底盘与发动机的动力性匹配计算
底盘与发动机的动力性匹配计算
最高车速一般指在水平良好的混凝土或沥青路面上汽车节气门全开时能达到的最高行
使速度。从汽车驱动力–行驶阻力平衡关系进行分析：当汽车的驱动力和行驶阻力相等时，
汽车处于平衡状态，此时汽车达到最高车速。
单级固定传动比变速器行驶方程式为：
Ft=Ff+Fi+Fw+Fj
式中，Ft为驱动力，Ff为滚动阻力，Fi为坡度阻力，Fw为空气阻力，Fj为加速阻力。
用图解法计算最高车速时可忽略 Fi和 Fj，所以上式可简化为：
Ft=Ff+Fw
Ft=Ttq×ig×io×ηt/r
式中，Ttq为发动机转矩，ig为变速器传动比，io为主减速器传动比（取 4.1），ηt
为传动系机械效率（约为 0.9），r为轮胎滚动半径（该车轮胎型号为 P235/75R15，查表得
r为 0.356m）。
驱动力和发动机转速（Ft–n）的计算结果见表 1（计算过程略）。
Ua=0.377×r×n/ (ig×io)
式中，Ua为行驶速度，n为发出上式扭矩时的发动机转速。
n–Ua的计算结果见表 2（计算过程略）。
Fw、Ff、Fw +Ff与 Ua的计算结果见表 3（计算过程略）。
Fw=CD×A×Ua2/21.15
A= B（轮距）×H（高）=1.51×1.71=2.8m2，CD取 0.4。
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Ff=G×f
整车最大总质量 m为 2575kg。
v＜50km/h时，f取 0.018；
v=60km/h时，f取 0.019；
v=80km/h时，f取 0.02；
v=100km/h时，f取 0.022；
v=120km/h时，f取 0.025。
图 1 驱动力–行驶阻力平衡图
将表 1、表 2、表 3中的数值进行综合分析，作出汽车驱动力–行驶阻力平衡图（见图
1）。从图 1可以看出，汽车在不同车速时驱动力和行驶阻力之间的关系。汽车在 V档行驶
时，Ft5与 Ff+Fw的曲线的交点即为汽车的最高车速 Uamax，此时驱动力与行驶阻力相等，
汽车处于平衡状态，从图中可以看出该车的 Uamax=128km/h。
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表 1 Ft–n
表 2 n–Ua
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表 3 Fw、Ff、Fw +Ff –Ua
汽车加速时间计算
汽车加速时间通常指汽车从Ⅰ档起步，并以最大加速度。选择恰当的换档时机逐步加
速到某挡并达到指定车速（可以用 0～100km/h）所需要的时间。
计算从取设定限制转速时的驱动力为最高转速时驱动力和所需加速驱动力的平均值
（面积），计算 0～100 km/h的加速时间。（注：换 1次挡所用时间为 0.8s，同时速度下
降 0.5km/h。）
估算该车在设定的限制转速为 3000r/min；在驱动力–行驶阻力平衡图上，通过作图的
方法找到变速器切入每档时的驱动力；计算Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ所需要的加速时间。
通过作图得出（见图 2）：
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图 2 加速性能及最大爬坡度
Ft1=8143N；Ft2=4428N；Ft3=3009N；Ft4=2145N。
由上图及（Ff+Fw）–Ua数据表可知：
F1= Ft1-(Ff+Fw)=8143-484=7658.3N
(Ff+Fw取 Ua在 20km/h)
V1=26.5 km/h
F2= Ft2-(Ff+Fw)=4428-548.5=3879.5N
(Ff+Fw取 Ua在 40km/h)
V2=48.6 km/h
F3=Ft3-(Ff+Fw)=3009-680
=2329N
(Ff+Fw取 Ua在 60km/h)
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V3=71.7
F4= Ft4-(Ff+Fw)=2145-855=1290N
(Ff+Fw取 Ua在 80km/h)
V4=100
汽车旋转质量换算系数 δ 值在 m1～m5上分别取 0.5、0.2、0.1、0.08、0.06。
m1=2575×(1+0.5)=3862.5kg
a1=F1/m1
t1=v1/a1=13.4s
m2=2575×(1+0.2)=3879.5 kg
a2=F2/m2
t2=(v2-v1-0.5)/a2=17.2s
m3=2575×(1+0.1)=2832.5 kg
a3= F3/m3
t3=(v3-v2-0.5)/a3=27.4s
m4=2575×(1+0.08)=2943 kg
a4=F4/m4
t4=(v4-v3-0.5)/a4=64.6s
所以 0～100km/h的加速时间为：
t=t1+t2+t3+t4+0.8×3=125s
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汽车的最大爬坡度计算
汽车的最大爬坡度用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度 α 表示，一般指Ⅰ挡的最
大爬坡度。
由 α=arcsin［Ft-（Ff+Fw）］/G以及图 2得出：
Ⅰ挡最大爬坡度 α=arcsin8085/25750=18.2°，即 33%，
Ⅴ挡最大爬坡度 α=arcsin915/25750=2.0°，即 3.5%。
小结
在该轻型车底盘上搭载 JX493ZQ3发动机后，选定具有图 1所示变速比的变速箱及后桥
装置后，整车的最高车速达到 128km/h，该车速基本能满足普通公路路况和高速公路路况的
行驶要求；加速时间为 125s，这个时间偏长，但考虑到该车的动力系统为中低转速的柴油
发动机，无法通过匹配布置达到更好的改良效果，所以基本上能满足客户的要求；该车Ⅰ挡
的最大爬坡度 α 为 33%（一般汽车的最大爬坡度 α 约为 30%），Ⅴ挡最大爬坡度 α 达到
3.5%，体现了该车具有较好的爬坡性能。
总之，经过动力性匹配计算，配备了 V31底盘和 JX493ZQ3柴油发动机的轻型车的动力
性能基本满足我国现有的技术水平要求。
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