3.3.3 整车性能参数设计

整车性能参数包括动力性参数、燃料经济性参数、机动性参数、行驶平顺性参数、制动性参数及通过性参数等。

1.动力性参数

车辆的动力性优劣主要通过最高车速、加速时间、爬坡能力来衡量。

1）最高车速V_max是指在无风条件下，在水平、良好的沥青或水泥路面上，汽车以直接档或最高档位所能达到的最大行驶速度。

按照GB/T 12544—2012《汽车最高车速试验方法》规定，以2km长的试验路段的最后500m作为最高车速的测试区，共往返4次，取平均值。对于一些高性能汽车，厂家在出厂时为了保护发动机或符合交通法规，往往会通过技术手段（如电子限速功能）限制车辆的最高车速。

计算最高车速的初选值，可取发动机最大功率所对应的车速为初选值。

式中，n_p是最大功率对应的发动机转速（r/min）；R_k是轮胎滚动半径（mm）；I₀和I_min是汽车主传动比和最小传动比。

计算发动机最高允许转速n_max所对应的最高车速V_max：

式中，n_max是发动机最高允许转速（r/min）；R_k是轮胎滚动半径（mm）；I₀和I_min是汽车主传动比和最小传动比。

2）加速时间通常分为0—50km/h、0—80km/h、0—100km/h所需的时间。其中，0—100km/h加速时间（即百公里加速时间）最为常用，指汽车从静止开始加速到100km/h需要的最短时间。

加速时间是汽车动力性最直观的体现，百公里加速时间是汽车产品开发过程中通用的技术指标。一般情况下，1.6L紧凑型轿车百公里加速时间为11～13s，2.0L中型轿车为7～8s，而超级跑车的加速时间大都小于3.8s。相同排量下，装备涡轮增压发动机的车型百公里加速时间有明显优势，因为其输出的动力更强，而且最大转矩的输出区间更大，能在低转速下就具有较强的加速能力。加速时间计算公式如下：

式中，t是加速时间（s）；a是汽车各档加速度（m/s2）；u₂是目标速度（m/s）；u₁是起始速度（m/s）。

3）爬坡能力是指汽车在良好的路面上，以1档行驶所能爬行的最大坡度。对越野车来说，爬坡能力是一个相当重要的指标，一般要求能爬不小于60%或30°的坡；对载货汽车，一般要求30%左右的爬坡能力；轿车的车速较高，且经常在状况较好的路面行驶，因此不强调爬坡能力，其爬坡能力一般在20%左右。汽车的最大爬坡角度计算公式如下：

式中，α为爬坡角（°）；F_t为驱动力（N）；F_f为滚动阻力（N）；F_W为风阻（N）；G为汽车重力（N）。

最大爬坡度和最大爬坡角的关系如下：

式中，i_max是汽车最大爬坡度（%），即汽车在最低档时获得的最大爬坡度。

2.燃料经济性参数

燃料经济性是汽车的一个重要性能，通常选取百公里行程的燃料消耗量（L/100km）来衡量。百公里最低燃料消耗量Q指汽车在良好的水平硬路面上，以直接档满载等速行驶100km时的最低燃料消耗量，是汽车燃料经济性常用的评价指标，也是一个理论指标。

在汽车实际使用过程中，载荷和道路条件对汽车燃料的消耗量影响很大。由于多数车辆在90km/h时接近经济速度，大多数对外公布的理论油耗通常为90km/h的百公里油耗值。等速行驶100km，燃料消耗量理论计算公式如下：

式中，p_e是等速行驶时的发动机功率（W）；b是等速行驶时的燃料消耗率（g/kW·h）；u_a是等速行驶时的速度（km/h）；ρ是燃料密度（kg/L）；g是重力加速度（m/s2）。

3.机动性参数

机动性参数主要指汽车最小转弯半径，即当汽车转向盘转到极限位置，汽车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆半径。它在很大程度上代表了汽车能够通过狭窄、弯曲地带或绕过障碍物的能力。转弯半径越小，汽车的机动性能越好。最小转弯半径计算公式如下：

式中，R₀是转向轮外轮中心轮迹的最小转弯半径（mm）；L是轴距（mm）；θ_max是转向轮外轮最大转角（°）；B₁是前轮距（mm）；M是主销中心距离（mm）。

4.行驶平顺性参数

汽车行驶平顺性是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而不舒服和疲劳，以及保持所运货物完整无损的性能。悬架静扰度f_c是指汽车满载静止时悬架上的载荷F_W与此时悬架刚度c之比，即f_c=F_W/c。汽车前后悬架与其簧上质量组成的振动系统的固有频率，是影响汽车平顺性的主要参数之一。因现代汽车的质量分配系数ε近似等于1，汽车前后轴上方车身两点的振动不存在联系。因此，汽车前后部分的车身固有频率n₁和n₂（也称偏频）计算公式如下：

式中，c₁、c₂是前后悬架刚度（N/cm）；m₁、m₂是前后悬架的簧上质量（kg）。

当采用弹性特性为线性变化的悬架时，前后悬架的静扰度转化为：

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

由以上分析可知：悬架的静扰度f_c直接影响车身振动的偏频n。因此，要想汽车有良好的行驶平顺性，就必须正确选择悬架的静扰度。

在选取前后悬架的静扰度f_c1、f_c2时，应使两者接近，并希望后悬架的静扰度f_c2比前悬架的静扰度f_c1小，这样有利于防止车身产生较大的纵向角振动。在汽车以较高车速驶过单个路障的情况下，n₁＞n₂时车身纵向振动角要比n₁＜n₂时小，故推荐取f_c2=（0.8～0.9）f_c1。为改善乘用车后排乘客的乘坐舒适性，考虑选取后悬架的偏频低于前悬架的偏频。乘用车的偏频和静、动扰度取值范围参考表3-7。

5.制动性参数

汽车制动性是指汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车并保持方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并具备在一定坡道上长期驻车的能力。制动距离是指在良好的试验跑道上和规定的车速下紧急制动时，从踩制动踏板起到完全停车的距离。通常以车速为100km/h的最小制动距离来评价不同车型的制动效能。对于紧急制动时的踏板力，乘用车要求不大于500N。带有ABS的汽车制动具有惯性动能，能缩短制动距离，与汽车的总质量无直接联系。带ABS制动系统的制动距离S理论计算公式如下：

式中，V₀是汽车制动初速度（m/s）；t为制动力持续时间（s）；U为路面附着系数，计算时按持续制动阶段的实际滑动率选取。当滑动率大于20%时，U取滑动附着系数U_s；当滑动率为15%～20%时，U取峰值附着系数U_p；当滑动率小于15%时，则U值应小于U_s。

不带ABS的汽车，制动距离与整车质量无关（除非超载，超过了自身制动能力），制动距离计算公式如下：

式中，S是制动距离（m）；V₀是车辆制动初速度（m/s）；t是制动力持续时间（s）；U是路面附着系数，参考取值范围见表3-8；g是重力加速度（g=981cm/s2）。

6.通过性参数

汽车通过性参数如图3-2所示，包括最小离地间隙h、接近角α、离去角β。离地间隙即车体最低点与地面的距离。离地间隙必须确保汽车在行走崎岖道路、上下坡时的通过性，即保证不“刮底”。乘用车的通过性参数取值范围可参考表3-9。