应用力学：驱动力与行驶阻力平衡图

可以利用驱动力与行驶阻力平衡图来求解汽车动力性评价的主要指标：最高车速的确定、加速能力的确定、爬坡能力的确定。

1.确定最高车速

利用平衡图2-28可以直接找到汽车以最高档位行驶时的最高车速u_max。图中，Ⅴ档驱动力曲线F_t5与行驶阻力曲线（F_f+F_w）的交点A便是该汽车的最高车速175km/h。因为此时汽车的驱动力与平路上行驶阻力相等，汽车处于稳定的平衡状态。

当车速低于最高车速时，驱动力大于平路行驶阻力。这样，汽车可以利用剩余驱动力来爬坡或加速或牵引挂车。如果需要以119km/h作等速行驶时，则驾驶人可以减小节气门开度（如图2-28中的虚线），让发动机只用部分负荷特性工作，相应地得到图中虚线所示的驱动力曲线，以使汽车的驱动力和行驶阻力在B点达到新的平衡。

2.确定加速能力

（1）确定加速度 汽车的加速能力可用它在水平良好路面上行驶时的加速度来评价。加速度由行驶方程求得，即

图2-29 汽车各档位的加速度曲线—（a-u_a）曲线

通过式（2-23），利用图2-28可计算得出五个档位节气门全开时的加速度曲线，如图2-29所示。从图中可看出，加速度与档位和车速u_a有关。Ⅰ档时加速度最大，Ⅴ档时的加速度最小。

（2）确定加速时间 由于加速度的数值不易测量，实际中汽车的加速能力常用其在水平良好路面上行驶的加速时间来表述。例如用直接档行驶时，以最低稳定速度加速到一定距离或80%的最高时速所需要的时间来表述汽车的加速能力。

加速度曲线图2-29可以进一步求得由某一车速u₁加速至另一较高车速u₂所需要的时间。

由运动学可知

即加速时间可以用计算机进行数值积分计算或用图解积分法求出。用图解积分法：将加速度曲线（a-u_a）转画成曲线（如图2-30a所示）。曲线下面两个速度区间的面积就是通过此速度区间的加速度时间。例如求最高档位的加速时间，常将速度区间分为若干间隔，通过确定面积Δ₁、Δ₂…来计算总加速时间（如图2-30b所示）。

图2-31是从计算得到的轻式载货汽车BJ130加速度时间曲线。计算汽车加速时间，确定汽车的加速能力，对于选择传动系最佳方案或选择适合的发动机排量是十分有用的。

(www.xing528.com)

图2-30 汽车加速度倒数（_a¹）曲线

a）转画曲线 b）计算加速时间

（3）确定换档时机 汽车要提高行驶速度，必须逐渐增加档位进行加速。加速过程中的换档时机可根据各档的a-u_a曲线来确定，参看图2-29。若Ⅰ档与Ⅱ档的加速度曲线有交点，显然，为了获得最短加速时间，应在交点所对应的车速由Ⅰ档换为Ⅱ档；若Ⅰ档与Ⅱ档的加速曲线不相交，则应在Ⅰ档加速至发动机转速达到最高转速时换入Ⅱ档；其他各档的换档时机亦按照此原则来确定。

3.确定最大爬坡度

汽车的爬坡能力是指汽车在良好路面上克服滚动阻力F_f和空气阻力F_w后所剩余的驱动力全部用来（即等速）克服坡度阻力时所能爬上的坡度，所以加速度为零。这时，汽车行驶方程式变为

F_i=F_t-（F_f+F_w）

一般汽车最大爬坡度达30%左右，因此利用汽车行驶方程式确定Ⅰ档及低档爬坡能力时，应采用Gsinα作为坡度阻力，则上式应转化为

即坡道角为

利用平衡图2-28即求出汽车能爬上的坡道角α，相应地根据i=tanα就可以求出坡度值。其中，汽车最大的爬坡度为Ⅰ档时的最大爬坡度。

图2-31 从计算得到的BJ130载货汽车加速度时间曲线

最高档的最大爬坡度亦引为关注，特别是货车和牵引车。因为货车经常以最高档行驶，如果最高档的爬坡度过小，将迫使货车在遇到较小坡度时经常换为较低档，这样就影响了行驶的平均速度。

图2-32为某一紧凑型轿车的爬坡度图。显然，轿车的低档是用以获得好的加速性能，所以计算中求得的爬坡度很大，完全超出了实际要求的爬坡能力，例如Ⅰ档的爬坡度高达大约50%，Ⅱ档爬坡度高达大约23%。