汽车牵引力和功率扭矩计算

（一）汽车-所需功率和扭矩：

发动机功率：

使汽车保持恒定速度所需的发动机功率可以计算为

P=FT v/η（1）

其中：

P=发动机功率（W）

FT=作用在汽车上的总力-滚动阻力、梯度阻力和空气动力学阻力（N）

v=汽车速度（m/s）

η=变速器的总效率，通常范围为0.85（低档）-0.9（直接驱动）

对于加速的汽车来说，加速力必须加在总力上。

示例-汽车和所需发动机功率

在空气动力学阻力为250 N、滚动阻力为400 N、总效率为0.85的情况下，以90 km/h的恒定速度在平坦表面上行驶的汽车所需的发动机功率可计算为：

P=（（250 N）+（400 N））（90 km/h）（1000 m/km）（1/3600 h/s）/0.85

=19118瓦

=19千瓦

发动机扭矩或力矩

可以计算电机扭矩与功率和转速的关系

T=P/（2πnrps）

=0.159 P /nrps

=P/（2π（nrpm/60））

=9.55 P /nrps

其中：

T=扭矩或力矩（Nm）

nrps=发动机转速（转/秒，转/秒）

nrpm=发动机转速（rpm，rev/min）

示例-汽车和所需发动机力矩

发动机以1500转/分的速度运转时，上面汽车中的电机所传递的力矩可以计算为

T=9.55（19118瓦）/（1500转/分）

=121Nm

车轮作用力

作用在汽车上的总力（1）等于驱动轮和路面之间的牵引力：

Fw= FT

其中：

Fw=作用在驱动轮和路面之间的力（N）

牵引力可以用发动机扭矩和速度以及车轮尺寸和速度来表示：

Fw= FT

=（Tη/r）（nrps/nw_rps）

=（Tη/r）（nrps/nw_rps）

=（2 Tη/d）（nrps/nw_rps）（3）

r=车轮半径（m）

d=车轮直径（m）

nw_rps=车轮转速（转/秒，转/秒）

nw_rpm=车轮转速（rpm，转/分钟）

请注意，弯曲行驶会在车轮和路面之间的总作用力上增加向心力。

对于倾斜所需的功率，请检查“作用在倾斜平面上移动的物体上的力”末尾的轿厢示例。

（二）汽车-牵引力

车轮和表面之间的牵引力可以表示为

F=μt W

=μt m ag（1）

哪里

F=从表面作用在车轮上的牵引力或力（N，lbf）

μt =车轮与表面之间的牵引系数或摩擦系数

W=车轮和表面之间的重量或垂直力（N，lbf））

m=车轮上的质量（kg，块状物）

ag=重力加速度（9.81 m/s2，32.17405 ft/s2）

普通汽车轮胎的牵引系数：

示例-加速车辆上的牵引力

在附着力系数为0.5的湿沥青上，后轮驱动汽车（质量为2000 kg，平均分布在所有四个车轮上）的两个后轮中的一个可用的最大牵引力可计算为

Fon_wheel=0.5（（2000kg）（9.81 m/s2）/4）

=2453N

来自两个后轮的牵引力

Fboth_wheels=2（2452 N）

=4905 N

注意！-在加速过程中，来自发动机的力会产生一个力矩，试图使车辆围绕从动轮旋转。对于后驱汽车来说，这是有益的，因为增加了垂直力，增加了从动轮的牵引力。对于前轮驱动的汽车，在加速过程中牵引力会减小。

在这些条件下，汽车的最大加速度可以用牛顿第二定律计算为

acar= F/m

=(4904 N)/(2000 kg)

=2.45m/s2

= (2.45 m/s2)/(9.81m/s2)

=0.25g

其中

acar= 汽车加速度(m/s2)

从0 km/h加速到100 km/h的最短时间可以计算为：

dt = dv / acar

= ((100 km/h) - (0 km/h)) (1000 m/km) (1/3600 h/s) / (2.4 m/s2)

=11.3s

其中：

dt = 所用时间

dv = 速度改变 (m/s)