4汽车总体设计整车性能仿真与系统匹配要点

1.4 汽车总体设计整车性能仿真与系 统匹配 1.4.1 动力性能仿真计算 (1) 计算目的 汽车的动力性是汽车重要基本性能指标之一。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要进行动力性计算，预 测今后生产车型是否满足使用要求。使汽车具有良好的动力学性能. (2) 已知参数如表所示 表 1.4.1 动力学某车型的计算参数和数据的确定或优化 参数名称参数名称 变速器传动比变速器传动比 一挡一挡 二挡二挡 三挡三挡 四挡四挡 五挡五挡 主减速器传动比主减速器传动比 满载质量满载质量 空载质量空载质量 设计载荷质量设计载荷质量 各个挡传动效率各个挡传动效率 迎风阻力系数迎风阻力系数 迎风面积迎风面积 某车型某车型 3.455 1.944 1.286 0.969 0.8 4.111 1460kg 1040kg 1250kg 90% 0.35 1.9m2 1 滚动阻力系数滚动阻力系数 发动机形式发动机形式 滚动半径滚动半径 a a 设计载荷确定：设计载荷确定： 公式拟和 AFE 电喷发动机 0.288m(195/60R1485H) 该车型设计载荷根据德国标准 DIN 70020 规定：在空车重量（整备质量） 的基础上加上座位载荷。5 座位轿车前面加 2 人、后排加1 人，也称为半载作为 设计载荷, 重量假定为 68kg 加上随身物品 7kg，重心对于不可调整座位在 R 点 （设计 H 点）前 50mm，可调整作为 R 点前 100mm 处。我国标准常常规定满 载作为设计工况. 对于该计算车型如采用德国标准, 则具体计算为：1070kg+3* （68kg+7kg）=1295kg b b 迎风面积：迎风面积： 根据迎风面积计算公式：A=0.78BH 确定，其中：A 迎风面积，B 车宽，H 车高。对于该车型而言具体计算为：A=0.78*1710mm*1427mm=1.90m2 c c 传动效率：传动效率： 根据该轿车的具体传动系统形式， 传动系统的传动效率大体可以由变速器传 动效率，单级主减速器传动效率，万向节传动效率组成。 具体计算为： 95% （变速器） 乘 96% （单级主减速器） 乘 98% （万向节） =89.4%， 2 同时考虑到，一般情况下采用有级变速器的轿车的传动系统效率在 90%到 92% 之间，对上述计算结果进行圆整，对传动系统效率取为 90% d d 滚动阻力系数：滚动阻力系数： 滚动阻力系数采用推荐拟和公式进行计算： f  f 2 0 (1u a /19440)， 其中： f 0取为 0.014（良好水泥或者沥青路面） ， u a为车速 km/h。 (3)(3) 发动机外特性曲线发动机外特性曲线 发动机 发动 i. AJR 发动机ii AFE 发动机 图图 1.4.11.4.1 发动机外特性曲线发动机外特性曲线 (4)(4) 基本理论概述基本理论概述 汽车动力性能计算主要依据汽车驱动力和行驶阻力之间的平衡关系: F t  F f  F w  F i  F j （1.4.1） 表 1.4.2 各种受力名称 3 F t _ _ F f _ _ 驱动力， 滚动阻力， 空气阻力， 坡道阻力， 加速阻力， F w _ _ F i _ _ F j _ _ 上述驱动力和行驶阻力的计算方法以及各个曲线的计算方法具体说明如下： 驱动力行驶阻力平衡图：驱动力行驶阻力平衡图： 驱动力：驱动力：F t  其中： T tq ：发动机的扭矩，根据发动机使用外特性曲线来确定。也就是说我们可以根 T tqig i 0g r d ，N（1.4.2） 据发动机的转速利用外特性曲线进行插值计算来获得, 单位 N.M. i g ：变速器各个挡位的传动比 i0：主减速器传动比  g ：传动系统各个挡位情况下的传动效率 r d ：车轮的滚动半径,单位 m 滚动阻力：滚动阻力：F f  mgf cos()，N（1.4.3） 其中： m：是汽车计算载荷情况下的质量,单位：kg g：重力加速度,单位：m/s2 f：汽车滚动阻力系数 ：道路坡角, 单位：rad 4 2u a空气阻力：空气阻力：F w  C D A, ,N（1.4.4） 21.15 其中： C D：空气阻力系数， A：迎风面积, 单位：m2 u a ：车速,单位是 km/h 坡道阻力：坡道阻力：F i  mgsin()，N（1.4.5） 其中： m：计算载荷情况下汽车的质量,单位：kg g：重力加速度, 单位：m/s2 ：道路坡角, 单位：rad 加速阻力：加速阻力：F j m 其中： 2：旋转质量换算系数，根据估算公式1 1ig  2 确定，在轿车中 1 和 2 取 du a，N（1.4.6） dt 值范围在 0.03 到 0.05 之间，我们取平均数值 1 = 2 =0.04 m:计算载荷情况下汽车的质量, 单位：kg du a:汽车行驶加速度, 单位：m/s2 dt 在进行不同挡位的驱动力和阻力计算时我们还需要知道车辆速度与发动机 转速之间的关系： u a  0.377 其中： r d n ，（1.4.7） i g i 0 u a ：车速,单位是 km/h 5 n：发动机转速，单位是 rpm i0：主减速器传动比  g ：传动系统各个挡位情况下的传动效率 r d ：车轮的滚动半径, 单位：m 根据上述公式我们就可以方便的确定出汽车的驱动力行驶阻力平衡曲线， 求 出驱动力和行驶阻力的交点即为最高车速。 动力因数图动力因数图 动力因数定义公式： D  F t  F w mg （1.4.8） 其中各个参数的含义同前面的说明。 利用公式（1.4.8）结合前面公式就可以计算出汽车各个挡位的动力因数。 功率平衡图功率平衡图 在公式（1.4.1）的基础上，如果我们在公式两端乘以车辆速度u a ，经过整理就 可以得到功率平衡计算公式（单位是 kW） ： 3)u a mgsin()u a C D Au a mu a du a 1mgf cos( P e ()（1.4.9）  g 36003600761403600 dt 其中： P e ：：发动机效率，单位 kW 6 其他各个参数的意义和单位同上述说明。 利用公式（1.4.9）我们就可以计算出汽车行驶功率平衡曲线。 爬坡度曲线爬坡度曲线 由于计算爬坡度时，汽车除了克服空气阻力， 滚动阻力之外所有的剩余驱动力都 用来克服坡道阻力，所以加速阻力为零。 根据公式（1.4.1）我们可以得到如下公式 F f  F i  F t  F w 代入公式（1.4.3） ， （1.4.5）我们就可以得到如下公式： mgf cos mgsin F t  F w 2如果我们代入公式c o，经过整理那么我们s 1s in以及公式（1.4.8） 就可以得到：  arcsin D  f1 D2 f 1 f2 2 （1.4.10） 然后根据公式i  tg进行转换，这样就可以计算出爬坡度曲线了。 加速时间加速时间 汽车的驱动力除了用来克服空气阻力，滚动阻力以外主要是用来克服加 速阻力，此时坡道阻力为零。 根