整车性能计算软件.docx

整车性能计算软件.docx

《整车性能计算软件.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《整车性能计算软件.docx（31页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

整车性能计算软件

整车性能计算软件

该软件提供汽车五大性能：

动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性、通过性、安全性、舒适性、环保性，可靠性的设计计算和报表输出功能。

适合于各种车型的设计计算。

1.汽车动力性计算

动力性是汽车最基本、最重要的性能之一，汽车首先是一种高效率的运输工具，动力性决定了运输效率的高低。

为全面反映汽车动力性能，本软件中汽车的动力性计算包括以下评价指标：

（1）最高车速；

（2）最大动力因数；

（3）最大爬坡度；

（4）0-100km/h加速时间；

（5）原地起步加速通过400m时间；

（6）直接档30km/h加速到100km/h时间；

（7）直接档30km/h加速行驶400m时间。

输出以下图表：

（1）驱动力-阻力平衡图；

（2）动力因数图；

（3）功率平衡图；

（4）加速度图；

（5）爬坡度图；

（6）原地起步换档加速曲线；

（7）直接档加速曲线。

并可计算空载和满载两种不同工况。

2.汽车燃油经济性计算

汽车在一定的行驶条件下，以消耗最少的燃油完成单位运输工作的能力称为其次的燃油经济性。

它是评价汽车系统性能的主要参数之一。

结合汽车的实际使用工况，本软件系统选用以下指标来评价燃油经济性：

（1）等速百公里油耗；

（2）城市客车四工况循环油耗；

（3）客车六工况循环油耗。

可计算空载和满载两种不同工况。

3.汽车制动性计算

汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力称之为汽车的制动性。

汽车的制动性能是非常重要的，它是汽车安全行驶的重要保障。

本系统选用以下指标来综合评价汽车的制动性：

（1）同步附着系数；

（2）制动距离；

（3）理想的前后制动力分配曲线；

（4）附着效率曲线；

（5）ECE法规制动分配曲线；

4.汽车操纵稳定性计算

汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。

操稳性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能。

本系统中操纵稳定性计算的内容如下：

A.瞬态响应

角阶跃输入下汽车横摆角速度瞬态响应曲线；

包括以下指标：

（1）固有圆频率；

（2）阻尼比；

（3）反应时间；

（4）峰值反应时间；

B.稳态响应

（1）稳态横摆角速度增益曲线（转向灵敏度）；

（2）前后轮侧偏角绝对值之差-侧向加速度曲线；

（3）转向半径比值-速度平方曲线；

包括以下指标：

*稳定性因数；

*静态储备系数；

*转向结论；

5.汽车平顺性计算

汽车的平顺性反应汽车的舒适程度，是现代汽车非常重要的性能之一。

本系统采用加权加速度均方根值来评价平顺性。

6.汽车匹配性计算

汽车设计过程中，初步选择参数以后，可拟定供选用的参数数值的范围，进一步具体分析计算不同参数匹配下汽车的燃油经济性与动力性，然后综合考虑各方面的因素，最终确定动力装置的参数。

通常以循环工况油耗Q（单位为L/100km）代表燃油经济性，以原地起步加速时间代表动力性，作出不同参数匹配下的燃油经济性——加速时间曲线，并根据此曲线确定参数。

本系统汽车参数匹配包括以下内容：

（1）动力系总成（发动机、变速箱、主减速器）匹配。

（2）车轮半径匹配。

1.  概述

1.1整车总布置设计的任务

（1）  从技术先进性、生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、质量和主要尺寸参数，提出总体设计方案，为各部件设计提供整车参数和设计要求；

（2）  对各部件进行合理布置和运动校核；

（3）  对整车性能进行计算和控制，保证汽车主要性能指标实现；

（4）  协调好整车与总成之间的匹配关系，配合总成完成布置设计，使整车的性能、可靠性达到设计要求。

1.2设计原则、目标

（1）汽车的选型应根据汽车型谱、市场需求、产品的技术发展趋势和企业的产品发展规划进行。

（2）选型应在对同类型产品进行深入的市场调查、使用调查、生产工艺调查、样车结构分析与性能分析及全面的技术、进行分析的基础上进行

（3）应从已有的基础出发，对原有车型和引进的样车进行分析比较，继承优点，消除缺陷，采用已有且成熟可靠的先进技术与结构，开发新车型。

 （5）涉及应遵守有关标准、规范、法规、法律，不得侵犯他人专利。

 （6）力求零件标准化、部件通用化、产品系列化。

1.  3汽车设计过程

（1）调查研究与初始决策：

选定设计目标，并制定产品设计工作及方针原则。

（2）总体方案设计：

根据所选定的目标及对开发目标制定的工作方针、设计原则等主导思想提出整车设想，即概念设计（conceptdesign）或构思设计。

（3）绘制总布置草图，确定整车主要尺寸、质量参数与性能以及各总成的基本形式。

（4）车身造型设计及绘制车身布置图：

绘制不同外形、不同色彩的车身外形图；制作相应的造型的1：

5整车模型；从中选优后，再制作1：

5或1：

1的精确模型。

（5）  编写设计任务书；

（6）  汽车总布置设计；

（7）  总成设计；

（8）  试制、试验、定型。

2.整车型式的选择

根据设计原则，目标和用户的需求特点，整车设计人员要提出被开发车型的整车型式方案，主要包括以下几部分：

（1）发动机的种类和型式；

（2）轴数和驱动型式；

（3）车头和驾驶室的型式及与发动机、前轴（轮）的位置关系；

（4）轮胎的选择。

2.1发动机的种类和型式

对于发动机的种类和型式，在现代汽车上主要选用汽油机和柴油机，燃用其它燃料或其它种类的发动机，可根据车型的需要进行选取。

发动机的型式有直列式、V型和对置式等。

冷却方式有水冷和风冷。

因此要根据具体车型的使用条件和布置上的结构需要，而选择不同种类和型式的发动机。

2.2汽车的轴数和驱动型式

不同类型的汽车有不同的轴数和驱动型式，这主要根据使用条件、用途、工厂的生产条件、制造成本及公路的轴荷限值等因素进行选择。

最常用的是两轴、后驱动4×2式汽车，其中轿车还可以采用4×2前驱动式结构。

对于一般总重小于19t的汽车，都采用4×2后驱动的布置型式（前驱动的轿车除外），因为这种汽车结构简单、布置合理、机动性好、成本低、适合于公路使用，是—种典型的、成熟的结构型式。

随着汽车载重量的增加，各相关总成也要相应的加大，汽车的自重也要增加，这样会造成4×2式的汽车单轴的负荷增加，以致于超过公路、桥梁所规定的承载限值（公路允许单轴负荷为13t，双后轴负荷为24t）。

为解决此矛盾，一般采用增加汽车轴数的办法来减少单轴的负荷，如从4×2变成6×2、6×4、8×4，如果想增加驱动能力，提高越野通过性能，可以采用4×4、6×6、8×8等增加前驱动型式的结构，同时也可提高载重量。

采用增加轴数的办法，可以提高载重量而不增加单轴负荷，同时还不会增加车箱底板的离地高度，提高通用化、系列化水平，便于生产、降低生产成本等。

所以汽车厂家多年来一直都采用这种办法变型出更多品种的汽车。

6×2式结构可以由单前轴、单后驱动桥和后支承轴组成，也可由双前轴和单后驱动桥组成，这主要取决于布置需求和轴荷分配。

但应尽量不采用双前轴式结构，因为这样会使前转向系统复杂，转向沉重或增加转向助力系统，增加成本和影响操作。

2.  3车头、驾驶室的型式

车头、驾驶室的型式是汽车的最主要的型式之一。

其选择主要决定于用户的要求、安全性、维修保养的方便性和生产条件等因素。

车头的型式如长头、平头、凸头等都各有其优缺点。

车头、驾驶室与发动机，前轴（前轮胎）的布置位置，也可组成不同的布置结构，形成不同风格的整车外形，当然对使用、性能也有—定的影响，所以对此要认真地进行选择。

2.4轮胎的选择

轮胎的尺寸和型号是进行汽车性能计算和绘制总布置图的重要原始数据之一，因此，在总体设计开始阶段就应选定，而选择的依据是车型、使用条件、轮胎的静负荷、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。

当然还应考虑与动力—传动系参数的匹配以及对整车尺寸：

参数（例如汽车的最小离地间隙、总高等）的影响。

轮胎所承受的最大静负荷与轮胎额定负荷之比，称为轮胎负荷系数。

大多数汽车的轮胎负荷系数取为0.9～1.0，以免超载。

轿车、轻型客车及轻型货车的车速高、轮胎受动负荷大，故它们的轮胎负荷系数应接近下限；对在各种路面上行驶的货车，其轮胎不应超载小对在良好路面上行驶且车速不高的货车，其轮胎负荷系数可取上限甚至达1.1；对车速不1高的重型货车、重型自卸汽车，此系数亦可偏大些。

但过多超载会使轮胎早期磨损，甚至发生胎面剥落及爆胎等事故。

试验表明：

轮胎超载20％时，其寿命将下降30％左右。

为了提高汽车的动力因数、降低汽车及其质心的高度、减小非簧载质量，对公路用车在其轮胎负荷系数以及汽车离地间隙允许的范围内应尽量选取尺寸较小的轮胎。

采用高强度尼龙帘布轮胎可使轮胎的额定负荷大大提高，从而使轮胎直径尺寸也大为缩小。

例如装载量4t的载货汽车在20世纪50年代多用的9.00—20轮胎早已被8.25—20；7.50—20甚至8.25—16等更小尺寸的轮胎所取代。

越野汽车为了提高在松软地面上的通过能力常采用胎面较宽、直径较大、具有越野花纹的超低压轮胎。

山区使用的汽车制动频繁，制动鼓与轮辋之间的间隙应大一些，以便散热，故应采用轮辋尺寸较大的轮胎。

轿车都采用直径较小、断面形状扁平的宽轮辋低压轮胎，以便降低质心高度，改善行驶平顺性、横向稳定性、轮胎的附着性能并保证有足够的承载能力。

我国各种汽车的轮胎和轮辋的规格及其额定负荷可查相应的国家标准。

轿车轮胎标准见GB2978—82；货车和客车的轮胎规格详见国标GB516—82。

货车的后轮装双胎时，比单胎使用时的负荷可增加10％～15％。

3.主要“目标参数”的确定

总布置设计人员应初步确定以下各种参数，作为整车和总成的原始数据和工作目标。

在整车的方案（车头、驾驶室的型式、发动机的种类，整车初步的外廓尺寸、主要布置参数和布置草图）初步确定之后，整车设计人员通过图面工作和计算、初步确定如下目标参数：

（1）  汽车主要尺寸参数

（2）  汽车质量参数

（3）  主要性能参数

（4）  汽车的机动性参数

（5）估算发动机的最大功率、最大扭矩及其对应的转速。

（6）变速器的头档速比和档位数，分动器速比和驱动桥的主减速比。

3.1汽车主要尺寸参数确定

通过整车总布置草图的绘制，可以初步确定各总成的布置关系，进而确定整车各有关的（布置）尺寸参数和质量参数，以便为总成设计提供原始数据。

在绘制整车总布置草图时，可以参考同类车型的相关总成的外廓尺寸和质量，按本车的总布置需要，进行总布置草图的绘制。

初步确定主要布置尺寸和进行质量参数的计算。

确定车头，驾驶室的型式，以及同发动机、前轴（轮）的相互布置关系后，绘制布置总布置草图，并在此基础上布置各大总成。

（1）车架和车箱；

（2）后簧、后桥和车轮；

（3）前簧、前轴和车轮；

（4）传动系；

（5）转向机构及拉杆系统，并确定前轮转角和进行转弯直径的计算；

（6）布置油箱、电瓶、消声器、贮气简．及备胎等其它总成。

完成整车总布置草图后，整车的外廓尺寸及相关的布置尺寸参数已基本确定，然后进行质量参数的计算。

计算质量参数前，要列出各大总成的质量，再定出空载和满载时各总成的质心至前轴和地面的距离，最后计算出空载和满载时的轴荷分配和质心至前轴、地面的距离。

整车总布置应提供以下参数，为总成开发提供原始数据。

（1）整车的外廓尺寸；

（2）轴距和前、后轮距；

（3）前悬和后悬长度；

（4）车头、驾驶室和发动机、前轮的布置关系；

（5）轮胎型号、静力半径和滚动半径、负载能力；

（6）车箱内长及外廓尺寸；

（7）发动机的功率、扭矩及相应转速；

（8）变速器头档速比（2种）和档位数；

（9）后桥总速比（可有几种）；

（10）最高车速；

（11）最大爬坡度；

（12）整备质量及载质量；

（13）转向盘直径，车轮转角及最小转弯直径

（14）前轮接地点至前簧座的距离；

（15）前簧中心距；

（16）后簧中心距；

（17）车架前部和后部外宽；

（18）车架纵梁外形尺寸及横梁位置；

（19）前簧作用长度；

（20）后簧作用长度；

（21）前簧非悬架质量；

（22）后簧非悬架质量；

（23）后轮毂及制动器总成质量。

各型汽车的轴距和轮距

车型  类别  轴距L/m  轮距B/m

4×2载货汽车  汽车总质量ma/t  <2.2  1.70～2.90  1.15～1.35

    2.2～3.4  2.30～3.20  1.30～1.50

    3.5～5.9  2.60～3.60  1.40～1.65

    6.0～9.9  3.60～4.20  1.70～1.85

    10.0～13.9  3.60～5.00  1.84～2.00

    14.0～25.0  4.10～5.60  1.84～2.00

矿用自卸车    <60  3.20～4.20  1.84～3.20

    >60  3.90～4.80  2.50～4.00

大客车  城市大客车（单车）  4.50～5.00  1.74～2.05

  长途客车（单车）  5.50～6.50  1.74～2.05

轿车  微型  1.65～2.40  1.10～1.27

  普通级  2.12～2.54  1.15～1.50

  中级  2.50～2.86  1.30～1.50

  中高级  2.85～3.40  1.40～1.58

  高级  3.40～3.90  1.56～1.62

3.2整车质量参数估算

在整车设计方案确立后，总布置设计草图初步完成的情况下，应首先对整车质量参数（包括：

空载状态下的整车整备质量、轴荷分配、质心高度；满载状态下的整车最大总质量、轴荷分配以及非悬架质量等）进行估算，为整车性能计算和总成设计提供依据。

各总成质量，可通过样件实测得到，亦可参照同类车型样件实测值修正得到。

各总成质心位置可通过实测得到或按其几何形状和结构特点估计得到，然后在整车总布置图上确定其质心相对于前轮中心的纵向位移（一般规定在前轮中心后为正值，在前轮中心前为负值）以及空载状态下的离地高度；和满载状态下的离地高度。

一般整车总布置图在满载状态下绘制，在确定各总成质心在空载状态下的离地高度时应考虑到前、后轮胎和悬架相对满载状态的垂直变形的影响；空载状态下各总成质心纵向位置相对满载状态的变化忽略不记。

3.2.1空车状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算

整车整备质量（自重）按下式计算：

＝

式中No——用估算整车整备质量的全部总成数量（总成的划分可根据实际情况由设计人员自定）；

  ——整车装备质量，kg。

空车后轴荷按下式计算：

＝

式中L——轴距，mm；

——空车后轴荷，kg。

空车前轴荷Mci按下式计算：

式中Mcf——空车前轴荷，kg。

 空车质心高度——mgo按下式计算：

式中 ——空车质心高度，mm。

3.2.2满载状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算

整车最大总质量（总重）按下式计算：

N1——用于估算整车最大总质量的全部总成和负载的数量（一般在整车整备质量基础上加上乘员和最大装载质量）。

满载后轴荷按下式计算：

式中 ——满载后轴荷，kg。

 满载前轴荷按下式计算

＝

式中 ——满载前轴荷，kg 

 满载质心高度按下式计算：

式中 ——满载质心高度，mm。

3.2.3非悬架质量的估算

对于非独立悬架，整个车桥总成（包括制动器、轮毂、车轮等）都属于非悬架质量；一端与车桥铰接，另一端与车架固定点铰接件（如转向拉杆、传动轴、导向臂、稳定杆等）可将静止时作用于车桥铰接点的质量作为非悬架质量（转向拉杆、传动轴等件可取其质量的作为非悬架质量）；螺旋弹簧取其质量的作为非悬架质量；吊挂式钢板弹簧取其质量的作为非悬架质量；平衡悬架钢板弹簧取其质量的作为非悬架质量。

对于独立悬架和其它特殊形式的悬架可视其结构特点进行非悬架质量估算。

各类汽车的整备质量利用系数

汽车类型  ηm0  备注

载货汽车  轻型  0.8～1.1  柴油车为0.8～1.0

  中型  1.2～1.35  

  重型  1.3～1.7  

矿用自卸车  装载量  MG<45t  1.1～1.5  

    MG>45t  1.3～1.7  

各类汽车的轴荷分配范围

车型  空载（%）  满载（%）

  前轴  后轴  前轴  后轴

轿车  前置发动机前轮驱动（FF）  56～66  34～44  47～60  40～53

  前置发动机后轮驱动（FR）  50～55  45～50  45～50  50～55

  后置发动机后轮驱动（RR）  42～50  50～58  40～45  55～60

汽车  4×2后轮单胎  50～59  41～50  32～40  60～68

  4×2后轮双胎,长头,短头车  44～49  55～56  27～30  70～73

  4×2后轮双胎,平头车  49～54  46～51  32～35  65～68

  6×4后轮双胎  31～37  68～69  19～24  76～81

3.3发动机最大功率及其转速

设定最高车速，发动机的功率应大于等于该车速行驶时所需要的行驶阻力的功率之和，可用下式计算:

式中 ——发动机最大功率，kW；

     ——传动系效率；

  ——汽车总质量（总重），kg；

  ——重力加速度，g=9.81m／s2；

  ——滚动阻力系数，／由试验确定。

它与路面的种类、行车速度、轮胎的种类、气压有关；

  ——空气阻力系数，货车为0.5～0.65，轿车为0.3～0.45；

  A——迎风面积，，货车可取前轮距×总高，轿车可取0.78（前轮距×总高）；

  ——最高车速，km／h。

在实际工作中，还可以利用比功率的统计值来确定发动机的功率值。

汽车的比功率是指每吨质量所具有的功率值，表示为kW／to计算分式为

 比功率＝＝ 

（2）

由上式可见，不同的载货汽车，其、和值大体相等，且最高车速也差别不大，唯一影响比功率值的是A／m。

，其中还有面积A，各种车型相差都不是很大，但汽车的总质量（总重）m。

是变化较大的一个参数，总重越大，其比功率值越小，与统计值相符。

许多国家都有最低比功率的限值，以保证在公路上各种车辆都有近似的动力性能。

我国标准GB7258—97中规定，对公路用的机动车辆其比功率的最小值不能低于4.8kW／t。

农用运输车不低于4kW／t。

除考虑最高车速外，还要满足最大爬坡度的要求，即要有足够的头档最大动力因数。

通过上述方法计算的发动机功率可以互相补充，以便最后确定发动机最大功率值。

发动机最大功率点的转速及转速范围，应根据发动机的类型、最高车速、最大功率值活塞平均速度、生产条件，及参考同类样机的数值来决定。

3.4发动机最大扭矩及其转速

当发动机最大功率和其相应转速确定后，可用下式确定发动机的最大扭矩。

式中：

——发动机最大扭矩，N·m；

  ——扭矩适应性系数；

即＝

一般汽油机

 柴油机

  ——为最大功率点的扭矩，N·m；

值的大小，标志着行驶阻力增加时，发动机沿外特性曲线自动增加扭矩的能力。

的大小可参考同类样机的数值进行选取。

  ——最大功率点转速，r／min。

发动机最大扭矩点的转速，应该认真选取，一般希望该转速与最大功率点的转速有一定的比例关系，即保证在1.4—2.0之间，如果取得过高，会使的比值变小，若小于1.4，会使直接档的稳定车速偏高，造成在市区内行驶、转弯等情况下增加换挡次数。

所以希望不要太高。

3.5传动系速比的选择

3.5.1最小传动比的选择

整车传动系最小传动比的选择，可根据最高车速及其功率平衡图来确定。

在普通的载货汽车上，变速器的最高档大都取1.0，则传动系的最小总传动比即为驱动桥的主减速比io，若有超速档或副变速器、分动器时，最小传动比则为它们的速比和i的乘积。

从图1-4—1中可以看出，有三条不同io值的功率曲线与平直路上的行驶阻力功率曲线，从两方面对该图进行分析。

首先分析最高车速。

图1—4—1中可以看出

功率曲线2与阻力曲线相交在最大功率点上，即最高车速等于最大功率点的车速。

而功率曲线1和3与阻力曲线的交点所确定的最高车速均在曲线2的交点之前，这说明只有交点在最大功率点上时，最高车速才是最大的。

但从后备功率角度考虑，曲线1的后备功率小，而燃料经济性比较好，发动机功率利用率高。

曲线3则相反，造成汽车有劲而跑不快，经济性较差。

过去由于道路条件较差，最高车速不易太高，所以都选择曲线2或曲线3，而近代汽车越来越选择曲线2至曲线1这一范围，即注重高速和节能。

当然在高速行驶时，也要有一定的动力性，既保证最高档的动力因数，同时也要考虑最高档时的最低稳定车速不要太高，否则在市区行驶时会造成经常换档。

最低稳定车速，对于汽油车10km/h～15km/s，柴油车20km/h～25km/h,汽油机350r/min～500r/min，柴油机650r/min～850r/min。

3.5.2最大传动比的选择

最大传动比为变速器的头档速比与主减速比的乘积。

该速比主要是用于汽车爬坡或道路条件很差（阻力大）的情况下（此时空气阻力可以不计）汽车仍能行驶。

此时变速器最大速比 

式中 ——最大爬坡角度，；

——车轮滚动半径，m；

 心取1．0则如·i。

’i‘

求出以后，再验算一下附着条件，牵引力不应大于附着力

式中 ——最大牵引力，N；

 ——附着力，N；

 --驱动桥质量，kg；

——附着系数，取＝0.7。

最后验算最低档时的最低稳定车速，该车速没有规定的限值。

一般情况下，载货汽车，只要能满足最大爬坡度的要求（即最大动力因数），那最低稳定车速也能满足。

但越野车为了避免在松软地面上行驶时，土壤受冲击剪切破坏而损害地面附着力，要求车速很低，此时的最大速比为

式中

——发动机最低稳定转速，r/min；

对于汽油机＝350r/min～500r/min；

对于柴油机＝650r/min～850r/min；

——汽车最低稳定车速，km／h。

3.5.3变速器档位数的选择

变速器档位数的多少，要根据汽车的类型，使用条件和性能要求及最高档和最低档的速比范围大小而定。

载货汽车的吨位越小，档位数可取少些，随着吨位的增大，档位数也增多。

这主要从动力性、经济性、操纵性、结构复杂程度及需要进行选择。

档位数越多，发动机的功率利用率越高（高功率区工作时间长），既增加了动力