基于數值計算法的汽車最佳行駛速度的推導

張孝武

（昆明理工大學津橋學院，云南 昆明 650106）

基于數值計算法的汽車最佳行駛速度的推導

張孝武

（昆明理工大學津橋學院，云南 昆明 650106）

最低理想車速；最高理想車速；油耗；節(jié)能減排；數值計算

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，是汽車設計和使用過程中必須考慮的內容。若采用低車速行駛時，可以降低其燃油消耗，但喪失了時間效率，最終在等距測量油耗中也不具有節(jié)油優(yōu)勢；采用高的車速行駛時，雖然可提高了時間效率，但需要以犧牲油耗為代價。因此為了達到減少油耗實現節(jié)能減排目標，了解掌握車輛最佳行駛速度對提高汽車的運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，根據汽車行駛平衡方程式，利用數值計算方法，推導了汽車最低理想車速與最高理想車速的計算公式，并根據公式計算了幾種常見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

汽車行駛過程中必須克服滾動阻力 Ff及空氣阻力 Fw；另外，還應克服上坡行駛時坡道阻力Fi以及加速過程各慣性質量形成的慣性阻力即加速阻力Fj。以上各項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，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（2）及均值不等式，即算數平均值大于等于幾何平均值，可知

M：汽車整備質量

g：重力加速度，取g =9.8

f：滾動阻力系數，取f =0.01[1]

CD：空氣阻力系數，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，受到滾動阻力及空氣阻力的影響較大。此時，滾動阻力系數的表達式為：

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算

根據上述推導，論文選取了四種車輛，對其最低理想車速、最高理想車速進行了計算，其計算結果如下表所示：

表1 車輛參數及計算結果

5、結論

論文利用汽車的基本參數，通過數值計算方法計算了較為合理的汽車最低理想車速與最高理想車速。由于車輛結構參數的不同其計算結果也不同。有計算結果可知，在實際運行中，低速行駛對于最低理想車速過高的車輛，將以損失時間效率為代價；同時，高速行駛對于最高理想車速過低的車輛，高速行駛將以損失其燃油經濟性為代價。因此車輛使用中必須根據不同車輛特性控制車速實現節(jié)能減排目標。

[1] 許洪國.汽車運用工程[M].5版.北京:人民交通出版社,2014.

[2] 余志生.汽車理論[M]. 5版.北京:機械工業(yè)出版社,2011.

[3] 阿達姆.措莫托.汽車行駛性能[M]. 黃錫朋,解春陽,譯.北京:科學普及出版社,1992.

[4] 李慶揚，等.數值分析[M].4版.武漢:華中科技大學出版社,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-），碩士學位，就職于昆明理工大學津橋學院 。主要從事汽車教學工作，研究方向為汽車理論與實際應用及汽車仿真技術。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.030