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2汽车动力性


汽车运用工程
───汽车动力性 汽车动力性 汽车

第一节

汽车行驶阻力

汽车行驶时所需要的功率取决于行驶阻力 P驱 = P′( F ′ ?Va ) 当 匀速 加速 P驱 > P′( F ′ ? Va ) 汽车行驶阻力 一、稳定行驶阻力(车轮阻力、空气阻力、坡度阻力) 稳定行驶阻力(车轮阻力、空气阻

力、坡度阻力) 1.车轮阻力 1.车轮阻力 组成: 组成:滚动阻力 路面阻力 轮胎侧偏阻力

汽 车运 用 工 程

2

第一节

汽车行驶阻力

1)滚动阻力 ) a.变形阻力 轮胎在滚动时,有两种变形: 轮胎在滚动时,有两种变形:

径向变形

周向变形

b.摩擦阻力 b.摩擦阻力 a) 胎面与路面的摩擦 轮胎变形使外胎与内胎, b) 轮胎变形使外胎与内胎,内胎与垫带之间
汽 车运 用 工 程 3

第一节
滚动阻力系数

汽车行驶阻力

轮胎内部摩擦产生迟滞损失, 轮胎内部摩擦产生迟滞损失,这种损失表现为阻碍车轮运动 的阻力偶。 的阻力偶。

汽 车运 用 工 程

4

第一节
2)路面阻力 ) A 不平路面阻力 悬挂系统零件摩擦 B 柔软路面阻力 C 积水路面阻力 3)轮胎侧偏阻力 ) 车轮侧偏角

汽车行驶阻力

汽 车运 用 工 程

5

第一节

汽车行驶阻力

汽 车运 用 工 程

6

第一节

汽车行驶阻力

Ff = f f ? Z

Ff

-车轮阻力,N 车轮阻力, -车轮阻力系数

ff

Z-车轮法向反力,N 车轮法向反力,N

汽 车运 用 工 程

7

第一节
的影响因素 对 f 的影响因素

汽车行驶阻力

1)车重:转动↑ 轮胎变形↑ 车重:转动↑ 轮胎变形↑ 2)路面:路面塑性变形大 路面:

f↑ f↑ f↓ f↑ 刚度好变形小 但坏路f 但坏路f↓

3)轮胎结构:子干胎比普通胎 轮胎结构: 4)轮胎气压:气压↓ 轮胎气压:气压↓ 5)车速: 车速: 变形↑ 变形↑

u a < 100km / h, f ≈ const. u a > 200km / h, f ↑↑ 产生驻波现象,高温、 脱落和爆裂。
汽 车运 用 工 程 8

第一节
2.空气阻力 2.空气阻力

汽车行驶阻力

定义: 定义:汽车直线行驶时受到的空气阻力在汽车行驶方向上的 分力。 分力。 分类: 分类:压力阻力和摩擦阻力 压力阻力主要受形状、扰动和诱导阻力组成。 ☆ 压力阻力主要受形状、扰动和诱导阻力组成。 形状阻力主要与汽车的形状有关,约占58%。 ☆ 形状阻力主要与汽车的形状有关,约占 。 干扰阻力:汽车突出部件,如后视镜、门把手、导水槽、 ☆干扰阻力:汽车突出部件,如后视镜、门把手、导水槽、 驱动轴、悬架导向杆等,约占14% 驱动轴、悬架导向杆等,约占 %。 ☆ 内循环阻力:发动机冷却系、车身通风等气流流过汽车内 内循环阻力:发动机冷却系、 部,占12%。 % 诱导阻力:空气升力在水平方向的分力, ☆ 诱导阻力:空气升力在水平方向的分力,占7%。 % 摩擦阻力: % ☆ 摩擦阻力:9%。
9

汽 车运 用 工 程

第一节
2 C D Aur Fw = 21.15

汽车行驶阻力

正比于气流相对运动的动压力: 空气阻力Fw正比于气流相对运动的动压力:

的因素: 影响 Fw 的因素:CD 和 A 由于乘坐空间的制约A变化不大 由于乘坐空间的制约 变化不大 年 但CD变化较大,1950~70年 CD =0.4~0.6 1990年 CD =0.25~0.40 CD =0.2 概念车 CD大小对轿车(高速)汽车的性能影响极大 大小对轿车(高速) 帕萨特 (Passat ) CD= 0.28
汽 车运 用 工 程 10

第一节
CD ★前部低, 前部低, ★过渡平滑, 过渡平滑,

汽车行驶阻力

★后部加扰流板, 后部加扰流板, ★掠背式, 掠背式, ★底部导流,平整化,向后应逐步升高, 底部导流,平整化,向后应逐步升高, ★整车俯视形状为腰鼓式, 整车俯视形状为腰鼓式, ★改进通风进口、出口位置, 改进通风进口、出口位置, 商用车顶部安装导流罩系统。 ★商用车顶部安装导流罩系统。

汽 车运 用 工 程

11

第一节

汽车行驶阻力

汽 车 降 低 空 气 阻 力 的 基 本 思 路

汽 车运 用 工 程

12

第一节
3.坡道阻力 3.坡道阻力 汽车重力沿坡道的分力。
Fi = G ? sin α

汽车行驶阻力

式中: α ——坡道角度 h ∵ i = = tg α
s

对公路来说: i 很小 <9% ∴ 故
sinα ≈ tgα

α

Fi = G f ? sin α = G ? tg α = G ? i

由于坡道阻力及滚动阻力与道路有关,所以通常以道路阻力 代表两者之和。
汽 车运 用 工 程 13

第一节
二、动态行驶阻力

汽车行驶阻力

1.加速阻力 1.加速阻力 汽车加速时,需要克服其质量加速时的惯性力。 汽车加速时,需要克服其质量加速时的惯性力。 汽车质量: 汽车质量: ① 平移质量 F jt = m dv

dt

② 旋转质量

I dω F jr = rd dt

总加速阻力为

Fj = Fjt + Fjr
加速时车身受力图

汽 车运 用 工 程

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第一节

汽车行驶阻力

为了便于计算: 为了便于计算: 把旋转质量惯性力转化为平移质量惯性力, 把旋转质量惯性力转化为平移质量惯性力,以系数δ 作为 计入旋转质量后的“汽车质量换算系数” 计入旋转质量后的“汽车质量换算系数”。 即 dV I dV dV F j = F jt + F jr = m + = δm (N) ) 2

dt

rd

dt

dt

其中: 其中: δ G
dv dt

——汽车旋转质量换算系数( δ >1); 汽车旋转质量换算系数( 汽车旋转质量换算系数 ) ——汽车质量,Kg; 汽车质量, ; 汽车质量 ——行驶加速度,m/s2 。 行驶加速度, 行驶加速度

δ

主要与飞轮的转动惯量 车轮的转动惯量 传动系转动惯量

Imi ? i0
2

2

I

R

I c i0

2

有关

汽 车运 用 工 程

15

第一节

汽车行驶阻力

忽略传动系: 忽略传动系:

2 1 ∑ I R 1 I m ik2 i0 δ =1+ + ηm 2 2 m r m r

当进行动力性初步计算时, 可按下列经验公式估算: 当进行动力性初步计算时,若不知道准确 I m、I R,可按下列经验公式估算:

δ = 1 + δ 1 + δ 2 ik2

δ 1 ≈ δ 2 = 0.03 ~ 0.05
汽 车运 用 工 程 16

第一节
三、汽车行驶方程式

汽车行驶阻力

汽 车运 用 工 程

17

第一节
小结

汽车行驶阻力

汽车行驶方程仅表示各个物理量之间的数量 物理量之间的数量关系 ★ 汽车行驶方程仅表示各个物理量之间的数量关系 汽车行驶方程有些项并不是外力 ★ 汽车行驶方程有些项并不是外力 不是作用于车轮的地面(切向)反作用力, ★ Ft不是作用于车轮的地面(切向)反作用力,仅为了计算方 便才将其定义为驱动力 便才将其定义为驱动力 ★ 滚动阻力也不是作用于汽车上的阻力,而是以滚动阻力偶矩 滚动阻力也不是作用于汽车上的阻力,而是以滚动阻力偶矩 也不是作用于汽车上的阻力 的形式作用于 的形式作用于车轮上 作用在汽车上的惯性力是mdu/dt而不是mδdu/dt ★ 作用在汽车上的惯性力是 飞轮的惯性力矩作用在汽车的横截面 惯性力矩作用在汽车的横截面上 而不作用于 ★ 飞轮的惯性力矩作用在汽车的横截面上,而不作用于车轮上 ★ Fj只是代表惯性力和惯性力矩的总效应
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汽 车运 用 工 程

第二节

汽车动力传动系统
活塞式发动机: 活塞式发动机:动力源 离合器偶合器: 离合器偶合器:中介源 变速器变矩器: 变速器变矩器:适应源

一、汽车动力装置的评价与选择
1.使用性能:特性曲线、操纵性、起动性 2.经济性:燃料消耗、成本 3.对环境的影响:排气、噪声、振动

二、活塞式内燃机特性
发动机特性曲线:发动机功率、转矩、 油耗与发动机转速之间的函数关系曲线。 当节流阀全开:发动机外特性曲线 当节流阀部分开:发动机负荷特性曲线

转矩、功率和转速之间的关系式:

M .n Pe = 9549

kw

式中: ——发动机转矩,N.m; M ——发动机转速,r/min。

n

汽 车运 用 工 程

19

第二节

汽车动力传动系统
注意: ?注意: 台架试验是在稳定转速下测 实际上,发动机热工况, 定P、M。实际上,发动机热工况, 混合气浓度与台架不同。 混合气浓度与台架不同。如加速 比稳定工况下降5% 8%。 5%~ 时,M比稳定工况下降5%~8%。 但由于 1)变工况的研究不多见 变工况的研究不多见; 1)变工况的研究不多见; 2)数值相差不大 数值相差不大。 2)数值相差不大。 故动力性估算中, 故动力性估算中,仍用台架使用 外特性。 外特性。

汽 车运 用 工 程

20

第二节
特点: 特点: M E = M A 效率: 效率:

汽车动力传动系统

三、离合器和液力耦合器的特性


nE ≠ n A

η =

PA M A .n A n = = A PE M E .n E nE

滑转率: 滑转率: S =

nE ? n A = 1?η nE

功率损失: 功率损失: (1 ? η ) PE

= S .PE

汽 车运 用 工 程

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第二节
1.机械式离合器 机械式离合器
主动片:外特性一点

汽车动力传动系统
c 、 nc 、
P c 、M c

P 从动片: M A = M c ,当 n A = nc 时, S = 0 ,A = PE ( 接合完毕)

汽 车运 用 工 程

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第二节

汽车动力传动系统

2.液力偶合器 2.液力偶合器 液力偶合器是通过液体在泵轮和涡轮 之间的流动来传递转矩, 之间的流动来传递转矩,泵轮直接与发动 机相连接。 机相连接。
2 2 M φ = Kn P DP

(主动)泵轮: 其中: 当 当 当

K

是随涡轮与泵轮转速比变化的系数。

nT / n P = 0 nT / n P = c
nT / n P = 1

M ~一个工作点
接合完毕

K =0

为减少损失

T = . .98 P nT 尽量接近 nP ,一般 nnT = 0098nnP

汽 车运 用 工 程

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第二节

汽车动力传动系统

若知道涡轮与泵轮转速比,就可作出泵轮转矩曲线。 若知道涡轮与泵轮转速比,就可作出泵轮转矩曲线。根 泵轮转矩曲线 据泵轮转速,就可知道具体的工作点。 据泵轮转速,就可知道具体的工作点。图示是假定发动 机沿外特性工作。 机沿外特性工作。
汽 车运 用 工 程 24

第二节

汽车动力传动系统

四、变速器和液力变矩器的特性
驱动轮上理想的扭矩、功率特性。 在整个转速范围内都能使用最大功率。 特点:1)功率曲线平行于 n 轴 2)扭矩曲线是双曲线

效率:

η=

PA M A n A = PE M E n E

功率损失:

(1 ? η ) PE
汽 车运 用 工 程 25

第二节
1.机械式变速器 机械式变速器 固定速比: 例如:4档变速器
i=

汽车动力传动系统
nE M A = nA M E

(η =1 )

∵与理想扭矩特性有空隙, 空隙越小,功率利用可能性越大 ∴ a.合理选速比 b.多设档位 最高档速比——最高车速 最低档速比——最大驱动扭矩,汽车最低稳定车速 中间速比——发动机工作稳定性
26

汽 车运 用 工 程

第二节
发动机稳定工况条件

汽车动力传动系统

dM dV

e

dm < dV

'

即在扭矩曲线 M max 点右边工作 n > n( M max ) 换档时: ①相邻两档中,高档在 n ( M max ) 立即换入低档:低档应在 n max ②设计时,高档略高于 n ( M max ) 低档略低于 n max ③实际换档,不考虑车速下降

2 π .n k ? r d 2 π .n k ? 1 ? r d V = = i0 ik i 0 i k ?1
即 如上所述
i k ?1 n k ?1 = ik nk



n k ?1 q = n k

nmax q= n( M max )

汽 车运 用 工 程

qmax = 1.5 ~2.0

27

第二节
速比分配方法: 速比分配方法: 1)等比级数分配 等比级数分配 2 π .r d ? ? n ?U K = i0 ik 车速与档位关系:

汽车动力传动系统

q=c
i1 = i2 ? q = i3 ? q 2 = i 4 .q 3
速比等比级数分配图如右:

等比分配速比使得相邻两挡特性场与理 等比分配速比使得相邻两挡特性场与理 想转矩曲线间形成的空隙( 想转矩曲线间形成的空隙(又称为变速器空 是均匀的,面积相等。 隙)是均匀的,面积相等。
例:已知:CA10B一档 i1=6.24,四档 4=1, 已知: 一档 ,四档i , 按等比级数分配的i 求: 按等比级数分配的 2、i3。
28

汽 车运 用 工 程

第二节
2)渐近式速比分配 渐近式速比分配

汽车动力传动系统
q =c
q 2 = 1 .1 ~ 1 .2

现代轿车使用车速范围大,多采用渐进式速比分配。 以4档变速为例: i i2 2 i3 0 ; = q1q1 ; 1 = q1q2 ; = q ?q 2

i4

1

2

i3

i2

高速间速比值小于低挡间速比比值。
渐 进 式 速 比 分 配 时 的 特 性 场
汽 车运 用 工 程

从下图中可看出 ① ?V 在高档 ↓ ②特性场中空隙低档比高档大

29

第二节

汽车动力传动系统

汽车在实际行驶时,货车高档位使用率90%以上。为了合 以上。 ★汽车在实际行驶时,货车高档位使用率 以上 理利用有限的档位,使汽车具有良好动力性和燃料经济性, 理利用有限的档位,使汽车具有良好动力性和燃料经济性, 将传动比间隔由低档到高档逐渐减小的偏等比级数分配各档 将传动比间隔由低档到高档逐渐减小的偏等比级数分配各档 偏等比级数 传动比,使变速器在不同档位工作时发动机的转速范围不同。 换 传动比,使变速器在不同档位工作时发动机的转速范围不同。 档 低档时转速范围宽,而高档时窄,使高档两档之间的重合区 低档时转速范围宽, 高档时窄, 规 域增大。当汽车高速行驶变速器在高档之间换档时, 律 域增大。当汽车高速行驶变速器在高档之间换档时,发动机 功率下降较小,在发动机工作区内平均功率较大。 功率下降较小,在发动机工作区内平均功率较大。 ★就燃料经济性,高档之间的传动比间隔减小,增加了发动 就燃料经济性,高档之间的传动比间隔减小, 机在经济区工作的可能性,可降低燃料消耗量。 机在经济区工作的可能性,可降低燃料消耗量。
30

汽 车运 用 工 程

第二节

汽车动力传动系统

汽 车运 用 工 程

31

第二节

汽车动力传动系统

动力性换档规律
为了保证汽车的动力性, 为了保证汽车的动力性,应使汽车在 较低的档位行驶。 较低的档位行驶。 换档点的选择问题, 换档点的选择问题,应该在两档车速 驱动力曲线相交时刻换档。 驱动力曲线相交时刻换档。 在保证动力性的换档程序中, 在保证动力性的换档程序中,以驱动 轮上驱动力的大小来判断相邻两个档位 之间是否有交叉点。 之间是否有交叉点。
汽 车运 用 工 程 32

第二节

汽车动力传动系统

汽 车运 用 工 程

33

第二节
经济性换档规律

汽车动力传动系统

汽车在一定的道路条件下按一定的工况行驶时, 汽车在一定的道路条件下按一定的工况行驶时,某时刻所需驱 动功率一定,传动效率变化很小。 动功率一定,传动效率变化很小。汽车行驶的燃油消耗量与发动 机的比油耗成正比。在经济性换档程序中, 发动机的比油耗作 机的比油耗成正比。在经济性换档程序中,以发动机的比油耗作 为换档判别依据, 为换档判别依据,保证汽车总是以使发动机比油耗最小的档位行 驶。在汽车运行工况中,速度是时间的连续函数,因此在经济性 在汽车运行工况中,速度是时间的连续函数, 换档程序中,考虑了当前档 以及 +1和 - 档的经济性, 以及i+1 换档程序中,考虑了当前档i以及 +1和i-1档的经济性,从这三个 档位中选取比油耗最小的档位作为该时刻变速器的工作档位。 档位中选取比油耗最小的档位作为该时刻变速器的工作档位。

汽 车运 用 工 程

34

第二节
2.液力变矩器

汽车动力传动系统

汽 车运 用 工 程

35

第三节

汽车动力性分析

一、驱动力-行驶阻力平衡图、动力特性图和功率平衡图 驱动力-行驶阻力平衡图、

行驶方程式反映了汽车行驶时,驱动力和外界阻力之间的普遍 行驶方程式反映了汽车行驶时, 情况。当已知条件: 情况。当已知条件:

便可分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能力。即在油门全 便可分析汽车在附着条件良好路面上的行驶能力。 开时,汽车可能达到最高车速 加速能力和爬坡能力。 最高车速、 开时,汽车可能达到最高车速、加速能力和爬坡能力。
汽 车运 用 工 程 36

第三节
1.1 驱动力行驶阻力平衡图

汽车动力性分析

?驱动力与行驶阻力平衡图定义 驱动力与行驶阻力平衡图定义 驱动力与行驶阻力平衡图 ? 为了清晰地描述汽车行驶时受力情况 及其平衡关系, 及其平衡关系,通常将平衡方程式用图 解方式进行描述,即将驱动力F 解方式进行描述,即将驱动力 t和常见 行驶阻力F 绘在同一张图上。 行驶阻力 w和Ff 绘在同一张图上。

Ttqi0igηT r

CD Au a = mgf cos α + +( Fj + Fi ) 21.15
汽 车运 用 工 程 37

2

第三节
a)车速
V a = 0 . 377

汽车动力性分析

式中: r n b)半径 自由半径——轮胎自由状态下的半径。

r ?n km/h ik ? i0 ——车轮滚动半径,m; ——发动机转速,r/min。

?d ? 动态半径:受扭矩时的 r d = 0 . 0254 ? + b .( 1 ? λ ) ? ?2 ? 式中: d ——轮辋直径,in; b ——轮胎宽度,in; λ ——径向变形系数:0.1~0.16。 P c)传动效率 η T = T Ps P 功率损失:Ps ? PT ①机械损失 = 1? T Ps Ps ②液力损失
汽 车运 用 工 程

?子午: 0.97×自由半径 滚动半径=滚动圆周/ 2π ? ?普通: 0.95×自由半径

m

38

第三节

汽车动力性分析

Ft1
驱动力F 驱动力 t

Ft 2

Ft 3 Ft 4

F f + Fw

Ff = mgf

Ff
车速u a,km / h
汽 车运 用 工 程

ua ua max
39

第三节

汽车动力性分析

1. 最大速度和部分负荷时的力平衡 2. 加速能力

3. 最大爬坡度

汽 车运 用 工 程

40

第三节
1.2 动力特性图 动力因数D与车速 关系图 关系图。 动力因数 与车速v关系图。 单位车重所具有的后备驱动 力标志着汽车克服F 力标志着汽车克服 f、Fi 、 Fj 能力,可用于比较不同车 能力,可用于比较不同车 空气阻力的车辆的动力 重和空气阻力的车辆的动力 性能。 性能。

汽车动力性分析

汽 车运 用 工 程

41

第三节
1.3 汽车的功率平衡图

汽车动力性分析

☆ 汽车在行驶时驱动力与行驶阻力平衡 ☆ 发动机输出功率也与行驶阻力功率平衡 ?功率平衡图 ?功率平衡图 ? 用纵坐标表示功率,横坐标表示车速, 用纵坐标表示功率,横坐标表示车速,将发动机功率 与经常遇到的阻力功率对车速的关系绘制在直角坐标 图上,就得到功率平衡图。 图上,就得到功率平衡图。

汽 车运 用 工 程

42

第三节
功率,kw

汽车动力性分析

P e
IV
a

P f + Pw

汽 车 功
I II

ηt

III

率 平 后备功率 衡

b

部分油门开度


C 车速ua,km / h
汽 车运 用 工 程

u ua max

' a

43

第三节

汽车动力性分析

? ☆档位不同时车速的范围不同,但是功率的大 档位不同时车速的范围不同,但是功率的大 小不变, 小不变,只是各档的功率曲线对应的车速位置 不同。低档时车速低,速度变化区域窄; 不同。低档时车速低,速度变化区域窄;高档 时车速高,所占速度变化区域大。 时车速高,所占速度变化区域大。 ? ☆滚动阻力功率在低速时近似为直线,而在高 滚动阻力功率在低速时近似为直线,而在高 功率在低速时近似为直线 时是二次曲线 低速、货车!) 二次曲线( 速时是二次曲线(低速、货车!) ? ☆空气阻力功率曲线为三次函数 空气阻力功率曲线为三次函数 ? ☆在低速时以滚动阻力功率为主,而在高速时 低速时以滚动阻力功率为主,而在高速时 时以滚动阻力功率为主 高速 空气阻力功率为主 为主。 以空气阻力功率为主。
44

汽 车运 用 工 程

第三节

汽车动力性分析

后备功率

? ★ 汽车后备功率越大,汽车的动力性越好。 汽车后备功率越大,汽车的动力性越好。 ? ★ 利用后备功率也可确定汽车的爬坡度和加速度。 利用后备功率也可确定汽车的爬坡度和加速度。 爬坡度 ? ★ 功率平衡也可描述汽车行驶时的发动机负荷率, 功率平衡也可描述汽车行驶时的发动机负荷率, 有利于分析汽车燃油经济性。 有利于分析汽车燃油经济性。
汽 车运 用 工 程 45

第三节
二、汽车加速能力

汽车动力性分析

? 加速能力 它用aj,但aj不方便评价。通常用加 通常用 速时间或加速距离来评价 速时间或加速距离来评价。

du 1 加速度:a j = ( Ft ? F f ? Fw ) = dt δm 则加速度倒数曲线为 du du dt = ?t = aj aj



离散化处理后 t ≈

∑?t = ∑

?u aj
46

汽 车运 用 工 程

第三节

汽车动力性分析

加速度a 加速度 j
a j1 a j2 a j3
a j4

F f + Fw

δm
f

车速u a,km / h
汽 车运 用 工 程

ua ua max
47

第三节

汽车动力性分析

1/ a j
加 速 度 倒 数 曲 线

速度ua

?ui = ?u = const

加速时间曲线

1 a j1

1 a j2

1 a j3

1 a j4

ua
汽 车运 用 工 程 48

第三节

汽车动力性分析

?☆手工计算时,一般忽略原地起步过程的离合器打滑过 ☆手工计算时 程.即假设在最初时刻,汽车已具备起步换档所需的最 即假设在最初时刻, 低车速。 低车速。 ?☆换档时刻的确定:若I-II加速度曲线相交,则规定 ☆换档时刻的确定: II加速度曲线相交, 加速度曲线相交 在交点处换档;若I-II的加速度曲线不相交,则规定在 交点处换档; II的加速度曲线不相交, 的加速度曲线不相交 发动机最高转速处换档;换档时间一般忽略不计(正态 发动机最高转速处换档;换档时间一般忽略不计( 最高转速处换档 分布t=0.2~0.4s)。 ) 分布 ?☆计算加速时间的用途:确定汽车加速能力;传动系 ☆计算加速时间的用途:确定汽车加速能力; 最佳匹配;合理选择发动机的排量。 最佳匹配;合理选择发动机的排量。
汽 车运 用 工 程 49

第三节
三、汽车爬坡能力

汽车动力性分析

? 其前提条件是路面良好,克服 Fw+Ff 后的全部力都 其前提条件是路面良好, 用于克服坡道阻力, 用于克服坡道阻力,即

du = aj = 0 ? dt Ft = Ff + Fw + Fi ? CD Au Ff + Fw = mgf + 21.15 (假设 cos α ≈ 1)
汽 车运 用 工 程

2 a

50

第三节
Ft mg
汽 车 爬 坡 度

汽车动力性分析

坡度i × 100%

Ft ? (Ff + Fw ) imax = tgα = tg(arcsin ) mg i max
Fw + F f mg

i0 max
u max

汽 车运 用 工 程

51

第三节

汽车动力性分析

汽 车运 用 工 程

52

第三节

汽车动力性分析

四、最高车速和传动系最小速比确定
1.传动系最小速比 1.传动系最小速比 传动系最小速比是由要求 最高车速决定的 决定的。 的最高车速决定的。当驱动功 率和克服行驶阻力所需功率相 等时,该点车速即为最高车速。 等时,该点车速即为最高车速。

2.最高车速设计方案 2.最高车速设计方案 Vamax设计 设计: ①Vamax设计:最高车速 (即阻力功率曲线与驱动功 率曲线交点)对应于发动机 率曲线交点) 最大功率点转速n(Pmax) n(Pmax 最大功率点转速n(Pmax)。 优点 可以利用发动机发出最大功 率,达到理论最高车速。 达到理论最高车速。 缺点 在接近Vamax的车速范围内, Vamax的车速范围内 在接近Vamax的车速范围内,后 备功率较小,加速、 备功率较小,加速、上坡和克 服逆风的能力不足。 服逆风的能力不足。
53

汽 车运 用 工 程

第三节

汽车动力性分析

②高速设计:最高车速对应 高速设计: 的发动机转速高于n(Pmax)。 优点 有较大的后备功率 缺点 当以Vamax行驶时, Vamax行驶时 当以Vamax行驶时,发动机转 速过高,因而噪声、 速过高,因而噪声、磨损和油 耗都过高。 耗都过高。 低速设计:最高车速时对应的发动机转速低于n(Pmax) n(Pmax ③低速设计:最高车速时对应的发动机转速低于n(Pmax)。 优点 车辆以Vamax行驶时,发动机转速较低; Vamax行驶时 车辆以Vamax行驶时,发动机转速较低;同时由于发动机负 荷率较高,油耗下降。 荷率较高,油耗下降。 缺点 达不到理论最高车速;同时后备功率比前两种设计都小。 达不到理论最高车速;同时后备功率比前两种设计都小。
汽 车运 用 工 程 54

第三节
3.超速档设计 3.超速档设计

汽车动力性分析

如果把该档按高速设计或V 设计;而再增加5 如果把该档按高速设计或Vamax设计;而再增加5档(变速 器速比小于1),按低速设计,作为超速档,就可以把这些设计 器速比小于1),按低速设计,作为超速档, 1) 的优点都利用起来。 档和5档的最高车速可能相等,甚至5 的优点都利用起来。4档和5档的最高车速可能相等,甚至5档 的最高车速还可能略低于4 采用这种方案,车辆在以V 的最高车速还可能略低于4档。采用这种方案,车辆在以Vamax 速度行驶时,既经济、噪声和磨损又低, 速度行驶时,既经济、噪声和磨损又低,且又有一定的后备功 率。 可见,所谓超速档只是指变速器速比小于1,输出轴转速高 变速器速比小于1, 可见,所谓超速档只是指变速器速比小于1,输出轴转速高 于输入轴而言 而言, 于输入轴而言,而不是其对应的最高车速一定高于直接档的最 高车速。 高车速。

汽 车运 用 工 程

55

第四节

汽车行驶附着条件

一、汽车行驶的驱动-附着条件 汽车行驶的驱动-

驱动条件——第一条件 第一条件 驱动条件 附着条件——第二条件 附着条件 第二条件
56

汽 车运 用 工 程

第四节

汽车行驶附着条件

附着力——地面对轮胎切向反作用力极限值 地面对轮胎切向反作用力极限值 附着力

轮胎与地面的附着条件 F? = Fx max = ? ? FZ 若Fx > ? ? FZ, 则产生滑转现象
Tt
W2

I w2

dω dt

du m2 dt dω dt

Fp 2

Tf 2

Fx 2
FZ 2

F0

Adhensive force
汽 车运 用 工 程 57

第四节

汽车行驶附着条件

后驱动汽车

约束汽车行驶的第二个条件
汽车行驶的驱动附着条 件 Ff + Fw + Fi ≤ Ft ≤ F? ? 必要充分条件
汽 车运 用 工 程 58

第四节
2. 汽车附着力

汽车行驶附着条件

F? = ? ? FZ?

汽车附着力的大小取决于地面作用于驱动轮的法向反作用力和 汽车附着力的大小取决于地面作用于驱动轮的法向反作用力和滑 法向反作用力 移系数。而驱动轮的法向反作用力与汽车的总体布置、 移系数。而驱动轮的法向反作用力与汽车的总体布置、行驶状况 及道路条件有关。 及道路条件有关。

? 路面 ? 附着系数 ? 路面

混凝土( 混凝土( 混凝土(干) 混凝土(湿) 0.7~0.8 0.5~0.6 ~ ~ 土路( 土路( 碎石 土路(干) 土路(湿) 0.5~0.6 ~
汽 车运 用 工 程

? 附着系数 0.6~0.7 ~

0.2~0.4 ~
59

第四节
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.2 后轮驱动 前轮驱动 全轮驱动

汽车行驶附着条件

a=b a+b = L

0.4

0.6

0.8

1

附着系数 ?
汽 车运 用 工 程 60

第四节
二、车轮法向反作用力

汽车行驶附着条件

汽车的附着力取决于法向反作用力 和附着系数,其中附着系数在第四章 介绍这里仅介绍车轮法向反作用力。 1.静态法向反力 L 前轴: F Z 10 = G 2 L 后轴: F Z 20 = G L1 L 2.惯性力引起的法向反力 dv h 前轴: F = ?m ?
Z 1d

dt

l

后轴: FZ 2 d = m

dv h ? dt l
2d

F Z 1d + F Z

= 0
汽 车运 用 工 程 61

第四节

汽车行驶附着条件
L

3.空气阻力引起的法向反力 h 前轴: F Z 1w = ? F w w 后轴:
F
Z 2 w

= F

w

hw L

4.升力引起的法向反力 FZ 1s = ? F1?s 前轴: 后轴:
FZ 2 s = ? F2?s

其中 F1?s 、 2?s 为前后轴升力。 F 综合上述,汽车行驶前后轴的反力 分别为:

L dv ? FZ 1 = Ga 2 ? mδ ? ? L dt ? ?F = G L1 + mδ dv a ? Z2 L dt ?

h ? Fw L h + Fw L

hw ? F1s L hw ? F2 s L
汽 车运 用 工 程 62

第四节

汽车行驶附着条件

三、附着条件限制的加速能力
条件:低速档加速能力 ( X 2 x 最大) 1 Fw 及 Fs 忽略 2 忽略旋转惯性力矩 前驱动 Fi 其中 FX 1 = FZ 1 ? ? ——极限值 L dv h ∵ FZ 1 = G a 2 ? m
L

& & F X ?1 = F f 2 + m δ X& = F f 2 + m X&

dt L

∴ 故

L dv h ? G dv ? ?Ga 2 ? m ?? = F f 2 + L dt L ? g dt ?

? f . L1 + ? L 2 dv = g dt L + (? + f ) ? h
dv ? f . L2 + ?L1 = g dt L ? (? + f ) ? h
G
a

同理,后驱动: 全驱动: ∵ ∴

?? =

G dv g dt

dv = ? .g dt
汽 车运 用 工 程 63

第四节

汽车行驶附着条件

四、附着条件限制的上坡能力
&& 前驱动: X 相当于 g ? sin α ∵ g 相当于g ? cos α
g sin α = ? f ? L1 + ? L 2 g ? cos α L + (? + f ) ? h

i = tgα =

? fL1 + ?L2 L + (? + f ) ? h

后驱动: && X = g ? = g sin α ∵ ∴ 全驱动:
i = tg α = ? fL 2 + ? L 1 L ? (? + f ) ? h

i = tgα = ?

汽 车运 用 工 程

64

第四节

汽车行驶附着条件

五、驱动系统布置和行驶附着条件
从公式中

i = tg α =

? f L1 + ? .L 2 L + (? + f ) h

i与

L 1 、L2 有关 ?发动机布置 ? ? 质量轴间分布
i = tg α ≈ ? ? F L2 = ? Z ?1.0 ≈ ? ? τ L G

前驱动

牵引系数: 牵引系数: τ =

驱动轮静态反力 汽车重力

汽 车运 用 工 程

65

第四节

汽车行驶附着条件

载荷变化 对牵引系 数的影响 与驱动系 统布置有 关

汽 车运 用 工 程

66

第四节

汽车行驶附着条件

六、改善汽车动力性的措施
1. 发动机性能参数 发动机的最大功率、 发动机的最大功率、最大转矩及外特性曲线的形状对汽车的 动力性影响最大。 动力性影响最大。 2.汽车结构参数 汽车结构参数 传动效率 主减速比 变速器、 变速器、液力变矩器 车身设计: 车身设计:空阻 汽车质量 轮胎

汽 车运 用 工 程

67

第四节
3.使用因素 使用因素 维护 使用条件

汽车行驶附着条件

4.新技术 新技术 电控自动变速箱ECT 电控自动变速箱 无级变速器(CVT:Continuously VariableTransmission) 无级变速器 : 电控机械式自动变速箱(AMT:Automated Mechanical 电控机械式自动变速箱 : Transmission) 双离合变速箱(DCT: Dual Clutch Transmission) 双离合变速箱 : 驱动防滑系统(ASR:Acceleration Slip Regulation) 驱动防滑系统 :
汽 车运 用 工 程 68

第五节
一、道路试验

汽车动力性试验

最高车速 原地起步加速能力 加速能力 超车加速能力 上坡能力 滚动阻力 滑行试验法

汽 车运 用 工 程

69

第五节
二、室内试验

汽车动力性试验

转鼓试验台

油耗和排放

轮胎试验台

UP-2092 轮胎综合试验机 玛莎拉蒂概念车风洞测试

风洞试验 同济风洞
70

汽 车运 用 工 程

习 题

1. 汽车行驶阻力包括哪几部分?其中空气 汽车行驶阻力包括哪几部分? 阻力由哪几部分组成? 阻力由哪几部分组成? 2. 画出汽车的驱动力图,并指出汽车的驱 画出汽车的驱动力图, 动-附着条件。 附着条件。

汽 车运 用 工 程

71


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