- 回答星友诉求，关于驱动力和行驶阻力计算的补充说明
- 作为"电动汽车动力系统需求定义和分解方法指南"的补充
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- 本篇为知识星球节选，完整内容已在知识星球发布
导语：汽车传动系作为发动机与驱动轮之间的媒介，其核心功能是通过转变转矩和转速，确保功率输出与驱动轮的功率需求相匹配，这一点正是我们在《电动汽车动力系统需求定义和分解方法指南 | 动力系统的性能解析》一文中反复提及的"功率平衡"概念。而驱动轮的功率需求则直接取决于行驶阻力，这一阻力主要由以下四部分组成：
车轮阻力FR：主要由滚动阻力、路面阻力和滑动阻力构成。
空气阻力FL：车辆行驶时，空气对车辆产生的阻力。
坡度阻力FSt：车辆上坡时，重力沿坡道方向的分量形成的阻力。
加速阻力Fa：车辆加速时，需要克服的额外阻力。
今天我们就来深入探讨下：上述这"4个坏小子"究竟是如何阻碍我们车辆形式的？
01
车轮阻力
图片来源: SysPro系统工程智库
02
空气阻力
下面，我们接着看看空气阻力。
空气阻力是由多种因素构成的，包括诱导阻力、表面阻力和内部阻力。它是一个与空气流速成二次函数关系的力。空气流速v是车速vp与风速在汽车纵轴线方向上的分量vw之和。在无风假设下，即v=vp。
| SysPro备注：
诱导阻力：压力差引起的空气涡流阻力
表面阻力和内部阻力：指穿过气流而产生的阻力
下图罗列了一些车型的空气阻力系数cw参考值：
03
坡道阻力
坡度阻力，即坡道上的下滑力，可以利用作用于汽车重心的重力来计算：
汽车上坡时候的受力分析
图片来源: SysPro系统工程智库
加速阻力
汽车在加速或制动时，除了稳态运动（v=常数）下的行驶阻力外，还会受到惯性力的影响。这些惯性力主要由汽车的总质量（平移分量）和驱动系统中旋转部件的惯性质量（旋转分量）构成。
加速阻力的计算公式为：
其中，mind,a 是加速时的惯性质量，计算公式如下：
这里，mv 是汽车的总质量，∑Jind 是所有旋转部件的惯性矩之和（包括发动机零件、起步元件、变速器零件和传动轴等，简化到驱动桥上），rdyn 是动态半径。
为了简化计算，加速阻力常用以下形式表示：
其中，λ 是旋转惯性系数，表示总质量中旋转分量的比例。乘用车旋转惯性系数的参考值可参考下图。对于高传动比的车辆，旋转惯性系数的范围较宽，例如货车的参考值在爬行档约为λ ≈10，1档λ≈3。
乘用车旋转惯性系数参考值
图片来源：汽车变速器理论基础、选择、设计与应用
05
轮端总驱动力需求计算
到此，我们对影响车辆行驶的4个阻力的本质和构成要素做了全面、完整地介绍。那么，轮端所需要的总的驱动力与此有何相关呢？
很好理解，结合我们在《电动汽车动力系统需求定义和分解方法指南 | 动力系统的性能解析》一文中反复提及的"功率平衡"概念，要确保功率输出与驱动轮的功率需求相匹配，即驱动轮所需的驱动力 FZ,B 等于行驶阻力之和，具体为：
其中，T(nM) 表示在动力系统在转速 nM 下的扭矩，rdyn 为车轮的动态半径。|SysPro备注：驱动力图在车辆系统动力性匹配中至关重要，后续我们会详细讨论下这部分内容。
后记
以上是关于《电动汽车动力系统需求定义和分解方法指南》系列文章，第二级：动力系统的功率需求从哪里来？(节选)，完整版在知识星球 [SysPro|电驱动系统性能解读] 专栏发布。后续，我们也会对上述所涉及的内容制作一张计算表："电驱动系统需求分解表.xls"，辅助小伙伴们在工程实践中快速地迭代计算，并得到想要的结果。
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2024年12月12日
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