汽車運(yùn)用工程基礎(chǔ)課件：汽車動(dòng)力性 -

汽車運(yùn)用工程基礎(chǔ)汽車的動(dòng)力性2.1.1

汽車動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)定義：汽車在良好路面上直線行駛時(shí)，由汽車受到的縱向外力決定的，所能達(dá)到的平均行駛速度,表示汽車以最大可能的平均行駛速度運(yùn)送貨物和乘客的能力。2.1概述評(píng)價(jià)指標(biāo)最高車速

MaximumSpeed

在水平良好路面上汽車能達(dá)到的最高行駛車速加速時(shí)間

t

AccelerationTime

用原地起步加速時(shí)間和超車加速時(shí)間來(lái)表示。最大爬坡度

Maximumslope

滿載時(shí)汽車在良好路面上順利通過(guò)的最大坡度加速時(shí)間評(píng)價(jià)原地起步加速時(shí)間由I或II檔起步，以最大加速度，并考慮換檔時(shí)間，逐步換到最高檔后到某一預(yù)定的距離或車速所需要的時(shí)間一般用0～400m或者0～100km/h的時(shí)間超車加速時(shí)間

以最高檔或次高檔，以某一較低車速（40～30km/h）全力加速至某一高速所用的時(shí)間最大坡度評(píng)價(jià)—●用滿載（或某一載質(zhì)量）時(shí)汽車在良好路面上的最大爬坡能力imax表示?！褶I車最高車速大，加速時(shí)間短，經(jīng)常在較好的路面行駛，一般不強(qiáng)調(diào)爬坡能力●貨車在各種道路上行駛，要求具備足夠的爬坡能力，imax在16.70左右●越野車在壞路或無(wú)路下行駛，要求爬坡能力強(qiáng)，imax在310左右極限爬坡能力2.1.2汽車動(dòng)力性的測(cè)定1.試驗(yàn)的主要條件路面要求，滿載，車況，五輪儀2.測(cè)定方法測(cè)定最高車速:1km路段，往返，求平均值測(cè)定加速能力:

原地起步加速能力—原地起步加速到100km/h

最高檔加速性能—最高檔，節(jié)氣門全開(kāi)由15km/h到0.8Vmax測(cè)定爬坡能力:增減負(fù)荷或變換變速器檔位

汽車驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力的平衡關(guān)系稱為汽車的行駛方程式滾動(dòng)阻力空氣阻力坡度阻力加速阻力2.2汽車的受力分析驅(qū)動(dòng)輪受力分析（沒(méi)有考慮滾動(dòng)阻力）2.2.1汽車的驅(qū)動(dòng)力Tt是由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系傳至車輪上。若Ttq表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，ig表示變速器的傳動(dòng)比，i0表示主減速器的傳動(dòng)比，ηt表示傳動(dòng)系的機(jī)械效率,則:1.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性

——

發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，轉(zhuǎn)矩以及燃油消耗率b與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系。外特性曲線：節(jié)氣門(油門)全開(kāi)時(shí)，轉(zhuǎn)矩或功率等與轉(zhuǎn)速的關(guān)系部分負(fù)荷特性：節(jié)氣門部分開(kāi)啟時(shí)，轉(zhuǎn)矩或功率等與轉(zhuǎn)速的關(guān)系使用特性曲線：即帶有附件時(shí)的負(fù)荷特性，通常汽油機(jī)小15％，而柴油機(jī)小10％發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外特性2.傳動(dòng)系的機(jī)械效率主要損失部件

變速器和主減速器(含差速器)主要損失形式

液力損失和機(jī)械損失。液力損失,如攪動(dòng)和磨擦。它與潤(rùn)滑油品種、溫度、轉(zhuǎn)速、油面高度等有關(guān)。機(jī)械損失，齒輪副、軸承、油封的摩擦同一檔位轉(zhuǎn)矩增加，潤(rùn)滑油損失所占比例減少，機(jī)械效率較高；轉(zhuǎn)速低時(shí)攪油損失小，比轉(zhuǎn)速高時(shí)機(jī)械效率高典型的傳動(dòng)系效率值部件名稱傳動(dòng)效率/%部件名稱傳動(dòng)效率/%4擋變速器95單級(jí)減速主減速器96輔助變速器(副變速器或分動(dòng)器)95雙級(jí)減速主減速器928擋以上變速器90傳動(dòng)軸的萬(wàn)向節(jié)983.車輪半徑自由半徑r0

汽車處于無(wú)載時(shí)的半徑靜力半徑rs

汽車靜止時(shí),車輪中心至輪胎與道路接觸面間的距離滾動(dòng)半徑rr

利用實(shí)際車輪滾動(dòng)距離與轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)計(jì)算而得的半徑r=s/(2πn)S行駛距離，n轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)一般可以忽略它們之間的差別,統(tǒng)稱車輪半徑rr0=rs=rr=s/(2πn)4.汽車的驅(qū)動(dòng)力圖已知外特性曲線，傳動(dòng)比，機(jī)械效率和車輪半徑已知，可作驅(qū)動(dòng)力圖。定義：用Ft-ua曲線圖來(lái)全面地描述汽車的驅(qū)動(dòng)力。若已知外特性曲線、傳動(dòng)系速比、傳動(dòng)系機(jī)械效率就可求計(jì)算驅(qū)動(dòng)力。汽車驅(qū)動(dòng)力圖滾動(dòng)阻力空氣阻力

坡度阻力加速阻力

2.2.2汽車的行駛阻力滾動(dòng)阻力Ff輪胎內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的遲滯損失，以熱能消失在大氣中。這種遲滯損失表現(xiàn)為阻礙車輪運(yùn)動(dòng)的阻力偶。滾動(dòng)阻力系數(shù)滾動(dòng)阻力系數(shù)滾動(dòng)阻力系數(shù)車輪在一定條件下，滾動(dòng)所需要推力Fp1與負(fù)荷W1之比，即單位重力所需要的推力：阻力偶用滾動(dòng)阻力描述

滾動(dòng)阻力無(wú)法在受力圖上畫出，它是一個(gè)數(shù)值，在受力圖上它是切向反力在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可不必考慮阻力偶，而用滾動(dòng)阻力替代驅(qū)動(dòng)輪受力圖真正驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)的力是地面切向反力Fx2。其在數(shù)值上等于汽車驅(qū)動(dòng)力Ft與滾動(dòng)阻力Ff之差。驅(qū)動(dòng)力與地面縱向（切向）力車重：轉(zhuǎn)動(dòng)↑輪胎變形↑f↑路面：路面塑性變形大f↑輪胎結(jié)構(gòu)：子午胎比普通胎f↓剛度好變形小輪胎氣壓：氣壓↓變形↑f↑但壞路f↓車速：當(dāng)Va＜100km/hf≈c

當(dāng)Va＞140f↑

當(dāng)Va≈200，振動(dòng)Hz↑，輪胎周向，側(cè)向扭曲變形↑影響滾動(dòng)阻力系數(shù)的因素汽車輪胎的駐波現(xiàn)象空氣阻力定義：汽車直線行駛時(shí)受到的空氣阻力在汽車行駛方向上的分力。分類：壓力阻力和摩擦阻力。

形狀阻力誘導(dǎo)阻力干擾阻力內(nèi)循環(huán)阻力形狀阻力

汽車行駛時(shí)，氣流流經(jīng)汽車表面過(guò)程，在汽車表面局部氣流速度急劇變化部位會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生意味著能量的消耗，使運(yùn)動(dòng)阻力增大，汽車在前窗下凹角處，后窗和行李箱凹角處，以及尾部都會(huì)出現(xiàn)了氣流分離區(qū)，產(chǎn)生渦流，即形成負(fù)壓，而汽車正面是正壓，所以由渦流引起的阻力也叫壓差阻力，又因?yàn)樗c形狀有關(guān)，也稱形狀阻力，占整個(gè)阻力的58%誘導(dǎo)阻力

由于氣流流經(jīng)車身上下部時(shí)，由于空氣質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)上下表面的路程不同，流速不同從而產(chǎn)生壓差，即升力，升力在水平方向的分力稱為誘導(dǎo)阻力，占總阻力的7%，與車身外形、底板外形有關(guān)干擾阻力

由車身外面的凸起零部件所造成的阻力，如后視鏡、流水槽、導(dǎo)流板、擋泥板、天線、門把手、底盤下面凸出零部件，占總阻力的14%內(nèi)循環(huán)阻力

為了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻和乘坐艙內(nèi)換氣和引起空氣氣流通過(guò)車身的內(nèi)部構(gòu)造所產(chǎn)生的阻力，占總阻力的12%摩擦阻力

由于空氣的粘性在車身表面上產(chǎn)生的切向力造成的，與車身表面的粗糙度有關(guān)，占總阻力的9%影響Fw的因素：CD（空氣阻力系數(shù)）

和

A（正投影面積）由于乘坐空間的制約A變化不大但CD變化較大，1950~70年

CD=0.4~0.61990年CD=0.25~0.40

概念車CD=0.2CD大小對(duì)轎車（高速）汽車的性能影響極大帕薩特(Passat)CD=0.28降低的要點(diǎn)CD前部低，過(guò)渡平滑，后部加擾流板掠背式底部導(dǎo)流，平整化，向后應(yīng)逐步升高整車俯視形狀為腰鼓式，改進(jìn)通風(fēng)進(jìn)口、出口位置，商用車頂部安裝導(dǎo)流罩系統(tǒng)。3.坡道阻力4.加速阻力汽車加速行駛時(shí)，需要克服其質(zhì)量加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力。汽車質(zhì)量分平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。加速時(shí)，平移質(zhì)量產(chǎn)生慣性力，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生慣性力偶矩把旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力偶矩轉(zhuǎn)化為平移質(zhì)量的慣性力，并以系數(shù)作為計(jì)入旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力偶矩后的汽車質(zhì)量換算系數(shù)汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)行駛加速度2.2.3汽車行駛方程式行駛方程：圖2.9汽車加速上坡時(shí)的受力情況2.2.4汽車行駛條件由汽車行駛方程式有：汽車行駛的第一個(gè)條件——驅(qū)動(dòng)條件可以采用增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，加大傳動(dòng)比等措施來(lái)增加汽車驅(qū)動(dòng)力任何路面都可以嗎？附著力：地面對(duì)輪胎切向反作用力的極限值，在硬路面上，附著力取決于輪胎與地面間的相互摩擦，與驅(qū)動(dòng)輪法向反作用力成正比?！街禂?shù)，由路面與輪胎決定。對(duì)于后驅(qū)的汽車：對(duì)于前驅(qū)的汽車：綜上所述：第二個(gè)行駛附著條件汽車的行駛的驅(qū)動(dòng)—附著條件汽車行駛方程僅表示各個(gè)物理量之間的數(shù)量關(guān)系汽車行駛方程有些項(xiàng)并不是外力（滾動(dòng)阻力）Ft不是作用于車輪的地面（切向）反作用力，僅為了計(jì)算方便才將其定義為驅(qū)動(dòng)力

滾動(dòng)阻力也不是作用于汽車上的阻力，而是以滾動(dòng)阻力偶矩的形式作用于車輪上作用在汽車上的慣性力是mdu/dt而不是mδdu/dt小結(jié)2.3.1驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡圖2.3汽車動(dòng)力性分析

便可分析汽車在附著條件良好路面上的行駛能力。即在油門全開(kāi)時(shí)，汽車可能達(dá)到最高車速、加速能力和爬坡能力。

行駛方程式反映了汽車行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)力和外界阻力之間的普遍情況。當(dāng)已知條件：驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力平衡圖定義

為了清晰地描述汽車行駛時(shí)受力情況及其平衡關(guān)系，通常將平衡方程式用圖解方式進(jìn)行描述，即將驅(qū)動(dòng)力Ft和常見(jiàn)行駛阻力Fw和Ff繪在同一張圖上。圖2.10汽車驅(qū)動(dòng)力－行駛阻力平衡圖驅(qū)動(dòng)力Ft15.212aDwAuCF=tyü?íì+-=-])([sin1maxmgFFFtgiwftmgfFf=riiTFTgtqth0=它用aj,但aj不方便評(píng)價(jià)。通常用加速時(shí)間或加速距離來(lái)評(píng)價(jià)。加速能力利用驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖確定汽車的加速能力由汽車的行駛方程得圖2.11汽車加速度－速度圖加速度ajuua不同于mFFwfd+根據(jù)加速度圖可以進(jìn)一步求得由某一車速u1加速至到另一較高車速u2所需的時(shí)間由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知利用圖解法，將aj—V曲線轉(zhuǎn)化為1/aj—V曲線。圖2.12加速度倒數(shù)曲線手工計(jì)算時(shí),一般忽略原地起步過(guò)程的離合器打滑過(guò)程.即假設(shè)在最初時(shí)刻，汽車已具備起步換檔所需的最低車速。換檔時(shí)刻的確定：若I-II加速度曲線相交，則規(guī)定在交點(diǎn)處換檔；若I-II的加速度曲線不相交，則規(guī)定在發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速處換檔；換檔時(shí)間一般忽略不計(jì)（正態(tài)分布t=0.2-0.4s)。計(jì)算加速時(shí)間的用途：確定汽車加速能力；傳動(dòng)系最佳匹配；合理選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的排量。注意

其前提條件是路面良好，克服Fw+Ff

后的全部力都用于克服坡道阻力，即利用驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖確定汽車的爬坡能力))((arcsinmaxmgFFFtgtgiwft+-==amg)FF(FiiIiwftmaxmaxmax+-=??00最高檔的最大爬坡度。檔2.3.2動(dòng)力特性圖評(píng)價(jià)汽車動(dòng)力性動(dòng)力因數(shù)dtdug)if(dtduGmGFFGFFFFFFFfiwtjiwftd++=d++=-+++=物理意義：?jiǎn)挝卉囍厮哂械暮髠潋?qū)動(dòng)力，標(biāo)志著汽車克服、、能力，可用于比較不同重量、不同空氣阻力的汽車dtdugiid+或maxmax0i)(,011arcsinsin1cossincos0maxmax222max1max1maxmax2maxmaxmaxImImmaxmaxfDgdtduiitgffDfDfDfDiifDdtduiaxax-===++--=-=T+=T-=+==T=daaaaaay，在加速時(shí)時(shí)，在求2.3.3功率平衡圖功率平衡圖

用縱坐標(biāo)表示功率，橫坐標(biāo)表示車速，將發(fā)動(dòng)機(jī)功率與經(jīng)常遇到的阻力功率對(duì)車速的關(guān)系繪制在直角坐標(biāo)圖上，就得到功率平衡圖。汽車在行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力平衡發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率也與行駛阻力功率平衡后備功率部分油門開(kāi)度汽車后備功率越大，汽車的動(dòng)力性越好。利用后備功率也可確定汽車的爬坡度和加速度。功率平衡也可描述汽車行駛時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率，有利于分析汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。后備功率檔位不同時(shí)車速的范圍不同，但是功率的大小不變，只是各檔的功率曲線對(duì)應(yīng)的車速位置不同。低檔時(shí)車速低，速度變化區(qū)域窄；高檔時(shí)車速高，所占速度變化區(qū)域大。滾動(dòng)阻力功率在低速時(shí)近似為直線，而在高速時(shí)是二次曲線空氣阻力功率曲線為三次函數(shù)在低速時(shí)以滾動(dòng)阻力功率為主，而在高速時(shí)以空氣阻力功率為主。2.4.1汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)動(dòng)力性的影響1.發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)對(duì)汽車動(dòng)力性的影響發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性、最大功率和最大轉(zhuǎn)矩對(duì)汽車動(dòng)力性影響最大受制造、尺寸、質(zhì)量、附著條件限制，不能無(wú)限制增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率用發(fā)動(dòng)機(jī)比功率（發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率和汽車總重力之比）衡量發(fā)動(dòng)機(jī)功率匹配2.4合理利用汽車動(dòng)力性2.傳動(dòng)系參數(shù)對(duì)汽車動(dòng)力性的影響1）傳動(dòng)效率傳動(dòng)系機(jī)械效率越高,傳動(dòng)損失功率越小,動(dòng)力性越好.在潤(rùn)滑油中加入減摩添加劑或選用黏度適當(dāng)且受溫度影響小的潤(rùn)滑油2）主減速器傳動(dòng)比主減速比為i02時(shí),汽車最高車速相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率點(diǎn)的車速時(shí),最高車速最大.無(wú)論增大或減小主減速比,最高車速都降低.3)變速器傳動(dòng)比及檔數(shù)對(duì)汽車動(dòng)力性的影響I檔的傳動(dòng)比直接影響汽車起步加速性能和最大爬坡能力利用超速檔的