2.4汽车的功率平衡图

汽车理论

第四节 汽车的功率平衡图

汽车理论

汽车行驶过程中，发动机发出的功率始终等于机械

传动损失功率与全部运动阻力所消耗的功率。

Pt Pe ηm能量守恒定律，发动机的有效功率应该恒等于汽车行驶中 所消耗功率的总和。

Pt P f Pw Pi Pj Pe m Pf Pw Pi Pj

汽车理论

汽车克服行驶阻力所消耗的功率一般计算式为

Fva P kW 1000式中：F——作用于汽车的力，N; va——汽车行驶速度，m/s

1000——换算系数，1000N m/s=1000W=1kW如果va以km/h为单位，则上式

Fva Fva P 3.6 1000 3600

(kW)

汽车理论

设汽车重力为G,以N为单位，车速va以km/h为单位，

则各种阻力功率的计算公式：滚动阻力 消耗功率

Gfva cos α Pf 3600当坡度角α较小时，cosα≈1

Gfva Pf 3600

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上坡阻力 消耗功率

Gva sin Pi 3600当坡度角α较小时，sinα≈i

Giva Pi 3600

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空气阻力 消耗功率3 3 CD Ava CD Ava Pw 3600 21.15 76140

(kW )

加速阻力 消耗功率

δGva dv Pj 3600 g dt

(kW )

汽车理论

能量守恒定律

Pe

va F

m

Pe

va (Ff Fw Fi F j )

m

3 CD Ava Gvasin δGva dv 1 Gfva Pe ηm 3600 3600 21.15 3600 3600 g dt

当道路坡度角α不大时，汽车的功率平衡方程为3 Giva δGva dv 1 Gfva CD Ava Pe ηm 3600 76140 3600 3600 g dt

汽车理论

功率平衡图以汽车行驶速度为横坐标，

以功率为纵坐标的坐标系内，将发动机功率Pe及汽车在良好 水平路面上等速行驶时消耗的 阻力功率(Pf+Pw)/ηm对车速 的关系曲线给出而得到。

利用汽车的功率平衡图分 析某些动力性问题更为方便。

汽车理论

功率平衡图的绘制绘制发动机功率pe与车速的关系曲线，将发动机的外 特性曲线Pe=f(n)曲线转化为pe=f(va),便可在pe-va坐标系内

绘出发动机的功率pe与车速va的关系曲线，利用下式将发动机转速换算成车速va。

0.377nr va i0ik对应于汽车变速器的每一个挡位，可以绘出一条发动 机功率曲线。

汽车理论

对应于汽车变速器的每一个挡位，可以绘出一条发动 机功率曲线。 pe-va曲线在不同的挡位下所对应的速度区间不同。 挡位越高，车速越高， 速度区间也越宽。但发动机 功率pe的起始值、终点值及 最大值是一致的。

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汽车等速行驶时阻力功率曲线的绘制pf-va曲线在低速范围内是一条直线；在高速范围内， 由于f是va的一次函数，pf是va的二次函数，pw是va的三次 函数。pf与pw叠加后，阻力功率曲线(pf+pw)/ηm-va是一条 斜率越来越大的曲线。 高速行驶时，汽车主要 克服空气阻力功率。 对于轿车 在80km/h时，空气阻力 等于Ff 100km/h时，Fw占总阻 力的70%。

汽车理论

功率平衡图确定汽车的动力性(1)汽车

的最高速度(va,max) 良好水平路面 最高速度 dv 0 , i 0 dt

Pe

P f Pw

m

最高档的发动机功率Pe与 (Pf+Pw)/ηm曲线交点对应的车 速即为汽车的最高车速va,max 。

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后备功率 发动机功率与滚动阻力和 空气阻力消耗的发动机功 率的差值是后备功率。

Pe 爬坡。

1

m

( Pf Pw )

后备功率用于加速和

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(2)汽车的加速能力 水平路面加速行驶 i=0

P f Pw Pj m Pe m 不同车速时的加速度为

dv 3600 gηm dt δGva

Pf Pw Pe ηm

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(3)汽车的上坡能力 粗略计算爬坡度近似值

3600ηm i Gva

Pf Pw Pe η m

实际使用中，常常采用所谓的冲坡，即驾驶员在上坡 前先使汽车加速，使汽车以较高的初速度上坡，利用减速 时的惯性力提高汽车的上坡能力。即先增大汽车的动能， 以便上坡时转化为汽车的位能。 利用后备功率和惯性力所能克服的最大坡度称为极限 上坡度。 在后备功率和道路条件一定时，上坡前的初速度越高 ，临界车速越低，坡道越短，则汽车所能克服的极限坡度 越大。

汽车理论

小结1. 用功率平衡图的方法处理动力性问题显得麻烦，但 功率这一概念却能更好地概括汽车的动力性能。 2. 如果汽车的速度越高，遇到的阻力越大，阻力与车 速的乘积(阻力所消耗的功率)就越大；因此没有足够的 发动机功率，汽车的高速行驶是不可能的。 3. 如果从能量的观点出发，汽车的加速性能就是汽车 在单位时间里提高动能的能力；速度增长率越大，动能增 长越快，动力性能就越好；而汽车动能的增长率是由汽车 加速过程能发出的功率决定的。汽车的爬坡速度同样也决 定于功率。