汽车动力性分析：最高车速、加速时间和爬坡能力

汽车动力性分析指根据汽车行驶方程式，利用驱动力—行驶阻力平衡图、动力特性图或功率平衡图，确定汽车的动力性指标即最高车速、加速时间和爬坡能力，并据此评价汽车的动力性。

图3-22 汽车的功率平衡图

1.汽车的最高车速V_amax

（1）利用驱动力—行驶阻力平衡图分析 汽车的最高车速V_amax（km/h）指汽车在水平良好的路面上所能达到的最高行驶速度。汽车以最高车速行驶时，坡度阻力和加速阻力均为零，汽车驱动力全用于克服滚动阻力和空气阻力。此时，F_t=F_f+F_w。

绘出汽车的驱动力—行驶阻力平衡图，汽车以最高档行驶时，其驱动力F_t曲线与阻力（F_f+F_w）曲线的交点所对应的车速，即为在给定道路阻力条件下汽车的最高车速，见图3-21。

当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力。这样，汽车可以利用剩余驱动力加速或爬坡。而当需要中速或低速行驶时，可以关小节气门开度，使发动机只以部分负荷特牲工作。此时，发动机部分负荷工作时产生的驱动力（见图3-21中虚线所示）在较低车速处与行驶阻力达到新的平衡。

（2）利用动力特性图分析 汽车在水平良好的水泥、混凝土路面上稳定行驶时，式（3-11）简化为：

D=f

因此，在动力特性图上绘上滚动阻力f的变化曲线，汽车以最高档行驶时，其动力因数D曲线与滚动阻力系数f曲线的交点所对应的车速，即为汽车在给定道路阻力条件下的最高车速，见图3-23所示。

（3）利用功率平衡图分析 如图3-22所示，汽车以最高档在平直道路上稳定行驶时，其发动机功率曲线P_e与需克服的阻力功率曲线的交点所对应的车速，即为汽车的最高车速。

2.汽车的加速能力

（1）利用驱动力—行驶阻力平衡图分析 汽车驱动力与滚动阻力和空气阻力之差F_t-（F_f+F_w），称为汽车的后备驱动力。若将其全部用来加速（即坡度阻力为零），根据汽车行驶方程式，汽车所能达到的加速度为：

根据汽车的驱动力—行驶阻力平衡图，可得到不同档位、不同车速时的汽车后备驱动力F_t-（F_f+F_w）与车速V_a的关系曲线。然后，据式（3-14）得到汽车在节气门全开时各档的加速度曲线，见图3-24。

图3-23 汽车动力特性图及动力性分析

图3-24 汽车的加速度曲线

由图可见，一般高档的加速度小于低档的加速度，1档的加速度最大；但由于有的越野汽车1档的δ值很大，使用1档时，其旋转质量产生的惯性力矩过大，反而使1档的加速度小于2档的加速度。

除用加速度评价汽车的加速能力外，利用加速时间t_j（s）可以更方便、直观地反映汽车加速过程的快慢。显然，

因此：

这样，利用加速度曲线图（图3-24），可得到加速度倒数随车速V_a的变化曲线，见图3-25。其加速度倒数曲线下自V₁到V₂的面积，即为汽车在给定道路条件下全力加速时，车速由V₁上升到V₂所需的加速时间t_j。

（2）利用动力特性图分析 称动力因数与滚动阻力系数之差D-f为后备动力因数。

在平直路面上加速行驶时，由汽车行驶方程式得：

因此：

根据汽车的动力特性图（图3-23），首先得到各档后备动力因数随车速的变化曲线，然后利用上式即可求得汽车的加速度曲线。

图3-25 加速度倒数曲线

（3）利用功率平衡图分析 利用汽车的功率平衡图也可确定汽车的加速能力。称为汽车的后备功率。由汽车功率平衡方程式（式（3-12）），当汽车在平直路面上加速行驶时，有：

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整理得：

因此，首先根据汽车的功率平衡图（图3-22）得到汽车各档的后备功率随行驶车速的关系曲线，见图3-26，然后根据上式可得汽车的加速度曲线。

图3-26 后备功率曲线图

3.汽车的爬坡能力

若汽车的后备驱动力、后备动力因数或后备功率全部用来爬坡，则此时汽车加速阻力为零，据此可求得汽车以各档位以某一车速爬坡时所能通过的坡度。汽车以1档所能通过的最大坡度，即是汽车的最大爬坡度i_max。直接档最大爬坡度i_0max，对车辆的换档频度有直接影响。

（1）利用驱动力—行驶阻力平衡图分析 若后备驱动力F_t-（F_f+F_w）全部用来爬坡，则F_j=0，根据行驶方程式得到：

F_i=F_t-（F_f-F_w）

求汽车1档（及低档）的爬坡能力时，由于坡度较大，因此以tanα代替sinα的误差较大，坡度阻力应表示为Gsinα；相对于坡度阻力，滚动阻力较小，且cosα≈1。因此：

由汽车驱动力—行驶阻力平衡图，根据上式可求得汽车以各个档位行驶时，所通过的坡度角α与车速V_a的关系曲线。α的最大值α_max即是汽车可以通过的最大坡度角。

汽车爬坡能力一般用坡度值i=tanα表示，因此由α与V_a的关系曲线，可得到汽车以各档位所通过的坡度i随车速V_a的关系曲线，见图3-27。

图3-27 汽车爬坡度图

直接档所能通过的道路坡度较小，因此直接档最大爬坡度i_0max可用下式计算：

式中 F_t0max——直接档最大驱动力。

（2）利用动力特性图分析 若汽车的后备动力因数D-f全部用来爬坡，因F_j=0，根据汽车行驶方程式，有：

i=D-f

即动力特性图上D曲线与f曲线之间的距离，可以表示汽车的上坡能力。

采用1档上坡时，由于坡度较大，计算式为：

D_1max=fcosα_max+sinα_max

整理得：

汽车的最大爬坡度，即1档的最大爬坡度i_max为：

i_max=tanα_max

（3）利用功率平衡图分析 汽车的后备功率全部用于爬坡时，加速阻力功率P_j为零，由汽车功率平衡方程式（式（3-12））得：

因此：

利用汽车后备功率曲线（图3-26），根据上式即可求得汽车各档的爬坡度。