汽车动力性经济性敏感参数分析

汽车的动力性和经济性敏感性参数分析吴雪珍（万向电动汽车公司研发部 杭州，311215）摘 要：本文主要介绍了对汽车的动力性、经济性进行仿真计算时，在整车参数中，哪些参数对其性能影响比较大。

从而为汽车性能的改进提供方向。

关键词：汽车 AVL_CURISE 动力性 燃油经济性 敏感性汽车动力性和燃油经济性的参数敏感度是指各个参数对整车的动力性和燃油经济性的影响灵敏度。

汽车的动力性和燃油经济性是其重要的使用性能之一，直接影响到汽车的行驶效率和使用成本。

采用计算机仿真计算汽车的动力性和经济性能够给汽车设计或改进提供既迅速又经济的方法，使设计开发者在诸多设计方案中选择最佳方案。

本次计算采用的仿真软件是A VL_cruise 。

1．A VL_cruise 仿真计算实例分析Cruise 软件是A VL 公司研制的，用来计算汽车的动力性、经济性、制动性的专用软件。

能够比较准确、快速的仿真计算出汽车的动力性及经济性。

如某一汽车的性能参数如下：表1 整车性能参数 参 数 值 轮胎型号 155/65R13整备质量（kg ） 910 满载质量（kg ） 1285 轴 矩(mm) 2700 迎风面积(m^2)1.8 风阻系数 0.36 变速箱 5档手动发动机的性能曲线如下图：图1外特性曲线图2部分负荷特性曲线通过仿真计算得到的计算结果与试验结果对比表如下：表2 结果对比表结果参数 计算值 试验值0-100加速时间(s) 26.13 27.3 25-100加速时间4th(s) 37.47 36.8 30-100加速时间5th(s) 46.43 49.2 最高车速(km/h) 141.13 141.3 爬坡度(%) 32.5 30 90km/h 等速油L/100km 5.17 6 120km/h 等速油L/100km 7.3 8 ECE-EUDC L/100km8.18.6由此对比表可以看出，仿真计算值与试验结果比较接近。

采用计算机仿真的精度还是比较高。

2．汽车动力性的灵敏度分析汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶车速。

动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。

它主要用三个方面的评价指标来评定，即：最高车速、加速时间、最大爬坡度。

下面就分别对这三个指标进行分析。

2.1最高车速灵敏参数在无风天气，汽车在水平良好路面上行驶，此时汽车的行驶方程式（出自[1]）为：dtduδm Gi u .A c Gf rηi i T a D Tg tq +++=201521 (1)式中：T tq ——发动机转矩； i g ——变速箱的传动比； i 0——主减速比；ηT ——传动系的机械效率； r ——驱动轮滚动半径； G ——汽车重量； f ——滚动阻力系数； C D ——风阻系数； A ——迎风面积； u a ——汽车行驶车速； i ——道路坡度；δ——汽车旋转质量换算系数； m ——汽车质量；dtdu——汽车行驶加速度； 此时行驶阻力与驱动力相平衡达到的稳定车速即为最高车速。

此时的dtdu=0，i=0，所以就有：)(152102maxGf rηi i T A c .uT g tq D a −= (2) 则：Gf)rηi i T (A C .u Tg tq D a −=0max 1521 (3) 由式(3)可知，不考虑发动机和变速箱速比因素，影响汽车最高车速的参数有G 、f 、C D 、A ，ηT 。

当只将其中的某一参数变化10％而其它参数不变时，对最高车速的影响情况如下面图形所示。

当G 变化10％时，最高车速的变化情况如图3所示。

图3最高车速影响参数——G当f 变化10％时，最高车速的变化情况如图4所示。

图4最高车速影响参数——f当C D 变化10％时，最高车速的变化情况如图5所示。

图5最高车速影响参数——C D当A 变化10％时，最高车速的变化情况如图6所示。

图6最高车速影响参数——A由于ηT 变化范围为0.9～0.99之间，因而它变化的百分比不能太大，本次对比时取的变化百分比为2％，4％，6％，8％，10％，如下面图形所示。

当ηT 变化2％时，最高车速的变化情况如图7所示。

图7最高车速影响参数——C D由上面的表格对比可以知道，对于这5个参数，对最高车速影响最大的参数是ηT ,C D ，A ，其次是f ，G 。

其中C D 和A 这两个参数的变化情况基本相同。

所以要增加最高车速就可以通过提高传动效率，减少它的迎风面积和风阻系数来实现。

2.2最大爬坡度灵敏参数最大爬坡度的计算公式如下：22Im 2Im max 11arcsinffD f D ax ax ++−−=α (4)然后再根据tan max α=i max 换算成最大爬坡度。

式中：D Imax ——第一档的最大动力因素 f ——滚动阻力系数 而动力因素D 的计算公式如下：GF F D wt −=（5） 式中：t F ——汽车的驱动力,NF t =rηi i T Tg tq 0 （6）W F ——空气阻力,N15212.Au C F ad W =（7） 由式(4) (5) (6) (7) 可知，不考虑发动机和变速箱速比因素，影响汽车最大爬坡度的参数也有G 、f 、C D 、A ，ηT 。

同样当只将其中的某一参数变化10％而其它参数不变时，最大爬坡度的影响情况如下面表格所示。

当G 变化10％时，最大爬坡度的变化情况如图8所示。

图8最大爬坡度影响参数——G当f 变化10％时，最大爬坡度的变化情况如图9所示。

图9最大爬坡度影响参数——f当C D 变化10％时，最大爬坡度的变化情况如图10所示。

图10最大爬坡度影响参数——C D 当A 变化10％时，最大爬坡度的变化情况如图11所示。

图11最大爬坡度影响参数——A同样考虑到ηT自身的取值范围，对此取2％的变化范围，其变化情况如图12所示。

图12最大爬坡度影响参数——ηT 由上面的对比表格可知，对最大爬坡度影响最大的参数是G和ηT，其余3个参数对其影响不大。

所以要增加它的爬坡能力，最显著的方法就是设法减少汽车的总质量，提高传动效率。

2.3加速时间灵敏参数本次灵敏计算所用的加速时间为原地起步加速时间。

对于加速时间的计算可以采用对汽车行驶加速度曲线的积分求出。

为了便于比较对于加速时间也取这五个参数进行对比计算其具体结果如下。

当G变化10％时，加速时间的变化情况如图13所示。

图13加速时间影响参数——G当f变化10％时，加速时间的变化情况如图14所示。

图14加速时间影响参数——f当C D变化10％时，加速时间的变化情况如图15所示。

图15加速时间影响参数——C D当A变化10％时，加速时间的变化情况如图16所示。

图16加速时间影响参数——A对于ηT同样取2％变化比，加速时间的变化情况如图17所示。

图17加速时间影响参数——ηT 由这5个对比表可知，对于加速时间影响最大的参数为G，ηT，其次为f，C D，A。

因此，要改善汽车的加速性能，就要设法降低汽车的总质量，提高传动系统的工作效率。

3．汽车经济性的灵敏度分析在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶能力，称为汽车的燃油经济性。

汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。

我国通常用等速行驶百公里燃油消耗量和欧洲的ECE－EUDC循环工况燃油消耗量的多少来评价汽车的燃油经济性。

图18 ECE-EUDC循环工况曲线3.1 ECE-EUDC循环工况灵敏参数同样对于ECE-EUDC循环工况，也取这五个参数进行对比计算其具体结果如下。

当G变化10％时，ECE-EUDC循环工况的变化情况如图19所示。

图19 ECE-EUDC工况影响参数——G当f变化10％时，ECE-EUDC循环工况的变化情况如图20所示。

图20 ECE-EUDC工况影响参数——f当C D变化10％时，ECE-EUDC循环工况的变化情况如图21所示。

图21ECE-EUDC工况影响参数——C D当A变化10％时，等速油耗的变化情况如图22所示。

图22 ECE-EUDC工况影响参数——A对于ηT同样取2％变化比，ECE-EUDC循环工况的变化情况如图23所示。

图23 ECE-EUDC工况影响参数——ηT由这几个对比结果数据表可以看出，对于ECE-EUDC循环工况，对此影响最大的参数是ηT和G其次是f，再次是C D和A。

4．结论G、f、C D、A，ηT这五个参数是整车参数中的基本参数，有了这些参数对比表，就可为今后的计算，及为达到预期的整车性能，对整车参数进行修改等带来很大的便利。

同时还可以应用于实际的新车设计和汽车的改型设计中。

参考文献1.余志生主编.汽车理论（第三版）.机械工业出版社.2000.2.《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册.基础篇.人民交通出版社.2001.3.雷雨成.汽车系统动力学及仿真.国防工业出版社.1997.4.徐中明.张志飞.庄建兵.文利.基于MATLAB的轿车动力性和燃油经济性的仿真.计算机仿真.2005.。