基于數(shù)值計(jì)算法的汽車最佳行駛速度的推導(dǎo)

張孝武

（昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院，云南 昆明 650106）

基于數(shù)值計(jì)算法的汽車最佳行駛速度的推導(dǎo)

張孝武

（昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院，云南 昆明 650106）

最低理想車速；最高理想車速；油耗；節(jié)能減排；數(shù)值計(jì)算

CLC NO.:U467.4Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-89-02

引言

獲得較高的使用效率，降低使用油耗，是汽車設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中必須考慮的內(nèi)容。若采用低車速行駛時(shí)，可以降低其燃油消耗，但喪失了時(shí)間效率，最終在等距測(cè)量油耗中也不具有節(jié)油優(yōu)勢(shì)；采用高的車速行駛時(shí)，雖然可提高了時(shí)間效率，但需要以犧牲油耗為代價(jià)。因此為了達(dá)到減少油耗實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，了解掌握車輛最佳行駛速度對(duì)提高汽車的運(yùn)行效果有著重要意義。本文以最低理想車身和最高理想車速作為具體指標(biāo)，根據(jù)汽車行駛平衡方程式，利用數(shù)值計(jì)算方法，推導(dǎo)了汽車最低理想車速與最高理想車速的計(jì)算公式，并根據(jù)公式計(jì)算了幾種常見(jiàn)車型的最低理想車速和最高理想車速。

1、汽車行駛平衡方程式

汽車行駛過(guò)程中必須克服滾動(dòng)阻力 Ff及空氣阻力 Fw；另外，還應(yīng)克服上坡行駛時(shí)坡道阻力Fi以及加速過(guò)程各慣性質(zhì)量形成的慣性阻力即加速阻力Fj。以上各項(xiàng)阻力之和稱為總行駛阻力ΣF，即：若汽車在水平路面上勻速行駛時(shí)，則（1）可變?yōu)椋?/p>

2、最低理想車速

若汽車在水平路面上以較低的車速勻速行駛，根據(jù)（2）及均值不等式，即算數(shù)平均值大于等于幾何平均值，可知

M：汽車整備質(zhì)量

g：重力加速度，取g =9.8

f：滾動(dòng)阻力系數(shù)，取f =0.01[1]

CD：空氣阻力系數(shù)，一般轎車取 CD=0.3，SUV及越野車采用取CD=0.5[2]

A：汽車迎風(fēng)面積，A =B×H（車寬×車高）

V：車速

3、最高理想車速

汽車以較高的車速在水平路面上行駛時(shí)，受到滾動(dòng)阻力及空氣阻力的影響較大。此時(shí)，滾動(dòng)阻力系數(shù)的表達(dá)式為：

其中k=0,1,2…，取V0=Vmax[4]。

4、幾種典型車輛的最低與最高理想車速計(jì)算

根據(jù)上述推導(dǎo)，論文選取了四種車輛，對(duì)其最低理想車速、最高理想車速進(jìn)行了計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果如下表所示：

表1 車輛參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

5、結(jié)論

論文利用汽車的基本參數(shù)，通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算了較為合理的汽車最低理想車速與最高理想車速。由于車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同其計(jì)算結(jié)果也不同。有計(jì)算結(jié)果可知，在實(shí)際運(yùn)行中，低速行駛對(duì)于最低理想車速過(guò)高的車輛，將以損失時(shí)間效率為代價(jià)；同時(shí)，高速行駛對(duì)于最高理想車速過(guò)低的車輛，高速行駛將以損失其燃油經(jīng)濟(jì)性為代價(jià)。因此車輛使用中必須根據(jù)不同車輛特性控制車速實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

[1] 許洪國(guó).汽車運(yùn)用工程[M].5版.北京:人民交通出版社,2014.

[2] 余志生.汽車?yán)碚揫M]. 5版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[3] 阿達(dá)姆.措莫托.汽車行駛性能[M]. 黃錫朋,解春陽(yáng),譯.北京:科學(xué)普及出版社,1992.

[4] 李慶揚(yáng)，等.數(shù)值分析[M].4版.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2006.

Induction of the appropriate driving vehicle velocity on basis of numerical calculation

Zhang Xiaowu
（Calendar of Oxbridge College, KUST, Yunnan Kunming 650106）

It is to make mathematical model of maximum ideal vehicle velocity and minimum ideal vehicle velocity by vehicle structure parameters and numerical calculation. On the basis of such mathematical model, we calculate velocity of many types of vehicles. It is showed that velocity should be controlled between 45km/h and 65km/h, when vehicles were driven with more lower velocity, while such vehicles were driven with more higher velocity, ideal maximum vehicles was for lower than 120km/h vehicle velocity should be controlled to avoid enhancing fuel consumption, which can reach the goal of energy conservation and emissions reduction.

The minimum Speed of ideal; The highest ideal Speed；Fuel Consumption; Energy Conservation and Emission Reduction; Numeric Calculation

U467.4

A

1671-7988 (2017)06-89-02

張孝武，男，助教，（1975-），碩士學(xué)位，就職于昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院 。主要從事汽車教學(xué)工作，研究方向?yàn)槠嚴(yán)碚撆c實(shí)際應(yīng)用及汽車仿真技術(shù)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.030