3.3.3 整車性能參數設計

整車性能參數包括動力性參數、燃料經濟性參數、機動性參數、行駛平順性參數、制動性參數及通過性參數等。

1.動力性參數

車輛的動力性優劣主要通過最高車速、加速時間、爬坡能力來衡量。

1）最高車速V_max是指在無風條件下，在水平、良好的瀝青或水泥路面上，汽車以直接檔或最高檔位所能達到的最大行駛速度。

按照GB/T 12544—2012《汽車最高車速試驗方法》規定，以2km長的試驗路段的最后500m作為最高車速的測試區，共往返4次，取平均值。對于一些高性能汽車，廠家在出廠時為了保護發動機或符合交通法規，往往會通過技術手段（如電子限速功能）限制車輛的最高車速。

計算最高車速的初選值，可取發動機最大功率所對應的車速為初選值。

式中，n_p是最大功率對應的發動機轉速（r/min）；R_k是輪胎滾動半徑（mm）；I₀和I_min是汽車主傳動比和最小傳動比。

計算發動機最高允許轉速n_max所對應的最高車速V_max：

式中，n_max是發動機最高允許轉速（r/min）；R_k是輪胎滾動半徑（mm）；I₀和I_min是汽車主傳動比和最小傳動比。

2）加速時間通常分為0—50km/h、0—80km/h、0—100km/h所需的時間。其中，0—100km/h加速時間（即百公里加速時間）最為常用，指汽車從靜止開始加速到100km/h需要的最短時間。

加速時間是汽車動力性最直觀的體現，百公里加速時間是汽車產品開發過程中通用的技術指標。一般情況下，1.6L緊湊型轎車百公里加速時間為11～13s，2.0L中型轎車為7～8s，而超級跑車的加速時間大都小于3.8s。相同排量下，裝備渦輪增壓發動機的車型百公里加速時間有明顯優勢，因為其輸出的動力更強，而且最大轉矩的輸出區間更大，能在低轉速下就具有較強的加速能力。加速時間計算公式如下：

式中，t是加速時間（s）；a是汽車各檔加速度（m/s2）；u₂是目標速度（m/s）；u₁是起始速度（m/s）。

3）爬坡能力是指汽車在良好的路面上，以1檔行駛所能爬行的最大坡度。對越野車來說，爬坡能力是一個相當重要的指標，一般要求能爬不小于60%或30°的坡；對載貨汽車，一般要求30%左右的爬坡能力；轎車的車速較高，且經常在狀況較好的路面行駛，因此不強調爬坡能力，其爬坡能力一般在20%左右。汽車的最大爬坡角度計算公式如下：

式中，α為爬坡角（°）；F_t為驅動力（N）；F_f為滾動阻力（N）；F_W為風阻（N）；G為汽車重力（N）。

最大爬坡度和最大爬坡角的關系如下：

式中，i_max是汽車最大爬坡度（%），即汽車在最低檔時獲得的最大爬坡度。

2.燃料經濟性參數

燃料經濟性是汽車的一個重要性能，通常選取百公里行程的燃料消耗量（L/100km）來衡量。百公里最低燃料消耗量Q指汽車在良好的水平硬路面上，以直接檔滿載等速行駛100km時的最低燃料消耗量，是汽車燃料經濟性常用的評價指標，也是一個理論指標。

在汽車實際使用過程中，載荷和道路條件對汽車燃料的消耗量影響很大。由于多數車輛在90km/h時接近經濟速度，大多數對外公布的理論油耗通常為90km/h的百公里油耗值。等速行駛100km，燃料消耗量理論計算公式如下：

式中，p_e是等速行駛時的發動機功率（W）；b是等速行駛時的燃料消耗率（g/kW·h）；u_a是等速行駛時的速度（km/h）；ρ是燃料密度（kg/L）；g是重力加速度（m/s2）。

3.機動性參數

機動性參數主要指汽車最小轉彎半徑，即當汽車轉向盤轉到極限位置，汽車以最低穩定車速轉向行駛時，外側轉向輪的中心平面在支承平面上滾過的軌跡圓半徑。它在很大程度上代表了汽車能夠通過狹窄、彎曲地帶或繞過障礙物的能力。轉彎半徑越小，汽車的機動性能越好。最小轉彎半徑計算公式如下：

式中，R₀是轉向輪外輪中心輪跡的最小轉彎半徑（mm）；L是軸距（mm）；θ_max是轉向輪外輪最大轉角（°）；B₁是前輪距（mm）；M是主銷中心距離（mm）。

4.行駛平順性參數

汽車行駛平順性是指汽車在一般行駛速度范圍內行駛時，能保證乘員不會因車身振動而不舒服和疲勞，以及保持所運貨物完整無損的性能。懸架靜擾度f_c是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷F_W與此時懸架剛度c之比，即f_c=F_W/c。汽車前后懸架與其簧上質量組成的振動系統的固有頻率，是影響汽車平順性的主要參數之一。因現代汽車的質量分配系數ε近似等于1，汽車前后軸上方車身兩點的振動不存在聯系。因此，汽車前后部分的車身固有頻率n₁和n₂（也稱偏頻）計算公式如下：

式中，c₁、c₂是前后懸架剛度（N/cm）；m₁、m₂是前后懸架的簧上質量（kg）。

當采用彈性特性為線性變化的懸架時，前后懸架的靜擾度轉化為：

式中，g是重力加速度（g=981cm/s2）。將f_c1、f_c2分別代入式（3-22）和式（3-23）中可得：

由以上分析可知：懸架的靜擾度f_c直接影響車身振動的偏頻n。因此，要想汽車有良好的行駛平順性，就必須正確選擇懸架的靜擾度。

在選取前后懸架的靜擾度f_c1、f_c2時，應使兩者接近，并希望后懸架的靜擾度f_c2比前懸架的靜擾度f_c1小，這樣有利于防止車身產生較大的縱向角振動。在汽車以較高車速駛過單個路障的情況下，n₁＞n₂時車身縱向振動角要比n₁＜n₂時小，故推薦取f_c2=（0.8～0.9）f_c1。為改善乘用車后排乘客的乘坐舒適性，考慮選取后懸架的偏頻低于前懸架的偏頻。乘用車的偏頻和靜、動擾度取值范圍參考表3-7。

5.制動性參數

汽車制動性是指汽車在制動時，能在盡可能短的距離內停車并保持方向穩定，下長坡時能維持較低的安全車速并具備在一定坡道上長期駐車的能力。制動距離是指在良好的試驗跑道上和規定的車速下緊急制動時，從踩制動踏板起到完全停車的距離。通常以車速為100km/h的最小制動距離來評價不同車型的制動效能。對于緊急制動時的踏板力，乘用車要求不大于500N。帶有ABS的汽車制動具有慣性動能，能縮短制動距離，與汽車的總質量無直接聯系。帶ABS制動系統的制動距離S理論計算公式如下：

式中，V₀是汽車制動初速度（m/s）；t為制動力持續時間（s）；U為路面附著系數，計算時按持續制動階段的實際滑動率選取。當滑動率大于20%時，U取滑動附著系數U_s；當滑動率為15%～20%時，U取峰值附著系數U_p；當滑動率小于15%時，則U值應小于U_s。

不帶ABS的汽車，制動距離與整車質量無關（除非超載，超過了自身制動能力），制動距離計算公式如下：

式中，S是制動距離（m）；V₀是車輛制動初速度（m/s）；t是制動力持續時間（s）；U是路面附著系數，參考取值范圍見表3-8；g是重力加速度（g=981cm/s2）。

6.通過性參數

汽車通過性參數如圖3-2所示，包括最小離地間隙h、接近角α、離去角β。離地間隙即車體最低點與地面的距離。離地間隙必須確保汽車在行走崎嶇道路、上下坡時的通過性，即保證不“刮底”。乘用車的通過性參數取值范圍可參考表3-9。