基于数值计算法的汽车最佳行驶速度的推导

张孝武

（昆明理工大学津桥学院，云南 昆明 650106）

基于数值计算法的汽车最佳行驶速度的推导

张孝武

（昆明理工大学津桥学院，云南 昆明 650106）

最低理想车速；最高理想车速；油耗；节能减排；数值计算

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

引言

获得较高的使用效率，降低使用油耗，是汽车设计和使用过程中必须考虑的内容。若采用低车速行驶时，可以降低其燃油消耗，但丧失了时间效率，最终在等距测量油耗中也不具有节油优势；采用高的车速行驶时，虽然可提高了时间效率，但需要以牺牲油耗为代价。因此为了达到减少油耗实现节能减排目标，了解掌握车辆最佳行驶速度对提高汽车的运行效果有着重要意义。本文以最低理想车身和最高理想车速作为具体指标，根据汽车行驶平衡方程式，利用数值计算方法，推导了汽车最低理想车速与最高理想车速的计算公式，并根据公式计算了几种常见车型的最低理想车速和最高理想车速。

1、汽车行驶平衡方程式

汽车行驶过程中必须克服滚动阻力 Ff及空气阻力 Fw；另外，还应克服上坡行驶时坡道阻力Fi以及加速过程各惯性质量形成的惯性阻力即加速阻力Fj。以上各项阻力之和称为总行驶阻力ΣF，即：若汽车在水平路面上匀速行驶时，则（1）可变为：

2、最低理想车速

若汽车在水平路面上以较低的车速匀速行驶，根据（2）及均值不等式，即算数平均值大于等于几何平均值，可知

M：汽车整备质量

g：重力加速度，取g =9.8

f：滚动阻力系数，取f =0.01[1]

CD：空气阻力系数，一般轿车取 CD=0.3，SUV及越野车采用取CD=0.5[2]

A：汽车迎风面积，A =B×H（车宽×车高）

V：车速

3、最高理想车速

汽车以较高的车速在水平路面上行驶时，受到滚动阻力及空气阻力的影响较大。此时，滚动阻力系数的表达式为：

其中k=0,1,2…，取V0=Vmax[4]。

4、几种典型车辆的最低与最高理想车速计算

根据上述推导，论文选取了四种车辆，对其最低理想车速、最高理想车速进行了计算，其计算结果如下表所示：

表1 车辆参数及计算结果

5、结论

论文利用汽车的基本参数，通过数值计算方法计算了较为合理的汽车最低理想车速与最高理想车速。由于车辆结构参数的不同其计算结果也不同。有计算结果可知，在实际运行中，低速行驶对于最低理想车速过高的车辆，将以损失时间效率为代价；同时，高速行驶对于最高理想车速过低的车辆，高速行驶将以损失其燃油经济性为代价。因此车辆使用中必须根据不同车辆特性控制车速实现节能减排目标。

[1] 许洪国.汽车运用工程[M].5版.北京:人民交通出版社,2014.

[2] 余志生.汽车理论[M]. 5版.北京:机械工业出版社,2011.

[3] 阿达姆.措莫托.汽车行驶性能[M]. 黄锡朋,解春阳,译.北京:科学普及出版社,1992.

[4] 李庆扬，等.数值分析[M].4版.武汉:华中科技大学出版社,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

张孝武，男，助教，（1975-），硕士学位，就职于昆明理工大学津桥学院 。主要从事汽车教学工作，研究方向为汽车理论与实际应用及汽车仿真技术。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.030