一、引言

目的

汽车工程师在做整车系统配置时，需要对动力总成、传动系统进行详细的计算校核，比较，筛选方案。动力性能的计算与分析，是一个重复计算、作图与比较的过程。本软件就是针对这一特点，来针对性的开发的，使用Microsoft Visual Basic 6.0语言编写。在汽车项目总布置整体匹配设计中可以应用此软件，对多个方案进行计算比较，可以直观的从计算图表中来判断方案的优劣，得到最合理的方案，从而减轻汽车工程师重复的计算劳动。各个功能模块实现视觉清晰，图线直观，操作方便。为汽车工程师提供很好的设计辅助，是编写本软件的初衷。

二、汽车动力性计算功能架构

2.1程序概括

软件计算功能主要有10部分内容，包括：

1.发动机特性拟合曲线；

2.汽车速度曲线；

3.汽车驱动力曲线；

4.汽车驱动力曲线-行驶阻力曲线；

5.汽车加速度曲线；

6.汽车加速时间-速度曲线；

7.汽车爬坡性能曲线；

8.汽车功率平衡图。

9.变速箱输出扭矩。

10.驱动桥输出扭矩。

2.2输入与输出

输入：

初始化界面，选择计算模式，分拟合模式与精确模式

拟合模式

发动机参数录入，需要的参数有：

发动机或车辆型号、额定功率（kW）、额定功率转速（r/min）、最大扭矩（N.M）：、最大扭矩转速（r/min）。

整车参数包括：

迎风面积B*H(M^2)、空气阻力系数、车轮滚动半径(M)、主减传动比I0、满载总质量（kg）、直接档传动效率、其他档传动效率、辅件消耗（%）

变速器的各档速比。

精确模式

录入发动机的外特性参数，最好是从怠速到最高转速时的各功况参数。按发动机转速（r/min）, 对应功率（kW/r/min），对应扭矩（N.m）输入。

发动机每组数据中各项参数之间以“,”隔开。

整车参数的录入与拟合模式相同。

输出：

-------------以下为计算结果信息----------------------

计算所得最高车速：

计算所得最大爬坡度：

计算所得最大驱动力：

1档最小稳定车速：

倒车时最小稳定速度：

计算所得最大加速度：

驱动桥总输出扭矩可达：

驱动桥最大滑动阻力矩：

最小稳定车速加速至60km/h时间：

2.3计算功能结构设计

本软件的开发，整个结构的框架结构以及计算功能流程，如下图所示：

正在上传…重新上传取消正在上传…重新上传取消参数输入之后，程序对输入的参数进行预处理，把处理结果保存到相应的内存中，然后用户可以选择任意想要进行的表图计算，每个功能模块是并行关系。任意一个图表模块计算之后，马上在图形显示区域处理显示；当用户选择另外计算功能时，调用相应功能模块，重新初始化图形显示区域，并且显示最新的计算结果到图形显示区域。用户如果想要把计算结果保存起来，用于比较查看，那就要调用保存结果功能。另外，用户参数输入，会比较麻烦，为了人性化起见，每次计算输入，设置自动保存参数功能，也可以让用户把输入的参数保存到固定的文本文件中。提供多种不同输入方案，方便操作。

三、汽车动力性计算功能说明

对于本软件的功能与操作说明，以一个内燃机为动力的消防车专用底盘参数为例，进行具体说明。参数详见附件一。

3.1发动机功率-扭矩-转速曲线

发动机功率、扭矩相对于转速的特性曲线，如果最大供油状态为发动机外特性曲线。此特性曲线是各项计算的基础，本来应该由发动机试验平台测试得到。由于这部分曲线整车厂不一定有，所以为了计算，需要进行一定的拟合计算来得到此曲线。发动机外特性曲线基本是呈抛物线形变化，所以一般根据额定功率及转速，最大扭矩及转速，可以拟合得到发动机外特性曲线。

拟合得到的发动机外特性功率曲线图，示例如下图：

拟合得到的发动机外特性参数图表，在怠速与高转速区域，会存在一定的误差，但不影响整车方案做估算比较。

当发动机参数比较齐全时，一般每增加100转速，做一次特性测试得到的参数，输入到本软件之后，可以得到精确的发动机功率-扭矩曲线图，如下图示为GH1C发动机精确的外特性曲线图。工程师还可以根据工作中的实际经验，来相应调整各项参数，做重复计算，软件会很快绘制出相应的图表。

3.2汽车速度-转速曲线

发动机的转动，经过变速箱、传动轴、驱动桥，最后转变成车轮转动。汽车的速度与发动机转速之间呈线性关系。

详细计算转换公式可以简化为：

V=0.377rn/ig/io（km/h）

其中，r为车轮滚动半径（m）

n为发动机转速（rpm）

ig各档位对应速比

io主减速器速比

由以上公式可以看出，发动机转速与车速不是一一对应的关系，还取决于当前变速箱所处的档位，也就是变速箱的速比。例如，当发动机转速为1500转时，一档与三档对应的车速就会不一样。速度快肯定转速就高，但是转速高，不一定速度就快。只有在同一档位时，速度与转速是呈线性关系的，线性的斜率与变速箱的速比相关。

计算车速时，忽略地面与车轮之间的相对滑动。程序计算得到的参数值，通过图形换算，绘制成图表，如下图所示，黑色部分图线车速是实际存在的，如图中红线部分车速已经超过理论计算的最高车速，是虚拟的。从图中也可以看出，低档位时，斜率小，发动机转速从小到大，车速变化不大，在高档位时，斜率大，发动机从低到高，对应的车速变化就大。这是与车辆实际使用情况相符合的。

3.3汽车行驶驱动力图

根据发动机外特性计算得到的驱动力与车速之间的函数关系Fe-V，绘制得到汽车驱动力图。每个特定的转速与功率可以计算得到对应的驱动力，每个特定的转速可以计算得到对应车速。

3.4汽车驱动力-行驶阻力图

汽车在水平道路匀速行驶时，主要阻力有滚动阻力与空气阻力，在坡度上行驶还有坡度阻力，加速行驶时还有加速度阻力。

根据动平衡原理，汽车所有阻力之和与汽车的驱动力始终相等。可以绘制出两者在各档位时的曲线图，如下示例：

从图中可以得到，红色曲线为发动机各档位对应的驱动力，蓝色曲线为行驶阻力。当行驶阻力（蓝线部分）与驱动力（红线）相交时，即为理论计算的最高车速。示例中，在1档的最大扭矩时，起步的初始车速比较小时，如果全动力行驶，会出现驱动轮打滑情况，这就说明，这个整车配置方案，低档时动力很强劲。另外，这就需要汽车设计工程师考虑所选发动机动力是否过大，主减速比较选取是否合适等情况。

3.5加速性能曲线

汽车在行驶时，克服滚动阻力及空气阻力之后，驱动力还有富余时，富余的驱动力就可以产生汽车加速度。把各档位的对应加速度绘制成曲线图。就得到加速度性能曲线图。示例“GH1C汽车行驶加速度曲线”见下面图。汽车加速性能主要是由车辆的重量和汽车发动机能提供的扭矩和功率决定，其次还与变速箱和主减速器速比有关系。一般地，发动机功率越大，汽车的加速性能就越好。用加速度曲线来衡量汽车的动力性能时，给人没有直观的感受，只能在工程设计理论数值上作为参考。如果想要方便的感知汽车加速性能，更加直观的评价参数就会用到“加速时间-速度曲线”。

3.6加速时间-速度曲线

加速度性能曲线，在实际车辆开发应用中并不是很直观，为了更加直观的描述汽车的加速性能，通常会用加速时间来表示。加速能力包括两个方面，即原地起步加速性和超车加速性。因为起步加速性与超车加速性是同步的，起步加速性良好的汽车，超车加速性也同样会好。为了更好的衡量汽车动力性，一般用加速时间-速度曲线图表来描述加速性能。

本软件在计算加速时间时，对于换档时机与换档时间，根据最佳参数与实现经验，做了相应的工程处理，以简化计算。如下图示例可知，汽车从起步开始，加速到不同速度时，所需要的时间可以从对应曲线图上查询得到，汽车工程师做总成方案匹配时，就能很直观的得到汽车的加速性能如何了。

汽车“0－100公里/小时”加速时间、用最高挡或次高挡全力加速至某一高速所需要的时间，分别表示汽车的低速加速能力和中高速加速能力，而对于特种车辆与商用车辆，低速加速能力，常常会用0-40公里/小时与0-60公里/小时加速时间能表示。从下面的图表中，可以查询得到GH1C车辆的0-40公里/小时的加速时间在12秒左右，0-60公里/小时的加速时间在27秒左右。

同时，本软件还计算了直接档位加速时间-速度曲线，这个是汽车超车性能的一个很直观的指标。当车辆在一定车速时，挂直接档，全力加油门，把车辆从较低初速度加速到相对比较高的车速的过程，即为直接档加速。图中蓝线表示的是直接档加速时间速度曲线。

3.7汽车爬坡性能曲线

汽车爬坡能力主要看扭矩,轮上扭矩由发动机扭矩、变速箱传动比以及传动系统传动比，以及车轮半径等共同决定。绘制出各位在对应车速时的爬坡度百分比，就能很直观的知道汽车的起步与行驶时的爬坡能力。示例如下图，汽车在1档行驶时，最大爬坡能力可达到近70%

3.8汽车功率平衡图

汽车行驶过程中，驱动力与行驶阻力总是平衡的，发动机功率与汽车行驶阻力功率也是平衡的。根据平衡关系，将发动机功率P相对于汽车速度的函数关系，汽车行驶阻力功率（Pf+Pw）/η与车速关系函数绘制成图，就是功率平衡图了。

从功能平衡图中，可以看出汽车的动力选择是否合适，汽车的最佳工况车速设定是否合理等。从汽车的功率平衡图中，可以看出各档位时，汽车在不同速度时，后备功率是否充足，从而判断汽车的动力性如何。在功能平衡图中，行驶阻力功率与驱动功率交点处就是最高车速位置。如果从汽车油耗方面考虑，从功率平衡图中，可以得到汽车行驶最佳工况的速度范围区间，经济行驶车速，指导用户怎么合理使用车辆，从而达到省油节油的目的。如下图的功率平衡图中，可以看出在车辆运行在80-95km/h时，最为经济省油。

3.9变速箱输出扭矩曲线图

从变速箱输出扭矩的曲线图中，可以看出发动机传递到变速箱各档位对应的参数，从而给汽车工程师在选配变速箱时，知道所选变速箱是否合适。计算变速箱的输出扭矩，在汽车匹配传动轴时，可以很方便的知道所匹配的传动轴所需要的能承受的扭矩值是多少。从而在设计或者选配传动轴时，做到有的放矢，把传动轴的扭矩许允值设定在合理的范围内。

3.10驱动桥输出扭矩曲线图

从驱动桥输出扭矩曲线图，汽车工程师可以看出所选择的驱动桥负荷能否满足车辆的设计要求，从而评估汽车的主减速器寿命是否能达到整车设计要求。

四、本软件在电动汽车计算中的应用

本软件不但可以用来计算传统内燃机动力汽车的动力性能计算，而且在纯电动新能源汽车的动力性能计算中也是适用的。如果纯电动新能源汽车采用电机直接驱动桥，不安装变速器，那只需要在计算时将变速箱档位数设置为1，R档与1档参数都设置为1即可。如附件二的参数录入软件中计算，可以得到如下计算结果。

从计算图表中可以分析得到，纯电动汽车在没有安装变速器情况下，虽然电机可以有瞬间大扭矩与功率可以提升，但爬坡能力依然有所欠缺，为了获得比较大的爬坡度，可以适当增加主减速比，或者选用大扭矩电机，再就是安装高低档变速器。这就需要汽车工程师根据实际工作经验来匹配不同的配置方案，通过不同参数的计算，选择最理想的方案。

五、软件界面

选择拟合计算时，会要求输入主要的发动机参数，如下：

主计算界面

精确计算的发动机参数可以实时修改，整车参数中的空气阻力系统与车辆的外形造型有关，迎风面积按车辆的宽与高的乘积来计算。录入完成的参数可以保存为文本文件，同时在计算时会自动保存参数。

附件一：

说明中内燃机动力汽车所含图表的输入参数如下：

******************以下是计算输入参数内容******************

发动机或车辆型号： GH1C

迎风面积B*H(M^2)： 6.34

空气阻力系数： .6

车轮滚动半径(M)： .5

主减传动比I0： 4.63

满载总质量（kg）： 35000

直接档传动效率： .95

其他档传动效率： .84

辅件消耗（%）： 4

******************以下为变速器各档参数******************

1档：12.96

2档：7.47

3档：5.28

4档：3.82

5档：2.79

6档：1.95

7档：1.38

8档：1

9档：0.73

发动机转速（r/min）, 对应功率（kW/r/min）, 扭矩（N.m）

每组数据中转速与功率之间以“,”隔开

******************以下开始为发动机数据********************

600,0,0

800,122,1456.7

950,203.5,2045.8

1000,214.3,2046.8

1100,235.3,2042.4

1200,256.6,2042.3

1300,277.5,2038.3

1400,298,2033.1

1600,312.7,1866.5

1800,312,1655.4

1890,309.3,1562.9

2000,261,1249

附件二

10米电动汽车参数：

迎风面积B*H(M^2)： 7.5

空气阻力系数： 0.6

车轮滚动半径(M)： 0.478

主减传动比I0： 6.14

满载总质量（kg）： 18000

直接档传动效率： 0.95

其他档传动效率： 0.95

辅件消耗（%）： 4

******************以下开始为电机数据********************

200,26.2 ,1250.4

300,39.3 ,1249.8

400,52.4 ,1250.8

500,65.4 ,1250.0

600,78.6 ,1250.8

700,91.7 ,1250.4

800,104.8 ,1250.5

900,117.8 ,1250.1

1000,125.0 ,1194.1

1100,123.5 ,1072.4

1200,125.0 ,994.5

1300,124.9 ,917.4

1400,124.8 ,851.1

1500,124.8 ,794.5

1600,124.8 ,744.8

1700,124.9 ,701.6

1800,125.1 ,663.8

1900,125.1 ,628.8

2000,124.9 ,596.2

2100,124.7 ,567.2

2200,125.3 ,543.9

2300,124.9 ,518.5

2400,124.8 ,496.8

2500,124.4 ,475.1

2600,125.4 ,460.6

2700,124.9 ,441.6

2800,125.3 ,427.4

2900,124.6 ,410.4

3000,125.0 ,397.9

软件共享：汽车动力性计算图表软件V1.0.rar-制造文档类资源-CSDN下载用于汽车动力性计算，最高车速，加速时间，爬坡能力等计算，分10个图表，包括：1.发动机特性拟更多下载资源、学习资料请访问CSDN下载频道.https://download.csdn.net/download/xxlcar/75703961

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