驱动力-行驶阻力平衡图
（1）变速器下各档的速度转换
（1）
其中：
为车轮滚动半径，m;
为发动机转速，r/min；
为主减速速比；
为变速箱各档速比，
，
为档位数；
在发动机外特性（转矩-转速）曲线上选取9个点，在根据公式算出各档驱动轮的对应的转速。
见表2.1
（2）各档转矩与牵引力的转换
汽车的牵引力：
（2）
为对应不同转速下发动机输出使用扭矩，N•m；
为传动效率。
在发动机外特性（转矩-转速）曲线上选取9个点，将对应的转矩值代入公式算出各档驱动轮的对应的驱动力。
见表2-1,
（3）汽车的空气阻力与滚动阻力之和
（3）
FW为空气阻力；
为空气阻力系数；
A为汽车迎风面积（m2）。
＝mg为满载汽车总重（N）；
为滚动阻力系数；
汽车的行驶阻力之和Fr为：
各挡行驶阻力与车速的关系，见表2-2
（4）基本数据
表2-1各档驱动力速度的计算
Ttq
ne
1挡
Ft
1挡ua
2挡
2挡ua
3挡
3挡ua
4挡
4挡ua
5挡
5挡ua
160
1500
5278.4
15.4
3378.2
24.1
2252.1
36.2
1759.5
46.3
1319.6
61.7
176
2000
5806.2
20.6
3716.0
32.1
2477.3
48.2
1935.4
1451.6
82.3
188
2500
6202.1
25.7
3969.3
40.2
2646.2
60.3
2067.4
77.1
1550.5
102.8
200
3000
6598.0
30.9
4222.7
2815.1
72.3
2199.3
92.6
1649.5
123.4
208
3500
6861.9
36.0
4391.6
56.2
2927.7
84.4
2287.3
108.0
1715.5
144.0
212
4000
6993.8
41.1
4476.1
64.3
2984.0
96.4
2331.3
1748.5
164.6
210
4500
6927.9
4433.8
2955.9
108.5
2309.3
138.8
1732.0
185.1
5000
51.4
80.4
120.5
154.3
205.7
204
5500
6729.9
56.6
4307.1
88.4
2871.4
132.6
2243.3
169.7
1682.5
226.3
表2-2各档行驶阻力—速度的计算
1挡Fr
Fr
2档ua度
251.8
265.7
295.1
328.8
396.2
259.3
284.0
336.2
516.1
268.9
307.5
389.1
482.9
670.1
280.7
453.7
588.8
858.4
294.6
370.2
530.1
714.0
1081.0
310.6
409.3
618.3
1337.8
718.2
1022.1
1628.8
349.1
503.4
829.9
1205.1
1954.0
371.6
558.2
953.3
1407.3
2313.5
图2-1汽车驱动力-行驶阻力平衡图
各档驱动力、行驶阻力、速度的计算，
结果见表2-1，表2-2
（5）汽车驱动力-行驶阻力平衡图
图2-1汽车驱动力-行驶阻力平衡图
2.1.2最高车速与最大爬坡度的计算
（1）最高车速计算
最高车速是指汽车在平直、良好道路上所能达到的平均最高行驶车速。
a理论最高车速计算
只有当汽车的驱动力与行驶阻力平衡时，车速才达到最高。
根据最高档驱动力与行驶阻力平衡方程可得
=
+
计算及说明
=
（4）
带入原始数据到公式（4）可求得
=194km/h。
这个即为理论最高车速。
b实际最高车速
由汽车驱动力-阻力平衡图可知，当五档的驱动力曲线与阻力曲线相交时对应横坐标的车速即为汽车的实际最高车速为190km/h。
（2）最大爬坡度
汽车最大爬坡度是指汽车在良好路面克服（Ff+FW）后剩余全部动力用来克服坡度阻力时所能爬上的最大坡度imax。
Fi=Gsinаmax=Ft-（Ff+Fw）
аmax=sin-1（Ft-（Ff+FW））/G（5）
由驱动力-行驶阻力平衡图可得,Ft-（Ff+Fw）=6683.2N，
代入公式（5）可算得аmax=0.397rad
imax=tanаmax=41.8
%
uamax=190km/h
аmax=0.397rad
imax=41.8%
计算过程
计算结果
2.1.3绘制汽车动力因数特性曲线图
（1）动力因素的计算
（6）
在发动机外特性曲线上选取7个点，计算对应的驱动力与空气阻力，然后根据公式（6）算出各档对应的动力因素点。
数据见表2-3所示。
（2）滚动阻力系数的确定
f=f0（1+uai/19440）（7）
取f0=0.014据公式（7）算出对应车速下的滚动阻力系数，数据见表2-3所示。
（3）基本数据表
表2-3计算动力因素基本数据表
2000
2500
3000
3750
4000
4500
5000
G
17297
Fw
1档
17.1
26.7
38.5
52.4
68.5
86.7
107
2档
41.8
65.3
94
128
167.2
211.6
261.2
3档
146.9
288
376.1
476.1
587.7
4档
154.1
240.7
346.7
471.8
616.3
780
962.9
5档
273.9
428
838.8
1095.6
1386.6
1711.9
5806.2
6202.1
6598
6861.9
6993.8
6927.9
3716
3969.3
4222.7
4391.6
4476.1
4433.8
2477.3
2646.2
2815.1
2927.7
2984
2955.9
1935.4
2067.4
2199.3
2287.3
2331.3
2309.3
1451.6
1550.5
1649.5
1715.5
1748.5
1732
D
0.335
0.357
0.379
0.394
0.400
0.396
0.391
0.212
0.226
0.239
0.246
0.249
0.244
0.138
0.144
0.151
0.153
0.143
0.135
0.103
0.106
0.107
0.105
0.099
0.088
0.077
0.068
0.065
0.060
0.051
0.038
0.020
0.000
计算动力因素基本数据，见表2-3
（4）汽车动力因素特性曲线
图2-2汽车动力因素特性曲线
2.1.4绘制加速度倒数曲线各档
（1）各档汽车旋转质量换算系数δ的确定
其中:
Iw为车轮转动惯量（IW=1.6+1.6=3.2）；
If飞轮的转动惯量（If=0.16）
将数据代入公式可得δ1=1.1387；
δ2=1.0740；
δ3=1.0491；
δ4=1.0413；
δ5=1.0360
（2）各档加速度的确定
其中Di-f汽车动力因素特性曲线中选取7个点读出，在将各档的δ代入求得对应的加速度。
见表2-4所示
（3）各档加速度倒数的确定
将上面求得的各个档位的加速度求倒数，就能得到相应的数值。
δ1=1.1387；
（4）基本数据表
表2-4计算加速度倒数基本数据表
3500
a
2.760
2.952
3.143
3.268
3.325
3.283
3.240
1.811
1.932
2.050
2.121
2.145
2.100
2.051
1.156
1.219
1.275
1.295
1.278
1.208
1.133
0.837
0.862
0.876
0.856
0.801
0.700
0.589
0.512
0.481
0.433
0.347
0.225
0.056
1/a
0.362
0.339
0.318
0.306
0.301
0.305
0.309
0.552
0.518
0.488
0.471
0.466
0.476
0.865
0.820
0.784
0.772
0.783
0.827
0.883
1.194
1.160
1.141
1.168
1.248
1.428
1.698
1.954
2.077
2.311
2.882
4.452
17.711
（5）绘制加速度倒数曲线图
图2-3加速度倒数曲线图
计算加速度倒数基本数据,见表2-4
2.1.5绘制二档起步加速的车速-时间曲线
（1）加速时间计算公式
由加速度曲线可知，二档时加速度变化不大，故可认为是常数，即1/a为常数，则
（2）基本数据
表2-5加速时间数据表
速度变化
Km/h
24-31
31-41
41-52
52-63
63-75
75-88
加速时间
s
3.485
4.94
5.434
5.928
6.422
累加时间
8.425
13.859
19.293
25.221
31.643
（3）二档起步加速度-速度曲线图
图2-4二档起步加速的车速-时间曲线
t1=3.485s
t2=4.94s
t3=5.343s
t4=5.343s
t5=5.928s
t6=6.422s
第三章汽车经济性的计算
（1）基本数据
表3-1汽车经济性基本数据表
r/min
1500
ua5
km/h
61.7
82.3
102.8
123.4
144.0
164.6
185.1
be
g/（kw/h）
270
264
276
294
312
328
345
Pe
kw
25.1
36.9
49.2
62.8
76.2
88.8
99.0
Qsi
L/100km
15.38
16.58
18.50
20.96
23.12
24.78
25.84
（2）最高档等速百公里油耗计算
其中：
为燃料的密度（kg/L）
g为重力加速度（m/s2），对于汽油来说，
g可取7.0N/L
代入Pe和be数值可算出对应的油耗值，计算结果见表2-5
（3）最高档等速百公里油耗曲线图
图3-1等速百公里油耗曲线图
Qs1=15.38
Qs2=16.58
Qs3=18.50
Qs4=20.96
L/100km
Qs5=23.12
Qs6=24.78
Qs7=25.84
参考文献
[1]顾柏良.BOSCH汽车工程手册[M]（中文第二版）北京理工大学出版社2004年4月
[2]刘惟信.汽车设计[M]清华大学出版社2001年7月
[3]余志生.汽车理论.北京.机械工业出版社.第三版.2001.6.27
[4]陈家瑞.汽车发动机构造及原理.北京.机械工业出版社.第三版.2001.6
[5]成钦.汽车动力性和经济性的计算机仿真.汽车工程师[J].2009（7）
[6]郑清平，陈静.汽车动力性和经济性模拟计算.汽车科技[J].2004
（1）
[7]袁景敏.基于Matlab的客车动力性燃油经济性模拟计算.客车技术与研究[J].2010（3）
[8]孙家凯，王永强.汽车动力性、燃油经济性模拟与主减速比优化的研究.西安公路学院学报[J].1998（4）
[9]高延龄.汽车运用工程[M].北京.人民交通出版社.第三版.2004
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