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    不同车型 在不同车速时所需功率是多少?

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    车技可2021-03-11

    视频版:

    修正撞风面积,算得更准确的汽车功率。
    各种车在不同车速时 发动机所需功率是多少?

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    写在前面:

    视频内容发了两期,前一期是正常的讲解和计算,不过发布后回头又检视了一下计算的系数,发现撞风面积的计算系数不严谨,所以后面又做了一期视频修正了一下。

    将原来的想当然的系数0.95,按大数据的均值切换到了0.86,因为图文发布的时间晚,所以就直接修正过来了,该文中的相关数据,就是系数0.86算得的功率,除大G外,100~120kph区间的功率下降了1~3kW,各车型极速时的功率大概下降10kW,可参考性更强!

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    图文版​:

    今天跟大家聊一个非常好玩的话题啊,就是不同的车型,它们在不同的车速时,所需要的功率都是多少,当然我们指的是平路上的匀速工况。


    之前在某乎有看到类似的话题,其提问是高速上100或者120km/h时,家用车需要多少功率,下面的一堆回答中,我觉得有两条比较有意义。


    一是某比亚迪秦车主,直接给出了这两个车速下的功率值,因为这款车仪表上有实时的功率显示,这很好,用事实说话。



    还有一个答案是以风阻功率为基准,再用一张不同车速时,滚阻和风阻的占比曲线,来推算出滚阻功率,既而算得几款不同车型100和120时速的功率。



    这两个答案都能给车友一定的参考,但本人还是觉得远远不够,包括是后一种算法,对于滚阻功率的计算过于粗糙。


    在查询了不少资料后,本人总算得到了一套能完整的计算方法,并找了几款有代表性的车型,看看它们从10kph的蠕行,一直到200多km/h的极速,所需的功率都为多少。


    既然要计算,那我们先从相关的公式讲起,涉及到的公式一共4条。


    第一条功率平衡公式,为了简化,我们直接定义为平路上的匀速行驶,不考虑加速和爬坡部分。


    这样发动机的输出功率Pe=(Pf+Pw)/ η,Pf是滚阻功率,Pw是风阻功率,η是整个传动系统的效率,除了变速箱,还有离合器、变矩器,终传,以及传动轴等部件。


    第二条公式,滚阻功率Pf=G*fr*ua/3600,G是车重,单位是N,fr是滚阻系数,ua是车速,单位是km/h,3600用于单位换算。


    第三条,风阻功率Pw=Cd*A*ua^3/76140,Cd是风阻系数,A是撞风面积,ua是车速,后面的数字也是用于单位换算。


    上面这3个公式都是常见,但是滚阻fr的计算方法却比较少见,而且不同的资料给的算法也不一样,在比较几种算法之后,本人选择了相对简单、容易计算的这条。


    fr=0.0165*(1+0.01(ua-50)),而且当车速低于50时,fr就直接取0.0165这个值了,据说此公式算得的值还是比较可信的。


    有了这些公式之后,我们就可以接合相关车型的参数来计算其不同车速时所需的发动机功率了,车型的选择方面,主要考虑几个点,一是家用比较多的级别,所以我们主要选择了四个级别的车,分别是A级B级的轿车和SUV。


    具体的车型方面,销量不能低,而且还要看车型的参数是否齐全,主要是风阻系数,最终我们选了6款车,分别是紧凑型轿车思域(图片|配置|询价)和中型轿车inspire混动。



    关于inspire,因为我自己在开,所以选了这款,其实大家把它当成雅阁,至于动力系统为什么选择混动,而不是汽油版,其实不同版本所需的功率是一样的,选混动,是想埋个伏笔。


    紧凑型SUV哈弗H6(图片|配置|询价),同级销冠王。


    中型SUV选了两款,分别是昂科威和Q5L,至于为什么选了2款,后面讲数据时跟大家说明。



    最后加了一款特别有意思车,硬派越野车奔驰大G AMG G63,大方盒子。


    这款车不止是有钱任性,那更是有动力任性,什么车重、风阻、撞风面积都不存在的,就一条,585马力把你安排得舒舒服服。


    对了,还有一项说明一下,变速箱的选择是手动优先,这样不同车型的传动效率会在同一水平,尽量减少不同变量的影响,但是到了中型车之后,基本都没有手动车了,所以只能按车型走。


    我们以一款车为代表,把表格中的参数详细讲一遍,其它的车型把重要的部分对比过一下。



    先看A级轿车,思域,选择的是19款的手动版,车型基本参数,长宽高、车重、手动变速箱都不说了,驾驶员配重75kg,正常男性的体重。


    传动效率,前面已经说过了,是整个传动系统的效率,我们选择0.9,如果只是变速箱肯定会高一些,风阻系数,网上查到0.28,应该差不多,这几年上市的家用轿车,差不多都是这水平,略低于0.3。


    撞风面积要说一下,本来是直接用宽*高的,再乘了一个系数0.95,后来发现这个系数太粗糙,所以试着找下众多车型的大数据看看平均值是多少。


    于是找了12款车的撞风面积A,并计算其与宽*高的比值,考虑到网络数据可能的偏差,结合数据的正态分布,我们将最高的105.77%,即03款悍马的数据和最低的82.42%,即13款大G的数据去掉。

    最后剩下的10款车型面积比的平均值为0.86,所以我们撞风面积的计算方法修正为A=宽*高*0.86。

    官宣最高车速210km/h,等后面算到了,再细说。

    公式部分,前面已经讲过了,过掉,将相关参数带入公式计算,就能算出诸如滚阻系数、滚阻功率、风阻功率,再求和就是所需的发动机功率了。


    车速的选择,默认10个速度,10公里是拥堵时候的蠕行状态,此时思域的发动机功率为0.68kW,1马力左右,可以看成用一匹马可以拉到这个速度,呵呵。

    30公里,市区的常见车速,此时发动机功率2.3kW;

    60公里,市区的限速,此时的功率也就6.4kW;

    80公里,郊区或高架的限速,此时功率大概12kW;

    100公里,部分高速限速,此时功率增加到19kW;

    120公里,常规高速限速,此时功率快速上升到29kW;

    132公里,可认为是高速限速的容忍度,因为超速10%以内是警告而不处罚,此时功率涨到37kW;

    150公里和180公里,是两个默认值,仅供参考,分别为50kW和80kW;200公里是我们默认的上限值,此时功率飚升至105kW。

    以上就是默认的10个车速,如果官宣最高车速不在其中,我们会额外增加一项,并计算相应的功率值。

    210公里,是思域手动的最高官宣车速,计算得的发动机功率为120kW,而思域的最大功率为130kW,所以从结果来看,这些参数的选择是合理的,包括前面提到的滚阻系数。


    另外,还涉及转速和齿比的匹配,最高车速时的发动机转速一般不会正好匹配最大功率,所以计算值不应高于发动机的最大净功率。


    顺便讲一个知识点,就是有些车型,最高车速不是由最大功率而是由最高挡位的齿比决定,比如用于载重或是越野爬坡等情形的车辆,不过我们今天的车型都不受此限。


    最后说下滚阻与风阻的比值,因为滚阻功率与车速是接近线性的关系,而风阻功率与车速的3次方成正比,所以在中低车速时,滚阻占比高,但进入高速,思域是大概高于100kph后,风阻就是主要阻力源了。



    但是要说明的是,因为不同车型的车重、风阻系数、以及撞风面积的差异所以滚阻和风阻随车速变化的占比会有差异,比如SUV的风阻权重就会明显提高,后面我们可以看到。


    再看inspire混动,第一部分的参数,挑着说一下。


    因为混动的eCVT要么电机驱动要么直接驱动,少了传统意义的变速箱,所以传动效率给得比较高,95%。


    风阻系数和思域相当,也是0.28,撞风面积同样算法,最高车速只有180km/h,比较低。


    不同车速时的功率,因为车重比撞风面积的增幅高,所以相比思域,inspire滚阻涨幅比风阻要高,分别为26%和6%,所以滚阻、风阻及发动机的功率增长会遵循着这样的比例。


    相比思域,风阻曲线占比相对下降,所以在车速120左右时滚阻才和风阻相当,在车速100和120时发动机功率分别为21kw和32kw,比思域高了10%左右。


    混动版的官宣最高车速为180km/h,算得的发动机(或电机)功率86kW,相比发动机或电机的最大功率都差了不少,但混动车型的车速还有可能受到发动机或电机驱动时的齿比限制。


    甚至还有可能是电子限速,到底是哪种限制需要核算,有点复杂,所以今天就不展开了,以后专门开一期跟大家讲一下,这也是为什么故意选一台混动车,留个伏笔的原因。


    再看销冠H6的数据:



    因为是SUV,所以撞风面积大了不少,而且为了照顾装载容量,风阻系数也偏高,达到了0.39,而我们选择的1.5T手动挡车型,净功率只有105kW(虽然宣称的总功率为110),相应的最高车速也仅为175km/h。



    相比思域,尽管车重增幅不小,但因为风阻系数和撞风面积的增幅更大,所以风阻功率的权重整体上移,在车速80左右时,风阻就与滚阻相当了,100和120公里时发动机功率分别为30和48kW,比思域上涨了50%多。


    至于官宣的最高车速175km/h,此时算得的发动机功率为127kW,比实际的只净功率高了20多kW,所以帐面上看,这台H6的最高车速达不到175,大概接近168,但是这么高的车速不好验证。。。


    再往后,两台中型SUV我们放一起讲,为什么这一级别要选两台呢,本来一开始是选的是老销冠昂科威,但是输入数据后,发现其车重、风阻系数、撞风面积都比紧凑型的H6还低,没有代表性,所以又选择了今年1月的新销冠Q5L。


    不过Q5L的参数也挺厉害的,其风阻系数特别低,只有0.3,达到了轿车的水平,所以细究起来,Q5L也有点特殊,不过实在懒得再找其它车型了,大家对比着看看吧。


    昂科威虽然定位为中型SUV,但我们选择的1.5T版其尺寸、重量确实都比H6还低,而变速箱是DCT,所以传动效率我们降到了0.88,风阻系数0.34比H6强。


    而Q5L车重1855kg,比另外两款SUV重了不少,所以其滚阻肯定为大幅提升,但好在有低至0.3的风阻系数,所以风阻则会明显占优。


    昂科威大概在车速90km/h时风阻和滚阻相当,Q5L得益于更低的风阻系数,大概会在110km/h时风阻和滚阻相当,不过两车在100和120车速时的发动机功率很接近,分别都是27kW和41kW左右,都不及H6,而相比思域涨幅为40%。


    另外,根据帐面计算,这两车的最高车速恐怕都标得有些高,昂科威190最高车速时所需的发动机功率为132kW,而其最高净功率只有119kW(尽管宣称的总功率为125kW)。



    而Q5L在210km/h时算得的发动机功率为166kW,而这款低功的2.0T只有140kW,差距不少,不过问题还是跟H6一样,这个车速不好验证,怕也没人能验证。。。


    最后一辆车,豪横的大G,车重2.6吨,正好是思域的2倍,风阻系数0.54也接近2倍,撞风面积3.72接近1.5倍,另外其变速箱为AT,所以传动效率也会低一些,我们将其设定为0.85,光看这些数据就知道,其阻力功率肯定得思域的2~3倍了。



    看数据,时速100和120kph时,发动机功率分别为51kW和79kW,大概是思域的2.7倍,但这些数据在一台4.0T双涡轮增加机头的430kW面前,瞬间化为浮云。


    脸上就写两字:不差钱!


    430kW相比思域的130kW,直接3.3倍的功率输出,所以这个大方盒子的最高车速比思域还高,220km/h,此车速的风阻就高达254kW,就问一句:你服不服!?


    当然,计算出来的发动机功率393kW,略小于标定的430kW,所以220km/h的车速也没毛病。


    最后,我们做了一张汇总表,来总结一下不同车型在不同车速时的功率需求情况,因为AMG过于变态,所以我们的总结会将其忽略。



    1. 一般的家用车,80kph以下,功率一般不超过20kW,在这个车速之下再加速时,只要你肯给油,其实加速都是比较快的,因为至少还有大几十甚至100多kw的后备功率。另外,也能用这些数据,再结合发动机的热效图来解释,为什么汽车都是高架或者高速时,才会进入最省油的工况,因为低速时虽克服阻力小,但发动机的热效低,而速度太高则风阻太大,所以也不省油。

    2. 车速100时,A级轿车~B级SUV的功率需求也就20~30kW,车速120时,对应的功率需求大概为30~50kW,虽然我们只算了这几款车,但同一级别的车相差不会太大,如果想知道自己爱车的功率数据,大家可以按车重、风阻等相应的比例调整一下,或者直接用前面提供的公式自己来试算。

    3. 关于滚阻和风阻的占比情况,前面已经讲过了,风阻占比随车速的增加而加大,而在某一车速时,则是车重大的车型滚阻占比大,Cd和撞风大的车型风阻占比大。

    这也验证了前面提到的,某乎上有人用滚阻和风阻的近似占比,而没考虑车身外形和车重来计算不同车型的功率需求,是很粗糙的做法。

    同时也能说明为什么强调市区代步的车型,为了节油都是拼命抠重量,而倾向于高速行驶的车型比如超跑,在风阻系数,撞风面积这方面则有着极致的追求。


    最后的最后,说明一下,因为最近手上有一些事情在处理,所以内容更新会慢一些,但我们肯定会坚守初心,做一些对广大车友有价值,而且尽量跟别人不一样的内容呈现给大家。


    也希望各位观众不要吝惜你们的手指头,一键三连走起,保持关注,后期的内容更精彩!

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